CN110146645A - 一种快速检测地下水暂时硬度的方法、装置及控制方法 - Google Patents

一种快速检测地下水暂时硬度的方法、装置及控制方法 Download PDF

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卢金锁
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薛福举
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Abstract

本发明公开了一种快速检测地下水暂时硬度的方法、装置及控制方法，包括对待检测水进行降压得到降压后的水，使降压后的水中CO2的溶解度与待检测水在标准大气压下煮沸后的水中CO2溶解度相同，测量待检测水降压前后的浊度值，利用浊度与暂时硬度之间的相关系数K得出暂时硬度，达到快速，简便的测出暂时硬度的目的，K值的取值范围为2.99～3.82。与传统的测量暂时硬度方法相比，该方法简单迅速，并且不需要添加任何药剂，更加环保。本发明的装置操作简单、管理方便、可程序化，工艺简单、费用低廉；装置尺寸小，便于携带。

Description

一种快速检测地下水暂时硬度的方法、装置及控制方法
技术领域
本发明属于地下水检测技术领域，具体涉及一种快速检测地下水暂时硬度的方法、装置及控制方法。
背景技术
地下水是我国居民重要和优质的饮用水水源，地下水水体中常含有一定浓度的钙、镁离子，即水体硬度。水体硬度与人类的生活和生产有密切的关系。因此，对生活及生产用水进行硬度及暂时硬度(水垢)的常规检测有极为重要的意义，它可以预测水样形成碳酸盐垢的趋势，为生产及生活用水的防垢、阻垢和软化提供有力的技术支持。
目前常采用的暂时硬度分析方法是盐酸标准溶液滴定样品或EDTA煮沸滴定法。盐酸标准溶液滴定法，用此方法测定水样，准确度较高，但当水样中含有钾和钠的碳酸盐及重碳酸盐时，需进行校正，测定及计算过程较繁琐。EDTA滴定法优点为螯合反应灵敏，稳定，易于计算，误差小；缺点是须加入氨缓冲溶液调节PH，以及铬黑T作指示剂，且要在温水浴，否则影响指示剂变色。这一点较为繁琐，且操作过程中存在人为不可避免的误差。煮沸法通过测定加热煮沸前后的总硬度之差即为暂时硬度(水垢)，原理简单，过程较为耗时。
目前对于水质暂时硬度(水垢)的测定并没有国家标准方法，并没有一种方法能够快速简便的测量出暂时硬度(水垢)。
发明内容
针对现有制备技术的缺陷和不足，本发明提供了一种快速检测地下水暂时硬度的方法、装置及控制方法，解决现有检测方法的繁琐性，且操作过程中存在人为不可避免的误差、过程较为耗时的缺点。
为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：
一种快速检测地下水暂时硬度的方法，包括对待检测水进行降压得到降压后的水，使降压后的水中CO2的溶解度与待检测水在标准大气压下煮沸后的水中CO2溶解度相同，测量待检测水降压前后的浊度值，利用式(1)得出待检测水的暂时硬度，
H＝K×(A1-A0) (1)
其中，H表示待检测地下水的暂时硬度，单位为mg/L；K表示暂时硬度与浊度差的相关系数，K值的取值范围为2.99～3.82；A1表示降压后的待检测地下水的浊度，单位为FTU；A0表示降压前的待检测地下水的浊度，单位为FTU。
具体地，标准大气压下，待检测水煮沸后的水中CO2溶解度为0.196。
优选的，所述的K值为3.695。
一种检测地下水暂时硬度的装置，该装置实施本发明所述的快速检测地下水暂时硬度的方法。
进一步地，包括依次连接设置的样品瓶、降压单元、压力探头、显示屏和控制面板，所述降压单元设有微型真空泵和抽气管，所述抽气管与微型真空泵连接，所述降压单元对放置在样品瓶中的待检测水进行降压。
进一步地，所述的样品瓶设有第一接口和第二接口，所述第一接口与所述抽气管一端连接，所述第二接口与所述压力探头连接。
进一步地，所述的样品瓶形状为底部直径为3cm，高度为7cm的圆柱形。
进一步地，所述的样品瓶的瓶身由透明玻璃制成，顶部瓶盖采用聚四氟乙烯材料制成。
进一步地，所述的微型真空泵的真空度为80kpa，抽气速率≥15L/min。
一种检测地下水暂时硬度的装置控制方法，包括本发明所述的快速检测地下水暂时硬度的方法或本发明所述的检测地下水暂时硬度的装置，
包括：将待检测水装入样品瓶中，然后把样品瓶放入装置中，当测试最起始浊度后，根据二氧化碳在不同压强和不同温度下的溶解度，在控制面板上输入设定的压强，十秒后按下开关按钮运行微型真空泵，判断是否达到所设定压强，当压力探头测出检测样品瓶中的压强达到了所设定的值时，会结束真空泵运行，退出系统；如果压力探头探测得到的是没有达到所设定压强，则真空泵继续工作，直至达到所设定压强，停止运行，此时显示屏上显示待检测水的暂时硬度。
本发明相较于现有技术具有以下有益技术效果：
(1)本发明对地下水进行抽气减压，使水中CO2的溶解度与水在标准大气压下煮沸时CO2的溶解度一致，测量减压前后的浊度差值，根据浊度差值和系数K值得出地下水的暂时硬度。与传统的测量暂时硬度方法相比，该方法简单迅速，并且不需要添加任何药剂，更加环保。
(2)本发明的装置操作简单、管理方便、可程序化，工艺简单、费用低廉；装置尺寸小，便于携带。
附图说明
图1为本发明提出的进行快速检测水暂时硬度方法的暂时硬度与浊度差的函数图像；
图2为二氧化碳在不同压强和不同温度下的溶解度示意图；
图3为实施例1中的检测装置示意图；
图4为实施例2中的装置的样品瓶的细节图；
图5为本发明提出的装置控制方法示意图；
图中的标号分别表示：1、样品瓶；2、降压单元；3、压力探头；4、显示屏；5、控制面板。
具体实施方式
以下仅给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，并且凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
本发明提出一种快速检测地下水暂时硬度的方法、装置及控制方法。水垢的形成的实质就是水中的二氧化碳逸出，使水变浑浊。具体反应如下列方程式：
Ca2++2HCO3 -＝CaCO3↓+H2O+CO2↑
Mg2++2HCO3 -＝MgCO3↓+H2O+CO2↑
MgCO3+H2O＝Mg(OH)2↓+CO2↑
针对水中CO2溶解度的特性，CO2的溶解度随着温度增高而减小，当水被加热至沸腾时，CO2的溶解度极低，会使大量的碳酸盐析出来，形成暂时硬度(水垢)。并且CO2的溶解度也随着压力的降低而减小。碳酸盐硬度主要与水中碳酸平衡息息相关，本发明利用减压的方法控制二氧化碳在水中的溶解度，加速形成难溶碳酸盐沉淀，进而通过浊度来表征沉淀程度。从而进一步得出暂时硬度。因此负压30kpa下的水中的CO2溶解度与在标准大气压下沸腾时的CO2溶解度相一致，就可以达到相同条件，析出等量的碳酸盐(误差忽略不计)。再利用浊度仪测出降压前后的浊度差值，利用浊度与暂时硬度之间的关系K得出暂时硬度，达到快速，简便的测出暂时硬度的目的。具体计算公式如下：
H＝K×(A1-A0)
H表示待检测地下水的暂时硬度，单位为mg/L；
K表示暂时硬度与浊度的相关系数；
A1表示降压后的待检测地下水的浊度，单位为FTU；
A0表示降压前的待检测地下水的浊度，单位为FTU。
本发明的EDTA滴定法采用常用的操作方法，浊度仪为市售的常规的仪器。测定总硬度时，用移液管吸取50mL水样放入锥形瓶中，加入5mL氨缓冲溶液，加1滴铬黑T指示剂或K-B指示剂，此时溶液呈玫瑰红色，立即用EDTA标准溶液滴定，在滴定过程中，呈玫瑰红色→兰紫色，记录EDTA标准溶液的体积；Ca2+测定：用移液管吸取50mL水样放入锥形瓶中，加入1mL15％NaOH溶液，加1滴铬黑T指示剂或K-B指示剂，然后用EDTA标准溶液滴定，当溶液同玫瑰红色滴定至兰紫色，滴定终止，记录EDTA标准溶液的体积。
本发明的检测地下水暂时硬度的装置中压力探头、显示屏和控制面板之间的连接及控制方法，均采用现有技术中常用的电磁控制等技术。
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合附图1～5和实施例与对比例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
遵从上述技术方案，本实施例给出一种快速检测地下水暂时硬度的方法。
本实施例是在标准大气压和室温条件下进行，配置10组不同硬度的地下水，编号1～10，将配置好的10组不同硬度的地下水分别倒入10个烧杯中加热至沸腾，再用EDTA滴定法测出该10组地下水的总硬度，煮沸前后的总硬度差值即为暂时硬度；同时，用浊度仪测量煮沸前后的浊度，测量得出浊度差。测定总硬度时，用移液管吸取50mL水样放入锥形瓶中，加入5mL氨缓冲溶液，加1滴铬黑T指示剂或K-B指示剂，此时溶液呈玫瑰红色，立即用EDTA标准溶液滴定，在滴定过程中，呈玫瑰红色→兰紫色，记录EDTA标准溶液的体积；Ca2+测定：用移液管吸取50mL水样放入锥形瓶中，加入1mL15％NaOH溶液，加1滴铬黑T指示剂或K-B指示剂，然后用EDTA标准溶液滴定，当溶液同玫瑰红色滴定至兰紫色，滴定终止，记录EDTA标准溶液的体积。
本实施例的暂时硬度与浊度差的相关实验数据如表1所示
根据上述实验数据，第七组的实验数据差距过大，可能是人为操作实验产生的巨大误差，它的K值不计入，因此，K值的取值范围为2.99～3.82。利用OriginPro软件绘制暂时硬度与浊度差的函数图像，如图1所示，从而得出K值为3.695，并且相关系数R2为0.9757，说明浊度差与暂时硬度的相关程度高，利用该公式能方便、快捷准确的计算出水的暂时硬度，即H＝3.695×(A1-A0)
H表示待检测地下水的暂时硬度，单位为mg/L；
K表示暂时硬度与浊度的相关系数；
A1表示降压后的待检测地下水的浊度，单位为FTU；
A0表示降压前的待检测地下水的浊度，单位为FTU。
因此，本实施例给出的一种快速检测地下水暂时硬度的方法如下：
首先将待检测地下水放入本发明的样品瓶1中，然后将样品瓶1放入检测设备中，测出降压前的待检测地下水的浊度A0，将样品瓶1与设备中的真空泵2连接，十秒后，通过真空泵2抽取样品瓶1中的气体，降低瓶中压强，抽压到达所设定的压强，参考二氧化碳在不同压强和不同温度下的溶解度表2及图2，使待检测地下水中的CO2溶解度与标准大气压下待检测地下水加热到沸腾时水中CO2溶解度(0.196)一致，此时，设备智能停止抽压，浊度仪测出降压后的待检测地下水的浊度A1，本实施例选用的是压强为30kpa，温度为23℃，误差忽略不计。
此实施例的方法采用微型真空泵将水中的气体抽取时的时间为1min，测出暂时硬度的时间小于2min，而传统的测暂时硬度需要花费大量的时间，至少需要20min，与传统的测量暂时硬度相比，该方法简单迅速，并且不需要添加任何药剂，更加环保。并且，本方法参考表2及图2，可在高原地区或寒冷地区等一些特殊地区均适用此方法对水样进行暂时硬度的测量，只需参考二氧化碳在不同压强和不同温度下的溶解度进行相应的选择即可。
表2二氧化碳在不同压强和不同温度下的溶解度
实施例2：
本实施例给出一种检测地下水暂时硬度的装置，如图3～4所示，包括依次连接设置的样品瓶1、降压单元2、压力探头3、显示屏4和控制面板5，降压单元2包括微型真空泵和抽气管，抽气管一端与样品瓶1的第一接口11螺纹连接，连接管另一端与微型真空泵连接，利用微型真空泵对样品瓶内进行抽真空降低压强。样品瓶1瓶口的下侧壁设有第二接口12，第二接口12与压力探头3螺纹连接。
样品瓶1形状为底部直径为3cm，高度为7cm的圆柱形，瓶身由透明玻璃制成，顶部瓶盖采用聚四氟乙烯材料制成。真空泵采用型号为Z512-8005，大小为110×50×70mm的微型真空泵，真空度可以到达80kpa，抽气速率≥15L/min，能够迅速将样品瓶内的压强抽到设定值，气体具有良好的向上扩散性。
压力探头3可以测出装置瓶内的压强，并且智能化的控制微型真空泵的运行，当压力探头测出瓶中的压力达到所设定的时候，就会反馈给开关，停止微型真空泵的运行，然后屏显上得出浊度差值和暂时硬度。材质为不锈钢304，直径为1cm。
显示屏4面长为100cm，宽为40cm，显示屏显示浊度，压强和暂时硬度的数值。控制面板5长为100cm，宽为40cm，控制面板5进行压力、时间和温度等常规数据的控制，可以实现开机、关机、重读上一次的值功能。
如图5所示，具体的控制方法为：将待检测水装入样品瓶1中，然后把样品瓶1放入设备中，盖上盖子，当测试最起始浊度后，根据二氧化碳在不同压强和不同温度下的溶解度表或图2，在控制面板5上输入设定的压强，十秒后按下开关按钮运行微型真空泵，判断是否达到所设定压强，当压力探头3测出检测样品瓶1中的压强达到了所设定的值时，会结束真空泵运行，退出系统；如果压力探头3探测得到的是没有达到所设定压强，则真空泵继续工作，直至达到所设定压强，停止运行，此时显示屏4上就可以得出暂时硬度。整个过程快速简洁，大约2min。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种快速检测地下水暂时硬度的方法，其特征在于，包括对待检测水进行降压得到降压后的水，使降压后的水中CO2的溶解度与待检测水在标准大气压下煮沸后的水中CO2溶解度相同，测量待检测水降压前后的浊度值，利用式(1)得出待检测水的暂时硬度，
H＝K×(A1-A0) (1)
其中，H表示待检测地下水的暂时硬度，单位为mg/L；K表示暂时硬度与浊度差的相关系数，K值的取值范围为2.99～3.82；A1表示降压后的待检测地下水的浊度，单位为FTU；A0表示降压前的待检测地下水的浊度，单位为FTU。
2.根据权利要求1所述的快速检测地下水暂时硬度的方法，其特征在于，标准大气压下，待检测水煮沸后的水中CO2溶解度为0.196。
3.根据权利要求1所述的快速检测地下水暂时硬度的方法，其特征在于，所述的K值为3.695。
4.一种检测地下水暂时硬度的装置，其特征在于，该装置实施权利要求1～3任一权利要求所述的快速检测地下水暂时硬度的方法。
5.根据权利要求4所述的检测地下水暂时硬度的装置，其特征在于，包括依次连接设置的样品瓶(1)、降压单元(2)、压力探头(3)、显示屏(4)和控制面板(5)，所述降压单元(2)设有微型真空泵和抽气管，所述抽气管与微型真空泵连接，所述降压单元(2)对放置在样品瓶(1)中的待检测水进行降压。
6.根据权利要求5所述的检测地下水暂时硬度的装置，其特征在于，所述的样品瓶(1)设有第一接口(11)和第二接口(12)，所述第一接口(11)与所述抽气管一端连接，所述第二接口(12)与所述压力探头(3)连接。
7.根据权利要求5所述的检测地下水暂时硬度的装置，其特征在于，所述的样品瓶(1)形状为底部直径为3cm，高度为7cm的圆柱形。
8.根据权利要求5所述的检测地下水暂时硬度的装置，其特征在于，所述的样品瓶(1)的瓶身由透明玻璃制成，顶部瓶盖采用聚四氟乙烯材料制成。
9.根据权利要求5所述的检测地下水暂时硬度的装置，其特征在于，所述的微型真空泵的真空度为80kpa，抽气速率≥15L/min。
10.一种检测地下水暂时硬度的装置控制方法，其特征在于，包括权利要求1～3任一权利要求所述的快速检测地下水暂时硬度的方法或权利要求4～9任一权利要求所述的检测地下水暂时硬度的装置，
包括：将待检测水装入样品瓶(1)中，然后把样品瓶(1)放入装置中，当测试最起始浊度后，根据二氧化碳在不同压强和不同温度下的溶解度，在控制面板(5)上输入设定的压强，十秒后按下开关按钮运行微型真空泵，判断是否达到所设定压强，当压力探头(3)测出检测样品瓶(1)中的压强达到了所设定的值时，会结束真空泵运行，退出系统；如果压力探头(3)探测得到的是没有达到所设定压强，则真空泵继续工作，直至达到所设定压强，停止运行，此时显示屏(4)上显示待检测水的暂时硬度。
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