水质检测之TDS笔（溶解性总固体）可行性分析报告

水质检测之TDS笔（溶解性总固体）项目可行性分析一、项目背景

水是人类生活环境的重要组成部分，是生活和生产必不可少的重要资源。本世纪下半叶，随着各种自然资源的滥开滥用，环境污染愈演愈烈。生产和生活排出的大量污水，含有诸多有害因素，严重危害人类的健康。

淡水资源的日趋紧张也向人类发出警告，全世界缺水的国家已多达80多个。地球上的淡水总共为400万立方公里，据估计每年被污染的淡水达到400立方公里，已出现美国向加拿大，西德向瑞士购买淡水的新鲜事。凡此种种，不能不引起世人的担忧和关注。西欧和北美等发达国家早就兴起控制水源污染的声浪，制定了一系列严重的法规。大大推动了水质监测传感器的研制和水质监测技术的发展。

水质检测的指标有很多，按其性质不同，可分为物理的，生物的和化学的指标。

水体环境的物理指标颇多，包括水温、渗透压、混浊度（透明度）、色度、悬浮固体、蒸发残渣以及其它感官指标如味觉、嗅觉属性等等。

水质化学指标利用化学反应、生物化学的反应及物理化学的原理测定的水质指标，总称为化学指标。包括碱度、酸度、硬度、总有机碳（TOC）、微粒有机碳（POC）、总耗氧量（TOD）、化学耗氧量（COD）、生物化学耗氧量（BOD）、溶解氧、氯离子含量、电导率，氧化-还原电位（pE）、pH值、生物营养元素、各种化学形态的重金属离子、非金属微量元素、微量有机物、水体的污染物（如有机农药、油类）以及放射性元素等等。

综观这些检测项目的产品，有以下几个特点： (1)检测原理多为光学原理，成本较高； (2)通常以整机形式销售； (3)通常体积较大，售价较高；

(4)市场用量不大等。

针对以上特点，根据我们现有的技术力量和资源配置，短时间内很难有所作为，由于这些原因，留下可供我们选择的项目并不多。

溶解氧和氨氮我们已经在做，溶解氧有高端的极谱式和低端的原电池式；氨氮的离子选择性电极的检测原理可以推广到碳酸根离子、亚硫酸根离子以及氟、氯离子等。

所以经过一段时间的调研，我们倾向于通常和饮水机配套销售的TDS笔（溶解性总固体）的开发。

它具有以下特点： (1)结构简单； (2)原理简单； (3)售价低； (4)应用广泛等。 二、TDS的概念

TDS 是英文 total dissolved solids 的缩写，中文译名为溶解性总固体，又称总含盐量，测量单位为毫克/升（mg/L）,它表明1升水中溶有多少毫克溶解性总固体，或者说 1 升水中的离子总量。一般可用公式：TDS=[Ca+Mg+Na+K]+[HCO3+SO4+Cl] 。

TDS 概念是个舶来品，在美国、台湾水处理领域广泛使用，TDS 值的测量工具一般是用 TDS 笔，其测量原理实际上是通过测量水的电导率从而间接反映出TDS 值。在物理意义上来说，水中溶解物越多，水的 TDS 值就越大，水的导电性也越好，其电导率值也越大。

通俗的讲：TDS 值代表了水中溶解物杂质含量，TDS 值越大，说明水中的杂质含量大，反之，杂质含量小。

国家标准GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》中对饮用自来水的溶解性总固体（TDS）有限量要求：溶解性总固体≤1000mg/L 。

常规的检测方法为：固体含量的测定都是以重量法进行的，测定时蒸干温度对结果的影响很大。一般规定在105--110℃，但这个温度不能彻底赶走硫酸钙、硫酸镁等结晶水，不易得到固定不变的重量；若在180℃蒸干，所得结果虽比较稳定，但由于一些盐类如CaCl2 、

Ca(NO3)2、MgCl2、Mg(NO3)2等具有强烈的吸湿性，极易吸收空气中的水分，在称量时也不易得到满意的结果。因此测定的结果比较粗略。

三、市场需求及预测

水作为人类生存的三大要素之一，没有人能够离开它，而且随着人们生活水平的提高和人们对健康意识的逐渐重视，人们越来越关心自己的饮水健康，所以水家电的市场潜在需求是很大的。同时，我国巨大的人口基数和目前严峻的饮用水现状，使得我国健康饮用水的市场容量非常巨大。专家预测，在未来几年，社会对健康饮水需求的市场容量有着每年500亿人民币的规模，而水处理则将达到5000亿每年。水家电作为一个新的产业，其市场前景和市场潜力是不言而语的。

而TDS笔应用范围就包括纯净水生产和饮用、电渡液、锅炉用水、鱼缸用水、游泳池水的洁净度、照相冲洗液、井水，深井水、实验室、水产养殖、食品加工、家庭，办公室、理化教学、电离水化妆品、市政供水、旅行保健有等。

这些应用中, 随着人们环保意识的加强,纯净水生产和饮用越来越普遍的走进百姓的生活中。

兴起于上世纪90年代的饮水机，在小家电领域里的热度随着近年来国人生活水平的质量提高而逐年攀升。从整体市场走势来看，中国饮水机市场销量呈逐年递增趋势。2006年，中国饮水机市场容量突破3300万台，产业规模达到1500亿。与2005年相比，2006年饮水机零售量增长了33%，零售额增长了51%。

2007年，我国饮水机产量达到4000万台。2008年上半年，我国饮水机产量不足1000万台，其中2008年前10月，冷热饮水机产量达到835万台，同比增长1.8%。

如果按饮水机年零售量增长20%算得话，保守估计目前的产业规模已经有上亿台。

但是纯净水生产的质量千差万别，严重危害着人们的身体健康。 据报到，国家质检总局近期公布对瓶(桶)装饮用水质量抽查结果，其中6种饮用水被检测出含有高浓度的致癌物“溴酸盐”，哈药六厂

等知名企业生产的“纯中纯”弱碱性饮用水、内蒙古“景友”沙漠优质水榜上有名，令人震惊。

而TDS笔通常和饮水机等净水设备捆绑销售，所以TDS笔的销量可想而知。

溶解性总固体(简称TDS)是生活饮用水监测中必测指标之一，它可以反映被测水样中无机离子和部分有机物的含量。除饮用水外，近几年开展的涉水产品检测工作中，TDS作为输配水设备及防护材料检测的基本项目，以及一般净水设备和反渗透净水设备中功能实验中的必测项目，非常频繁的出现在检测报告中。

另外TDS笔的一些使用实例:

●检测纯净水矿泉水的水质是否合乎饮用标准：纯水50PPM以下，矿泉水

100-200PPM之间。

●洗衣是否洗的干净：检测原水或最后使用水PPM，数据差不要太大。

●检测自来水是否合格：国家标准50-300PPM。 ●纯酒精：PPM值大于0，则表示不纯。

●洗菜水PPM值偏高，说明有化学污染，应引起注意。

●水果、蔬菜若用水浸泡，用 TDS笔测其值，其TDS值若有偏高，可怀疑有化

学污染，应引起重视。

●泳池游泳过程中可测池水清洁度的变化，用 TDS笔测其值，深井水示值过高

应引起重视。

●北方硬水含钙镁离子，用 TDS笔测其值，TDS值偏高，会结水垢；一般硬水

150~400（结垢）。超硬水（若咸水）大于400（严重结垢）。 ●化肥首次按规定配制后，可用 TDS笔测其值，用该数字可方便今后配制。●金鱼缸用水，可用 TDS笔测其值，知其洁净程度。若数值上长噎大，应及时

换水。

●海产养殖用水，可用 TDS笔测其值，以便今后配制和检测。

四、技术可行性

TDS笔的测量原理实际上是通过测量水的电导率从而间接反映TDS值，从物理意义上说，水中溶解物越多，水的TDS值就越大，水的导电性也越好，其电导率也越大。TDS值与电导率之间不存在线性关系，实际测量统计表明，他们之间数值上约为倍数，即同一时间用TDS笔测出的数值大约是电导率测出数值的1/2。

“TDS”是英文，其含义是溶解性总固体，即融于水中的总盐类，因此“TDS”的高低并不代表水质的优劣。参照《中华人民共和国卫生部1985-08-16发布1986-10-01实施中华人民共和国国家标准UDC 613.3 GB 5749-85》，国TDS笔

的测量原理实际上是通过测量水的电导率从而间接反映TDS值，从物理意义上说，水中溶解物越多，水的TDS值就越大，水的导电性也越好，其电导率也越大。TDS 值与电导率之间不存在线性关系，实际测量统计表明，他们之间数值上约为倍数，即同一时间用TDS笔测出的数值大约是电导率测出数值的1/2。

以下是TDS计的基本设计思路素材： 1、电导率

由于水中含有各种溶解盐类，并以离子的形式存在。当水中插入一对电极时，通电之后，在电场的作用下，带电的离子就产生一定方向的移动。水中阴离子移向阳极，使水溶液起导电作用，水的导电能力的强弱程度，就称为电导(或电导度)，用G表示。电导反映了水中含盐量的多少，是水的纯净程度的一个重要指标，水越纯，含盐量越少，电阻越大，电导越小，超纯水几乎不能导电。电导是电阻的倒数，即

G=L/R

式中R-电阻，单位为欧姆(Ω)

G-电导，单位西门子(S) 1S=10-3Ms=10-6μS

因R=ρ*L/F,代入上式,则得到: G= L/ρ*L/F

对于一对固定电极来讲，二极间的距离不变，电极面积也不变，因此L与F 为一个常数。令：J=L/F，J就称为电极常数，可得到

G= L/ρ*L/F =K*L/J

式中：K=1/ρ就称为电导率，单位为S/cm。1S/cm=10-3m S/cm=10-6 μS/cm 电导率K的意义就是截面积为1cm2，长度为1cm的导体的电导。当电导常数J=1时，电导率就等于电导，电导率是不同电解质溶液导电能力的表现。

电导率K，电导G，电阻率ρ三者之间的关系如下： K=J*G=1/ρ

式中J为电极常数，例如：电导率为0.1μS/cm的高纯水，其电阻率应为：

ρ=1/K=1/0.1*10-6=10MΩ．cm 2、电导电极为铂黑电极

电导电极使用的敏感材料通常为铂，镀铂黑就是在铂表面镀上一层黑色蓬松的金属铂，目的是为了减少极化效应。多孔的铂黑增加了电极的表面积，是电流密度减小，是极化效应变小，电容干扰也降低了。不镀铂黑或镀得不好的铂黑电极，会产生很大的测量误差。铂黑电极存放期间要泡在蒸馏水中不宜干放。如果发现铂黑电极污染或失效，可浸入10%硝酸或盐酸溶液中二分钟，然后用蒸馏水冲洗干净在测量，铂黑电极也可以重新电镀，但镀铂黑需要一定的要求和经验，镀铂黑镀得好与坏对电极性能有很大影响。

在国内一些电导电极的说明书中，对铂黑电极有一种误解，认为铂黑电极适合于高电导率的溶液中使用，其实不然，铂黑电极测试几个μS/cm甚至0.1μ

S/cm的溶液都可以，而在高电导率的溶液中的测试，铂黑电极就更稳定和准确了。因此常数大于1的电导电极，都应该使用铂黑电极。而不镀铂黑的光亮电导电极，因为它只能在较小的电导率的溶液中使用，所以常数小于1的电导电极可以使用光亮电极。光亮电极的另一

个优点是铂片表面可以擦拭，而铂黑电极表面则绝对不能擦拭，只能在水中晃动清洗。

3、电导电极的种类和用途

电导电极一般有二电极式和多电极式二种类型。

二电极式电导电极是目前国内使用最多的电导电极类型，实验式二电极式电导电极的结构是将二片铂片烧结在二平行玻璃片上，或圆形玻璃片管的内壁上，调节铂片的面积和距离，就可以制成不同常数值的电导电极。通常有K=1、K=5、K=10等类型。而在在线电导率仪上使用的二电极式电导电极常数制成圆柱形对称的电极。当K=1时，常采用石墨，当K=0.1、0.01时，材料可以是不锈钢或钛合金。

多电极式电导电极，一般在支持体上有几个环状的电极，通过环状电极的串联和并联的不同组合，可以制成不同常数的电导电极。环状电极的材料可以是石墨、不锈钢、钛合金和铂金。

电导电极还有四电极类型和电磁式类型。四电极电导电极的主要优点是可以避免电极极化带来的测量误差，在国外的实验式和在线式电导率仪上较多使用。电磁式电导电极的特点是适宜于测量高电导率的溶液，一般用于工业电导率仪中，或利用其测量原理制成单组分的浓度计，如盐酸浓度计、硝酸浓度计等。

4、结构原理

电导率的测量原理其实就是按欧姆定律测定平行电极间溶液部分的电阻。但是，当电流通过电极时，会发生氧化或还原反应，从而改变电极附近溶液的组成，产生：“极化”现象，从而引起电导测量的严重误差。为此，采用高频率交流电测定法，可以减轻或消除上述极化现象，因为在电极表面的氧化和还原迅速交替进行，其结果可以认为没有氧化或还原发生。

电导率仪由电导电极和电计(电子元件)组成。电计采用了适当频率的交流信号的方法，将信号放大处理后换算成电导率。电计中还可能装有与传感器相匹配的温度测量系统，能补偿到标准温度电导率的温度补偿系统、温度系数调节系统以及电导池常数调节系统，以及自动换挡功能等。电导电极有时还装有热敏元件。

五、经济及社会可行性

国家有关部门对《生活饮用水卫生标准》进行全面修订和完善的新标准今年将强制执行。新标准水质指标将从以前的35项增加到106项。业内人士认为，新的饮用水标准的颁布将对水家电行业的发展带来影响。

2006年5月，国家标准化管理委员会办公室就已发出《关于在家用电器行业开展公开征集国家标准起草单位工作的通知》，这是我国首次向企业公开征集

制定家电产品国家标准，近十家饮水机企业报名参与。经过多方考察，美的集团和沁园集团最终获准牵头起草首个“冷热饮水机”国家标准的制定工作。

国家标准化委员会负责人指出，此次公开征集家用电器国家标准起草单位，一方面是要提高企业对国家标准制定的参与程度，另一方面则是为了提高标准制定与修改的速度。

国际上行业标准的出台一直遵循着产品—专利—行业标准的路线，需要以大量的科技研发和专利技术为基础前提。企业参与行业标准甚至国家标准的制定，一方面说明该企业在技术上领先于整个行业，另一方面，标准的出台也利于企业将科技成果转化为生产力。

健康饮水需求升温2006年年初，传统饮水机的二次污染、反复加热、水质不新鲜等问题暴露在消费者面前，饮水健康问题开始受到消费者的极大关注。与此同时，无热胆饮水机开始迅速进入消费者的视线。

在无热胆饮水机面世后，多家饮水机厂商纷纷跟进。国内饮水机市场出现了从有热胆向无热胆饮水机的转型。但与此同时，无热胆饮水机的出现，引发了饮水机生产企业之间的“口水战”。

业内人士认为，虽然有胆、无胆饮水机在各种问题上仍然争论不休，但是随着科技的发展，饮水机将向着更健康、更适应消费者需求的方向发展，这一点是毫无疑问的。从市场反应看，消费者在饮水机问题上更加关注饮水是否能满足健康标准，这说明消费者对健康饮水的需求正在升温，这将直接决定饮水机生产企业未来的发展策略和产

品。

国产一支TDS笔的价格在80左右，进口的在几百块到上千不等。依此价格，年销量达到10万支的话，销售收入将达到七八百万，更何况它的市场容量远远不止10万支。所以，它的经济效益也是相当可观的。

六、项目风险及对策

“TDS”是英文，其含义是溶解性总固体，即融于水中的总盐类，因此“TDS”的高低并不代表水质的优劣。

TDS计也非万能，它也有其盲点与缺点：

（一）TDS仅能测出水中的可导电物质，但无法测出细菌、病毒等物质。

（二）单独依赖TDS水质测试来判断水质是否能生饮，并不是最正确的作法;经高温无法灭绝的细菌或病毒，必须透过更精密的仪器才能测出来。

就是说，TDS水质测试可以作为判断水质的一个充分条件，而非充要条件，并且它也不是强制的标准检测手段，不具有法律效应。

由于以上这些，可能会影响它的经济效益。 应对对策：

（1）可以作为测电导率的仪器使用；

（2）可用它的基本结构和设计原理来设计笔式氧化还原电位计； （3）可用它的基本结构和设计原理来设计重金属离子检测； （4）可利用其测量原理制成单组分的浓度计，如盐酸浓度计、硝酸浓度计等。