隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,污廢水不經(jīng)處理大量排放,河流水體受到了人類活動(dòng)的嚴(yán)重影響,改變了原來(lái)的水化學(xué)特征,污染日趨嚴(yán)重。這種變化了的形勢(shì),對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作提出了新的課題。水質(zhì)監(jiān)測(cè)目的是及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地反映水環(huán)境質(zhì)量狀況及其發(fā)展趨勢(shì),為水環(huán)境管理、規(guī)劃、污染治理等提供科學(xué)依據(jù),它是國(guó)家合理開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)水資源的一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作,是控制水污染、保護(hù)水環(huán)境、改善水環(huán)境的哨兵與耳目。水環(huán)境科學(xué)研究,對(duì)發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)和保障人民健康等具有十分重要的意義。
1 概述
1)堿度:把天然水經(jīng)處理過(guò)的水的PH 降低到相應(yīng)于純CO2水溶液的PH 值所必須中和的水中強(qiáng)堿物種的總含量。
2)暫時(shí)硬度:又稱碳酸鹽硬度,指水中鈣,鎂的碳酸鹽的含量,因天然水中碳酸鹽含量很低,只有在堿性水中才存在碳酸鹽。故暫時(shí)硬度一般是指水中重碳酸鹽的含量,水在煮沸時(shí)其中的重碳酸鹽分解出碳酸鹽沉淀。
3)pH:表示溶液酸性或堿性程度的數(shù)值,是指溶液中氫離子的總數(shù)和總物質(zhì)的量的比。
2 檢測(cè)方法
2.1 總堿度方法原理
水樣用標(biāo)準(zhǔn)酸溶液滴定至規(guī)定的pH 值,其終點(diǎn)由加入的酸堿指示劑在該pH 值時(shí)顏色的變化來(lái)判斷。當(dāng)?shù)味ㄖ练犹甘緞┯杉t色變?yōu)闊o(wú)色時(shí),溶液pH 值為8.3,表明指示劑水中氫氧根離子已被中和,碳酸鹽均變?yōu)橹靥妓猁};當(dāng)?shù)味ㄖ良谆?/span>指示劑由淡桔黃色變成桔紅色時(shí),溶液的pH 值為4.4~4.5,指示水中的重碳酸鹽被中和,包括原油的和由碳酸鹽轉(zhuǎn)化成。根據(jù)上述2 個(gè)終點(diǎn)到達(dá)時(shí)所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的量,計(jì)算出水中碳酸鹽、重碳酸鹽含量及總堿度。以酚酞作指示劑時(shí),滴定至顏色變化消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的量為P(ml),以甲基橙為指示劑時(shí),滴定至顏色變化消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的量為M(ml)。
2.2 暫時(shí)硬度方法原理
水中所含重碳酸鹽(及碳酸鹽)在用甲基橙為指示劑時(shí)與算起反應(yīng)如下:
Ca(HCO3)2+2HCl→CaCl2+2CO2↑+2H2O
如有碳酸鹽也起反應(yīng):
CaCO3+2HCl→CaCl2+CO2↑+H2O
如水中含有機(jī)酸、重碳酸或碳酸鈉(或鉀)等,均能消耗鹽酸,因此在測(cè)定碳酸鹽硬度以前,必要時(shí)應(yīng)確定上述各物的含量而將所得結(jié)果加以校正,否則,計(jì)算的碳酸鹽硬度便較實(shí)際數(shù)值高。
2.3 pH 值測(cè)定方法原理
pH 值由測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)而得。該電池通常由飽和甘汞電極為參比電極,玻璃電極為指示電極所組成。在25 ℃,溶液中每變化1 個(gè)pH 單位,電位差改變?yōu)?9.16 mV,據(jù)此在儀器上直接以pH的讀數(shù)表示。溫度差異在儀器上有補(bǔ)償裝置。
3 工作中涉及到的化學(xué)試劑
3.1 總堿度試劑
酚酞指示劑:稱取0.5 g 酚酞溶于95%乙醇100ml 中,用0.1 mol/L 氫氧化鈉溶液滴至出現(xiàn)淡紅色為止。
甲基橙指示劑:稱取0.1 g 甲基橙溶于100 ml蒸餾水中。
鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液:C(HCl)=0.025 mol/L。
3.2 碳酸鹽硬度試劑
鹽酸:0.1 mol/L。
氫氧化鈉:0.1 mol/L。
甲基橙溶液:0.05%。
4 實(shí)際工作中的檢測(cè)
4.1 當(dāng)pH<4.4~4.5 時(shí)
本溪水環(huán)境監(jiān)測(cè)分中心2011 年11 月1 日給本溪市某大型企業(yè)做的水樣。
此水樣通過(guò)酸度計(jì)測(cè)定,pH 值為2.2。
總堿度測(cè)定:取100 ml 水樣于250 ml 錐形瓶中作為試樣,加4 滴酚酞搖勻,水樣無(wú)色;繼續(xù)加3滴甲基橙搖勻,水樣直接變桔紅色,此時(shí)消耗的鹽酸M+P=0,水樣的總堿度為0。
碳酸鹽硬度測(cè)定:取100 ml 水樣,放于250 ml三角瓶中,加入3 滴甲基橙溶液。此水樣的顏色變為桔紅色,此水樣的碳酸鹽硬度為0。
4.2 當(dāng)4.4~4.5< pH<8.3 時(shí)
4.2.1 水樣中不含重碳酸鈉(及鉀)或碳酸鈉(及鉀)的情況本溪水環(huán)境監(jiān)測(cè)分中心2011 年11 月1 日給本溪市某大型企業(yè)做的水樣。
此水樣通過(guò)酸度計(jì)測(cè)定,pH 值為6.3。
總堿度測(cè)定:步驟如4.1 總堿度的測(cè)定,當(dāng)?shù)?/span>定至甲基橙指示劑由淡桔黃色變成桔紅色時(shí),此時(shí)消耗的鹽酸數(shù)量為4.2 ml,水樣的總堿度, 通過(guò)計(jì)算,得出此水樣的總堿度為52.6 mg/L。
碳酸鹽硬度測(cè)定:步驟如4.1 碳酸鹽硬度的測(cè)定。此水樣消耗鹽酸的體積為1.00 ml,此水樣的碳酸鹽硬度為,通過(guò)計(jì)算,得出此水樣的碳酸鹽硬度為50.0 mg/L。
4.2.2 水樣中含重碳酸鈉(及鉀)或碳酸鈉(及鉀)的情況事例,本溪水環(huán)境監(jiān)測(cè)分中心2011 年11 月11 日給本溪市某大型企業(yè)做的水樣。此水樣通過(guò)酸度計(jì)測(cè)定,pH 值為6.2。總堿度測(cè)定:步驟如4.1 總堿度的測(cè)定,當(dāng)?shù)?/span>定至甲基橙指示劑由淡桔黃色變成桔紅色時(shí),此時(shí)消耗的鹽酸數(shù)量M 為3.70 ml,水樣的總堿度,通過(guò)計(jì)算,得出此水樣的總堿度為46.3 mg/L。
碳酸鹽硬度測(cè)定:取100 ml 水樣,放于250 mL三角瓶中,加入4 滴酚酞溶液后,不出現(xiàn)紅色,煮沸5~7 min,出現(xiàn)紅色,表示有重碳酸鹽,即NaHCO3或KHCO3存在,此時(shí)應(yīng)按下法進(jìn)行測(cè)定:
1)吸取100 ml 水樣,加3 滴甲基橙為指示劑,用0.1 mol/L 鹽酸滴定至淡桔紅色為止,記錄用量(V1)0.80 ml。
2)吸取100 ml 水樣,加入與0.1 mol/L 鹽酸用量相等的0.1 mol/L 氫氧化鈉溶液(V1)0.80mL,加熱至開(kāi)始沸騰,用冷水槽使之迅速冷卻,將生成的CaCO3 等沉淀濾去,用少量蒸餾水沖洗濾紙,然后在濾液中加入3 滴甲基橙,以0.1 mol/L鹽酸滴定至淡桔紅色為止,記錄用量(V2)1.10 ml。此時(shí)水樣中碳酸鹽含量通過(guò)計(jì)算,得出此水樣的碳酸鹽硬度為25.0mg/L。
4.3 當(dāng)pH>8.3 時(shí)
事例,本溪水環(huán)境監(jiān)測(cè)分中心2011 年11 月4日給本溪市某大型企業(yè)做的水樣。此水樣通過(guò)酸度計(jì)測(cè)定,pH 值為8.7。
總堿度測(cè)定:取100 ml 水樣于250 ml 錐形瓶中作為試樣,加4 滴酚酞搖勻,用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至剛剛褪之無(wú)色,記錄鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的量P 為6.3 ml;繼續(xù)加3 滴甲基橙搖勻,當(dāng)?shù)味?/span>至甲基橙指示劑由淡桔黃色變成桔紅色時(shí),此時(shí)消耗鹽酸的量為M 為3.8 ml,水樣的總堿度, 通過(guò)計(jì)算,得出此水樣的總堿度為126 mg/L。
碳酸鹽硬度測(cè)定:取100 ml 水樣,放于250 ml三角瓶中,加入4 滴酚酞溶液后,出現(xiàn)紅色,有碳酸鹽即Na2CO3或K2CO3存在,加入鹽酸滴定至無(wú)色后,記錄此時(shí)用量P 為0.9 ml 繼續(xù)加3 滴甲基橙溶液,滴定至淡桔紅色為止,記錄用量M 為1.5ml。此時(shí)水樣中碳酸鹽含量通過(guò)計(jì)算,得出此水樣的碳酸鹽硬度為30.0mg/L。
5 結(jié)論
1)當(dāng)pH<4.4~4.5 時(shí),總堿度=碳酸鹽硬度;
2)當(dāng)4.4~4.5< pH<8.3 時(shí),此時(shí)分2 種情況:
①水樣中不含重碳酸鈉(及鉀)或碳酸鈉(及鉀)的情況,總堿度≈碳酸鹽硬度;
②水樣中含重碳酸鈉(及鉀)或碳酸鈉(及鉀)的情況,總堿度>碳酸鹽硬度;
3)總硬度>總堿度>碳酸鹽硬度;
當(dāng)pH>8.3 時(shí),總堿度>碳酸鹽硬度。
6 結(jié)語(yǔ)
目前,在我們從工程水利向資源水利轉(zhuǎn)變,從傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利過(guò)渡,正面臨著水資源短缺、水污染嚴(yán)重、水生態(tài)環(huán)境惡化等問(wèn)題的挑戰(zhàn),新時(shí)期經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作提出了新的更高要求。
掌握總堿度與碳酸鹽硬度及pH 間的關(guān)系,可以判定監(jiān)測(cè)結(jié)果的大致趨勢(shì)及準(zhǔn)確性,能夠及時(shí)準(zhǔn)確地為有關(guān)部門(mén)提供準(zhǔn)確可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),為污染的防御與治理提供科學(xué)的依據(jù)。
以上內(nèi)容轉(zhuǎn)子豆丁網(wǎng) 總堿度與碳酸鹽硬度及pH 間的關(guān)系 (作者:孫建軍、毛玉鳳)
硬度、堿度和PH對(duì)應(yīng)的在線監(jiān)測(cè)儀表:
硬度:PACON 5000
堿度:PACON 5500
PH:innoCon 6800P