眾所周知在純水製備過程中,水質的電導率和TDS數值存在一定的關聯性。但是區別於前文闡述的COD和BOD的兩者之間所表征的內容對象相對統一(詳見COD和BOD的概念和關係),電導率和TDS則完全是不同維度的表述。下麵我們還是從最基礎的定義出發,簡單了解一下兩者的定義和關係。
電導率:Conductivity(electrical conductance,簡稱EC),物wu理li學xue概gai念nian,也ye可ke以yi稱cheng為wei導dao電dian率lv。電dian導dao率lv是shi用yong來lai描miao述shu物wu質zhi中zhong電dian荷he流liu動dong難nan易yi程cheng度du的de參can數shu。生sheng態tai學xue中zhong,電dian導dao率lv是shi以yi數shu字zi表biao示shi的de溶rong液ye傳chuan導dao電dian流liu的de能neng力li。在zai公gong式shi中zhong,電dian導dao率lv用yong希xi臘la字zi母muσ來表示。電導率σ的標準單位是西門子/米(簡寫為S/m),為電阻率ρ的倒數,即σ=1/ρ。
純水製備中常用電導率單位為μS/cm(微西門子每厘米),電阻率單位為MΩ*cm,1μS/cm*1MΩ*cm=1。
TDS:全稱Total dissolved solids,中文翻譯總溶解固體,又稱為溶解性固體重量,測量單位為毫克/升(mg/L),它表明1升水中溶有多少毫克溶解性固體。TDS值越高,表示水中含有的溶解物越多,其包括無機物和有機物兩者溶質的總含量。
常見的溶質有以鈣、鎂、鉀、鈉等陽離子和碳酸根、碳酸氫根、硫酸根、鹽酸根、硝酸根等陰離子組成的無機鹽(主要的離子狀無機物)、膠體、懸浮顆粒物、蛋白質、病毒、細菌、微生物及其屍體以及更微小的重金屬離子等。
TDS=溶解有機物+分子狀無機物+離子狀無機物(溶解性無機鹽)
在zai純chun水shui製zhi備bei過guo程cheng中zhong,原yuan水shui多duo為wei市shi政zheng自zi來lai水shui或huo水shui質zhi較jiao好hao的de天tian然ran水shui體ti,其qi所suo含han的de有you機ji物wu及ji分fen子zi狀zhuang無wu機ji物wu整zheng體ti含han量liang有you限xian,同tong時shi考kao慮lv到dao適shi當dang預yu處chu理li的de存cun在zai,預yu處chu理li過guo後hou的de反fan滲shen透tou給gei水shui的deTDS大體能反應給水的含鹽量。此時給水和產水存在電導率越高,鹽分越高,TDS越高的弱相關。
TDS=[Ca+Mg+Na+K]+[CO3+HCO3+SO4+Cl+NO3]
結合實際情況,考慮到純水製備過程中原水來源中硫酸根、硝酸根離子含量有限,且中性低濃度狀態下碳酸鹽多以碳酸氫根離子形態為主,可簡化為
TDS=[Ca+Mg+Na+K]+[HCO3+Cl]
備注:軟化設備對鈣鎂離子含量影響較大,需要單獨考慮。
溶液的電導率為溶劑及溶質的電導率之和,同時考慮到離子的電導率和離子大小、離子的電荷數、離(li)子(zi)的(de)濃(nong)度(du)及(ji)溫(wen)度(du)相(xiang)關(guan)。在(zai)低(di)濃(nong)度(du)狀(zhuang)態(tai)下(xia),我(wo)們(men)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)極(ji)限(xian)摩(mo)爾(er)電(dian)導(dao)率(lv)了(le)解(jie)一(yi)下(xia)電(dian)導(dao)率(lv)和(he)離(li)子(zi)物(wu)質(zhi)的(de)量(liang)之(zhi)間(jian)的(de)關(guan)係(xi)。以(yi)下(xia)是(shi)常(chang)見(jian)電(dian)解(jie)質(zhi)極(ji)限(xian)摩(mo)爾(er)電(dian)導(dao)率(lv)的(de)參(can)考(kao)數(shu)據(ju):
Na+:50.0 S*cm2*mol-1
Cl-:76.3 S*cm2*mol-1
K+:73.5 S*cm2*mol-1
NO3-:71.0 S*cm2*mol-1
H+:349.9 S*cm2*mol-1
OH-:198.5 S*cm2*mol-1
Mg2+:53.0 S*cm2*mol-1
SO42-:82.0 S* cm2* mol-1
Ca2+:59.5 S*cm2*mol-1
HCO3-:52.0 S*cm2*mol-1
需要注意的是,極限摩爾電導率的值與溫度、壓力、離子半徑等因素有關,因此在實際應用中需要進行修正計算。此外,電解質在不同溶劑中的極限摩爾電導率也有所不同。
備注:我們曾通過極限摩爾電導率計算過25℃時,超純水的極限電阻率接近18.3MΩ*cm.
換算成相對電導率(極限摩爾電導率比值*電荷數比值,以鈉離子為基準值)如下:
參考TDS筆的設計原理,即以氯化鉀或442標準液作為基礎,測算出相應的電導率與TDS的數值關係式(轉換公式)。實際運用過程中,TDS筆通過通過在兩個或多個電極之間施加電壓。溶液中帶正電的離子(如鈉離子,鈣離子,鎂離子,氫離子等)向負電荷的電極移動,帶負電荷的離子(如氯離子,硫酸根離子,碳酸氫根離子等)將向正電荷的電極移動。離子的移動形成了電流。儀表通過檢測離子的移動確定電流,並根據轉換公式轉換成TDS數值。
所以TDS筆本質上就是電導率測試筆!以氯化鉀標準液(不同穩定不同濃度下都有較高的電導率穩定性)為例,在低濃度下其相應的TDS與電導率理論比值(39.1+35.5)/(73.5+76.3)=0.50,這也是大家經常說的TDS(ppm)=0.5DD(電導率,μs/cm)的說法由來。但是顯然這裏麵的約束條件比較苛刻,跟實際的使用環境有較大的差距。
考慮到氯化鉀標準在不同溫度和濃度下電導率的穩定性,商用TDS筆多采用其相關實驗數據(另有442TDS標準液)。以下是某品牌相關的實驗數據
通過上表,我們可以發現相同導電率下對應不同標準液的TDS數值也是完全不一樣的。相對而言氯化鉀標準溶液的線性關係較好,但442TDS標準溶液則本質上更接近自然水體的成分組成。
所以當不同品牌生產商生產的TDS筆(bi)因(yin)為(wei)測(ce)試(shi)標(biao)準(zhun)液(ye)的(de)不(bu)同(tong),相(xiang)應(ying)的(de)內(nei)在(zai)轉(zhuan)換(huan)公(gong)式(shi)也(ye)會(hui)有(you)所(suo)區(qu)別(bie),但(dan)是(shi)其(qi)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)是(shi)相(xiang)同(tong)的(de),也(ye)多(duo)具(ju)備(bei)溫(wen)度(du)測(ce)量(liang)及(ji)補(bu)償(chang)計(ji)算(suan),所(suo)以(yi)我(wo)們(men)使(shi)用(yong)TDS筆得到的數據既為25℃時的標準值。
但是!也正是由於上述的工作原理,TDS筆本質上無法有效分辨實際溶液的導電成分組成,數據轉換時基於不同標準液(多為氯化鉀或442標準液),其相關數值難免有所偏差。針對同一水質,不同廠家的TDS筆數值也就自然不盡相同,同一TDS數值的兩種水質,其實際的組成及含量也很難判斷。
其實在水處理領域真正關於TDS指標要求少之又少。據柏楓楊所知,有明確TDS指標要求的隻有①《GB5749-2022生活飲用水衛生標準》中感官性狀及一般化學指標(第34項)中≤1000mg/L的要求。
還有一個就是被所有淨水器廠家用來當作論據或者反駁對象的②“世界衛生組織”建議飲用水的最低TDS含量應該為100mg/L。就我自己所在地級市而言,其市政自來水常年TDS數值為80-100,但是使用家用淨水器的人家卻比比皆是,顯然大家也都不太信任這個所謂的世界衛生組織的建議。
相對於①標準雖然寬泛(絕大部分城市市政自來水水質遠優於此標準)但多少還是對水質的一定要求不同,②標準更多的是民間倡導或呼籲,其本質就跟TDS筆一樣,更像是有心者有意為之(just a joke)。
通過電導率測TDS顯xian然ran是shi一yi種zhong很hen不bu嚴yan謹jin的de行xing為wei,也ye沒mei有you科ke學xue上shang的de邏luo輯ji關guan係xi,但dan是shi在zai家jia用yong淨jing水shui領ling域yu簡jian單dan量liang化hua淨jing化hua效xiao果guo,或huo者zhe在zai工gong業ye純chun水shui領ling域yu多duo少shao還hai是shi能neng反fan映ying出chu一yi定ding的de水shui質zhi變bian化hua(有那麼一點點,但是不多)。以下是網上廣泛流傳的電導率與TDS的數值換算公式,僅供參考
TDS=K*EC25,單位為mg/L既ppm。
EC25是經溫度校正到25℃的電導率,單位μs/cm。
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