自然界水中离子成分有多少.docx

自然界水中离子成分有多少 来源： 海源水处理 日期： 2013-7-24 返回自然界水中离子成分有多少？对去离子水系统及反渗透系统有什么影响。这篇文章就这问题一一解答。存在于自然界的水一般含有钠离子（Na+）、钾离子(k+)、钙离子(Ca2+)、镁离子(Mg2+)、氯离子(Cl-)、硫酸根(SO42-)、重碳酸根(HCO3-)、硅(Si)以及少量其它离子。水中的总阳离子和总阴离子的摩尔浓度应该相等。如果水质分析报告中，阳离子和阴离子的摩尔浓度不能平衡，说明这份水质分析报告不准确或不全面，有可能对系统的设计和运行带来影响。下面一些名词被用来描述水体中离子的含量或状态：1）总溶解性固体（TDS）：在水处理工艺中，TDS是滤除悬浮物与胶体并蒸发掉全部水份后的剩余无机物。TDS以ppm 或mg/l为单位，在现场可以用TDS仪测量TDS，TDS仪测量水的电导率并乘以转换因子即得出已知参考溶液（如氯化钠、氯化钾）的TDS值。值得注意的是：通过电导率数值间接测出的各类离子混合而成水溶液的TDS值，与通过各离子浓度相加得出的TDS值并不相同。一个粗略算法是：对于氯化钠（单价阴、阳离子组成的盐分）参考溶液，每1mg/L的TDS值对应2US/CM电导率。2）硬度：在水处理工艺中，把钙、镁离子的合计量换算成与之对应的碳酸钙来表示量叫做硬度。硬度分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。如果钙硬度很高，需注意控制系统的结垢风险。3）碱度：是中和溶解在水中的OH-、CO32-和HCO3-所需要的酸的量。PH值在8.3以下时，采用甲基橙作为指示剂并用酸中和至PH值4.2时，需要的酸的量称为甲基橙碱度；PH值在8.3以上时，采用酚酞作为指示剂并用酸中和至PH值8.2时，需要的酸的量被称为酚酞碱度。在天然水体中，碱度主要是由HCO3-盐类组成。4）钙离子(Ca)：钙盐是水中主要的硬度组成部分，某些钙盐的溶解度较低，需注意其结垢风险。在使用阻垢剂时，钙盐可达到饱和状态而不沉淀下来，其中硫酸钙(CaSO4的饱和度可达230%，表征碳酸钙结垢倾向的LSI（朗格里尔指数）值可达1.8-2.5.5）镁离子(Mg)：苦咸水中镁约占三分之一硬度，但在海水中镁含量约比钙高出五倍。镁盐的溶解度较高，在RO系统中通常不会造成结垢问题。6）钠离子(Na)：钠离子溶解度很高，不会在RO系统中造成结垢。海水中钠是主要的阳离子。在水质分析中，当总阳离子比总阴离子低于10%以上且选择自动平衡时，系统会增加钠离子浓度来使阴、阳离了摩尔浓度相等。7）钾离子(K)：在水中钾的含量较钠低得多，且溶解度很高，不会造成RO结垢。8）铵离子(NH4)：铵盐极易溶解不会造成RO系统的结垢问题。铵离子是溶于高PH值水中的氨气（NH3）形成的，高PH值水中氨的离解生成了铵离子与氢氧离子；低于PH值水中氨为气态，象二氧化碳一样，不会被RO系统脱除。井水中一般不存在铵离子，泥土中细菌的作用已使铵转化为暂态的亚硝酸盐（NO2）进而氧化成常见的硝酸盐离子。铵离子以不超过1的低浓度存在于地表水中，在市政污水中可达到20mg/l.9）钡离子(Ba)：硫酸钡的溶解度很低，可能在膜系统的浓水侧造成结垢。温度降低与硫酸盐浓度增高会使硫酸钡的溶解度下降。钡一般出现在井水中，浓度范围一般在0.05-0.2 mg/l.钡的检测精度须为0.01（10PPb）。使用阻垢剂时，硫酸钡饱和度可达6000%。10） 锶离子(Sr)：硫酸锶的溶解度很低，可能在膜系统的浓水侧造成结剂。温度降低与硫酸盐类浓度增高会使硫酸锶的溶解度下降。通常，铅矿附近的井水中含有小于15 mg/l浓度的锶。使用阻垢剂时，硫酸锶饱和度可达800%。11） 碳酸氢根离子(HCO3)：碳酸氢钙的溶解度很低，能够在膜系统的浓水侧结垢。碳酸氢钙的溶解度测量单位，对苦咸水应该用LSI（朗格里尔饱和指数），对海水应该用（史蒂夫戴维斯指数）表示。温度升高、PH值增加均使碳酸氢钙的溶解度下降。碳酸氢根是在碱性物，PH值在4.4-8.2之间时它与二氧化碳相平衡，PH值在8.2-9.6之间时它于碳酸盐相平衡。12） 碳酸根离子(CO3)：碳酸钙的溶解度很低，可在膜系统浓水侧结垢。其溶解度对苦咸水用用LSI（朗格里尔饱和指数），对海水应该用（史蒂夫戴维斯指数）表示。温度升高、PH值增加均使其溶解度下降。碳酸根是在碱性物，PH值在8.2-9.6之间时,其浓度与碳酸氢根相平衡，PH值大于9.6时，不存在二氧化碳与碳酸氢根，全部碱性物均为碳酸根。13） 硫酸根离子(SO4)：硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶的溶解度较低，且随温度降低而降低。14） 硝酸根离子(NO3)：硝酸盐具有高溶解度，不会造成RO系统结垢问题。在水质分析中，通常将硝酸根含量表示为氮的mg/L值，而不是膜系统所需要的硝酸根的值。净N值转化为NO3值，需乘以4.43.15） 氯离子(CI)：氯盐的溶解度很高，在RO系统中不会造成结垢。在海水中氯含量很高。在水质分析中，当总阳离子比总阴离子低于10%以上时且选择自动平衡时，系统会增加氯离子浓度来使阴、阳离子摩尔浓度相等。16） 氟离子(F)：自然水体中氟较低，在某些地区的井水中会有超出饮用水标准的氟含量。膜系统中氟的脱除率取决于给水的PH值。PH值显碱性时，氟以盐的形式存在，聚酰胺膜脱氟率可达99%以上；PH值显酸性时，由于氟以酸的形式存在，氟脱除率可降至50%左右。17） 硼(B)：硼一般存在于海水中，其含量可达5mg/L.内陆咸水湖中含量更低。硼不是污染源，但由于在某些使用环境中会造成不利影响，因此在电子工业中必须去除。硼的化学性质类似于硅，PH值高于10状态下，它以单价硼酸根阴离子形式存在，PH值低于10状态下，它以非离子化的硼酸B（OH）3形式存在，硼酸盐的去除率与PH值有关，PH值高时，去除率也高。18） 二氧化硅(SiO2)：二氧化硅在某种情况下是一阴离子。它的化学性质复杂，甚至是不可预测的。TOC（以碳计）表示有机物总量而未指明有机物的构成，同样，硅浓度仅表示了硅的总浓度，但没有指明硅的各种构成的浓度。水中的硅总量中包括活性硅与胶体硅。活性硅是可溶硅，它被弱电离且未聚合成长链。活性硅是RO与离子交换工艺中希望的形式，虽然活性二氧化硅有阴离子特性，但在水质分析中它未以阴离子方式计入阴阳离子平衡，却以盐的形式计入TDS。胶体硅是聚合硅或胶体状，就其性质而言更接近固体。胶体硅可以被RO系统去除，但可以在RO前端造成胶体污染。胶体硅的直径可小到0.008微米，但只有大于或等于0.45微米的部分才能用SDI来测量。粘土、淤泥、沙石等微粒状的硅混合物一般有1微米或更大的直径，可用SDI测量。在使用硅分散剂条件下，活性硅的溶解度限值为100-150%。温度的升高、PH值在7.0以下或7.8以上均会使硅的溶解度上升，对硅聚合起催化作用的铁离子存在时，活性硅的溶解度下降。在RO系统中，硅的脱除率与原水PH值米切相关，随PH值的增加，该脱除盐也增加，这是因为活性硅更多的是以盐的形式存在，而不是酸的形式。19） 二氧化碳(CO2)：二氧化碳是气体，当溶于水时与水反应生成弱碳酸。如纯水中二氧化碳处于饱合状态，其浓度约为1600mg/L,PH值约为4.0.自然界水体中二氧化碳的来源是基于PH值的碳酸氢根平衡。水体中的二氧化碳浓度间接的决定于PH值与碳酸氢根的对应关系。二氧化碳与碳酸氢根离子在PH值的404-802区间保持平衡。PH值为4.4时均为二氧化碳，PH值为8.2时均为碳酸氢根。由于二氧化碳为气体，RO膜对其不具有脱除或浓缩作用，其浓度在给水、产水与浓水中相同。在给水中加酸将碳酸氢根化为二氧化碳，故而PH值下降。20） 硫化氢(H2S)：硫化氢呈气态，使给水中有臭蛋气味。其0.1mg/L浓度是异味的临界值，在3-5mg/L浓度时，具有强烈的异味。硫化氢易于被空气