工业用水总硬度在线检测方法探索

收稿日期:2012－09－01修回日期:2012－11－17基金项目:江苏省高等学校大学生实践创新训练计划(2012JSSPITP2043)通讯作者:王小锋，南京晓庄学院生物化工与环境工程学院副教授，研究方向为功能配合物、自动化仪器;Email:wan-gxf0215@163．com2013年5月第3期南京晓庄学院学报JOUＲNALOFNANJINGXIAOZHUANGUNIVEＲSITYMay2013No．3工业用水总硬度在线检测方法探索李亚丽，王小锋*(南京晓庄学院生物化工与环境工程学院，江苏南京211171)摘要:将流动注射技术应用于水中总硬度的分析，并在各种实验条件下研究相关因素的影响．在EDTA浓度为0．02mol/L时，检测范围能满足国标要求的5～1000mg/L测量范围，能够很好地应用于炼钢厂中生产用水、锅炉水的总硬度的在线测定．关键词:总硬度;流动注射;工业用水;检测方法中图分类号:O655．2文献标识码:A文章编号:1009－7902(2013)03－0057－04水硬度是指水样中钙镁离子的总浓度，它是水质的重要指标．锅炉能否安全、经济的运行，水质硬度是非常重要的．锅炉给水不进行处理或处理不当，必然在受热面上结垢，使炉壁传热性能较低，增加燃料消耗，还会产生腐蚀、爆管，甚至引起爆炸事故．特别在原水水质硬度较大的地区，锅炉水处理，对确保锅炉安全经济运行;提高锅炉效率;延长锅炉使用年限;节约能源具有很重要的意义．目前，水硬度的测定方法有EDTA络合滴定法、偶氮氯磷Ⅰ光度法及4－甲基偶氮胂Ⅲ光度法等［1－3］．这些方法都是对水样中钙、镁离子的单一测定或分别测定．目前，常规的化学分析方法在定量分析水中总硬度含量时比较繁琐不适用于现场的在线监测．研究表明在一定条件下，铬黑T与钙、镁形成的铬合物具有相同的最大吸收波长，灵敏度基本一致［1］．而流动注射方法作为一项始于二十世纪70年代的技术，由于其具有试样和试剂消耗量少，易实现自动化，仪器简单;操作简沽、快速，重现性较好等特点，在分析自动化和工业过程在线分析领域得到了日益广泛的应用［4－6］．本文由此建立了一种测定水的硬度的分析方法，该方法简便、快速、灵敏度高，适用于自来水和锅炉水的硬度自动测定．1实验部分1．1仪器设备蠕动泵，注射泵六通阀，微通池，430nm发光二极管，GT－10可编程序控制器(PLC，日本索尼公司)，气液分离器(自制):在两块长10cm宽4cm厚2cm的聚四氟乙烯块上分别刻出凹槽，将1cm×1cm×2cm的特制石英比色皿槽夹在刻有凹槽的聚四氟乙烯块中，并用螺丝固定拧紧即成，比色皿下方有通气孔以冲洗测试废液．将以上部件组成流动注射分析系统，如图1所示．1．2试剂EDTA溶液(0．02mol·L－1)，氨性缓冲溶液(pH≈10称取20gNH4Cl，溶解后，加100mL浓氨水，用水稀至1L)，铬黑T指示剂(5g/L)，NaOH(1mol/L)，HCl(1mol/L)，钙指示剂．EDTA标准溶液用标准锌溶液标定．1．3实验原理和步骤检测原理采用工业锅炉水质GB1576－2001中水质检测原理，即利用一种钙镁试剂通过化学比色法分析样品中的硬度．测量流程如图1所示，样品、缓冲剂、显色剂等试剂分别由蠕动泵通过定量环吸入反应室．混合液在管中反应，根据反应的颜色变化引起吸光度的不—75—图1总硬度测定流程图同，从而引起负峰，单片机自动记录数据，由此可根据测定溶液滴定用量来得到所测样品总硬度值．通过PLC控制测试操作步骤，如下:(1)启动注射泵，显色剂、缓冲液和测试溶液以一定的流速注入，同时六通阀置于采样状态并启动蠕动泵，使清洗溶液清洗管路．(2)检测器基线稳定后，停止蠕动泵的清洗操作，同时将六通阀置于注入状态，一定时间内顺序完成一定量的水样、显色剂的注入并通过气泵使溶液充分混合．(3)开始滴入EDTA溶液，并用颜色传感器记录反应溶液的颜色变化值曲线，确定反应终点．(4)根据样品浓度和滴入EDTA的量，计算出结果．2结果与讨论2．1滴定曲线的测定和终点判断将1ml标准水样置于比色皿中，加入5ul铬黑T指示剂．通过气体搅拌均匀后，滴入pH=10的0.02mol·L－1EDTA试剂，通过颜色传感器记录反应液颜色值(取HSB颜色值中的H色相值作为基准)．整个滴定时间不应超过5分钟．用EDTA滴定至颜色突变时，由于络合反应较慢，可适当放慢滴定速度，使混合溶液从酒红色彻底变为蓝色，传感器上数值稳定10s后即可停止测定．通过曲线拟合后，可得出H值变化拐点即为滴定终点．图2溶液H值滴定曲线图2．2滴定液EDTA浓度的选择考虑到蠕动泵等器材自身存在误差、自制样品槽溶剂限制和实验过程中可能会出现滴过的情况等因素，因此有必要找出滴定硬度在较宽范围的ED-TA浓度．配置0.01，0.015，0.0