循環水中鉀離子在濃縮倍數中的應用技術

[摘要]循環水的濃縮倍數是循環水利用率的一個重要指標，濃縮倍數的計算方法很多，其中選用鉀離子計算濃縮倍數效果較好。

[關鍵詞]循環冷卻水；鉀離子；火焰原子吸收分光光度法；濃縮倍數

1、前言

工業循環水在使用過程中會不斷有水汽蒸發，補充水中的鈣鎂等離子就不斷積累在循環水中，含鹽量不斷增加。經過濃縮過程的循環水的含鹽量和補充的新鮮水的含鹽量是不同的。兩者的比值稱為濃縮倍數，并以K（濃縮倍數）=S（循環水的含鹽量）/S（新鮮水的含鹽量）的公式表示。一般濃縮倍數低，耗水量就大，排污量也大；濃縮倍數高可以減少水量，節約水資源。但濃縮倍數過高會使循環冷卻水中的硬度、堿度和濁度升得太高，水的結垢傾向增大很多，從而使結垢、腐蝕控制的難度變大，使水處理藥劑（如聚磷酸鹽）在冷卻水系統內的停留時間增長而水解。因此，循環冷卻水的濃縮倍數值并不是愈高愈好，而是控制在一個合適的范圍，我們單位該指標控制在2.5～4.0之間。

2、檢測濃縮倍數的方法

檢測循環水濃縮倍數的方法有很多種，有氯離子分析方法、二氧化硅分析方法、鈣離子分析方法、電導率分析方法、鉀離子分析方法，其中氯離子分析方法，雖然簡單，但是日常加入的控制循環水中微生物的藥劑中含有氯離子，使濃縮倍數偏高；二氧化硅分析方法在鎂離子與硅酸鹽濃度都較高時，循環水會產生硅酸鎂沉淀，致使濃縮倍數偏低；鈣離子分析方法因為循環水在運行過程中會或多或少結垢，而鈣離子是結垢的因素，所以此方法會使得濃縮倍數偏低；電導率方法由于加入的藥劑會增加一些溶解性的氯離子、溴離子等離子，另外有時系統的物料的泄露都會引起電導率的波動，將會導致濃縮倍數結果的偏差；鉀離子分析方法受到的干擾與其他分析方法比較相對較少，因此我們單位采用鉀離子分析方法檢測濃縮倍數，

3、實驗部分

3.1儀器

3.1.1 原子吸收分光光度計，島津AA6300能夠滿足使用要求。

31.2鉀和鈉空心陰極燈。

3.1.3 乙炔的供氣裝置：高純乙炔氣瓶。

3.1.4 空氣壓縮機。

3.2試劑

3.2.1 標準溶液：配制標準溶液時所用的基準氯化鉀和基準氯化鈉均要在150℃干燥2h，并在干燥器內冷至室溫。

3.2.2 鉀標準儲備溶液，含鉀1.000g/L：稱取（1.9067+0.0003）g基準氯化鉀（KCL），以水溶解至1000mL容量瓶中，稀釋至標線，搖勻。將此溶液及時轉入聚乙烯瓶中保存。

3.2.3鉀標準使用溶液，含鉀100.00mg/L：吸取鉀標準貯備溶液（2.1.5）10.00mL于100mL容量瓶中，加2mL硝酸溶液（2.1.1），以水稀釋至標線，搖勻備用。此溶液可保存3個月。

3.2.4 硝酸溶液，1+1。

3.2.5 硝酸溶液，0.2%（V/V）：取2ml硝酸加入998mL水中混合均勻。

3.2.6 硝酸銫溶液，10.0g/L：取1.0g硝酸銫（CSNO3）溶于100mL水中。

4、分析步驟

4.1試料的制備

采集循環水樣后，應立即以中速定量濾紙過濾，其濾液用硝酸（3.3.5）調至PH1～2，于聚乙烯瓶中保存。

4.2校準溶液的制備

取6只50mL容量瓶，分別加入鉀標準使用溶液（3.2.3）0，0.50，1.00，1.50，2.00，2.50mL，加硝酸銫溶液（3.2.6）3.00mL，加硝酸溶液（3.2.4）1.0mL，用水稀釋至標線，搖勻。其各點的濃度分別為：0，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00 mg/L。本校準溶液應在當天使用。

4.3 儀器的準備

將鉀空心陰極燈裝在AA6300原子吸收光譜儀的燈架上，預熱鉀空心陰極燈至少30分鐘以上，穩定后，按選定的波長，燈電流，狹縫，觀測高度，空氣及乙炔流量等各項參數進行點火測量（注意：在打開氣路時，必須先開空氣，再開乙炔；當關閉氣路時，必須先關乙炔，后關空氣，以免回火爆炸）。當點火后，在測量前，先以硝酸溶液（2.1.3）噴霧5min，以清洗霧化系統。

4.4 測量

每次正式測量前，先以水調儀器零點，然后噴入校準溶液和記錄吸光度和濃度，繪制標準曲線，再噴入循環水樣品，測得吸光度，同時獲得該樣品的濃度。

4.5 濃縮倍數的計算

表1 2013年2月K+現場數據

取樣日期補充水鉀離子含量（mg/L） 一循鉀離子含量（mg/L） 濃縮倍數

2月3日 2.7 6.72 2.49

2月6日 2.74 6.18 2.26

2月10日 3.19 8.17 2.56

2月14日 2.92 7.05 2.41

2月18日 2.64 7.56 2.86

2月20日 2.82 7.9 2.80

2月24日 2.78 8.30 2.99

2月28日 2.6 7.9 3.04

3.6 方法精密度的考察，其結果見表2。

表2鉀離子標液及循環水樣品的重復檢測結果

樣品名稱八次重復檢測結果鉀離子（mg/L） 平均結果x（mg/L） 標準偏差s 變異系數s/x（%）

標液5mg/L 4.89，4.85 5.04，5.12 4.92，4.98 4.88，5.09 4.97 0.096 1.93

裝置補充水* 2.79，2.76 3，2.8 2.78，2.81 2.84，2.78 2.82 0.069 2.45

一循水樣 7.82，7.83 7.98，8.01 7.86，7.84 7.92，7.97 7.90 0.071 0.90

注 *該裝置補充水中K+濃度數據為2013年2月15日所測。

從表2可見：鉀離子分析方法精密度高，其變異系數<3%。

5、結論

從理論上來說，循環水系統中鉀離子來源較少，加入的藥劑也極少帶入系統外的鉀離子，可以說一般情況下某個階段內鉀離子是相對穩定的，但在不同時期，也會受土壤、地面水等外界環境的影響而有一定的變化。鉀離子的溶解度較大，在運行過程中也不會從水中析出，所以用鉀離子分析方法檢測循環水的濃縮倍數時，與其他分析方法相比受到的干擾相對較少，分析的精密度較高，適合于循環冷卻水的濃縮倍數計算。

參考文獻

[1]鄭用熙.分析化學中的數理統計方法[M].科學出版社，1991.

[2]何世梅中國給水排水——循環水濃縮倍數的檢測方法及控制指標

[3]大慶聯誼集團水質分析規程

作者簡介

劉建新，男，化工分析助理工程師，1972年3月28日，本科學歷，主要從事煉油化工分析的技術和研究工作。