水的水质指标及用水水质要求

1.2 水的水质指标及用水水质要求

1.2.1 表示水质的各种指标

1.2.1.1 水的电阻值

在测定水的导电性能时，与水的电阻值大小有关，电阻值大，导电性能差，电阻值小，导电性能就良好。根据欧姆定律，在水温一定的情况下，水的电阻值R大小与电极的垂直截面积F成反比，与电极之间的距离L成正比。

水的电阻率的大小，与水中含盐量的多少，水中离子浓度、离子的电荷数以及离子的运动速度有关。因此，纯净的水电阻率很大，超纯水电阻率就更大。水越纯，电阻率越大。

1.2.1.2 水的电导率

由于水中含有各种溶解盐类，并以离子的形态存在，当水中插入一对电极时，通电之后，在电场的作用下，带电的离子就产生一定方向的移动，水中的阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，使水溶液起导电作用。水的导电能力的强弱程度，就称为电导度S（或称电导）。电导度反映了水中含盐量的多少，是水的纯净程度的一个重要指标。水越纯净，含盐量越少，电阻越大，电导度越小。超纯水几乎不能导电。电导的大小等于电阻值的倒数。即S=1/R，S=(1/ρ)·(F/L)。1/ρ就称为电导率，其国际制单位为西·米^-1(S·m^-1)

1.2.1.3 水的硬度

水中有些金属阳离子，同一些阴离子结合在一起，在水被加热的过程中，由于蒸发浓缩，容易形成水垢，随着在受热面上而影响热传导，我们把水中这些金属离子的总浓度称为水的硬度。如在天然水中最常见的金属离子是钙离子(Ca²⁺)和镁离子(Mg²⁺)，它与水中的阴离子如碳酸根离子(Co₃^2-)、碳酸氢根离子(HCO₃^-)、硫酸根离子(SO₄^2-)、氯离子(Cl^-)、以及硝酸根离子(NO₃^-)等结合在一起，形成钙镁的碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物、以及硝酸盐等硬度，水中的铁、锰、锌等金属离子也会形成硬度，但由于它们在天然水中的含量很少，可以略去不计。因此，通常就把Ca²⁺、Mg²⁺的总浓度看作水的硬度。

水的硬度对锅炉用水的影响很大，因此，应根据各种不同参数锅炉对水质的要求对水进行软化或除盐处理。

硬度的单位常用的有mmol/L或mg/L。过去常用的当量浓度N已停用。换算时，1N=0.5mol/L

由于硬度并非是由单一的金属离子或盐类形成的，因此，为了有一个统一的比较标准，有必要换算为另一种盐类。通常用Ca0或者是CaCO₃的质量浓度来表示。当硬度为0.5mmol/L时，等于28mg/L的CaO，或等于50mg/L的CaCO₃。此外，各国也有的用德国度、法国度来表示硬度。1德国度等于10mg/L的CaO，1法国度等于10mg/L的CaCO3。0.5mmol/L相当于208德国度、5.0法国度。常用硬度单位之间的关系如下表：

硬度单位	mmol/L	mN	德国度	法国度	CaO(mg/L)	CaCO3/(mg/L)
mmol/L	1	2	5.6077	10.0086	56.077	100.086
mN	0.5	1	2.8039	5.0043	28.039	50.043
德国度	0.17833	0.35665	1	1.7848	10.0000	17.848
法国度	0.09991	0.19983	0.5603	1	5.6029	10.0000
CaO(mg/L)	0.017833	0.025665	0.1000	0.17848	1	1.7848
CaCO3/(mg/L)	0.009991	0.01998	0.05603	0.1000	0.5603	1

1.2.1.4 水的pH值

水的pH值是表示水中氢离子浓度的负对数，表示为：pH=-lg[H⁺]

pH值有时也称为氢离子指数。由水中氢离子的浓度可以知道水溶液是呈碱性、中性或是酸性。由于氢离子浓度的数值往往很小，在应用上很不方便，所以就用pH值，这一概念来作为水溶液酸、碱性的判断指标。而且，氢离子浓度的负对数值就恰能表现出酸性、碱性的变化幅度的数量及的大小，这样应用起来就十分方便。并因此得到：

(1)中性水溶液，pH=-lg[H⁺]=-lg10^-7=7；

(2)酸性水溶液，pH<7，pH值越小，表示酸性越强；

(3)碱性水溶液，pH>7，pH值越大，表示酸性越强；

如果按pH值(酸、碱性)将水质进一步详细分类，可以得到：

(1)强酸性水溶液，pH<5.0；

(2)强酸性水溶液，pH=5.0-6.4；

(3)中性水溶液，pH=6.5-8.0；

(4)弱碱性水溶液，pH=8.1-10.1；

(5)强碱性水溶液，pH>10.0；

1.2.1.5 水中的悬浮物质

水中的悬浮物质是微粒直径约在10-4mm以上的微粒，肉眼可见。这些微粒主要是由泥沙、粘土、原生动物、藻类、细菌、病毒以及高分子有机物等组成，常常悬浮在水流之中，产生水的混浊现象。这些微粒很不稳定，可以通过沉淀和过滤而除去。水在静置的时候，重的微粒(主要是沙子和粘土一类的无机物质)会沉下来。轻的微粒(主要是动植物和其残骸的一类的有机化合物)会浮于水面上，用过滤等分离的方法可以去除。悬浮物是造成混浊度、色度、气味的主要来源。它们在水中的含量也不稳定，往往随着季节、地区的不同而不同。

1.2.1.6 水中的总固体、溶解固体和悬浮固体

   水中除了溶解气体之外的一切杂质称为固体。而水中的固体又可分为溶解固体和悬浮固体。这二者的总和即称为水的总固体。

   溶解固体是指水经过过滤之后，那些仍然溶解于水的各种无机盐类、有机物等。悬浮固体是指那些能过滤掉的不溶于水中的泥沙、粘土、有机物等悬浮物质。

   总固体的测定是蒸干水分再称重得到的。因此选定蒸干时的温度有很大的关系，一般规定控制在105-110℃

1.2.1.7 水的含盐量

   水的含盐量(也称为矿化度)是表示水中所含盐类的数量。由于水中各种盐类一般均以离子的形式存在，所以含盐量也可表示为水中各种阳离子的量和阴离子的量的总和。

   水中的含盐量与溶解固体的含义有所不同，因为溶解固体不仅包含水中的溶解盐类，还包括有机物质。同时，水的含盐量与总固体的含义也有所不同，因为总固体不仅包括溶解固体，还包括不溶解于水的悬浮固体。所以，溶解固体和总固体在数量上都要比含盐量高。但是，在不很严格的条件下，当水比较清净时，水中的有机物含量比较少，有时候也用溶解固体的含量来近似地表示水中的含盐量。当水特别清净时，悬浮固体的含量也比较小(如地下水)，因此有时也可以用总固体的含量来近似表示水中的含盐量。

   1.2.1.8 总有机碳(TOC)

   水中的有机物质的含量，以有机物中的主要元素-碳的量来表示，称为总有机碳。

   TOC的测定和TOD的测定一样。在950℃的高温下，使水样中的有机物气化燃烧，生成CO₂，通过红外线分析仪，测定其生成的CO₂之量，即可知总有机碳量。在测定过程中水中无机的碳化合物如碳酸盐、重碳酸盐等也会形成CO₂，应另行测定予以扣除。

   若将水样经0.2µm微孔滤膜过滤后，测得的碳量即为溶解性有机碳(DOC)。TOC、DOC是较为经常使用的水质指标。

   1.2.1.9 化学需氧量(COD)

   所谓化学需氧量，是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。但主要的是有机物。因此，化学需氧量又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水中受有机物的污染越严重。

   化学需氧量的测定，随着测定水样中还原性物质以及测定方式的不同，其测定值也不同。目前应用最普通的是酸性高锰酸钾法与重铬酸钾氧化法。高锰酸钾法，氧化率较低，但比较简单，在测定水样中有机物含量的相对比较值时可以适用。重铬酸钾法，氧化率高，在现性好，适用于测定水样有机物的总量。

   1.2.1.10 生化需氧量(BOD)

   所谓生化需氧量是在有氧的条件下，由于微生物的作用，水中能分解的有机物质完全氧化分解时所消耗的氧的量称为生物化学需氧量简称为生化需氧量。它是以水样在一定的温度(如20℃)下，在密闭容器中，保存一定时间后溶解氧化所减少的量(mg/L)来表示的。当温度在20℃时，一般的有机物质需要20天左右的时间就能基本上完成氧化分解过程，而要全部完成这一分解过程就需100天。但是，这么长的时间对于实际生产控制来说就失去可实用价值。因此，目前规定在20℃下，培养5天作为测定生化需氧量的标准。这时候测得的生化需氧量就称为五日生化需氧量，用BOD₅表示。如果是培养20天作为测定生化需氧量的标准时，这时候测得的生化需氧量就称为20天生化需氧量，用BDD₂₀表示。

   生化需氧量的多少，表明水体受到有机物污染的程度，反映出水质的好坏。

1.2.2 用水水质要求

   1.2.2.1 软化水

   软化水是指将水中硬度(主要指水中钙、镁离子)去除或降低一定程度的水。水在软化过程中，仅硬度降低，而总含盐量不变。

1.2.2.2 脱盐水

   脱盐水是指水中盐类(主要是溶于水的强电解质)除去或降低到一定程度的水。其电导率一般为1.0-10.0µS/CM，电阻率(25℃)0.1- 1.0MΩ·CM，含盐量为1-5mg/L。

   1.2.2.3 纯水

   纯水是指水中的强电解质和弱电解质(如SiO₂、CO₂等)去除或降低到一定程度的水。其电导率一般为10.0-0.1µS/CM，电阻率(25℃)> 0.1-10.0MΩ·CM，含盐量<1mg/L。

   1.2.2.4 超纯水

   超纯水是指水中的导电介质几乎完全去除，同时不离解的气体、胶体以及有机物质(包括细菌等)也去除至很低程度的水。其导电率一般为0.1-0.055µS/CM,电阻率(25℃)> 10.0MΩ·CM，含盐量<0.1mg/L。理想纯水(理论上)电导率为0.055µS/CM，电阻率(25℃)为18.0MΩ·CM。

   1.2.2.5 锅炉用水

   锅炉用水是将水在一定的温度和压力下加热产生蒸汽，用蒸汽作为传热和动力的介质。一般工矿企业常采用低压或中压锅炉产生蒸汽做热源或动力用，这种锅炉对水质要求稍低；而发电厂或热电站常采用高压锅炉产生蒸汽以推动汽轮机来发电，为保证蒸汽对汽轮机无腐蚀和结垢沉积，这种锅炉对水质要求非常高。因此，锅炉用水的水质要求根据锅炉的工作压力和温度的不同而不同，不论何种锅炉用水，它对水的硬度都有较严格的限制。其它凡能导致锅炉、给水系统及其它热力设备腐蚀、结垢及引起汽水共腾现象，使离子交换树脂中毒的杂质如溶解氧、可溶性二氧化硅、铁以及余氯等都应大部或全部除去。

   1.2.2.6 冷却水

   作为冷却用水，虽然没有像工业用水、锅炉用水那样对各种指标都有严格的限制、但为了保证生产稳定，不损坏设备，能长周期运转，对冷却水水质的要求还是相当高的，下面分别述之：

   (1)水温要尽可能低一些

      在同样的设备条件下，水温越低，日产量图越高。冷却水温度越低，用水量也相应减少。

   (2)水的混浊度要低

      水中悬浮物带入冷却水系统，会因流速降低而沉积在换热设备和管道中，影响热交换，严重时会使管道堵塞。此外，混浊度过高还会加速金属设备的腐蚀。为此，在国外一些大型化肥、化纤、化工等生产系统中对冷却水的浑浊度要求不大于2mg/L。

   (3)水质不易结垢

      冷却水在使用过程中，要求在换热设备的传递表面上不易结成水垢，以免影响热效果，这对工厂安全生产是一个关键。生产实践说明，由于水质不好，易结水垢而影响工厂生产的例子是屡见不鲜的。

   (4)水质对金属设备不易产生腐蚀

      冷却水在使用中，要求对金属设备最好不产生腐蚀，如果腐蚀不可避免，则要求腐蚀性愈小愈好，以免传热设备因腐蚀太快而迅速减少有效传热面积或过早报废。

   (5)水质不易滋生菌藻

      冷却水在使用过程中，要求菌藻等微生物在水中不易滋生繁殖，这样可以避免或减少因菌藻繁殖而形成大量的污垢，过多的污垢会导致管道堵塞赫腐蚀。

C- 2过热水蒸汽