文 献 综 述

1.1 课题背景

水中碱度的测定在对工业废水、工业用水以及在生活污水的处理运转和科研中有着非常重要的意义。通常，水中的碱度测试一般会运用双指示剂法对水中的含碱量进行对比测试。由于传统测试水碱度的方法需手工操作，不适宜快速检测，因此我们研究的课题是建立一套碱度的快速测定方法及其装置。

循环冷却水被称为工业生产系统中的血液，在对循环冷却水的水质控制中，硬度和碱度的管理是最基本也是最重要的管理项目之一^[1]。工业冷却水主要是以天然水、城市给水(自来水)或工业给水作补充水源^[2]。循环冷却水的处理就是通过添加化学药剂、改变运行条件、改变设备材料性能等水质处理的办法来解决这些问题^[3]。其中水的碱度是衡量循环冷却水的质量指标之一, 直接关系到整个循环冷却水系统的正常运行^[4]。如碱度会影响循环冷却水水质, 处理不当会造成冷却换热设备的腐蚀、结垢加剧, 以及水中微生物过渡繁殖等危害。而温度、离子强度、浓缩倍数和大气中CO₂的分压等是影响循环冷却水系统总碱度的重要因素^[5-7]。

碱度的测定对于工业用水、工业废水以及在水的处理设计、运转、科研中都有着重要的意义。循环冷却水碱度必须保证在一定范围内，过高或过低都不能达到防垢或防腐蚀的目的。为此，对加药处理的循环水，GB1576- 85《水质标准》中规定锅水的pH 值为10～12，总碱度为 0.10～0.22 mmol/L^[8]。事实上，就《标准》规定而言，循环水 pH 值合格时，其总碱度并不一定合格；相反，如果循环水的总碱度合格时，其的 pH 值总是在合格范围内。目前,国内外对循环水碱度的测定一直沿用传统方法，即通过移取循环水水样进行滴定的方法。这种方法虽然成熟可靠,但操纵繁琐，需多次准确移取水样，且无法对锅水碱度进行在线监测，更不能对锅水碱度进行在线控制^[9]。

1.2 传统方法

碱度是指水中所含能与强酸发生中和作用的全部物质，即能接受质子H 的物质总量。组成水中碱度的物质可归纳为3类：（1）强碱:如NaOH、Ca(OH)₂ 等，在水中全部电离生成OH^-离子；（2）弱碱：如NH₃，在水中部分反应生成OH^-；（3）强碱弱酸盐：如各种碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐等，在水中可水解生成OH^-，或者直接接受H 。按碳酸各级平衡反应式^[10]:CO₂ H₂O→H₂CO₃→HCO₃^- H （K1）；HCO₃^-→CO₃^2- H （K2）可知，除一些含有特殊碱类的工业废水之外，大多数天然水、处理后的清水、生活用水和工业废水的碱度是由氢氧化物、碳酸盐和碳酸氢盐组成的，即总碱度M包括氢氧化物碱度、碳酸盐碱度及碳酸氢盐碱度。

总碱度M=2[CO₃^2-] [HCO₃^-] [OH^-]-[H ]，碱度的单位为：[H ]/mol/L。

一般来讲，当pH值gt;7.0 时，[H ]极少，在循环冷却水的pH值范围内，[OH^-]- [H ] 可忽略不计，则可认为：M=[HCO₃^-] 2[CO₃^2-]，[H ]/mol/L。