天然水中电导率与矿化度的关系探讨

陈素平

（临汾市水文水资源勘测分局 临汾 041000）

1 测定矿化度的重要性

矿化度是水中所含无机矿物质成分的总量，又是水化学成分测定的重要指标。用于评价水中总含盐量，是农田灌溉用水适用性评价的主要指标之一[1]。经常饮用低矿化度的水会破坏人体内碱金属和碱土金属离子的平衡，产生病变，饮水中矿化度过高又会导致结石病。一般认为浓度低于600 mg/L的水味尚好，当浓度高于1 000 mg/L时，会影响水味，口感会越来越不好。并能损坏配水管道和设备。基于对水味的影响，国家标准GB/T5750-2006对生活饮用水中矿化度含量应小于1 000 mg/L。

2 由电导率推算矿化度的必要性

电导率的测定反映的是水中离子含量的多少。水的电导率与其所含无机酸、碱、盐的量有一定的关系。当它们的浓度较低时，电导率随浓度的增大而增加。因此，该指标常用于推测水中离子的总浓度或含盐量[2]。一般天然水的电导率在50～1 500 μs/cm之间，含无机盐高的水可达10 000 μs/cm 以上[3]。

矿化度的测定方法有重量法、电导法、阴、阳离子加和法，离子交换法，比重计法等，重量法含意明确是通用的方法。其原理是水样经过滤去除漂浮物及沉降性固体物，放在称至恒重的蒸发皿内蒸干，并用过氧化氢去除有机物，然后在180℃±3℃下烘干至恒重，将称得重量减去蒸发皿重量即为矿化度。矿化度与离子总量相比较，水中的损失了一半（50.8%）,因为在蒸干的过程中发生了如下反应：

重量法测定矿化度的测定误差主要来源于：（1）水样在蒸干和烘干过程中HCO3-转化为CO32-，使重量损失了一半；（2）NO3-和Cl-在烘干过程中部分损失造成负误差；（3）含有一定的结晶水，称重时吸潮，某些盐类在180℃烘干后仍造成正误差。

在实际工作中，电导率的测定简单、直观、且准确，而矿化度的测定则操作步骤繁琐,注意细节多，难以衡重,耗费时间，具有使用仪器设备种类多,电量消耗大等缺点和不足。当有大批量水样需要测定时，矿化度的测定就显得力不从心了，不能及时报出数据。因此，寻找一种简便的方法能够代替这种传统方法就迫在眉睫。通过多年对电导率与矿化度的测验，试图寻找它们之间的关系，发现在相对稳定的地质区域内，电导率与矿化度确实存在一定的相关关系，可以通过测定电导率的值来推算出矿化度的值。

3 天然水离子组成及分类

K+、Na+、Ca2+、Mg2+、、、CL-为天然水中常见的八大离子，占天然水中离子总量的95%～99%。一般来说，内陆水的离子组成变化很大，天然水按优势离子的分类最常用的是O.A.阿列金提出的方案[4]，这个分类综合了优势离子的各种划分原理以及它们之间的数量比例。首先按优势阴离子将天然水划分为三类：重碳酸盐类、硫酸盐类和氯化物盐类。然后在每一类中再按优势阳离子划分为钙质、镁质和钠质三个组。每一组内再按离子间的毫克当量比例关系划分为四个水型：

Ⅰ型水是弱矿化水，Ⅱ型水为混合起源水，Ⅲ型水也是混合起源的水，但具有很高的矿化度。Ⅳ型水是酸性水，其特点是缺少。

可见，离子组成不稳定，矿化度与电导率就没有一定关系，不能用测电导率的方法来准确测定矿化度。但是，由于电导率的测定比较简便、直观且准确，而电导率和矿化度的大小都是由水溶液中的离子的组成和含量决定的，因此它们之间也必定存在一定的关系。对于某一区域来说，由于离子组成相对稳定，因此电导率和矿化度的关系也相对较为稳定。

4 实验方法

4.1 实验仪器

（1）DDSJ-308A型电导率仪

（2）AR1140型电子天平（精度：0.000 1 g）

（3）电热恒温干燥箱

4.2 电导率的测量［5］

根据试样电导率的大致范围选择适当的电极常数，取50 mL烧杯，用待测水样冲洗烧杯及电极3～4次，再取适量水样于烧杯中，将镀铂黑电极与温度补偿电极插入待测样品中，仪器显示结果，读数。

4.3 矿化度的测定［6］

（1）将清洗干净的蒸发皿置于180℃±3℃烘箱中烘2h，放入干燥器中冷却至室温后称重，直至恒重（两次称重相差不超过0.000 5 g）。

（2）取适量水样用玻璃砂芯坩埚抽滤。

（3）取过滤后水样100 mL于蒸发皿中，准确加入25 mL碳酸钠溶液于蒸发皿内，混匀。同时做一个只加25 mL碳酸钠溶液的空白。将蒸发皿在180℃±3℃烘干并称量至恒定质量。计算水样结果时应减去碳酸钠空白的质量。

矿化度ρ结果计算：

式中：ρ——水样矿化度的质量浓度，mg/L；

m0——蒸发皿的质量，g；

m1——蒸发皿和矿化度的质量，g；

V——水样体积，mL。

5 实验结果与分析

5.1 重碳酸盐型水矿化度与电导率关系分析

临汾市洪洞县属于黄河流域汾河水系，其地下水多以重碳酸盐型水为主，任意抽取21个水质站点取样进行水质分析，结果显示：矿化度/电导率=0.62。实验结果如表1。

根据以上数据，以矿化度为纵坐标，电导率为横坐标绘制矿化度与电导率关系散点图（图1）。

图1 洪洞水样矿化度与电导率实测数据散点图

根据表1实验数据进行一元线性回归，得一元线性回归方程为：y=-47.4671+0.6790x，y是矿化度，x是电导率。根据已知的电导率就可以求出矿化度。其相关系数r=0.9979，截距a=-47.467 1,斜率b=0.6790。可以看出具有显著线性相关性。

表1 重碳酸盐型水矿化度与电导率实验数据统计

随机选5个重碳酸盐型水点，取水样测其矿化度与电导率值，将所测电导率根据以上建立的回归方程换算出矿化度值，与实测矿化度进行对比，计算其相对偏差，其偏差均小于5%，见表 2。

表2 矿化度实测值与换算值相对偏差

6 结论

根据近期测定的洪洞县部分地下水资料，可以看出：在相对的区域内，通过测定电导率推算矿化度是可行的，它使得测定矿化度的工作变得方便、快捷，而且节约了人力物力。但用此方法必须注意地域的局限性，不同的地域，它们的电导率和矿化度的相关关系是不同的。

对于一个特定的地区，在相对较小的区域内，当地质条件（地层岩性、岩相）与水文地质条件（地下水的类型与补给条件）相同、地球物理条件相近时，可以用水的电导率来反映矿化度的变化，即它们之间存在着相关关系，利用这一关系从得出的电导率数据就可以推算出需要经过繁琐操作才能得到的矿化度。在实际工作当中具有一定的参考价值，为我们的工作提供了方便。

［1］奚旦立,孙裕生,刘秀英.环境监测[M].北京：高等教育出版社，2004：64.

［2］奚旦立,孙裕生,刘秀英.环境监测[M].北京：高等教育出版社，2004：65.

［3］生活饮用水标准检验方法GB/T5750-2006[S].北京：中国标准出版社，2007：36.

［4］吴吉春,张景飞.水环境化学[M].北京：中国水利水电出版社，2009：25-27.

［5］生活饮用水标准检验方法GB/T5750-2006[S].北京：中国标准出版社，2007：36-37.

［6］生活饮用水标准检验方法GB/T5750-2006[S].北京：中国标准出版社，2007：39-40.