Как уменьшить электропроводность воды

Я все-таки не понимаю современные тенденции. бумажка нужна или?

Ну предположим, нашли бумажку, а вдруг Вам электропроводимость недостаточна и Вы будете врать или портить оборудование?

Так что рекомендации такие:

Доказать, что такой контроль достаточен. Прописать у себя. Показывать проверяющим свой отчет.

Или я плохо объясняю, или одно из двух.

Частота анализов для контроля воды тоже подлежит обоснованию. В том же документе.

Уважаемый varban, Вы хорошо объясняете

_Elena_ пишет:
Насколько я знаю, что проводить полный анализ дистиллированной воды необходимо раз в месяц- это обязательно и каждый раз после чистки дистиллятора.

А откуда Вы это знаете?

_Elena_ пишет:
. проверять качество дист. воды необходимо каждый раз после чистки дистиллятора и не реже 2-х раз в год.

Я, вроде-бы о том же.

_Elena_ пишет:
Насколько я знаю, что проводить полный анализ дистиллированной воды необходимо раз в месяц- это обязательно и каждый раз после чистки дистиллятора.

Так что утверждение

. проводить полный анализ дистиллированной воды необходимо раз в месяц- это обязательно и каждый раз после чистки дистиллятора.

Ответов в этой теме: 69
Страница: 1 2 3 4 5 6 7
«« назад || далее »»

Источник

Влияние ионного состава воды на её электропроводность

В данной небольшой статье я постараюсь рассказать, как ионный состав воды влияет на значение электропроводности и насколько оправданно использовать общепринятые коэффициенты пересчета электропроводности воды в солесодержание воды (в диапазоне 0,5-0,55) для подавляющего большинства пресных вод. Так же в статье рассмотрена возможность использования значения электропроводности воды для контроля процесса умягчения воды.

Электропроводность воды это важнейший параметр её качества, который может быть определен простым и доступным способом. Электропроводность воды зависит от количества растворенных в ней солей, кислот и оснований, т.е. от количества ионов. Соответственно, величина электропроводность воды зависит от концентрации ионов в воде. Чем выше концентрация ионов, тем больше электропроводность воды. Т.о. по значению электропроводности воды можно определить общее солесодержание воды.

Следует отметить, что электропроводность воды, т.е. способность воды к переносу электрического заряда (электронов), определяется ионами и называется ионной электропроводностью. Если поместить в воду 2 электрода и включить их в схему с источником тока, то протекание тока в воде между двумя электродами будет определяться перемещением ионов от одного электрода к другому. Очевидно, что разные ионы будут иметь разную способность к перемещению или, как принято говорить, ионы имеют различную подвижность. В основном подвижность определяется условиями взаимодействия ионов с растворителем (водой). Наглядно этот процесс можно представить довольно просто. Если растворить в воде хлорид натрия, то образуются катионы натрия, имеющие положительный заряд и анионы хлорида, имеющие отрицательный заряд. Катион и анион вступает во взаимодействие с молекулами воды и гидратируется водой, т.е. ионы имеющий заряд притягивают дипольные молекулы воды. Способность к удержанию гидратной оболочки у разных ионов различная. Здравый смысл говорит о том, что чем больше валентность иона и чем больше его атомная масса, тем большей способностью к удержанию гидратной оболочки ион обладает. Катион натрия в гидратной оболочке осуществляет перенос электрона в воде от одного электрода к другому. При этом натрий является одновалентным и, соответственно, переносит только один электрон. Хлорид ион тоже переносит только один электрон. Если в воде растворить хлорид кальция, то двухвалентный ион кальция в гидратной оболочке сможет переносить уже 2 электрона. Соответственно, за один раз ион натрия переносит один электрон, а ион кальция 2 электрона. Получается, что способность иона кальция к переносу электрического заряда должна быть в два раза больше, чем иона натрия. На самом деле всё так и есть.

Таблица 1

Можно заметить, что чем больше молярная масса иона и больше его валентность, тем больше он теряет подвижность при увеличении концентрации ионов в воде. Потерю подвижности ионов при увеличении их концентрации в растворе можно сравнить с человеком, который пересекает площадь, когда на ней нет людей, и пересекает площадь, на которой толпа людей. Когда нет людей на площади, тяжелые многовалентные ионы имеют преимущество перед одновалентными ионами при пересечении площади. Когда на площади толпа людей, то многовалентные ионы, как большой человек с раскинутыми руками значительно сильнее тормозится остальными людьми, чем небольшой человек с одной вытянутой рукой.

На рисунке 1 представлены графики изменения подвижности ионов в воде в зависимости от их концентрации. Фактически графическое отображение таблицы 1. Можно видеть, что наибольшее падение подвижности имеет самый тяжелый двухвалентный ион сульфата, затем одинаковое уменьшение подвижности имеют двухвалентные ионы кальция и магния и наименьшую потерю подвижности имеют одновалентные ионы натрия и хлорида.

Рисунок 1 Падение подвижности ионов при увеличении концентрации растворов

Таким образом, зная значение электропроводности воды можно определить концентрацию ионов в воде. Но здесь возникает вопрос. Как достоверно определить солесодержание воды (общую массу ионов воде отнесенную к 1 литру) если в воде содержится не одна конкретная соль, а несколько солей?

Для очень приблизительного определения солесодержания воды по электропроводности используют упрощение, которое предполагает, что вся соль в воде содержится в виде хлорида натрия. Хлорид натрия, растворенный в воде, имеет коэффициент пересчета электропроводность в солесодержание 0,5-0,55 в зависимости от значения солесодержания воды. Если солесодержание воды до 1 г/л, то используют коэффициент пересчета 0,5. Чем больше солесодержание воды, тем выше коэффициент пересчета. При 16 г/л NaCl коэффициент пересчета будет 0,57.

Соответственно, для пресных вод, поверхностных и подземных, предполагается, что вся соль это хлорид натрия и измеренная величина электропроводности умножается на 0,5-0,55.

На самом деле практически все пресные поверхностные воды и большинство подземных вод имеют в своем составе преимущественно соли карбонатной и некарбонатной жесткости. Непосредственно доля хлорида натрия в поверхностных водах редко когда бывает больше 10-20 % от общего ионного состава.

В этих условиях использование коэффициента пересчета 0,5-0,55 приводит к существенной погрешности в определении солесодержания (мг/л). Конечно, принципиально можно определить питьевая это вода или нет и, к примеру, работает ли установка обессоливания воды. Но погрешность составит примерно 25-30%. Это не позволяет ориентироваться на общее солесодержание воды исходя из электропроводности. Соответственно, необходимо делать анализ на все ионы, входящие в состав источника воды.

К примеру. Проведены самые доступные и простые анализы воды из поверхностного источника на общую жесткость, щелочность и электропроводность. Данные анализа представлены в таблице 2.

Таблица 2

В результате ориентируясь на солесодержание воды по электропроводности, получено следующее значение солесодержания S=451*0.5=225,5 мг/л. (0,5 – коэффициент пересчета для NaCl). Концентрация бикарбоната кальция (Са(НСО3)2) равна 2,1/2*162=170,3 мг/л. Где, 162- молярная масса бикарбоната кальция (г/моль).

Если принять, что остальная соль в воде представлена хлоридом кальция (СаСl2), то получим СаСl2=((3,2-2,1)/2)*111=61,05 мг/л. (111- молярная масса хлорида кальция)

Итого: 170,3+61,05= 231,35 мг/л.

Формально солесодержания равны.

На самом деле, полный анализ воды показал, что в данной воде содержится 60 мг/л сульфатов и 25 мг/л натрия. Итого, солесодержание воды, рассчитанное по ионному составу, получилось 312 мг/л. Получается, что значение солесодержания по электропроводности определяет в воде только часть солей при использовании коэффициента пересчета 0,5-0,55.

Погрешность в измерениях по электропроводности составила почти 30 %. Для воды данного состава коэффициент пересчета электропроводности в солесодержание должен быть – 0,69. Это значение значительно отличается от общепринятого 0,5-0,55.

Далее произведем несложные расчеты электропроводности воды, состав которой представлен в таблицах 2, 3 и сравним со значением измеренной электропроводности по кондуктометру – 451 мкСм/см.

Для расчета используем данные источника [1].

Электропроводность воды по мольной концентрации в ней конкретного типа соли можно определить по формуле:

(1)

μ –электропроводность соли, мкСм/см,

С-концентрация соли, моль/л,

μ₀-предельная электропроводность соли при бесконечном разбавлении,

а, в – коэффициенты, разные для каждого вида соли, берутся по данным [1].

По формуле (1) были определены значения электропроводности воды для хлорида кальция. Для бикарбоната кальция пересчет солесодержания в электропроводность был произведен на основании графиков [1]. Результаты расчета представлены в таблице 3.

Таблица 3

В таблице представлена концентрация соответствующей соли в моль/л, полученные в результате анализа. Затем путем умножения на молярную массу были получены значения концентрации соли в воде в мг/л. Далее на основании формулы (1) и графиков [1] была рассчитана электропроводность водного раствора каждой соли. Затем был рассчитан коэффициент пересчета электропроводности в солесодержание (n) путем деления солесодержания на электропроводность.

Если принять, что в исходной воде в качестве катионов содержится только кальций то в результате расчета получено значение электропроводности воды равное 468,4 мкСм/см. Это больше чем измеренное значение электропроводности – 451,0 мкСм/см. При учете солей магния, точнее их доли, расчетная электропроводность составила 459,2 мкСм/см. При этом солесодержание воды составило 311 мг/л, а коэффициент пересчета – 0,665. Как мы видим реальный коэффициент пересчета значительно больше чем 0,5.

Анализируя таблицу 3, выясняется, что основное влияние на коэффициент пересчета электропроводности в солесодержание оказывает анионный состав. Прежде всего, концентрация бикарбонатов (из-за большого коэффициента пересчета (n = 0,8-1,0)). Можно сказать, что для карбонатных, кальциево-магниевых вод коэффициент пересчета электропроводности в солесодержание должен быть в диапазоне 0,6-0,75. И только для хлоридных и сульфатных вод (при любом катионном составе) коэффициент пересчета составит 0,5-0,55.

Для ориентировочного определения коэффициента пересчета электропроводности в солесодержание необходимо знать только значение электропроводности, жесткости и щелочность (HCO3) воды. Для ориентировочного определения коэффициента пересчета электропроводности в солесодержание воды (карбонатно-кальциевой воды) можно воспользоваться следующей формулой:

,

n_HCO3 – коэффициент пересчета для бикарбоната кальция, n_HCO3=0,86;

q_HCO3 – доля бикарбоната от суммы всех анионов в г-экв;

q_SO4,Cl – доля суммы сульфата и хлорида от всех анионов.

Пример.

Имеется вода карбонатно-кальциевого типа. Электропроводность воды – 550 мкСм/см; Жесткость воды – 4,5 мг-экв/л; Щелочность воды – 2,7 мг-экв/л.

Предполагается отсутствие одновалентных ионов воде. Соответственно, концентрация анионов в воде предполагается равной 4,5 мг-экв/л. Тогда,

Соответственно, солесодержание воды равно

Реальный коэффициент пересчета для данной воды составил – 0,665

Погрешность при использовании данной формулы для карбонатно- кальциевых вод составляет не более 0,05.

Вторая часть данной статьи посвящена вопросу изменения солесодержания воды в процессе ее умягчения.

Для понимания как изменяется солесодержание и электропроводность умягченной воды давайте рассмотрим данные таблицы 4.

Таблица 4

В таблице 4 представлены данные для расчета коэффициента пересчета каждой соли.

Методика пересчета следующая:

Как мы можем, видеть электропроводность любых эквивалентных концентраций солей одного аниона уменьшается с уменьшением заряда и атомной массы катиона. К примеру, Значение электропроводности бикарбоната кальция самое большое по сравнению с бикарбонатом магния и натрия. Кальций двухвалентный и имеет самую большую массу. Затем следует бикарбонат магния. И самая маленькая электропроводность из бикарбонатных солей у одновалентного натрия. И это при том, что в эквивалентных концентрациях натрия в два раза моль больше, чем кальция или магния.

Такая же последовательность наблюдается и для других анионов. Для наглядности в таблице 4 соли сравниваемые по аниону выделены разным курсивом.

Получается, что при бесконечном разбавлении раствора двухвалентные ионы переносят больше электрического заряда. Но эксперименты подтверждают, что умягченная вода, которая содержит только натриевые соли в концентрациях эквивалентных исходным кальциевым и магниевым солям, практически всегда имеет более высокую электропроводность. Это связано с тем, что в реальных растворах гидратированные ионы сталкиваются друг с другом, как было образно сказано «переходят площадь, на которой толпа людей» или других ионов. В этом случае наблюдается значительное уменьшение переноса электрического заряда двухвалентными ионами. Уже при концентрации в несколько мг/л наблюдается значительное падение электропроводности двухвалентных ионов.

Для того чтобы наглядно показать это мною было проведено несколько экспериментов по умягчению жесткой воды.

Было приготовлено 4 раствора. Два раствора CaCl2 с электропроводностью 1168 мкСм/см и 339 мкСм/см. Два раствор MgSO4 с электропроводностью 1169 мкСм/см и 355 мкСм/см. Затем было проведено умягчение всех растворов и сделано измерение электропроводности умягченных растворов. Для умягчения использовалась ионообменная колонка с катионитом и для измерения электропроводности поверенный кондуктометр с погрешностью не более 1,5% от измеренной величины. Результаты эксперимента показаны в таблице 5, 6

Таблица 5

Таблица 6

Из данных таблицы 5 видно, что электропроводность исходного раствора хлорида кальция больше, чем электропроводность полученного в результате умягчения раствора хлорида натрия. Причем, разница в электропроводности исходной и умягченной воды уменьшается незначительно даже при увеличении солесодержания в 4 раза. Это подтверждает, что одновалентные ионы хлорида незначительно теряют подвижность с ростом общего количества ионов. Коэффициент пересчета меняется незначительно как для хлорида кальция, так и для хлорида натрия. Но так как кальций двухвалентный он больше теряет подвижность с ростом солесодержания и, соответственно, коэффициент пересчета для хлорида кальция вырастает на 0,47-0,445= 0,25. При том, что коэффициент пересчета для хлорида натрия вырастает всего на 0,5-0,48=0,2.

Из данных таблицы 6 видно, что электропроводность исходного раствора сульфата магния меньше, чем электропроводность полученного в результате умягчения раствора сульфата натрия. Причем, чем больше электропроводность (солесодержание) раствора, тем больше разница между электропроводностью умягченной и исходной воды. Это говорит о том, что тяжелый, двухвалентный ион сульфата при увеличении солесодержания воды значительно теряет подвижность. В связи с этим коэффициент пересчета (n) вырастает от 0,56 до 0,7 при увеличении солесодержания всего в 3,5 раза.

Эксперимент подтверждает ключевое влияние величины солесодержания и двухвалентных ионов на причину увеличения электропроводности умягченной воды по сравнению с исходной водой.

Мною был проведен эксперимент по умягчению водопроводной воды с жесткостью 3,2 мг-экв/л и электропроводностью 451 мкСм/см. Результаты измерений представлены в виде графика на рисунке 2.

Рисунок 2 Зависимость электропроводности умягченной воды от остаточной жесткости умягченной воды

Как видно из графика, жесткость умягченной воды сразу после начала фильтрования составила 0,05 мг-экв/л и электропроводность 468 мкСм/см. Затем электропроводность начала падать и при значении 464 мкСм/см значение жесткости составило 0,1 мг-экв/л. Затем началось существенное падение электропроводности и значительное повышение жесткости. Причем падение электропроводности носит линейный характер по отношению к повышению жесткости.

Можно сказать, что до значения электропроводности 464 мкСм/см умягчение воды проходило в объеме фильтроцикла, до истощения катионита по ионам натрия. После истощения катионита по ионам натрия электропроводность воды упала ниже 464 мкСм и жесткость фильтрата недопустимо выросла для первой ступени умягчения. Когда катионит потерял способность к ионообмену, электропроводность исходной воды стала равна электропроводности «умягченной» воды.

Интересное наблюдение. При умягчении воды в самом начале фильтроцикла, когда катионит гарантировано был насыщен ионами натрия, электропроводность фильтрата держалась на уровне 467 мкСм/см. Что соответствовало жесткости умягченной воды 0,05 мг-экв/л. Затем была значительно увеличена скорость фильтрования. Скорость фильтрования была гарантирована больше 100 м/час. При этом даже насыщенный катионит не успевал полностью умягчать воду и электропроводность воды упала до 461 мкСм/см, что соответствует 0,75 мг-экв/л жесткости. Затем скорость была восстановлена до значений 20-25 м/ч. Электропроводность снова выросла до 467 мкСм/см. Это было сделано для того, что бы исключить возможное влияние на электропроводность фильтрата возможных остатков регенерационного раствора и четко определить верхнюю границу электропроводности умягченной воды.

В таблице 3 представлены данные расчета электропроводности воды содержащей бикарбонат натрия, хлорид натрия и сульфат натрия (умягченной воды, для которой проводился эксперимент). Мольная концентрация бикарбоната натрия будет в два раза больше мольной концентрации исходного бикарбоната кальция, т.к. 1 моль карбоната кальция эквивалентно замещается двумя молями бикарбоната натрия. Так же для хлорида натрия. Мольная концентрация сульфата натрия будет равна мольной концентрации сульфата кальция.

По данным [1] были определены значения коэффициентов пересчета солесодержания в электропроводность для натриевых солей. Затем была рассчитана электропроводность каждой соли. В результате сумма электропроводностей всех солей составила 473,9 мкСм/см.

В результате расчета получили, что электропроводность жесткой воды составила 459,2 мкСм/см, а умягченной 473,9 мкСм/см. Расчетная электропроводность умягченной воды получилась немного выше, чем расчетная электропроводность жесткой воды. Это соответствует реальным показателям электропроводности на рисунке 2.

Так как в природной воде всегда содержится кальций и магний, а так же не менее 70 % от суммы всех анионов составляет бикарбонат + сульфат, то электропроводность умягченной воды в подавляющем большинстве случаев будет выше электропроводности поступающей на умягчение жесткой воды.

Только в том случае если в исходной жесткой воде не будет бикарбоната и сульфата, то после умягчения такой воды электропроводность умягченной воды будет ниже электропроводности исходной жесткой воды при солесодержании исходной воды не более 1 г/л.

Необходимо отметить, что чем выше солесодержание исходной воды и, соответственно, жесткость, тем больше будет разница в значениях электропроводности жесткой и умягченной воды. Электропроводность умягченной воды будет расти прямо пропорционально увеличению жесткости и, соответственно, солесодержанию исходной воды. Как было показано выше, при более высоком солесодержании воды большую подвижность будут иметь одновалентные ионы натрия по сравнению с двухвалентными ионами кальция и магния.

Мы можем видеть, что экспериментальные данные подтверждают расчетные данные. Для воды с исходной жесткостью 3,2 мг-экв/л и электропроводностью 459,2 мкСм/см перепад электропроводности составил в среднем 15 мкСм.

Анализируя электропроводности различных вод до и после установок умягчения на различных объектах, я установил определенную закономерность в изменении электропроводности исходной и умягченной воды. Увеличение электропроводности умягченной воды по сравнению с жесткой водой составляет примерно от 15 – до 25 мкСм на 3 мг-экв/л жесткости. Конечно, необходимо помнить, что данная зависимость характерна только для пресных, слабосоленых, карбонатно-сульфатных поверхностных и подземных вод.

Пример из моей практики. Электропроводность исходной воды до умягчения составляла 1692 мкСм/см и жесткость воды 11,5 мг-экв/л. После умягчения электропроводность составила 1795 мкСм/cм. Увеличение электропроводности составило 103 мкСм/см. Данная величина довольно существенна и может позволить вести контроль за установкой умягчения даже используя довольно дешевый кондуктометр.

Выводы:

n_HCO3 – коэффициент пересчета для бикарбоната кальция, n_HCO3=0,86;

q_HCO3 – доля бикарбоната от суммы всех анионов в молях;

q_SO4,Cl – доля суммы сульфата и хлорида от всех анионов;

Список использованных источников:

Источник

• ← психоневрологический диспансер шоссе революции 17 телефон регистратуры
• Бежевый комбинезон с чем сочетать →