軟水分級

Ⅰ 關於檸檬酸

檸檬酸中文名稱：檸檬酸

英文名稱：citricacid

中文名稱2：2-羥基丙烷-1,2,3-三羧酸

英文名稱2：2-hydroxy-1,2,3-propanetricarboxylicacid

CASNo.：77-92-9

EINECSNo：01-069-1

化學式：C6H8O7

分子量：192.14

理化特性

外觀與性狀：白色結晶粉末，無臭。

熔點(℃)：153

沸點(℃)：(分解)

熔點(℃)：100

引燃溫度(℃)：1010(粉末)

爆炸上限%(V/V)：8.0(65℃)

溶解性：溶於水、乙醇、乙醚，不溶於苯，微溶於氯仿。

【物理性質】相對密度1.542g/cm3，熔點153℃(失水)，檸檬酸為無色半透明晶體或白色顆粒或白色結晶性粉末,無臭、味極酸,易溶於水和乙醇，水溶液顯酸性。檸檬酸結晶形態因結晶條件不同而不同，有無水檸檬酸C6H8O7也有含結晶水的檸檬酸2C6H8O7.H2O、C6H8O7.H2O或C6H8O7.2H2O。在乾燥空氣中微有風化性，在潮濕空氣中有潮解性。175℃以上分解放出水及二氧化碳。

【化學性質】檸檬酸是一種較強的有機酸，有3個H＋可以電離；水溶液呈酸性。加熱可以分解成多種產物，與酸、鹼、甘油等發生反應。

【發展概述】檸檬酸是目前化學清洗中用得較廣的有機酸，在水溶液中是一種三價酸。因為檸檬酸本身與Fe304的反應較緩慢，與Fe203反應所生成的檸檬酸鐵的溶解度較小，易產生沉澱。用檸檬酸作清洗劑時,要在清洗液中加氨,將溶液的pH調至3.5～4.0,在這樣的條件下，清洗溶液的主要成分是檸檬酸單銨,與鐵離子會生成易溶的絡合物，有很好的清洗效果。與Fe3+形成絡合離子，水中呈游離狀態的Fe3+減少了,減輕其對金屬的腐蝕。檸檬酸清除附著物的能力比鹽酸小,只能清除鐵垢和鐵銹,不能清除銅垢、鈣鎂水垢和硅酸鹽水垢等，清洗時要求溫度較高和流速較大，價格也較貴。清洗廢液中有大量的膠態檸檬酸鐵的絡合物，勿將清洗廢液直接排走，只能用熱水將其排擠掉。若直接排放，膠態絡合物會附著在金屬表面，經過乾燥或焙烤，形成很難沖洗掉的膜狀物。檸檬酸通常在不宜使用鹽酸的情況下才使用。

【技術指標】GB1987-86

【製取】工業上檸檬酸由蔗糖發酵製得。

發酵C12H22011+H20+302—→2C6H807+4H20

【燃爆危險】本品可燃，具刺激性。

【危險特性】粉體與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱或與氧化劑接觸，有引起燃燒爆炸的危險。

【毒性及防護】未見毒性報道。在工業使用中，接觸者可能引起濕疹。使用現場自然通風；作業人員穿工作服，戴手套。

【包裝及儲運】凈重50kg木桶(內襯塑料袋)或編織袋內襯塑料袋裝。儲於陰涼、乾燥處，遠離火種、熱源，防止陽光直射。與氧化劑、油類及酸、鹼類分開存放。配備相應品種和數量的消防器材。儲區應備有合適的材料收容泄漏物。嚴禁雨天搬運。搬運時要輕裝輕卸，防止包裝損壞。

【用途】主要用於香料或作為飲料的酸化劑，在食品和醫學上用作多價螯合劑，也是化學中間體。

(1)鍋爐化學清洗酸洗劑

檸檬酸酸洗是在鍋爐大型化，鹽酸酸洗引起奧氏體(不銹)鋼應力腐蝕破裂的情況下發展起來的二種酸洗劑。由於檸檬酸不含氯離子，不會引起奧氏體的應力腐蝕破裂。所以適用於結構復雜和系統很復雜的高參數、大容量鍋爐，特別適用於奧氏體鋼和蛇形管的清洗。清洗時，清洗液濃度一般應控制在3％～4％之間，溫度為90～98％，pH值在3．5～4．0之間，清洗流速為O．3～2．Om／s，清洗時問控制在3～5h。檸檬酸清洗存在的問題為檸檬酸廢液處理較復雜，它無溶解硅酸鹽垢的能力，機組啟動時還應有洗硅措施，葯品昂貴，操作不當時還會產生檸檬酸鐵沉澱.使用檸檬酸做清洗劑時應注意：

①在專用的溶液箱中將緩蝕劑攪拌溶解,用除鹽水溶解檸檬酸,並加氨水調整清洗液pH為3.5～4.0.用蒸汽將配製好的清洗液加熱至90℃以上。

②確認清洗系統無漏泄時，用清洗泵將檸檬酸送至被清洗的鍋爐中。

③在清洗過程中，每30min采樣化驗一次清洗液中檸檬酸濃度、Fe2+濃度及pH值。在整個清洗過程中應保持清洗液pH始終在3．5～4．0之間(用氨水調節)。

④當酸洗至既定時間後或清洗液中Fe2+含量基本穩定後，結束酸洗。⑤酸洗結束後，用熱的除鹽水(90℃以上)排擠檸檬酸液並進行沖洗。為提高沖洗效果，盡量提高沖洗流速，直到排出水pH為5～6，含鐵量小於20～30mg／L時為止。

(2)鍋爐化學清洗漂洗劑

當用鹽酸或檸檬酸作酸洗劑時，在酸洗結束並用除鹽水(或軟化水)沖洗後，一般要再用稀檸檬酸溶液進行一次沖洗，通常稱為漂洗，是利用檸檬酸有絡合鐵離子的能力，除去酸洗和水沖洗後殘留在清洗系統內的鐵離子，以及水沖洗時可能在金屬表面產生的鐵銹。採用0.2％～0.4％的稀檸檬酸溶液(含有0．05％的緩蝕劑)，pH值為3．5～4．0，溫度60～90℃，時間2～3h。在漂洗中應注意以下問題：

①漂洗液應用除鹽水(或軟化水)配製。

②配製方法採用邊循環邊加葯的方法進行，即先用清洗泵使漂洗水在清洗系統中進行循環，並在循環的同時將水加熱至60～90℃，然後連續地向漂洗水中加入已事先配製好的濃葯品，加葯順序為漂洗劑、緩蝕劑，並用氨水調解pH為3．5～4．0。

③在漂洗過程中應經常測定漂洗液溫度及pH值。

④漂洗結束後，用除鹽水(或軟化水)沖洗干凈系統後轉入下道工序。

提取工藝:

檸檬酸是食品加工業中很重要的食品添加劑，也廣泛應用於醫葯、染料及其他工業。檸檬酸生產有兩條途徑，一條是以澱粉及糖類為原料，用微生物發酵方法來製取；另一條是從含酸分豐富的原料中提取，特別是在果品加工中進行綜合利用如制梅胚後排出的咸酸汁液，其含酸量可達4—5%，制柑橘胚後排出的咸酸汁液都是提取檸檬酸很好原料。其工藝為：

1.原料澄清過濾：橘汁、梅汁中含有不少果膠及雜質，需進行澄清，促進雜質沉澱，然後用壓濾機壓濾。

2.中和：可用碳酸鈣或石灰中和，要預先調成漿狀進行，最好加入15%碳酸鈣中和。具體做法是：把橘汁、梅汁等咸酸水加熱至75攝氏度時，逐漸加入碳酸鈣乳漿，繼續加熱2小時，初溫控制在5攝氏度左右，最後可升高到100攝氏度，至溶液呈青綠色時，即表示已完成中和反應。然後靜置沉澱，此沉澱即為果酸鈣（以檸檬酸鈣為主）。

3.除鹽：所得檸檬酸鈣含有鹽分，可用清水洗滌，加熱至70—80攝氏度，反復多次，直至鹽分除凈為止，乾燥備用。

4.酸解脫色：檸檬酸鈣漿液加熱至60—70攝氏度，加入濃度為35%的硫酸，沸騰3小時左右，待檸檬酸鈣分解完成，即靜置沉澱，上層清液為檸檬酸溶液。將暗紅色的檸檬酸用1—2%活性炭脫色半小時，則得無色清液。

5.濃縮、晶析：將無色檸檬酸液進行濃縮，至固形物含量75%時，於結晶缸內靜置結晶。4—5天可完成晶析。

6.離心、乾燥：檸檬酸結晶還含有一定水分和雜質，需用離心機除去。然後在75攝氏度下乾燥到含水量達1%以下，最後通過過篩、分級、包裝即為成品。

Ⅱ 淺層地下水地球化學背景及質量評價

淺層地下水指的是第一隔擋層之上的淺層鬆散沉積物孔隙潛水。淺層地下水是一個開放體系，是大氣水-地表水（生物水）-深層地下水循環體系中的重要環節和組成部分，由大氣降水、地表徑流透水形成，埋藏淺、更新快，水質和水量均受降水和徑流影響。淺層地下水埋藏較淺，雨季時部分地勢較低地區其埋深僅10～20cm，農作物根須可延伸至淺層地下水層，從中獲取生長所需水分和部分養分，因此，淺層地下水的環境質量也在一定程度上影響著農產品的品質與安全。

隨著工業化進程的迅速推進，山東省部分地區地表水已受到不同程度的污染，局部地區污染狀況嚴重，對淺層地下水環境質量造成一定的影響，同時也對人們的身體健康造成潛在危害。因此，開展淺層地下水地球化學和環境質量調查與評價，對於提高農產品質量與安全、預防地方病、保障人們身體健康具有重要意義。

一、淺層地下水地球化學背景

（一）淺層地下水地球化學參數的確定

根據中國地質調查局《多目標區域地球化學調查規范（1：25萬）》中水地球化學樣品分析測試要求，結合魯東地區生態地球化學調查的具體情況，兼顧其他用途，選擇分析的指標為 Fe，Mn，Cu，Zn，Mo，Cd，Hg，As，Pb，Se，Ni，Be，Ba，Co，Sr，Th，U，N，P，K，Mg，Ca，Cr（六價）及pH、總硬度、溶解性總固體、氯化物、亞硝酸鹽、高錳酸鉀指數（COD）、氟化物、碘化物，共計31項。

淺層地下水地球化學背景值是評價淺層地下水元素豐缺、水質安全性及防治對策等研究的基本參考值。它是指在不受人類活動污染的天然狀態下某區域內淺層地下水中各化學元素和水質指標的天然含量。由於區內地下水長期受人類活動的影響，已很難得到理想的水地球化學背景數據，故根據本次現有的測試結果資料，採用數理統計法計算區內淺層地下水中各元素和水質指標含量的背景值。

淺層地下水背景值參數一般包括：

1）代表淺層地下水第Ⅰ環境的地球化學元素的樣本數（N）、最大值（X_max）、最小值（X_min）、算術平均值（

）、標准離差（s）、變異系數（C_v）；

2）逐步剔除平均值加減3倍標准離差後的算術平均值（X）、標准離差（s）、變異系數（C_v）、最大值（X_max）、最小值（X_min）等參數的統計值等。若低於總樣本數1/3的樣本元素含量低於檢出限，則該元素含量採用檢出限的一半代替，一般均被剔除；若超過2/3的樣本含量低於檢出限，則該元素不參與地球化學參數統計，如六價鉻（Cr^6＋）、碘化物（I^-）等。

（二）淺層地下水地球化學參數特徵

1.淺層地下水參數特徵

淺層地下水分析結果表明，Hg，As，Se，K，Cr（六價）、碘化物等6指標含量均低於規范要求檢出限，且低於《地下水質量標准》（GB/T 14848-1993）中Ⅰ類水上限，因此這些指標不參與地球化學參數統計。從本區淺層地下水23項元素或指標含量統計結果（表4-28）可以看出，原始數據最大值一般是最小值的數百倍，數千倍，甚至有些指標如可溶性固體總量、總硬度、Cl^-，U，Zn，Mn，Fe，Pb，Mo，則最大值是最小值的上萬倍；有些指標如

，Cl^-，Mo，Fe，Mn剔除前是剔除後均值的5倍以上，這說明剔除樣本大多數為含量較高的數據部分，這部分數據可認為是在局部地質高背景或在人類活動影響下產生的異常數據。從原始數據變異系數來看，研究區淺層地下水中 pH，Ba，N 等指標變異系數＜1.0，說明這些指標在淺層地下水中的分布相對穩定，高錳酸鉀指數（COD），F^-，Sr變異系數在1.0～2.0之間，其餘指標變異系數均＞2，特別是Mo，Pb，Mn，Fe，Cl^-，

，總硬度等指標變異系數＞5.0，說明這些指標在淺層地下水中分布極不均勻，雖然背景含量低，但在局部地段會形成高含量區，從而影響淺層地下水質量。

表4-28 淺層地下水元素地球化學含量特徵參數統計表

續表

註：樣品數欄「（）」內數字為剔除的異常值樣點數，Ba，Be，Cd，Co，Cu，Fe，Mn，Mo，Ni，Pb，Se，Zn，Th，U含量單位為μg/L，pH為無量綱，其餘元素或指標含量單位為mg/L。

2.不同地貌區淺層地下水指標參數特徵

淺層地下水參與地下水循環，大氣降水為其直接或間接補給水源。山前溝谷徑流條件良好，排匯通暢；平原地區徑流遲緩，淺層地下水則以垂直運動為主，濱海沿岸地區淺層地下水與海水相接，水質受海水影響較大。研究區淺層地下水分布有如下特徵表（4-29）：

1）中山和低山區淺層地下水中多數元素或指標含量較低，中山區僅 Fe，Zn，Pb，Mo，Mn等較高，低山區僅mo，Mn，Be，Zn，Fe，Cu，Pb 等較高，山區地下水水質好，一般可直接利用作為水源；丘陵區地下水中多數元素或指標含量高於山區，但低於平原區，以溶解性總固體，Zn，COD偏高為特徵，除局部地段水質受到原生地質背景的影響和人為污染外，其餘大部分地區水質良好；平原區地下水中U，Sr，N，Ni，Co，Ba，溶解性總固體、總硬度、氯化物、亞硝酸鹽、氟化物等多數元素或指標含量偏高，地下水水質相對較差。

表4-29 不同地貌單元淺層地下水地球化學背景值表

註：Ba，Be，Cd，Co，Cu，Mn，Mo，Ni，Pb，Zn，Th，U，Fe的含量單位為μg/L，pH無量綱，其他元素或指標含量單位均為mg/L。

2）淺層地下水水質除受人為污染外，還受到地質背景的影響。如昌邑北部微傾斜低平原區水埋藏在較淺的含水層中，含水層水文地質環境為還原環境，鐵、錳等元素呈還原態，元素易隨地下水運移，另外受海侵影響，該地區地下水中氯化物、碘化物、總硬度、可溶性總固體物背景值也偏高，也系特殊地質背景的地下水含水層所致。

3）平原區（微傾斜低平原、山前傾斜平原）淺層地下水中表徵水質被新近污染的指標亞硝酸鹽值偏高，說明平原區地下水近年來一直受到污染，並且還有繼續蔓延的趨勢。丘陵區是主要的農業區，農業生產過量施用化肥和農葯對地下水水質的影響越來越大。

4）研究區內城鎮淺層地下水污染較重，表現為工業和城鎮居民固體及液體廢棄物污染地表水，地表水下滲造成淺層地下水污染。農村地區相對污染較輕，主要污染源為農業生產化肥和農葯。

（三）淺層地下水地球化學分布特徵

1.酸鹼性

水的酸鹼性是評價水質好壞的重要指標之一，通常指的是水中「氫離子濃度」，用pH來表示，pH=-lg［H^＋］。根據 pH 可將水的酸鹼度分為強酸性（pH＜5）、酸性（pH 5～5.5）、弱酸性（pH 5.5～6.5）、中性（pH 6.5～7.5）、弱鹼性（pH 7.5～8.5）、鹼性（pH 8.5～9）、強鹼性（pH＞9）7級。水質好的水pH接近7，呈中性。飲用呈酸鹼性的水，口感酸澀，飲後易產生惡心、嘔吐、腹瀉，誘發其他疾病。若將酸鹼性水用於農業灌溉，將導致禾苗枯萎，嚴重時將造成顆粒不收。

研究結果顯示（表4-30），本區大部分地區淺層地下水呈弱鹼性，其次為中性，二者累計佔98.87%，個別點位呈弱酸性、鹼性或強鹼性水。各有1個點分別呈強酸性和酸性水，分布在昌邑北部沿海和招遠東北。弱酸性淺層地下水主要分布在威海局部地段；呈中性的淺層地下水廣泛分布在南部基岩區、威海大部分及平度—招遠一帶；弱鹼性水集中分布在研究區中部及北部大部分地區（圖4-34）；鹼性、強鹼性水零散分布在昌邑市部和煙台局部。

表4-30 調查區淺層地下水酸鹼性狀況表

2.總硬度

水體總硬度是指水中 Ca^2＋，Mg^2＋的總量，它包括暫時硬度和永久硬度。水中 Ca^2＋，Mg^2＋以重碳酸鹽形式存在的部分，因其遇熱即形成碳酸鹽沉澱而被除去，故稱為暫時硬度；而以硫酸鹽、硝酸鹽和氯化物等形式存在的部分，因其性質比較穩定，稱為永久硬度。水體總硬度是表示水質的一個重要指標，對工業用水關系很大，是形成鍋爐水垢的主要因素。根據硬度可將淺層地下水分成5類（表4-31）。

圖4-34 淺層地下水pH值評價圖

表4-31 水硬度分類表

淺層地下水硬度主要受含水岩系類型和地質背景、土壤類型、地貌特徵等因素控制。研究區淺層地下水硬度區域性差異較大，以極硬水為主（表4-32），其次為中等水和硬水，部分為軟水和極軟水。膠萊盆地及北部大部分區域淺層地下水中含鹽量和鈣鎂離子較高，水質多屬極硬水和硬水。南部花崗岩區及威海市大部分地段，淺層地下水中的鈣離子和鎂離子含量也較高，水質多屬微硬水。軟水和極軟水分布在嶗山區、五蓮東部和威海等局部地段（圖4-35）。

表4-32 淺層地下水硬度統計表

圖4-35 淺層地下水總硬度地球化學評價圖

3.溶解性總固體（TDS）

溶解性總固體（TDS）為水中含有各種溶解性礦物鹽類的總量或礦化度，它包含了無機鹽和有機物的總量。其主要成分有鈣、鎂、鈉、鉀離子和碳酸離子、碳酸氫離子、氯離子、硫酸離子和硝酸離子。溶解性總固體（TDS）代表了水中溶解物雜質含量，溶解性總固體（TDS）值越大，說明水中的雜質含量越多，反之，雜質含量越少。水中的溶解性總固體（TDS）來源於自然界、城市和農業污水及工業廢水。

按溶解性總固體含量大小可將地下水分成淡水（＜1000mg/L）、微鹹水（1000～3000mg/L）、鹹水（3000～10 000mg/L）、鹽水（10 000～50 000mg/L）和鹵水（＞50 000mg/L）5類。受地質背景、土壤成因類型和地貌條件的影響，淺層地下水溶解性總固體含量表現出顯著差異。由表4-33可見，本區淺層地下水中溶解性總固體（TDS）含量大部分＜1000mg/L，屬淡水區，微鹹水區主要呈片狀分布於膠萊盆地大部分區域以及呈帶狀分布在北部沿海一帶；從昌邑北部沿海至昌邑市區呈條帶狀依次分布有鹵水、鹽水和鹹水，其中鹵水分布區目前多被開發為曬鹽場，另外在倉上—三山島一帶也有小面積鹽水和鹵水區分布（圖4-36）。

表4-33 淺層地下水礦化度統計表

圖4-36 淺層地下水溶解性總固體地球化學評價圖

二、淺層地下水環境質量評價

（一）淺層地下水環境質量評價標准與方法

1.淺層地下水環境質量評價因子

影響地下水質量的指標和因子眾多，包括構成地下水化學類型的常規水化學組成及理化指標、常見的重金屬和非金屬指標、有毒有害類有機污染物指標和細菌、寄生蟲卵、病毒等微生物指標。根據本次研究測試的32 項指標，結合《地下水質量標准》（GB/T14848—93），選取Ba，Be，Cd，Co，Cu，Fe，Mn，Mo，Ni，Pb，Zn，pH，氯化物、氟化物、亞硝酸鹽、高錳酸鉀指數、總硬度、溶解性總固體等18項指標作為淺層地下水環境質量評價因子。

2.淺層地下水環境質量評價標准

本次淺層地下水環境質量評價標准引用《地下水質量標准》（GB/T 14848—93）（表434）。該標准依據我國地下水質量狀況和人體健康基準值，參照生活、工業、農業等用水水質要求，將地下水質量劃分為5類。

表4-34 淺層地下水國家質量標准分類表

註：淺層地下水各元素或指標含量單位除pH為無量綱外，其他元素或指標含量單位均為mg/L。

Ⅰ類：地下水化學組分含量低，原則上適用於各種用途；

Ⅱ類：地下水化學組分含量較低，原則上適用於各種用途；

Ⅲ類：以人體健康基準值為依據，適用於生活飲用水、農業用水和大多數工業用水；

Ⅳ類：以農業和工業用水質量要求及人體健康風險為依據，適用於農業和部分工業用水，適當處理後可作生活飲用水；

Ⅴ類：不宜作生活飲用水，其他用水可根據使用目的選用。

3.淺層地下水環境質量評價方法

1）以分析數據為基礎，進行單項組分（因子）質量評價，按照《地下水質量標准》所列分類指標，劃分為5類，當不同類別標准值相同時，從優不從劣。

2）採用加附註的評分方法，對地下水進行綜合環境質量評價。具體要求與步驟如下：

A.進行各單項組分評價，劃分組分所屬質量類別。

B.對各類別按下列規定（表4-35）分別確定單項組分評價分值F_i。

表4-35 地下水環境類別評價分值表

C.按下列公式計算出該水樣點地下水的綜合評價分值F：

魯東地區農業生態地球化學研究

式中：

為各單項組分分值F的平均值；F_max為單項組分評價分值F_i中的最大值；n為參與水質評價因子（組分）數目。

D.根據計算獲得的F值，按表4-36的規定確定出地下水質量級別。該評價結果中的質量分級對應於單指標評價中的5個地下水質量級別及意義，對於飲用水質評價而言，前三類水均適宜用作生活飲用水，後兩類水則不適合作飲用水。

表4-36 地下水環境質量級別表

該方法的優點是數學過程簡捷，運算方便；物理概念清晰，對於一個評價區，只要計算出它的綜合指數，再對照相應的分級標准，便可知道評價地區地下水質量狀況，便於決策者做出綜合決策。缺點在於過於突出最大污染因子，由於公式中考慮最大污染因素，使參評項目中即使只有一項指標F_i值偏高，而其他指標F_i值均較低也會使綜合評分值偏高；未考慮不同污染因子對環境的毒性、降解難易及去除性難易程度等因素。

（二）單因子評價結果

單因子評價統計結果（表4-37）顯示，本區淺層地下水中Cd，Cu等重金屬含量均較低，其單因子環境質量符合Ⅲ類水質量標准；Ba，Co，Zn元素含量較低，全區除有4件Ba、1件Co、4件Zn含量較高屬Ⅳ類水外，其餘均符合生活飲用及農業生產用水水質要求。Be，Mo，Ni，Pb元素含量普遍較低，絕大部分樣本符合工農業生產用水水質要求。根據《地下水質量標准》（GB/T 14848—93）中Ⅲ類水（可直接飲用）標准，影響本區淺層地下水環境質量的指標包括總硬度、溶解性總固體、高錳酸鉀指數（COD）、

，Cl^-，F^-，Mn，Fe等8項。

根據淺層地下水超標（Ⅳ類和Ⅴ類水）的空間分布情況，Fe，Mn，Cl^-、總硬度的大規模異常以自然成因為主，濱海地區含量增高，以致超過水質標准；F^-異常則出現在膠萊盆地及其周邊地帶，主要與中生代火山岩體高氟的地質背景有關。而其他指標超標則可能是人類活動造成的，呈點（源）狀分布在人口密集的鄉鎮及工礦企業周邊。地下水指標超標可能對當居民的健康形成危害，應引起重視。

表4-37 淺層地下水單因子環境質量評價結果表

註：總樣本數3695個。

1.氟化物（F^-）

研究區內氟化物（F^-）達Ⅰ類水的點數為3322個，占總數的89.91%，氟化物（F^-）達Ⅳ類水的點數為202個，占總數的5.47%，達Ⅴ類水的點數為171個，占總數的4.63%。按Ⅲ類水質標准（≤1.0mg/L）衡量，研究區氟化物（F^-）超標率為10.10%，超標區出現在膠萊盆地中部和濰坊西北部，其中高密北部氟化物（F^-）含量是Ⅲ類水質標准值的1.5～6倍（圖4-37）。

高密市北部地勢低窪，西南隆起，這種地勢造成了南高北低的地貌特徵。高密市南部發育白堊紀青山群、王氏群、萊陽群，該地層主要岩石類型為含礫砂岩、砂岩、粉砂岩、頁岩、火山碎屑岩、火山熔岩等，含氟均較高（表4-38），由表4-38可以看出：由萊陽群—青山群—王氏群，F元素平均含量逐漸增高，並且岩石顆粒越細含F量越高，且明顯高於本區中酸性侵入岩及其他地層F的平均含量；高F物質經風化、搬運、沉積、水解等作用析出，並隨地下水徑流、遷移到北部低窪地區，地下水徑流變得密閉滯緩，在較低窪的匯水區易溶鹽類通過毛細管隨水分上升到地表蒸發濃縮，又被大氣降水溶解滲入潛水中，這種過程不斷反復，使淺層地下水中氟濃度不斷升高。可見，高密市北部地區不僅具備了充足的氟源，而且具有穩定的使氟富集的環境條件（土壤質地、地形地貌、蒸發濃縮）。屬於典型的淺層徑流滯緩富集濃縮成因。

圖4-37 淺層地下水氟化物（F^-）環境質量分級圖

表4-38 高密南部岩石含量平均值表 w（F）/10^-6

2.溶解性總固體（TDS）和總硬度

鈣、鎂、鈉、鉀、鐵、錳等陽離子和重碳酸根、氯離子、硫酸根等陰離子是溶解性總固體的主要組成部分，其總量占溶解性總固體的95%以上。總硬度指的是水中所含鈣、鎂離子的總量。淺層地下水溶解性總固體與總硬度之間有著密切的內在聯系，溶解性總固體含量高的淺層地下水中硬度也往往較高，因此，兩者的區域分布特徵基本一致。

膠萊盆地特別是諸城—高密—萊西及昌邑北部（圖4-38），由於土壤的脫鹽化過程發育不完全並且地勢易遭受海水侵入，鈣、鎂、鈉和氯離子等含量往往較高，導致淺層地下水溶解性總固體和總硬度增高，大部分已超過地下水質量標准限制值，水環境質量多屬Ⅳ類或Ⅴ類。南部及東部侵入岩地區，海水入侵現象輕，淺層地下水以淡水為主，硬度多屬微硬水或軟水，因此，淺層地下水中總硬度、溶解性總固體含量低，水質多屬Ⅰ，Ⅱ類水。按Ⅲ類水質標准衡量，區內淺層地下水中總硬度超標率達34.70%，溶解性總固體（TDS）超標率達20.65%。

圖4-38 淺層地下水總硬度環境質量分級圖

3.高錳酸鉀指數（COD）

研究區內淺層地下水高錳酸鉀指數（COD）以Ⅰ類水為主，達Ⅰ類水的點數為2461個，佔66.60%，達Ⅱ類水的點數為953個，佔25.79%，達Ⅲ類水的點數為168個，佔4.55%，Ⅳ類水的點數為 100個，占 2.71%，Ⅴ類水的點數為 13個，占 0.35%。按Ⅲ類水質標准（≤3.0mg/L）衡量，調查區高錳酸鉀指數（COD）超標率為3.06%，超標地區主要分布在昌邑西北和東北部，多屬Ⅳ類水質區（圖4-39），另外零星分布在蓬萊、膠南、平度和膠州等地區，其原因可能與該地區企業「三廢」排放污染地下水有關。

圖4-39 淺層地下水高錳酸鉀指數環境質量分級圖

4.亞硝酸鹽（

）

亞硝酸鹽污染與人類活動密切相關，主要是由人類生產生活過程中污水排放並隨地表水向下滲透與淺層地下水發生混合作用後形成厭氧環境而產生的，在厭氧條件下，硝酸鹽也易轉變為亞硝酸鹽。研究認為，本區淺層地下水亞硝酸鹽（

）超標現象較為嚴重。

淺層地下水中亞硝酸鹽（

）達Ⅰ類水的點數為271個，佔7.33%，達Ⅱ類水的點數為1795個，佔48.58%，達Ⅲ類水的點數為608個，佔16.45%，達Ⅳ類水的點數為747個，佔20.22%，達Ⅴ類水的點數為274個，佔7.42%。按亞硝酸鹽（

）Ⅲ類水質標准（≤0.066mg/L）衡量，調查區內淺層地下水中亞硝酸鹽（

）超標率為27.64%，超標區域主要分布在研究區中北部和南部局部地段（圖4-40），其中昌邑、萊州—平度及諸城和威海局部淺層地下水中亞硝酸鹽（

）污染嚴重，其環境質量已達Ⅴ類，應引起重視。

（三）綜合評價結果

綜合評價結果表明，魯東地區淺層地下水環境質量總體狀況較差，Ⅳ類和Ⅴ類水占總評價面積的44.88%，其中Ⅳ類水佔43.75%（圖4-41），大部分地區淺層地下水不宜直接飲用，其分布特徵見淺層地下水環境質量分區圖（圖4-42）。

圖4-40 淺層地下水亞硝酸鹽環境質量分級圖

Ⅱ類可供飲用的良好級淺層地下水分布范圍占調查區總面積的17.27%，主要分布於山區和山前地帶，包括嶗山、大朱山—小朱山、五蓮山、沂山及昆俞山山區，以上地區淺層地下水中除Mn，

局部屬Ⅳ類水外，其餘Ba，Co，Zn，Mo，Ni，總硬度，溶解性總固體，高錳酸鉀指數等16項指標均達到Ⅰ類或Ⅱ類水質標准。Ⅲ類可供集中式生活飲用及工農業用水的較好級淺層地下水分布研究區南部和東部地帶，占總面積的37.85%。

圖4-41 淺層地下水綜合環境質量組成圖

Ⅳ類適用於農業和部分工業用水，適當處理後可作為生活飲用水的較差級淺層地下水分布范圍占研究區面積的43.75%。膠萊盆地及其周邊地帶淺層地下水污染主要以農業、生活和地質背景為主，農業污染指標是

，生活地下水污染高錳酸鉀指數，

，Mn，Mo較為普遍，多發生在高密、平度、膠州、昌邑等城市及工礦企業和其周邊地帶，常形成點（源）狀、線狀污染；受地質背景影響，總硬度，溶解性總固體，F^-，Cl^-超標現象較嚴重，其中F^-超Ⅲ類水質區占研究區面積10.10%，范圍與膠萊盆地范圍較吻合，是地氟病高發區。此外，較差級淺層地下水還分布在沂南—莒南丘陵區及榮成—威海一帶，主要與Mn，Fe超標有關。

圖4-42 淺層地下水綜合環境質量分級圖

Ⅴ類不宜飲用的極差級淺層地下水分布范圍占研究區面積的1.13%，小面積分布在膠萊盆地中心地帶，水中總硬度、溶解性總固體，F^-，Mo超標較普遍，另外分布在昌邑北部沿海地帶鹵水區（TDS＞50 g/L），多與海水入侵產生的Cl^-、總硬度超標有關，此外高錳酸鉀指數，Be，Fe，Mn，Mo等多項指標超標也較普遍。

三、淺層地下水農用灌溉適宜性評價

（一）評價標准與評價方法

本區農灌用地下水主要是淺層地下水，因此淺層地下水環境質量與農業生產、農產品品質和安全關系密切，並在一定程度上影響著農業生產的結構和布局。因此在進行上述環境質量評價基礎上對淺層地下水的農用灌溉適宜性進行評價。

評價採用的質量標准為《農田灌溉水質標准》（GB 5084—2005）（表4-39），參評指標包括：As，Cd，Cr^6＋，Cu，Hg，Pb，Se，Zn，pH，高錳酸鹽指數，氯化物，氟化物、氰化物共計13項。先對有關指標進行單因子適宜性評價，然後採用「一票否決」的評價方法對農田灌溉用水進行總體評價。適宜性評價分水作、旱作和蔬菜三大類，由於不同種類農作物灌溉用水質量評價標准值多數是一致或接近的，且研究區絕大多數農用地為旱地，因此，評價統一採用旱作指標進行評價。

表4-39 農田灌溉用水水質基本控制指標標准值（旱作）表

註：表中指標除pH為無量綱外，其餘指標單位均為mg/L。

（二）評價結果

研究區淺層地下水農田灌溉（旱作）適宜性評價結果（表4-40）顯示，區內絕大部分地區淺層地下水符合農田用水質量要求，適宜農業生產。影響本區淺層地下水灌溉質量的主要指標為氯化物，其次為氟化物、Se，其他元素或指標影響程度輕微。不適宜灌溉的淺層地下水主要分布在高密—昌邑及濰坊北部曬鹽廠（鹵水區），超標指標主要為氯化物和氟化物，其次零星分布在蓬萊、萊西、即墨和沂南等地，超標指標主要為Se，Hg，As等元素。

表4-40 淺層地下水非適宜於農田灌溉用水樣品數統計表

Ⅲ 硬水軟化詳細資料大全

硬水軟化就是將硬水中的鈣、鎂等可溶性鹽除去的過程，硬水軟化的方法很多，常用的有煮沸法、化學軟化法、離子交換軟化法等。

硬水並不對健康造成直接危害，但是會給生活帶來很多麻煩，比如用水器具上結水垢、肥皂和清潔劑的洗滌效率減低等。

硬水在工業上會造成極大的危害甚至危險，例如造成工業鍋爐積垢傳熱不良浪費能源，也容易造成系統運行故障，甚至因傳熱不勻可能引起爆炸。所以，就有了多種軟化技術。

基本介紹

• 中文名 ：硬水軟化
• 外文名 ：無
• 學科 ：化學
• 套用 ：水處理
• 方法 ：煮沸法、化學軟化法等
• 目的 ：將硬水中的鈣、鎂等可溶性鹽除去

硬水危害,硬度分級,軟化方法分類,軟化的原理,葯劑軟化法,離子交換法,

硬水危害

所謂"硬水"是指水中存在溶解的礦物質成分，尤其是鈣和鎂。所謂「硬水」是指水中所溶的礦物質成分多，尤其是鈣和鎂。硬水並不對健康造成直接危害，但是會給生活帶來好多麻煩，比如用水器具上結水垢、肥皂和清潔劑的洗滌效率減低等。 硬水中含鹽量通常以硬度表示。硬度單位是度，1度相當於每升水中含10毫克的氧化鈣。硬度在8以上者通常稱為硬水，地下水（如井水、泉水）的含鹽量較多，屬於硬水。在硬水中，鈣鹽和鎂鹽以碳酸氫鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物和硝酸鹽的形式存在。 硬水在工業上會造成極大的危害甚至危險，例如造成工業鍋爐積垢傳熱不良浪費能源，甚至因傳熱不勻可能引起爆炸。

硬度分級

水在蒸發及降雨過程中吸收溶解大氣中的污染物； 降水落到地面，溶解地面上的污物； 地面水滲入地下或匯入江河的過程中，不斷溶解所接觸到的礦物質，化學物質等。 水在水循環中溶解了所接觸到的鈣（Ca），鎂（Mg）離子，形成了水的硬度。 水的硬度一般是指水裡鈣鎂離子濃度總和，單位為毫摩爾每升（mmol/L）。通常，如果1L水裡含有10mg CaO或相當於10mg CaO的物質，例如7.1mg MgO，那麼這樣的水的硬度稱為1度。 通常硬度在0-4度稱為很軟水，4-8度稱為軟水，8-16度稱為中硬水，16-30度稱為硬水，30度以上稱為很硬水。

軟化方法分類

若水的硬度是暫時硬度，這種水經過煮沸以後，水裡所含的碳酸氫鈣或碳酸氫鎂就會分解成不溶於水的碳酸鈣和難溶於水的氫氧化鎂沉澱。這些沉澱物析出，水的硬度就可以降低，從而使硬度較高的水得到軟化。 若水的硬度是永久硬度，往往使用以下幾種方法。 1）離子交換法：採用特定的陽離子交換樹脂，以鈉離子將水中的鈣鎂離子置換出來，由於鈉鹽的溶解度很高，所以就避免了隨溫度的升高而造成水垢生成的情況。這種方法是目前最常用的標准方式。主要優點是：效果穩定準確，工藝成熟。可以將硬度降至0。採用這種方式的軟化水設備一般也叫做「離子交換器」（由於採用的多為鈉離子交換樹脂，所以也多稱為「鈉離子交換器」）、軟水機、軟水器。 2）膜分離法：納濾膜（NF）及反滲透膜（RO）均可以攔截水中的鈣鎂離子，從而從根本上降低水的硬度。這種方法的特點是，效果明顯而穩定，處理後的水適用范圍廣；但是對進水壓力有較高要求，設備投資、運行成本都較高。一般較少用於專門的軟化處理。 3）石灰法：向水中加入石灰，主要是用於處理大流量的高硬水，只能將硬度降到一定的范圍。 4）電磁法：採用在水中加上一定的電場或磁場來改變離子的特性，從而改變碳酸鈣（碳酸鎂）沉積的速度及沉積時的物理特性來阻止硬水垢的形成。其特點是：設備投資小，安裝方便，運行費用低；但是效果不夠穩定性，沒有統一的衡量標准，而且由於主要功能僅是影響一定范圍內的水垢的物理性能，所以處理後的水的使用時間、距離都有一定局限。多用於商業（如中央空調等）循環冷卻水的處理，不能套用於工業生產及鍋爐補給水的處理（同時由於該種設備的機理並未得到真正的理論證實）。 5）加葯法：向水中加入專用的阻垢劑，可以改變鈣鎂離子與碳酸根離子結合的特性，從而使水垢不能析出、沉積。現工業上可以使用的的阻垢劑很多。這種方法的特點是：一次性投入較少，適應性廣；但水量較大時運行成本偏高，由於加入了化學物質，所以水的套用受到很大限制，一般情況下不能套用於飲用、食品加工、工業生產等方面。在民用領域中也很少套用。 水的暫時硬度是由碳酸氫鈣或碳酸氫鎂引起的，這種水經過煮沸以後，水裡所含的碳酸氫鈣或碳酸氫鎂就會分解成不溶於水的碳酸鈣和難溶於水的碳酸鎂沉澱。

軟化的原理

除去或減少自然水中的鈣鹽或鎂鹽等的過程叫做硬水軟化。軟化的方法主要有葯劑軟化法和離子交換法。

葯劑軟化法

①石灰軟化法 將生石灰加水調成石灰乳加入水中則可消除水的暫時硬度，反應為 Ca(HCO ₃ ) ₂ +Ca(OH) ₂ →2CaCO ₃ ↓+2H ₂ O Mg(HCO ₃ ) ₂ +2Ca(OH) ₂ →Mg(OH) ₂ ↓+2CaCO ₃ ↓+2H ₂ O 同時石灰乳能使鎂、鐵等離子從水中沉澱出來，促使膠體粒子凝聚，但此法不能使水徹底軟化，它只適用於碳酸鹽硬度較高而不要求高度軟化的情況，也可作為其他方法的預處理階段。 ②石灰純鹼軟化法 即用石灰乳和純鹼的混合液作為水的軟化劑。純鹼能消除水的永久硬度，如 CaCl ₂ +Na ₂ CO ₃ →CaCO ₃ ↓+2NaCl MgSO4+Na ₂ CO ₃ →MgCO ₃ ↓+Na ₂ SO ₄ ③綜合軟化法 以石灰乳和純鹼作為基本軟化劑，以少量磷酸三鈉為輔助軟化劑。磷酸三鈉能與造成暫時硬度及永久硬度的鹽類生成難溶鹽使之沉澱。

離子交換法

離子交換法可以認為是一種特殊的吸附過程。鈉型陽離子交換劑能從溶液中吸附多種陽離子，而把本身的鈉離子放入溶液中，從而達到軟化的目的。交換劑種類很多。無機離子交換劑交換容量較小，工業上套用較多的磺化煤也趨於淘汰，目前普遍使用的是有機高分子聚合物，又叫離子交換樹脂。離子交換樹脂由有機高聚物本體和能進行交換的陽離子或陰離子構成，分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂（參見「離子交換樹脂」）。陽離子交換樹脂又因所帶交換基的不同分為鈉型（R—Na）、氫型（R—H）、銨型（R—NH ₄ ）等。離子交換是一種可逆過程，當硬水流過鈉型交換樹脂時，Ca，Mg等離子按下式被交換： 2R-Na+Ca ²⁺ =CaR ₂ +2Na 隨著反應的進行，交換速度越來越慢，繼而停止交換。此時必須用食鹽水沖洗交換劑，使反應向左進行，交換劑得以再生。實際套用中的操作過程： ①交換 欲處理的水流過離子交換劑層，進行交換，直至交換劑失效； ②反沖洗 使水逆向流過已失效的離子交換劑，除去交換時聚集的懸浮物和破碎的交換劑，並松動交換劑層； ③加入再生劑 使之進行再生反應，並將交換下來的Ca，Mg等離子帶出，恢復交換劑的能力；④正洗 使水流經交換劑層，去除所有的再生劑。

Ⅳ 研究兩性表面活性劑時，會考察哪些性質

兩性表面活性劑的一般性質

方雲夏詠梅(無錫輕工大學化工學院,江蘇無錫,214036)

摘要:介紹了兩性表面活性劑的流變性、水溶助長性、鈣皂分散性和抗硬水性等一般性質。討論了兩性表面活性劑的流變性與表面活性劑濃度之間的關系,並給出了調節混合體系流變性的方法。從混合膠束理論出發,對兩性表面活性劑是比其他類型表面活性劑更優秀的鈣皂分散劑這一事實,作者提出了新見解。同時,對兩性表面活性劑的生態性質,如生物降解性、魚毒性等也進行了較為詳細的介紹。

關鍵詞:兩性表面活性劑;流變性;鈣皂分散性;生態性質

中圖分類號:TQ423.3文獻標識碼:A文章編號:1001-1803(2000)06-0047-04

1流變性

表面活性劑溶液的粘度隨表面活性劑濃度增大而增大,但有時濃度進一步增大時溶液粘度反而會降低。表面活性劑濃度與表面活性劑團簇形狀之間的關系已在第二講中描述,表面活性劑溶液在低濃度時具有球狀膠束,其流變性基本類同於牛頓型流體,因此粘度很低。隨表面活性劑濃度增加,當球狀膠束過渡到變型球狀特別是棒狀膠束時,粘度急劇增大。預計這是由於非球狀膠束重疊使體系自由流動性減小而造成的,此時溶液便表現出非牛頓型流體的流變學特徵,或具觸變性或具抗流變性。體系濃度進一步增大,則膠束會變型至六角棒狀膠束,一般稱為進入中間相(M相)。此時由於膠束排列整齊,使膠束間不易滑移,故而體系粘度進一步增大,且抗流變性很強。當溶液濃度很大時,會進入層狀相(G相),過渡到層狀膠束。由於層狀膠束中每層膠束的滑移面運動相對自由,粘度反而比M相有所下降。當然,各種濃度和各種膠束形狀下溶液的流變特性隨表面活性劑品種不同而不同。

由於兩性表面活性劑自身帶正、負電荷中心,彼此間的作用使其臨界膠束濃度比相應的陰離子或陽離子表面活性劑的低,且達到一定濃度(一般為30%左右)便易形成流變性差的粘滯液體。通過在其中加入第三組分改變其膠束結構,可能改善兩性表面活性劑的流變性,使得到濃度更高的兩性表面活性劑溶液成為可能。如某種具有良好流變性的兩性濃縮物中含5%～40%水,36%～70%兩性表面活性劑,5%～45%水溶性非表面活性有機溶劑,可用於個人洗護用品。由於非表面活性有機溶劑的加入使得兩性表面活性劑進入G相或L1相,從而有較好的泵送性和自由流動性。

40.2%的椰油醯胺丙基甜菜鹼與60/40的丙二醇/水混合便可使體系處於G相。在濃度≥40%的甜菜鹼兩性表面活性劑中加入磺基甜菜鹼兩性表面活性劑、兩性甘氨酸鹽、三甲基甘氨酸等也可改善流變性,得到具有很好流動性的液體,並具有貯存穩定性。ChevalierY.研究了兩性表面活性劑的分子結構與膠束結構、流變性間的關系。據報道一種新型雙長鏈兩性表面活性劑在水溶液中的層狀相通過簡單稀釋能瞬間形成囊泡分散液。

2水溶助長性

水溶助長劑是一類能夠阻止液晶相形成和抑制膠束相形成的物質。水溶助長劑常用於在低溫下保持表面活性劑溶液的流體狀態,提高聚氧乙烯化非離子表面活性劑的濁點,還能降低離子型表面活性劑的臨界溶解溫度即KP溫度。椰油亞氨基二丙酸鈉的水溶助長性歸因於分子中有兩個離子性基團存在,使得分子的親水性提高。表面活性劑型的水溶助長劑通過與主表面活性劑形成混合膠束而破壞液晶相,它們的強親水頭提高了表面活性劑混合分子間的親水排斥作用,使液晶轉變成球狀膠束。兩性表面活性劑對皂類而言是一種水溶助長劑,故可提高水溶性。由於皂類和兩性表面活性劑在KP溫度方面產生的協合效應,混合體系的KP溫度能達到兩種組分單獨存在時都不能達到的低值。圖1所示的十六酸皂和十六烷基羥基磺丙基甜菜鹼(CHSB)混合體系具有KP溫度的正協合效應,體系的最低KP溫度為30℃,比十六酸鈉皂的KP溫度(58℃)和CHSB的KP溫度(89℃)都低得多,即使在CHSB的摩爾分數為10%時,混合體系的KP溫度也能夠降低到大約50℃。

[1]

圖1KP的協合作用

3鈣皂分散性

陰離子型和兩性表面活性劑中的一些品種能防止皂類在硬水中形成皂垢懸浮物,具有這種功能的物質稱作鈣皂分散劑。一些兩性表面活性劑的鈣皂分散值是目前所能達到的最低值,鈣皂分散值的數值低於2%甚至難以測出。烷基甜菜鹼在硬水中具有一定的鈣皂分散力,但磺基甜菜鹼的鈣皂分散性比其更好,象醯胺丙基磺基甜菜鹼的鈣皂分散值低達2%。Parris[2～5]報道了許多磺基甜菜鹼、醯胺基磺基甜菜鹼和硫酸基甜菜鹼的鈣皂分散力值,並指出硫酸基甜菜鹼和醯胺基磺基甜菜鹼的鈣皂分散性比磺基甜菜鹼好。雙醯胺基甜菜鹼具有很強的降低表面張力的能力,其鈣皂分散力良好。方雲合成了分子中醯胺氮上帶聚氧乙烯基團的羥基磺基甜菜鹼

:

[6]

從表2可見磷酸基甜菜鹼的鈣皂分散力比磺基甜菜鹼更強。

皂類的兩大缺點是低溫溶解度小和抗硬水能力差,上面已經提到離子型或兩性型表面活性劑作為水溶助長劑,可以降低其KP溫度,提高其低溫水溶性。此外,陰離子型和兩性表面活性劑中的一些品種還能防止皂類在硬水中形成皂垢懸浮物。

最早提出的鈣皂分散機理認為鈣皂分散劑對鈣皂只是簡單的分散作用,但用這種機理很難解釋為什麼鈣皂分散劑的添加時間不同則獲得的鈣皂分散效果便不一樣的實驗事實。後來提出的鈣皂分散機理認為是鈣皂分散劑插入皂類膠束中形成混合膠束。典型的皂類膠束是在軟水中形成的,一旦有鈣、鎂離子加入其中,皂類膠束便會發生反轉,導致出現鈣皂沉澱或懸浮

當p=1或2時,鈣皂分散力均為2%,不帶聚氧乙烯的相應物其鈣皂分散力為3%。

朱水平[7]報道了在疏水基中引入聚氧乙烯鏈的羥基磺基甜菜鹼物。但是如果有鈣皂分散劑存在,並與皂類形成混合膠束,則肥皂的羧基被鈣皂分散劑彼此分隔遠離,不足以形成不溶性鈣、鎂皂而使膠束發生反轉。

將鈣皂分散的混合膠束機理與混合膠束可能產生的協合效應或復配效應這兩者結合起來考慮,可以解釋為什麼兩性表面活性劑是比陰離子或非離子型表面活性劑更優秀的鈣皂分散劑。從第三講(見《日化工業》2000年No.5》)表2列出的混合體系的分子間相互作用

其鈣皂分散力為3%。而疏水鏈碳原子數為18,但

不含-O-鍵的類似物,其鈣皂分散力為5%。覃善木[8]報道的鋶

型甜菜鹼的鈣皂分散力見表1。何元君[9]報道

了磷酸基甜菜鹼的鈣皂分散力,見表2

。參數B的數值可以看出,陰離子-陰離子表面活性劑混合體系的B<-1,陰離子-非離子表面活性劑混合體系的B=-1～-5,而陰離子-兩性表面活性劑混合體系的B=-5～-15。在形成混合膠束的分子間相互作用

第6期2000年12月

方雲等:兩性表面活性劑(四)兩性表面活性劑的一般性質

方面,顯然以陰離子-兩性表面活性劑混合體系最強。其原因是兩性表面活性劑中的陽離子基團能與陰離子表面活性劑中的陰離子基團發生類似於陰離子-陽離子表面活性劑的強相互作用,同時兩性表面活性劑中攜帶的陰離子基團又能維持相互作用後復合體系的水溶性。第三講中還證明陰離子-兩性表面活性劑混合體系能產生降低cmc的協合作用或明顯的復配效應。正是由於這種分子間的強相互作用,使得皂類與磺基甜菜鹼兩性表面活性劑混合膠束的cmc值降低。而臨界膠束濃度的降低意味著溶液中皂類的單體減少,即皂類與鈣、鎂離子相互作用的機率減少,因而兩性表面活性劑的鈣皂分散力更高。

表3列出了椰油基磺丙基甜菜鹼(CoSB)兩性表面活性劑作為鈣皂分散劑的成功應用實例。將CoSB加入到商標名為「象牙」的香皂中,觀察在皂濃度為0.075%時在100mgCaCO3/L硬水中的鈣皂沉澱情況。實驗結果表明極少量的CoSB兩性表面活性劑便能有效抑制鈣皂沉澱,並改善了肥皂在硬水中的發泡性。類似的應用實例在文獻中報道很多。

表3「象牙」皂添加CoSB後在硬水中的結果

「象牙」皂(w/%)

0.0750.0750.0750.075

CoSB(w/%)

比例

結果沉澱,無泡

0.001500.003750.00750

50÷120÷110÷1

無沉澱,中等泡沫無沉澱,大量泡沫無沉澱,大量泡沫

中,羧基甜菜鹼近似於定量地失去可溶性有機碳,形成大量的CO2,因而推知其發生了完全的生物降解。經Sturm試驗和Fisher閉瓶試驗,羧基甜菜鹼的結果均優於已被接受認可為具有生物降解性的直鏈烷基苯磺酸鹽(LAS)。甜菜鹼和醯胺丙基甜菜鹼均屬於易生物降解類表面活性劑。這類產品中含有的有機物質,在密封瓶實驗中BOD28/DOC值至少達到60%,在改良法

椰油醯胺OECD篩選試驗中至少可以除去70%DOC。

丙基甜菜鹼在OECD301D試驗中BOD28值達到93%。Fernley[10]採用Fischer,Sturm和OECD試驗過程,對烷基甜菜鹼、磺基甜菜鹼的生物降解性進行研究。在OECD試驗中,羥基磺基甜菜鹼的初級生物降解作用是很快的,而且很完全,降解度達到96%,驗證實驗達到94.8%。然而,磺基甜菜鹼在Fischer和Sturm實驗中不能直接降解。烷基甜菜鹼在Sturm試驗中產生的CO2量是理論量的81%(C14～15甜菜鹼)及91%(C12甜菜鹼),而十二烷基磺基甜菜鹼和十六烷基磺基甜菜鹼分別為49%和56%。這可能是因為生成了相當穩定的中間體。在同樣的試驗中,甜菜鹼失去DOC初值的93%～99%,這表明其完全生物降解而無難分解的中間體形成。在Fischer密閉瓶實驗中,甜菜鹼吸收的氧占理論氧的比例也比磺基甜菜鹼和羥基磺基甜菜鹼高,證實了前述結果。

用BOD5/COD方法測試的結果證明兩性咪唑啉是生物降解性好的品種,對20mg/L烷基兩性羧基甘氨酸鹽溶液用河道涅滅(RiverDie)試驗測試,根據其表面活性降低判斷生物降解性也證實了上述結論。Re-wo公司的報告由DIN38412測得兩性咪唑啉的生物降解度為77%,屬於易生物降解類物質。Henkel公司的報告也認為兩性咪唑啉生物降解迅速。試驗方法包括:根據OECD分級,閉瓶試驗中BOD28/COD至少在60%以上,或在改良OECD篩選試驗中至少達到70%

符合上述要求的有機組分均被認可為易DOC去除率。於生物降解。

所有表面活性劑,包括兩性表面活性劑在內,其水生毒性均相似,具有大致相同的、典型的LC50值(魚類和Daphnia毒性)為1mg/L～15mg/L。急性魚毒以LC50的方式報道,為1mg/L～10mg/L(金魚:DIN38412T15法,或斑馬魚:ISO7346法)。烷基甜菜鹼的急性魚毒LC50(金魚:DIN38412T15或斑魚:ISO7346)數值范圍在10mg/L～100mg/L。採用同樣的方法測定醯胺丙基甜菜鹼的LC50為1mg/L～10mg/L。椰油醯胺甜菜鹼的LC50(96h,OECD203)是2.0mg/L。

醯胺丙基甜菜鹼的急性和慢性細菌毒性已得到研究,急性毒性EC50(Ps.putida,耗氧實驗)數值大於

4抗硬水性能

兩性離子表面活性劑的結構特徵決定了其具有較強的耐電解質能力,因而也耐硬水。表面活性劑的抗硬水性能主要體現在兩個方面,即對鈣皂的分散力以及自身對鈣、鎂硬離子的耐受能力。許多甜菜鹼兩性表面活性劑對鈣、鎂離子均表現出非常好的穩定性,Lin-field研究小組對甜菜鹼兩性表面活性劑的鈣離子穩定性進行了考察,發現大部分磺基甜菜鹼兩性表面活性劑的鈣離子穩定性均在1800mgCaCO3/L以上,屬於具有最好抗硬水能力的表面活性劑之列。而相應的仲胺基化合物的鈣離子穩定性值卻要低得多。方雲[8]報道在醯基羥基磺基甜菜鹼的醯胺氮上引入聚氧乙烯基團後,其鈣離子穩定性仍可達到1800mgCaCO3/L以上,證明這一類物質自身對水硬度不敏感。文獻報道C8～16系列N-(3-烷氧基-2-羥基丙基)甜菜鹼的鈣離子穩定性亦大於1800mgCaCO3/L,並且有很好的鈣皂分散性能。

5生態性質

由兩性表面活性劑的化學結構可以推知它們是生物降解性能好的品種。在SturmCO2試驗和DOC試驗

100mg/L,與慢性毒性(Ps.putida,抑制生長試驗)的藻類生長抑制試驗得EC50(72h,OECDEC50值相同。201)數值是3.3mg/L。

牛油基三丙四胺五羧甲基鈉(TN4A5)是一種很好的兩性表面活性劑,已經對其生態安全性質進行了考察,結果見表4和表5。在表5中,試驗物被暴露於由耦合試驗(OECD303A)(參見表4)的生物降解產物中,生物降解試驗開始時TN4A5的起始濃度為71mg/L,總生物降解率達80%左右。直接用TN4A5進行的魚毒試驗表明EC50(48h,Daphnia)為14mg/L,LC50(48h,河鮭魚)為2.4mg/L。

表4TN4A5的生物降解性

試驗方法

1.閉瓶試驗(OECD301D,5天)2.改良SCAS試驗(OECD302A)3.耦合單元試驗(OECD303A)

模擬試驗

>90.0

由HPLC測得的初級生物降解值

內在生物降解

80.0

表示為DOC值

試驗性質Ready生物降解

試驗結果(%)72.5

評價簡易生物降解

表6所列的數據可以看出,含12%左右表面活性劑的洗衣粉的總有機碳(TOC)是116g/kg,而固含量為46%左右的液體洗滌劑的TOC則達到336g/kg,因而TOC值高成為液體洗滌劑的一大缺點。TN4A5在液體洗滌劑中的推薦用量為10%～15%,這種兩性表面活性劑基的液體洗滌劑的TOC值只有大約107g/kg,這對推廣液體洗滌劑具有重要意義。

表6TOC數據

洗衣粉液體洗滌劑

TOC(g/kg)

116

336

兩性表面活性劑基液體洗滌劑

107

參考文獻:

[1]方雲.克拉夫點(KP)與cmc、PMAX的關系[J].日用化學工業,1991(1):20-24.

[2]ParrisN.,WeilJ.K.,LinfieldW.M.,Soapbaseddetergentformula-tion(V)[J].J.ofAmericanOilChemicalSoc.1973,50:509.

[3]ParrisN.,WeilJ.K.,LinfieldW.M.,Soapbaseddetergentformula-tion(XVIII)[J].J.ofAmericanOilChemicalSoc.1976,53:97.[4]ParrisN.,WeilJ.K.,LinfieldW.M.,Soapbaseddetergentformula-tion(XII)[J].J.ofAmericanOilChemicalSoc.1976,53:60.

[5]ParrisN.,PierceC.,LinfieldW.M.,Soapbaseddetergentformula-tion(XII)[J].J.ofAmericanOilChemicalSoc.1977,54:294.[6]方雲.無錫輕工業學院碩士學位論文:合成新型磺基甜菜鹼兩性表面活性劑[D].1985.

[7]朱水平,夏紀鼎,等.新型烷氧化磺基甜菜鹼兩性表面活性劑的合成[J].日用化學工業,1995(1):4-8.

[8]覃善木.無錫輕工業學院碩士學位論文:新型含硫兩性表面活性劑的合成與性能研究[D].1985.

[9]何元君.華東理工大學碩士學位論文:新型磷酸酯甜菜鹼兩性表面活性劑研究[D].1994.

[10]Fernleyg.W..Zwitterionicsurfactant:structureandperformence[J].J.ofAmericanOilChemicalSoc.1978,55:98.

表5TN4A5的生物降解產物的魚毒性試驗方法

1.口服毒性(OECD202)2.口服毒性(OECD203)

試驗對象Daphniamagna

斑馬魚(Brachydaniorerio)

EC50(48h)(mg/L)

35.5>71

優良的生物降解性和很低的魚毒性使得TN4A5具有很好的應用前景,可以成為洗滌劑和個人洗護用品中的綠色化學成分。如果再結合其給配方帶來的低TOC值,則上述結論就變得更有意義。近年來對洗衣粉及液體洗滌劑的生態效應已進行了廣泛的討論,從

AmphotericSurfactantsⅣ

FangYunXiaYong-mei

(,WuxiUniversityofLightInstry,Wuxi214036,China)

Abstract:roperty,hydrotropicproper-ty,-resistance.rfactantswasdiscussed,,too..itywasintrocedindetail.

Keywords:amphotericsurfactant;rhologicalproperty;limesoapdispersingability;environmentaspect

Ⅳ 我這水硬度很高，在網上了有很多類軟化水設備，不知道哪款軟化水設備除垢最好請各位大俠幫幫忙，給我推

工作原理：
北京海德能全自動軟化水設備應用離子交換原理，去除水中鈣、鎂等結垢離子，使得水質軟化。系統是由樹脂罐鹽罐（軟化樹脂）、控制器組成的一體化設備。安裝了美國 FLECK公司集中控制閥或美國 AUTOTROL公司的多路閥， 實現程序控制運行，自動再生；採用虹吸原理吸鹽，自動注水化鹽 、配比濃度無需鹽泵、溶鹽等附屬設備。屬於軟化除鹽，軟化除鹽設備，軟化除鹽機械。
系統具有以下優點：
管路簡化，節省佔地空間；運行穩定可靠；節約再生用鹽；運行費用低；免維護。
適用性廣：可用於工業鍋爐、熱交換器、中央空調及食品、制葯、電子等行業。

Ⅵ 如何鑒別軟硬水

軟水指的是不含或含較少可溶性鈣、鎂化合物的水。軟水不易與肥皂產生浮渣，而硬水相反。天然軟水一般指江水、河水、湖(淡水湖)水。經軟化處理的硬水指鈣鹽和鎂鹽含量降為 1.0～50 毫克/升後得到的軟化水。
硬水是指含有較多、可溶性、鈣鎂化合物的水。硬水並不對健康造成直接危害，但是會給生活帶來好多麻煩，比如用水器具上結水垢、肥皂和清潔劑的洗滌效率減低等。
區別分級
通常我們所說的"硬水"與"軟水"，主要是指碳酸鈣和碳酸鎂的含量，以"毫克碳酸鈣/公升 水"或"ppm"來表示，稱為水的硬度。
一般將水的硬度分為4個等級：
1. 軟水:0-60ppm
2. 稍硬水：60-120ppm
3. 硬水：120-180ppm
4. 極硬水：181ppm以上
鑒別軟硬水小方法：區分硬水和軟水的方法，是在它們中加肥皂液，然後攪拌，有較多肥皂泡的是軟水，肥皂泡少，且很快就消失的是硬水。

Ⅶ 凈水器接錯全家人喝了三年的軟水，這對身體有什麼壞處

房屋裝修最重要的不是那些花哨的裝飾，而是這些基本的水電系統，體現了裝修公司的良心，設計師的水平。裝修房屋時，水路是非常重要的部分。房子的上水和下水，直接影響我們生活的體驗。從題目看到，它還直接影響到我們的健康。因此水路的設計、安裝、維護，就太重要了。

以前的水路一條到廚房，一條到衛生間就ok了，流程比較簡單。現在的水路設計，要分別給軟水機、凈水機、洗碗機、洗衣機、水暖氣、衛生間、廚房、等等功能供水，分別還要對應的下水通道，中間的軟水機和洗碗機可能還要有交叉。而軟水機、凈化機、洗碗機還要方便開展更換濾芯、加鹽、清潔的維護操作。現在裝修的水路設計可以說是相當復雜了。

基本上，家庭用水是下圖這樣三個方向：

圖片是不是看暈了啊?

原理其實也簡單的：

關鍵位置是樹脂層，樹脂層里藏著鈉離子。

自來水通過樹脂層，鈉離子和鈣鎂離子互換。鈣鎂離子被去除後，水實現軟化。

樹脂層積累了一定量的鈣鎂離子後，會飽和，沒有軟化能力，這時需要復原。專業術語—『再生』。

再生的方式是，用軟水鹽(含有充分的鈉離子)再去把樹脂里的鈣鎂離子換出來，換出來鈣鎂離子混雜在廢水直接排到下水道。這樣樹脂又恢復置換能力(軟化能力)。

這個軟水的製造過程有三種耗材：

軟水鹽是耗材，正常家用大概一季度就需要一袋(10kg)。

樹脂也是耗材，不過時間較長，用四五年更換也是可以。更換的原因：樹脂在使用過程中會破碎、水中雜質會導致內部孔堵塞、水管釋放出的鐵離子會造成樹脂中毒，再生不可逆。

水。再生過程需要使用大量水沖洗，每次 1-2 噸，根據設備的技術情況而定。

費了這么周折生產的軟水，有什麼好處嗎?好處還是有的。

對皮膚好

對頭發好

對家用鍋爐(暖氣)、熱水器(洗澡)、熱水壺好，因為沒有水垢

洗衣節省洗衣粉

以上都是對生活的益處。個人體驗是，軟水洗澡身上感覺滑滑的，有一種沒洗干凈的感覺，要適應一段時間。

我自己在用軟水洗澡時，水有一點點咸，非常淡，不仔細品嘗感覺不到。

這個問題的題目和視頻我都看了。不過消費者用的水，是軟水機正常流出的軟水，還是置換時排出的廢水，從有限的信息中看不出來。

初步猜測是正常排出的軟水，因為廢水是隔段時間置換一次，頻率和正常用水的節奏不同。

但是，即便是正常軟水機出來的軟水，也不能喝!

不能喝的原因，不是因為硬度低，不是軟水鹽如何，而是因為裡面的鈉離子。

作為食品安全、食品營養領域的答主，看我文章的知友知道，我們建議的飲食基本原則是：

少糖少油低鹽。

根據WHO的建議，人每天攝入鹽的量要少於 6 克。少吃鹽的原理在於減少攝入鹽裡面的鈉離子。

而軟水在軟化加工後，水中含有的鈉離子含量大幅度增加。根據報道描述，能感覺到鹹味，那說明鹽濃度不低。

長期鈉離子攝入過多的危害，主要是對腎臟和心血管系統的損害：

鈉離子攝入過多，主要危害是會導致水鈉瀦留，引起高血壓。水鈉瀦留和高血壓導致腎小球處於「三高」狀態(高壓力、高灌注和高濾過)，並使腎臟病患者高血壓難以控制、腎臟負擔加重，從而加速腎衰竭的進展。

過多的鈉離子攝入與更高的心臟疾病發生率有關，而心血管疾病在美國又是造成死亡的頭號殺手。

此外，軟水僅僅是降低硬度，也就是降低鈣鎂離子含量，其它方面，和自來水無異。針對題目中受害者的遭遇，我們知道，對腎臟和心血管系統的健康損害，可能短期內沒有症狀。因此建議是要做出健康檢查，聽專業醫師的意見。

說完軟水，再談談凈水

自來水有自來水的標准，但只是基本的飲用標准[1]。自來水的處理過程只進行了沉澱、過濾、加氯消毒等方法，降低了微生物含量，去除了肉眼可見的雜質等污染物，但沒有去除現在環境中復雜的污染物。當今環境條件下，水污染現狀已經不容忽視了。在全世界自來水中，測出的化學污染物有2221種之多，其中相當比例的污染物被確認為致癌物。

因此，我強烈建議：凈水機應該是現在家庭必備的生活設施。

凈水機的原理其實也非常簡單：過濾，分級過濾。

通常是五級過濾：

PP棉棒過濾粗泥沙金屬顆粒

活性炭去除氯和有機雜質，還有色素等等

反滲透/超濾等高端一點的技術過濾重金屬、農葯、細菌等

末端活性炭棒調節水的口感

選用時，根據經濟條件選擇凈化程度高的機器。此外，可以關注一下廢水量，耗電量等等。

飲水話題下 Anti – 智商稅的 TIPS：

1. 人工製造的軟水不能喝，是因為鈉離子含量高。那純凈水，鈣鎂離子≈0，是不是不能喝呢?

不是。

天然的水資源，無論硬度含量的高低，都可以喝。世界衛生組織WHO制訂的《飲用水水質准則》沒有對水的硬度作出限定。

水硬度的高低，會對口感產生影響，但無關乎健康。

2. 凈水機強調過濾干凈，而瓶裝水品牌會強調水裡有xx營養元素，比如偏硅酸之類。

錯!

水中含有的任何成分，都會在其它食物中得到補充。因此即使水裡只有H2O，也不會對健康有任何影響，不會缺乏任何營養元素。指望水裡那一丁點微量元素來獲得某種健康收益，這是極其弱智的營銷論調。

水的營養和健康價值，只在於H2O本身。

一方水土養一方人，干凈的水就是最好的。強調喝軟水，或者喝硬水，或者喝xx營養水，都是智商稅。

3.某些廠家宣傳的不需更換耗材的凈水機

當下所有的凈化技術，包括空氣凈化和水凈化兩大類別，使用耗材的技術是唯一可靠並且有效的技術。其它技術要麼凈化效率不夠，凈化效果只存在於理論之中，要麼會產生其它有害元素，還不如不使用。

宣傳零耗材的產品大都是騙局。

對於凈化設備，寫在最後但是最重要的TIPS：記得更換濾芯。

凈化使用的濾芯，要定期更換，否則無法起到凈化效果。而且時間久了，還會滋生細菌等，影響健康。