總堿度與碳酸鹽硬度及pH 間的關(guān)系

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(lèi)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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