總堿度與碳酸鹽硬度及pH 間的關系

隨著社會經濟的不斷發展，污廢水不經處理大量排放，河流水體受到了人類活動的嚴重影響，改變了原來的水化學特征，污染日趨嚴重。這種變化了的形勢，對水質監測工作提出了新的課題。水質監測目的是及時、準確、全面地反映水環境質量狀況及其發展趨勢，為水環境管理、規劃、污染治理等提供科學依據，它是國家合理開發利用和保護水資源的一項重要的基礎工作，是控制水污染、保護水環境、改善水環境的哨兵與耳目。水環境科學研究，對發展國民經濟和保障人民健康等具有十分重要的意義。

1 概述
1）堿度：把天然水經處理過的水的PH 降低到相應于純CO2水溶液的PH 值所必須中和的水中強堿物種的總含量。
2）暫時硬度：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。故暫時硬度一般是指水中重碳酸鹽的含量，水在煮沸時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值，是指溶液中氫離子的總數和總物質的量的比。

2 檢測方法
2.1 總堿度方法原理
水樣用標準酸溶液滴定至規定的pH 值，其終點由加入的酸堿指示劑在該pH 值時顏色的變化來判斷。當滴定至酚酞指示劑由紅色變為無色時，溶液pH 值為8.3，表明指示劑水中氫氧根離子已被中和，碳酸鹽均變為重碳酸鹽；當滴定至甲基橙指示劑由淡桔黃色變成桔紅色時，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化成。根據上述2 個終點到達時所消耗的鹽酸標準滴定溶液的量，計算出水中碳酸鹽、重碳酸鹽含量及總堿度。以酚酞作指示劑時，滴定至顏色變化消耗的鹽酸標準溶液的量為P（ml），以甲基橙為指示劑時，滴定至顏色變化消耗的鹽酸標準溶液的量為M（ml）。

2.2 暫時硬度方法原理
水中所含重碳酸鹽（及碳酸鹽）在用甲基橙為指示劑時與算起反應如下：
Ca(HCO3)2+2HCl→CaCl2+2CO2↑+2H2O

如有碳酸鹽也起反應：
CaCO3+2HCl→CaCl2+CO2↑+H2O

如水中含有機酸、重碳酸或碳酸鈉（或鉀）等，均能消耗鹽酸，因此在測定碳酸鹽硬度以前，必要時應確定上述各物的含量而將所得結果加以校正，否則，計算的碳酸鹽硬度便較實際數值高。

2.3 pH 值測定方法原理
pH 值由測量電池的電動勢而得。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pH 單位，電位差改變為59.16 mV，據此在儀器上直接以pH的讀數表示。溫度差異在儀器上有補償裝置。

3 工作中涉及到的化學試劑
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。
鹽酸標準滴定溶液：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 實際工作中的檢測
4.1 當pH＜4.4～4.5 時
本溪水環境監測分中心2011 年11 月1 日給本溪市某大型企業做的水樣。
此水樣通過酸度計測定，pH 值為2.2。

總堿度測定：取100 ml 水樣于250 ml 錐形瓶中作為試樣，加4 滴酚酞搖勻，水樣無色；繼續加3滴甲基橙搖勻，水樣直接變桔紅色，此時消耗的鹽酸M+P=0，水樣的總堿度為0。

碳酸鹽硬度測定：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4.4~4.5＜ pH＜8.3 時
4.2.1 水樣中不含重碳酸鈉（及鉀）或碳酸鈉（及鉀）的情況本溪水環境監測分中心2011 年11 月1 日給本溪市某大型企業做的水樣。
此水樣通過酸度計測定，pH 值為6.3。

總堿度測定：步驟如4.1 總堿度的測定，當滴定至甲基橙指示劑由淡桔黃色變成桔紅色時，此時消耗的鹽酸數量為4.2 ml，水樣的總堿度, 通過計算，得出此水樣的總堿度為52.6 mg/L。

碳酸鹽硬度測定：步驟如4.1 碳酸鹽硬度的測定。此水樣消耗鹽酸的體積為1.00 ml，此水樣的碳酸鹽硬度為，通過計算，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，本溪水環境監測分中心2011 年11 月11 日給本溪市某大型企業做的水樣。此水樣通過酸度計測定，pH 值為6.2。總堿度測定：步驟如4.1 總堿度的測定，當滴定至甲基橙指示劑由淡桔黃色變成桔紅色時，此時消耗的鹽酸數量M 為3.70 ml，水樣的總堿度,通過計算，得出此水樣的總堿度為46.3 mg/L。

碳酸鹽硬度測定：取100 ml 水樣，放于250 mL三角瓶中，加入4 滴酚酞溶液后，不出現紅色，煮沸5~7 min，出現紅色，表示有重碳酸鹽，即NaHCO3或KHCO3存在，此時應按下法進行測定：
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。此時水樣中碳酸鹽含量通過計算，得出此水樣的碳酸鹽硬度為25.0mg/L。

4.3 當pH＞8.3 時
事例，本溪水環境監測分中心2011 年11 月4日給本溪市某大型企業做的水樣。此水樣通過酸度計測定，pH 值為8.7。

總堿度測定：取100 ml 水樣于250 ml 錐形瓶中作為試樣，加4 滴酚酞搖勻，用鹽酸標準滴定溶液滴定至剛剛褪之無色，記錄鹽酸標準滴定溶液的量P 為6.3 ml；繼續加3 滴甲基橙搖勻，當滴定至甲基橙指示劑由淡桔黃色變成桔紅色時，此時消耗鹽酸的量為M 為3.8 ml，水樣的總堿度, 通過計算，得出此水樣的總堿度為126 mg/L。
碳酸鹽硬度測定：取100 ml 水樣，放于250 ml三角瓶中，加入4 滴酚酞溶液后，出現紅色，有碳酸鹽即Na2CO3或K2CO3存在，加入鹽酸滴定至無色后，記錄此時用量P 為0.9 ml 繼續加3 滴甲基橙溶液，滴定至淡桔紅色為止，記錄用量M 為1.5ml。此時水樣中碳酸鹽含量通過計算，得出此水樣的碳酸鹽硬度為30.0mg/L。

5 結論
1）當pH<4.4~4.5 時，總堿度=碳酸鹽硬度；
2）當4.4~4.5＜ pH＜8.3 時，此時分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pH＞8.3 時，總堿度>碳酸鹽硬度。

6 結語
目前，在我們從工程水利向資源水利轉變，從傳統水利向現代水利過渡，正面臨著水資源短缺、水污染嚴重、水生態環境惡化等問題的挑戰，新時期經濟社會發展對水質監測工作提出了新的更高要求。
掌握總堿度與碳酸鹽硬度及pH 間的關系，可以判定監測結果的大致趨勢及準確性，能夠及時準確地為有關部門提供準確可靠的監測數據，為污染的防御與治理提供科學的依據。

以上內容轉子豆丁網 總堿度與碳酸鹽硬度及pH 間的關系 （作者：孫建軍、毛玉鳳）

硬度、堿度和PH對應的在線監測儀表：

硬度：PACON 5000

堿度：PACON 5500

PH：innoCon 6800P