淺談水質(zhì)分析成果可靠性檢查的幾種常用方法

周 丹

河南省平頂山市自來(lái)水有限公司

淺談水質(zhì)分析成果可靠性檢查的幾種常用方法

周 丹

河南省平頂山市自來(lái)水有限公司

在使用水質(zhì)分析結(jié)果時(shí)，應(yīng)對(duì)水質(zhì)分析數(shù)據(jù)的可靠性加以檢驗(yàn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，水質(zhì)分析數(shù)據(jù)可通過(guò)陰陽(yáng)離子的平衡關(guān)系;總?cè)芙庑怨腆w;碳酸平衡關(guān)系;電導(dǎo)和總?cè)芙庑怨腆w相關(guān)性;堿度;Na++K+的濃度關(guān)系來(lái)快速、便捷的加以檢查判別。

水質(zhì)分析成果；可靠性檢查；方法

引言

飲用水的化學(xué)成分是飲用水與環(huán)境長(zhǎng)期相互作用的產(chǎn)物。研究飲用水的化學(xué)成分，可以幫助我們回溯一個(gè)地區(qū)的水文地質(zhì)歷史，了解飲用水的起源與形成，對(duì)于生活生產(chǎn)供水及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要意義。我們?cè)谑褂盟|(zhì)分析結(jié)果時(shí)，首先應(yīng)對(duì)分析數(shù)據(jù)的可靠性加以檢查，然后對(duì)已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，對(duì)一些水文地球化學(xué)問(wèn)題做出合理的解釋，掌握一些簡(jiǎn)單的判斷水質(zhì)分析結(jié)果可靠性的方法很重要。

1 水質(zhì)分析成果

選取河南平頂山市地質(zhì)勘探中進(jìn)行的抽水試驗(yàn)水文孔。鉆探資料可知其巖性由各粒級(jí)砂巖、砂礫巖組成，以中～粗粒砂巖為主要含水層段。巖層厚度較大，平均厚度為88.3m，中～粗粒砂巖主要含水層段為69.88m，飲用水位高出頂板26.80m。在最后一個(gè)降深結(jié)束前采取全分析水樣(5L)一個(gè)。

2 水質(zhì)分析數(shù)據(jù)可靠性檢查

2.1陰陽(yáng)離子的平衡檢查

宏觀上講，電解液的一個(gè)基本條件是電中性條件，即溶液中的正離子電荷總數(shù)等于負(fù)離子電荷總數(shù)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：∑Zmc=∑Zma式中，mc和ma分別為陽(yáng)離子和陰離子的摩爾濃度，Z為離子的電荷數(shù)，此式稱為電中性方程。飲用水是一種復(fù)雜的電解溶液，所以也遵循電中性方程。飲用水中的電中性方程是以其常量組分的電中性形式表達(dá)的。在實(shí)際中常用此中性方程檢查水質(zhì)分析結(jié)果的誤差，其表示式為：E=∑mc－∑ma∑mc+∑ma×100式中，E為相對(duì)誤差(%)，mc及ma分別為陽(yáng)離子及陰離子的毫克當(dāng)量總數(shù)/升。如Na+和K+為實(shí)測(cè)值，E應(yīng)該小于±5%;如Na++K+為計(jì)算值，E應(yīng)為零值或者接近零值?！苖c－∑ma∑mc+∑ma×100=8.36－8.578.36+8.57×100=－1.24，小于±5%。根據(jù)陰陽(yáng)離子的平衡檢查，該水質(zhì)分析成果可靠。

2.2總?cè)芙庑怨腆w

總?cè)芙庑怨腆w是指水中溶解組分的總量，包括溶于水中的離子、分子及絡(luò)合物，但不包括懸浮物和溶解氣體。通常以105℃～110℃下，水蒸干后留下的干涸殘余物的重量來(lái)表示，其單位為mg/L，常記為“TDS”，這是英文縮寫。其計(jì)算值的計(jì)算方法是溶解組分總和減去1/2的HCO3－，因?yàn)樗畼诱舾蛇^(guò)程中，約有一半的(0.49)的HCO3－，變成CO2跑掉，其反應(yīng)如下：2HCO3－→CO32－+H2O+CO2↑除HCO3－之外，硝酸、硼酸、有機(jī)物等也可能損失一部分，當(dāng)pH低時(shí)，其損失量更大一些;與此相反，可能有結(jié)晶水(如石膏，CaSO4·2H2O)和部分吸著的水留在干涸殘余物里。因此常出現(xiàn)TDS的實(shí)測(cè)值和計(jì)算值的微小差別。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，兩者的差值應(yīng)符合下述要求：當(dāng)TDS＜100mg/L時(shí)，相對(duì)誤差應(yīng)＜±10%;TDS=100～1000mg/L時(shí)，相對(duì)誤差應(yīng)＜±7%;當(dāng)TDS＞1000mg/L時(shí)，相對(duì)誤差應(yīng)＜±5%。根據(jù)表2的水質(zhì)分析成果，該水樣的實(shí)測(cè)TDS=465.00，計(jì)算TDS=溶解組分總和－1/2HCO3－=溶解組分(K++Na++Ca2++Mg2++Fe3++NH4++NO3－+CO32－ +HCO3－ +SO42－ +Cl-)－ 1/2HCO3－ =642.15－181.82=460.33mg/L，相對(duì)誤差=465.00－460.33465.00=0.01＜±7%，表明實(shí)測(cè)總?cè)芙庑怨腆w數(shù)值可靠。

2.3碳酸平衡關(guān)系檢查

碳酸平衡關(guān)系的檢查，根據(jù)碳酸平衡理論，當(dāng)pH＜8.34時(shí)，分析結(jié)果中不應(yīng)出現(xiàn)CO32－，因?yàn)檫@樣的pH條件下，測(cè)定CO32－的常規(guī)方法不能檢測(cè)出微量的CO32－;同理，當(dāng)pH＞8.34時(shí)，水分析結(jié)果不應(yīng)出現(xiàn)H2CO3，如果水分析結(jié)果不符合上述情況，說(shuō)明pH或CO32－和H2CO3的測(cè)定有問(wèn)題。

2.4電導(dǎo)和總?cè)芙庑怨腆w相關(guān)性檢查

大量統(tǒng)計(jì)資料表，電導(dǎo)與總?cè)芙庑怨腆w有較好的相關(guān)性。對(duì)于一般的飲用水來(lái)說(shuō)，TDS和電導(dǎo)有如下的關(guān)系：①TDS=K×電導(dǎo)，K=0.55～0.75;當(dāng)水中以HCO3－和CL－占優(yōu)勢(shì)時(shí)，K接近于0.55;當(dāng)SO42－濃度較高時(shí)，K接近于0.75;②電導(dǎo)=100×(陰離子或者陽(yáng)離子毫克當(dāng)量總數(shù)/L)。對(duì)于TDS＞5000mg/L和TDS很低的水來(lái)說(shuō)，TDS和電導(dǎo)的相關(guān)性差。對(duì)于同一含水系統(tǒng)的一系列水樣來(lái)說(shuō)，TDS和電導(dǎo)的關(guān)系可很好地建立起來(lái)，利用這種關(guān)系能對(duì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢查。根據(jù)表2的水質(zhì)分析成果，該水樣的總?cè)芙庑怨腆w(TDS)=465.00mg/L，電導(dǎo)率=777.00(μs/cm)，水中以HCO3－和CL－占優(yōu)勢(shì)，K=TDS/電導(dǎo)=0.60，比較接近0.55;根據(jù)表2的水質(zhì)分析成果，陰離子或者陽(yáng)離子毫克當(dāng)量總數(shù)=8.57或8.36，電導(dǎo)=100×(陰離子或者陽(yáng)離子毫克當(dāng)量總數(shù)/L)=857或836，比較接近實(shí)測(cè)電導(dǎo)777。根據(jù)電導(dǎo)和總?cè)芙庑怨腆w相關(guān)性的檢查，該水質(zhì)分析成果可靠。

2.5堿度檢查

堿度是表征水中和酸能力的指標(biāo)。堿度主要取決于水中HCO3－、CO32－的含量。當(dāng)然，水中的硼酸、磷酸、硅酸及OH－也具有中和酸的能力，它們也決定堿度的大小，但是，在一般飲用水中，上述含量甚微。一般飲用水的堿度取決于水中HCO3－和CO32－的含量，它可直接測(cè)定，也可通過(guò)計(jì)算求得。計(jì)算方法是HCO3－和CO32－毫克當(dāng)量/升的總和乘以50，以CaCO3表示，其單位是mg/L，稱碳酸鹽堿度。根據(jù)表2的水質(zhì)分析成果，HCO3－當(dāng)量濃度為5.96mmol/L，CO32－當(dāng)量濃度為0.54mmol/L，堿度計(jì)算值=(5.96+0.54)×50=325.00，堿度實(shí)測(cè)值=325.11，堿度計(jì)算值和實(shí)測(cè)值比較接近，根據(jù)堿度檢查，該水質(zhì)分析成果可靠。

2.6其他檢測(cè)方法

通常還可通過(guò)以下檢查方法：①在一般的飲用水中，Na+總是大于K+，若出現(xiàn)反常情況，其結(jié)果值得懷疑;②飲用水中Na+或Na++K+一般都不會(huì)出現(xiàn)零值，如出現(xiàn)此情況，可認(rèn)為是分析的錯(cuò)誤。

3 管網(wǎng)的合理布置

管網(wǎng)分區(qū)雖然節(jié)約了能量，卻增加了基建投資和管理費(fèi)用的復(fù)雜性，從前面分析可知并聯(lián)分區(qū)和串聯(lián)分區(qū)雖然分區(qū)的方式不同，其節(jié)能的效果卻是相同的，但兩種分區(qū)在管網(wǎng)造價(jià)和管理費(fèi)用方面是不同的，并聯(lián)分區(qū)增加了輸水管的長(zhǎng)度，串聯(lián)分區(qū)增加了泵站，因此，在選擇是否分區(qū)及分區(qū)的形式時(shí)，應(yīng)根據(jù)地形、水源位置、用水量分布等具體條件出發(fā)，從系統(tǒng)的可靠性、工程造價(jià)、運(yùn)行能耗等方面綜合考慮，擬定若干方案，然后通過(guò)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。

城市的地形對(duì)分區(qū)形式具有重要影響，當(dāng)城市狹長(zhǎng)發(fā)展時(shí)，宜采用并聯(lián)分區(qū)的形式，其增加的輸水管長(zhǎng)度不多，兩區(qū)的泵站可以集中管理；當(dāng)城市垂直于等高線方向延伸時(shí)，串聯(lián)分區(qū)更為適宜。

隨著城市供水管網(wǎng)的更新、改造和擴(kuò)建，管網(wǎng)中的壓力分布不均問(wèn)題日益突出，當(dāng)輸配水管線較長(zhǎng)時(shí)，管網(wǎng)中產(chǎn)生較大的水頭損失，為了維持管網(wǎng)末梢服務(wù)壓力，勢(shì)必要提高水廠的出場(chǎng)壓力，造成管網(wǎng)前端服務(wù)壓力過(guò)高，區(qū)域之間水壓差過(guò)大，造成管網(wǎng)系統(tǒng)能量浪費(fèi)嚴(yán)重，漏損增多，爆管頻繁。對(duì)于這種情況，應(yīng)考慮采取管網(wǎng)中途加壓，于高、低壓區(qū)間干管增建加壓泵站，對(duì)管網(wǎng)水壓進(jìn)行局部提升，以便降低管網(wǎng)前段的運(yùn)行壓力。

在進(jìn)行管網(wǎng)的合理布置時(shí)，采用統(tǒng)一供水還是分區(qū)分壓供水，應(yīng)充分考慮地形地質(zhì)情況，對(duì)于遠(yuǎn)距離輸配水的管網(wǎng)系統(tǒng)，在管網(wǎng)中可設(shè)加壓泵站或高地水池，同時(shí)優(yōu)選重力流輸配水，這樣才能達(dá)到節(jié)能的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)陰陽(yáng)離子的平衡檢查，總?cè)芙庑怨腆w，碳酸平衡關(guān)系檢查，電導(dǎo)和總?cè)芙庑怨腆w相關(guān)性檢查，堿度檢查和Na++K+的濃度關(guān)系，能夠簡(jiǎn)便、快捷地幫助生產(chǎn)人員判斷所利用的水質(zhì)分析成果的準(zhǔn)確性，從而提高工作質(zhì)量和效率。

[1]錢嫦萍.中國(guó)南方城市河流污染治理共性技術(shù)集成與工程績(jī)效評(píng)估[D].華東師范大學(xué)，2014.

[2]黃輝.基于不同目標(biāo)的城市污水處理項(xiàng)目投資方案評(píng)價(jià)研究[D].重慶大學(xué)，2014.

[3]湯斌.紫外—可見(jiàn)光譜水質(zhì)檢測(cè)多參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].重慶大學(xué)，2014.