一种水中无机盐析出速度的检测方法及检测系统、电子设备、存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种水中无机盐析出速度的检测方法及检测系统、电子设备、存储介质，所述检测方法包括如下步骤：S1：获取待测水中析出无机盐的种类，待测水中无机碳甲基橙碱度(Cmalk)、pH值、总溶解无机碳(DIC)三者之一，目标无机盐贡献非无机碳甲基橙碱度的元素及其初始含量；S2：在密闭恒温恒压环境下连续检测待测水中二氧化碳浓度(CO2w)或与其平衡的气相二氧化碳浓度(PCO2)随时间的变化值；S3：根据步骤S1和步骤S2获取的数据获得目标无机盐的析出量；S4：根据步骤S3获取的析出量获得目标无机盐的析出速度。提供了一种人工干预少，检测下限低、精度高的水中无机盐析出速度的检测方法。测方法。测方法。

【技术实现步骤摘要】
一种水中无机盐析出速度的检测方法及检测系统、电子设备、存储介质


[0001]本专利技术涉及水处理
，尤其涉及一种水中无机盐析出速度的检测方法及检测系统、电子设备、存储介质。

技术介绍

[0002]水垢被定义为在表面形成的一层不希望的坚硬的盐；这些表面可以是换热器、输水管或容器、岩石的孔、膜及膜孔的表面；过度的水垢，将引起换热效率下降、输送压力及能耗增加、油田开采效率下降及油田相关设施的损坏、反渗透膜效率下降及设施的损坏；控制水垢主要采用的化学方法有调节这些形成垢的无机盐的过饱和度、添加抑制无机盐析出的阻垢剂等；控制水垢用的最多的机制是控制这些盐的结晶反应，即控制这些盐从水中析出的量及速度。在通过水质参数及应用条件(例如温度)结合无机盐溶度积常数判断主要水垢类型和计算过饱和度并设计调节目标无机盐结晶反应特性的方案后，需要对方案在实验室进行验证，并继而实际应用；实验室验证和实际应用中的一个主要内容为检测目标无机盐从水中析出的量和速度，以下将实验室检测目标无机盐从水中析出的量和速度的过程称为过程1，将现场应用中检测无机盐从水中析出的量和速度的过程称为过程2.
[0003]过程1中的现有技术有静态阻垢法，如GB/T16632
‑
2008水处理剂阻垢性能的测定中公开的碳酸钙沉积法；HG/T2024
‑
2009水处理剂阻垢性能的测定中公开的鼓泡法；HG/T4541
‑
2013水处理剂阻垢性能的测定中公开的极限碳酸盐法，V.Tantayakom at all.,Scale inhibition study by turbidity measurement,Journal of Colloid and Interface Science 284(2005)57
–
65.中公开的浊度法，以及电导法、临界pH法、pH位移法、动态模拟评定法等。
[0004]过程2中的现有技术有通过水中不易析出的离子例如钾离子、钠离子、氯离子与可能析出离子的比值也有试图通过水量及水中离子浓度的质量平衡计算难溶盐的析出量和速度；在水中按一定比例添加两种荧光物质,其中一种荧光物质合成在阻垢剂上，另一种荧光被认为在水中不会消耗，通过监测两种荧光的差值，反映阻垢剂的消耗，并认为难溶盐的析出会消耗阻垢剂，从而间接反映难溶盐的析出量和速度，以下简称3D TRASAR
TM
法；监测换热器法等。
[0005]过程1中：
[0006]静态阻垢法通过测定加及不加阻垢剂的水样在恒温条件下10小时后的标的无机盐析出后残留溶解离子的浓度(例如对碳酸钙垢，可以检测钙离子或碱度；对磷酸钙垢可以监测磷酸根浓度)计算阻垢率。这类方法，由于受配制水的重复性、取样方法、标的离子检测限的制约(例如GB7476
‑
87水质钙的测定EDTA滴定法中，钙离子的分析误差绝对值在
±
5mg/L以钙离子计。如换算成以CaCO3计，则为
±
12.5mg/L)。试验设计时，标的沉积物初始离子强度往往配制得远高于实际应用的水质，从而使实验结果仅能定性地反映控制方案的优劣。而且试验周期长，人工介入多。
[0007]鼓泡法主要是评定碳酸钙垢的阻垢效果。配制含碳酸氢钙和阻垢剂的测试液，对测试液进行加热和曝气，6小时后，水样冷至室温并过滤后，用EDTA(乙二胺四乙酸)滴定法测定水中钙离子浓度，钙离子的浓度愈高,则该阻垢剂的性能愈好。该方法虽然通过鼓泡的方法缩短了试验周期，但类似于静态阻垢法，由于受标的离子检测限的制约，标的沉积物初始离子强度配制得远高于实际应用的水质，从而使实验结果仅能定性地反映控制方案的优劣。
[0008]极限碳酸盐法以现场水或模拟现场水质的配制水和阻垢剂制备成试验液，在加热鼓气条件下，使其蒸发浓缩，每隔4小时取试样分析测定总碱度，钙离子浓度和氯离子浓度，定义总碱度与钙离子浓度之和(均以碳酸钙计)为碳酸盐值。随着水的蒸发浓缩，当水中开始析出碳酸钙时，离子态的钙离子和总碱度降下降，因此，随着时间的推移，碳酸盐值在到达一个最大点后将下降。这个最高值被定义为极限碳酸盐值。极限碳酸盐值越大，该阻垢剂的性能越好。由该标准中要求碳酸盐值的平行测定结果的绝对差值不大于10mg/L(以碳酸钙计)可知，该标准的对极限碳酸盐值的分辨率小于10mg/L(以碳酸钙计)。该方法除了分辨率有限之外，同样存在着人工分析工作量大等缺陷。
[0009]浊度法均采用当难溶无机盐从水体析出时，由于产生了难溶物的悬浮颗粒，使得水体的浊度升高，通过测定浊度，反映难溶无机盐从试验水中析出的能力。这类方法在实验设计及对浊度(或透光率)的数据解读和计算上，采用了不同的方法。但基本原理均是采用浊度的变化作为无机盐析出及浓度计算的依据。浊度的测定是基于光学的原理，在这些检测中，均有一个待测水和光的隔离面，为了控制隔离面上的沉积造成实际检测到的浊度与真实水中产生的浊度的差别，这些方法均不可避免地需要频繁严格地清洗光学回路。而且，在低的无机盐析出速度下，浊度对其的分辨率非常有限，如陈权,熊日华,霍卫东.利用浊度确定硫酸钙阻垢剂用量的方法[J].广东化工,2016,43(04):46+45在硫酸钙过饱和度为20的情况下，对一种阻垢剂在添加量为0，2，4，6，8，10mg/L时，1.5小时后的浊度差(1.5小时的浊度与起始浊度的差)的测定结果为0.49,0.42,0.34,0.13,0.14,0.13NTU。可见，在该饱和度且不加阻垢剂的情况下，由硫酸钙析出引起的浊度变化仅仅只有0.49NTU，从数据也可见，在低的饱和度情况下，该方法不能区别阻垢剂添加量6，8，10mg/L的硫酸钙从水中析出的性能差别。因此，基于浊度检测难溶盐的析出速率存在着频繁清洗光学检测回路,低过饱和度情况下分辨率低,用于现场实际水中时尚会受到色度和其它悬浮物的干扰等问题。
[0010]电导法是通过测定试液中无机盐发生沉淀时电导率的突变点计算的临界过饱和度值来评定阻垢剂的阻垢性能。该类方法主要缺点：临界过饱和度值只能定性地比较不同阻垢剂的性能。水中无机盐的析出，不可避免地也会在电导电极上沉积，因此，电极需定期清洗维护。
[0011]临界pH法主要基于晶体生长理论，认为对于微溶性盐如碳酸钙，必须要超过一定的过饱和度，晶体才能析出。当晶体析出时，与过饱和度相对应的pH值称为临界pH值。当实际pH值超过临界pH值时，晶体就会析出。低于临界pH值时，晶体不会析出。该方法常用来在实验室定性评定阻垢剂的性能中应用。测量的临界pH值得绝对误差为
±
0.1。该方法不能定量测定无机盐在水中析出的速率。而且pH电极在该测试环境下极易被析出的晶体吸附，需要定期清洗和校准pH电极，pH电极在高温下的稳定性也制约了该方法的测定温度。
[0012]pH位移法利用添加定量阻垢剂后，碳酸氢钙过饱和溶液的起始pH与一定时间后的
稳定pH之差评定阻垢剂对碳酸钙的阻垢性能，位移法改善了阻垢剂低浓度下测定的分辨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水中无机盐析出速度的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：获取待测水中析出无机盐的种类，待测水中无机碳甲基橙碱度(Cma l k)、pH值、总溶解无机碳(DIC)三者之一，总溶解固体含量(TDS)，目标无机盐贡献非无机碳甲基橙碱度的元素及其初始含量；S2：连续检测待测水中二氧化碳浓度(CO2w)或与其平衡的气相二氧化碳浓度(PCO2)随时间的变化值；S3：根据步骤S1和步骤S2获取的数据获得目标无机盐的析出量；S4：根据步骤S3获取的析出量及S2中的时间获得目标无机盐的析出速度。2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤S1中根据如下公式计算水中无机碳甲基橙碱度(Cmalk)、pH值、总溶解无机碳(DIC)三者中的其它两者，DIC＝CO2w
×
(1+k'1/(H
+
)+k'1
×
k'2/(H
+
)^2，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ‑‑‑‑
(1)Cmalk＝50000
×
CO2w
×
(k'1/(H
+
)+2k'1×
k'2/(H
+
)^2)，
ꢀꢀ‑‑‑‑
(2)pH＝
‑
log(H
+
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ‑‑‑‑
(3)式中DIC为水中总溶解无机碳浓度(mol/L),CO2w为待测水中的二氧化碳浓度(mol/L),Cmalk为水中无机碳甲基橙碱度(mg/L，以碳酸钙计)，H
+
为待测水中的氢离子浓度(mol/L)，k'1为碳酸的第一级离解常数，k'2为碳酸的第二级离解常数。3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述目标无机盐为碳酸钙，且待测水中未有其他贡献非无机碳甲基橙碱度的离子，所述步骤S3包括如下步骤：S311：已知t0时的Cmalk(t0),CO2w(t0)，根据公式(2)和(1)计算起始时间t0时的H
+
(t0)和DIC(t0)；S312：已知t1时的CO2w(t1),根据公式(5)计算t1时的H
+
(t1)，根据公式(2)计算t1时的Cmalk(t1)，根据公式(4)计算t1时的DIC(t1)，(DIC(t0)
‑
DIC(t1))
×
100
×
1000＝(Cmalk(t0)
‑
Cmalk(t1))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ‑‑
(4)2
×
CO2w(t0)
‑2×
CO2w(t1)＝CO2w(t1)
×
k'1/H
+
(t1)
‑
CO2w(t0)
×
k'1/H
+
(t0)
‑‑
(5)S313：根据公式(6)计算碳酸钙析出量CaCO3(s)(mg/L)＝(DIC(t0)
‑
DIC(t1))*10^5
ꢀꢀꢀ‑‑
(6)。4.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述析出无机盐为磷酸钙，且待测水中除了含有正磷酸盐贡献的非无机碳甲基橙碱度外，未有其他贡献非无机碳甲基橙碱度的离子，所述步骤S3包括如下步骤：S321：已知t0时的Cmalk(t0),CO2w(t0)，根据公式(2)和(1)计算起始时间t0时的H
+
(t0)和DIC(t0)；S322：已知t1时的CO2w(t1),根据公式(7)计算t1时的DIC(t1)和H
+
(t1)，根据公式(2)计算t1时的Cmalk(t1)；DIC(t0)＝DIC(t1)＝CO2w(t1)
×
(1+k'1/H
+
(t1)+k'1k'2/(H
+
(t1)^2)
‑‑
(7)S323：已知t0时的Tp(t0)，根据公式(9)求得DIP(t0)，根据公式(10)
‑
(12)计算Pmalk(t0)，根据公式(8)
‑
(12)计算DIP(t1)，根据公式(14)计算磷酸钙析出量；(DIP(t0)
‑
DIP(t1))/2
×2×
50
×
1000＝Cmalk(t0)+Pmalk(t0)
‑
Cmalk(t1)
‑
Pmalk(t1)
‑‑
(8)DIP＝Tp/95/1000
‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑
(9)
Pmalk＝(PO
43
‑
)
×2×
50000+(HPO
42
‑
)
×1×
50000
‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑
(10)(PO
43
‑
)＝Tp/95/1000
×
kp1
×
kp2
×
kp3/((H
+
)^3+(H
+
)^2
×
kp1+(H
+
)
×
kp1
×
kp2+kp1
×
kp2
×
kp3)
‑
(11)(HPO
42
‑
)＝(PO
43
‑
)
×
(H
+
)/kp3
‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑
(12)磷酸钙析出量Ca3(PO4)2(s)(mg/L)＝(DIP(t0)
‑
DIP(t1))/2
×
310

【专利技术属性】
技术研发人员：何高荣，
申请(专利权)人：何滢洁，
类型：发明
国别省市：