一站式了解溶解性总固体TDS、总硬度TH

一、溶解性总固体TDS

    溶解性总固体指水中溶解的固体总量，包括无机物和有机物。水样经过滤后，在一定温度下烘干，所得的固体残渣即为溶解性总固体，符号TDS，单位mg/L。在天然水体或饮用水中，水中的有机物可忽略不计，无机物主要为碳酸盐、氯化物、硫酸盐、磷酸盐、钙/锰/钠/钾的硝酸盐等。故在天然水体或饮用水中，溶解性总固体在数值上约等于总含盐量。在日常生活中，可通过TDS检测笔快速测量水中的溶解性总固体含量。在污水中，溶解性总固体的测量值包含无机物和有机物的量。

    根据《生活饮用水卫生标准》GB 5749-2022，饮用水TDS≤1000mg/L；《城市杂用水水质标准》GB/T 18920-2002，冲厕、道路清扫用水TDS≤1500mg/L，城市绿化、车辆冲洗用水TDS≤1000mg/L；《污水排入城镇下水道水质标准》GB/T 31962-2015，排放污水TDS≤2000mg/L（当末端污水厂需污水再生时，要求排放污水TDS≤1500mg/L）。《城镇污水处理厂污染物排放标准》、《地表水环境质量标准》中，未对水的TDS做出要求。

二、总硬度TH

    水的总硬度指水中Ca²⁺、Mg²⁺离子的总浓度，并折合成CaCO₃的量，以每升水中碳酸钙的质量表示，单位mg/L。

    水中硬度的概念主要用于饮用水、锅炉用水等，水的硬度过高，衣服不容易洗干净，水烧开后壶内会结垢，且影响口感。锅炉用水硬度过高，特别是暂时硬度太高，经长期烧煮后，水中的钙、镁会在锅炉内结成锅垢，使锅炉内金属管道的导热能力大大降低，且会使局部管道过热，造成变形损毁，严重时会引起锅炉爆炸事故。

    根据《生活饮用水卫生标准》GB 5749-2022，饮用水中总硬度需≤450mg/L。在《地表水环境质量标准》、《城市杂用水水质标准》、《城镇污水处理厂污染物排放标准》、《污水排入城镇下水道水质标准》等标准中，均未对水的总硬度做出要求。

三、检测方法

    溶解性总固体(TDS)的测定：水样经过滤后，在一定温度下烘干，所得的固体残渣即为溶解性总固体，见《生活饮用水标准检测方法》（GB/T 5750.4-2006）P11。可参见：pan.baidu.com/s/19mhvh_5YJV-UH5rFVWqlDg?pwd=1111

    总硬度(TH)的测定：滴定法，见《生活饮用水标准检测方法》（GB/T 5750.4-2006）P9。可参见：pan.baidu.com/s/1IlEE486PUdRMDg3EOdZ2yw?pwd=1111

四、TDS、TH对污水处理工艺的影响

    TDS、TH指标更多的用在生活用水、饮用水指标上，污水处理方面较少提及，尤其是城镇污水处理方面。

    污水中的TDS包含无机物和有机物，有机物大部分可作为细菌的营养物质，通过生化工艺降解去除。其中的无机物绝大部分为盐分，过高的盐分会导致水的渗透压升高，抑制微生物的活性、影响活性污泥的沉降性能、导致生物膜的结构改变等，并直接影响氧气转移到液相的能力（高盐分水生化反应中所需的溶解氧值更大）。当水量水质比较稳定时，可通过驯化培养出适合高盐分水的生物菌群，如某运行良好的工业污水厂，其进水盐分达15000~20000mg/L（盐度约2%，PS：海水的平均盐度为3.5%）。

    污水中过高的硬度TH，易造成微孔曝气器的堵塞，采用MBR工艺时易造成超滤膜孔的堵塞，导致产水量下降。高硬度污水的处理，对于活性污泥法来说，工艺性能影响不大（主要是对设备的影响）。

    高TDS、高硬度污水对于生物滤池、反硝化滤池工艺的影响主要在于是否能够顺利挂膜，以及生物膜与滤料之间的粘附性等。笔者查阅大量资料未见相关研究报告，对于此类污水，尤其是已知某种离子的浓度很高时，建议先做中试试验，以保证后期生物滤池的正常运行。

五、双碱法去除硬度

1、钙镁化合物的溶解性

    易溶于水：CaCl₂、Ca(NO₃)₂、MgCl₂、Mg(NO₃)₂、MgSO₄、Ca(HCO₃)₂、Mg(HCO₃)₂

    微溶于水：CaSO₄、MgCO₃、Ca(OH)_2

    难溶于水：CaCO₃、Mg(OH)₂、Ca₃(PO₄)₂、Mg₃(PO₄)₂

2、双碱法化学方程式

    Ca(OH)₂+Ca(HCO₃)₂→2CaCO₃↓+ 2H₂O

    2Ca(OH)₂+Mg(HCO₃)₂→Mg(OH)₂↓+2CaCO₃↓+2H₂O

    Ca(OH)₂+MgCl₂→Mg(OH)₂↓+CaCl₂

    Ca(OH)₂+MgSO₄→Mg(OH)₂↓+CaSO₄

    Na₂CO₃+CaSO₄→CaCO₃↓+Na₂SO₄

    Na₂CO₃+CaCl₂→CaCO₃↓+2NaCl

    Na₂CO₃+Ca(OH)₂→CaCO₃↓+2NaOH

3、双碱法+高效沉淀池

    在污水处理中常用双碱法+高效沉淀池技术去除硬度，高效沉淀池设混凝区、絮凝区、斜板沉淀区，配合污泥回流技术，提高沉淀速率，可快速去除水中的硬度。

    石灰+碳酸钠软化法：第一阶段投加石灰，一般采用生石灰（CaO）干式存储、湿式投加。CaO溶于水生成Ca(OH)₂后，与水中的Ca(HCO₃)₂、Mg(HCO₃)₂、MgCl₂、PO₄^3-等反应后生成沉淀。第二阶段投加碳酸钠（纯碱），与水中的CaCl₂、CaSO₄及多余的Ca(OH)₂反应生成CaCO₃沉淀。此种方法可同步去除水中的磷酸盐，缺点为产泥量较大。

    氢氧化钠+碳酸钠软化法：第一阶段投加氢氧化钠（烧碱），反应原理同上，不同的是当水中硬度主要为碳酸氢盐时，如2NaOH+Ca(HCO₃)₂→CaCO₃↓+ Na₂CO₃+2H₂O，生成的Na₂CO₃可继续与永久硬度（如CaSO₄、CaCl₂）继续反应生成沉淀。第二阶段投加碳酸钠（纯碱），去除永久硬度。使用氢氧化钠去除硬度，水中硬度的降幅为碳酸氢盐下降量的两倍，可使药剂投加量减少，并减少产泥量。

六、学习多一点

暂时硬度、永久硬度：

    水的硬度最初是指沉淀肥皂的能力。使肥皂沉淀的原因主要是由于水中的二价、三价金属离子，除钙、镁离子外还有铁、亚铁、铜、锰、铝等离子（肥皂的成分为硬脂酸钠，与水中的二价、三价金属离子反应后会生成沉淀，使肥皂失去去污能力）。但在天然水体中，绝大部分的硬度是由水中的钙、镁离子形成的，其他二三价金属离子含量极低，可忽略不计。故将硬度定义为水中钙、镁离子的总浓度。根据水中与钙、镁离子结合的阴离子种类，硬度又可分为暂时硬度与永久硬度。总硬度=暂时硬度+永久硬度。

暂时硬度又称为碳酸盐硬度，即水中与碳酸氢根、少量碳酸根结合的钙、镁离子所形成的硬度（碳酸氢钙、碳酸氢镁易溶，碳酸镁微溶）。当水煮沸时，钙、镁的碳酸氢盐分解生成相应的碳酸盐沉淀而从水中去除，该部分硬度比较容易去除，故称之为暂时硬度。Ca(HCO₃)₂→CaCO₃↓+ CO₂↑+H₂O（加热反应）

    永久硬度又称为非碳酸盐硬度，以钙、镁的氯化物（CaCl₂、MgCl₂）、硫酸盐（CaSO₄、MgSO₄）、硝酸盐等形式存在，其性质比较稳定，不能够通过加热的方式除去，故称为永久硬度。

其他与水中固体相关的参数：

    TS：总固体，即水中的总固体量，包含悬浮固体（SS）与溶解性固体（DS）

    SS：悬浮固体，又分为挥发性悬浮固体（VSS）与非挥发性悬浮固体（NVSS）

    MLSS：混合液悬浮固体，特指生化系统中活性污泥的浓度

    MLVSS：混合液挥发性悬浮固体，特指生化系统活性污泥中有机固体浓度

    浊度：用于表示排放废水、天然水或饮用水中胶体及残留悬浮物的指标，测量结果以散射浊度单位NTU表示。一般来说，未经处理的污水浊度与悬浮固体之间并无关系，但经活性污泥处理沉淀或过滤后的水，其浊度与悬浮固体之间存在着合理的比值关系

    电导率EC：是衡量溶液传导电流能力的尺度。由于电流是通过离子传导的，因此离子浓度增加，则电导率升高。在天然水体或饮用水中，溶解性总固体在数值上约等于总含盐量，一般可用电导率值大概了解溶液中TDS或盐份的含量，电导率越高，盐份越高，TDS越高。