工業循環水濃縮倍數分析方法的選擇

李瑞恒，趙計萍

（1 遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司，遼寧阜新123000；2 遼寧省煤制天然氣工程技術研究中心，遼寧阜新123000；3 遼寧省煤制天然氣工程研究中心，遼寧阜新123000；4 遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司企業博士后科研基地，遼寧阜新123000）

在節能減排日益受到人們重視的今天，化工生產中冷卻水的循環利用對節能、節水、降低生產成本的重要性也同樣被企業深入認識，而控制好濃縮倍數則是循環水處理的關鍵性環節［1］。

在敞開式循環水系統中，由于蒸發過程的存在，必然使循環水中的含鹽量越來越高，因此，必須定期排掉一部分高鹽水，補充一部分低鹽水，來保證循環水質的穩定，通常將循環水和補充水當中含鹽量之比定義為循環水的濃縮倍數，即：K＝CR／CM。而選定哪一個組分濃度或者性質作為CR、CM來計算這個值非常重要，因為由于加入循環水的各種藥劑和結垢、腐蝕及菌藻等多方面原因，循環水及補充水中的一些組分不能作為測定濃縮倍數的標準物質，如鈣離子。本文通過實驗，對3種化工企業常用的、本企業現已具備條件操作的測定含鹽方法 （滴定法測定氯根、測定電導率、火焰光度測定鉀離子）進行對比，確定了最為穩定的適合本企業的分析方法［2］。

1 滴定法測定氯離子

本方法作為循環水日常分析的一項無需單獨進行測定，操作簡單易行。依據GB／T 15453—2008工業循環冷卻水及鍋爐用水中氯離子的測定。

1.1 原理

以鉻酸鉀為指示劑，在p H值為5～9.5的范圍內用硝酸銀標準滴定溶液滴定，硝酸銀與氯化物生成白色氯化銀沉淀，當有過量硝酸銀存在時，則與鉻酸鉀指示劑反應，生成磚紅色鉻酸銀，表示反應終點到達。

1.2 儀器

儀器為實驗室一般玻璃儀器。

1.3 分析步驟

移取50 m L水樣于250 m L錐形瓶中，加入2滴酚酞指示劑 （10 g／L乙醇溶液），用硝酸溶液（1＋300）或者氫氧化鈉溶液（2 g／L）調節水樣的p H值，使紅色剛好變為無色。加入1.0 m L鉻酸鉀指示劑 （50 g／L），在不斷搖動的情況下，用硝酸銀標準滴定溶液（0.01 mol／L）滴定至磚紅色為止，同時做空白試驗。

1.4 計算

結果計算以質量濃度ρ計：

其中M為氯的摩爾質量，35.45 g／mol。

2 測定電導率

和氯根測定一樣，電導率作為循環水的一項日常分析項目，同樣無需單獨開展其他項目分析。依據GB／T 6908—2008鍋爐用水和冷卻水分析方法電導率的測定。

2.1 原理

循環冷卻水中的溶解鹽類呈離子狀態，具有一定的導電能力，因此可用溶液中的電導率間接地表示溶解鹽類的含量。

2.2 儀器

電導率儀：DDSJ－308A，上海精密科學儀器有限公司。DJS－1C鉑黑電極。

2.3 測定步驟

首先對電導率儀進行校正，然后依次對補充水和循環水測定其電導率。

3 火焰光度測定鉀離子

火焰光度計是測定鉀離子是專門為測定濃縮倍數而開展的項目。操作相對復雜一些。依據GB／T T10539—1989鍋爐用水和冷卻水分析方法，鉀離子的測定，火焰光度法。

3.1 火焰光度法原理

火焰光度法是用火焰作為激發光源的原子發射光譜法。依靠火焰（1800～2500℃）的熱效應和化學作用將試樣蒸發、離子化、原子化和激發發光。根據特征譜線的發射強度I與樣品中該元素濃度C之間的關系式I＝acb（a、b為常數），將未知試樣待測元素分析譜線的發射強度與一系列已知濃度標準樣的測量強度相比較，進行元素的火焰光譜定量分析。測定所用的裝置為火焰光度計。特別適用于鈉、鉀、鈣、鎂等金屬元素的測定。

3.2 儀器

FP640火焰光度計，上海精密科學儀器有限公司。燃料，93＃汽油。

3.3 測定步驟

（1）調節儀器 將火焰光度計按照說明書啟動，調節儀器到可供測定的狀態。

（2）標準曲線的繪制 分別制作含鉀離子0.00 mg／L，0.500 mg／L，1.00 mg／L，2.00 mg／L，4.00 mg／L，6.00 mg／L，8.00 mg／L的標準溶液，以8.00 mg／L及0.00 mg／L的標準溶液調節儀器最大百分透光率及零點，然后依從低到高的順序分析標準系列，以百分透光率為縱坐標，鉀離子濃度為橫坐標，繪制標準曲線。

（3）水樣測定 準確吸取25 ml經慢速濾紙過濾后的水樣于50 m L容量瓶中，加入2.5 m L氯化鈉溶液（1 mg Na＋／m L），用于消除鈣、鎂的干擾，用去離子水稀釋至刻度，搖勻。

測定樣品的百分透光率，然后從標準曲線上查得鉀離子濃度C（mg／L）。

（4）計算 水樣的鉀離子濃度X＝C×稀釋倍數

4 3種方法應用結果比較分析

以上3種方法在不同的企業中均有應用，在每日的循環水分析中，運用3種方法，進行了15次對比試驗，如表1。

表1 3種方法對比試驗比較分析

同一水樣，用3種方法進行分析，從數據分析可以得出如下結論。

（1）氯根法數據明顯總體偏大，精密度最差。

濃縮倍數是工業用循環水的一個重要指標，氯離子性質穩定，不易產生沉淀，該方法測定簡單、快捷，這是該方法的優點。

現在采用氯根測定數據明顯總體偏大，精密度最差，這里的主要原因就是因為控制菌藻而加入的藥劑含有一定量的氯根，引入誤差較大；而且由于原水一般來自于不同的水井，本身的氯根含量差別較大，所以造成數據本身波動很大，而且嚴重偏離實際濃縮倍數。

正是由于氯離子有人為添加的因素，所以用氯根法測定氯離子表示濃縮倍數的實際意義不大。

（2）電導率法雖然平均值與鉀離子的方法接近，但精密度不理想，數據穩定性差。

循環冷卻水中的溶解鹽類呈離子狀態，具有一定的導電能力，因此可用溶液中的電導率間接地表示溶解鹽類的含量。

電導率測定方法的最大優點就是簡單、快速，但由于系統中投入氧化性殺菌劑后會增加一些溶解性的Cl－，Br－等離子，同時臨時調節p H值時加入酸堿漏等會引起電導率的波動。加入水處理劑和通入Cl2，這也會使水的電導率增加，另外當系統設備在有泄漏時也會使電導率明顯增高，所以，故用該法測出的電導率會產生很大的誤差。從而會導致循環水濃縮倍數數據出現異常波動且嚴重失真的現象。

但是，對于循環冷卻水系統而言，投入氧化性殺菌劑一般都是定期的，物料泄漏也不是經常性的，這種方法適合現場臨時檢測，因此用電導率法測定循環水濃縮倍數只具有一定的參考意義。

（3）鉀離子法則具有較好的準確度和精密度

由于鉀離子性質穩定、鉀離子在水中的溶解度又大，在運行過程中不會析出，循環水中又無此來源，基本無影響因素，所以鉀離子測定結果的精密度和準確度非常高。

因此選用火焰光度測定鉀離子作為監測濃縮倍數的特性物質是最合適的。

5 結 論

鑒于以上的分析和比較，針對循環水濃縮倍數分析，選擇火焰光度測定鉀離子法作為的標準方法應用到生產實踐，在整個循環水實際運行過程中，證明該方法穩定可靠。

［1］ 王晶.鉀離子在循環冷卻水濃縮倍數中的應用 ［J］.中國科技博覽，2011（20）：294.

［2］ 劉偉，張洪林.提高循環冷卻水濃縮倍數的探討 ［J］.工業用水與廢水，2009，40（2）：53－55.