电位滴定法在循环水水质检测中的应用

2023-11-29阎振兴严嘉理

科海故事博览 2023年32期

周柳，阎振兴，严嘉理，张涛

（珠海醋酸纤维有限公司，广东珠海 519000）

随着我国工业的蓬勃发展，工业用水量不断攀升，其中工业循环水约占工业用水量的70%～80%[1]，循环水节约了大量的水资源，但也伴随着管道的腐蚀、结垢等问题，工业上常通过加入阻垢缓蚀的药剂来缓解此问题，补充的药剂含量一般由循环水水质及运行时的药剂浓度确定，掌握循环水的水质是确保其正常运行的基础。循环水水质常见检测指标包括pH 值、总碱度、氯离子含量、总硬度及浊度等。

随着时代的快速发展，实验室需满足循环水各类指标快速准确的检测需求。以往各类指标逐项检测、传统的手工滴定方法难以满足水质快速的检测需要，而电位滴定法较传统的手工滴定具有灵敏度高、精确度高、自动化程度高等优点，其原理是依据能斯特方程，滴定过程中指示电极电位会随被测物质浓度变化而变化，而参比电极的电位始终恒定，可根据达到滴定终点前指示电极电位的急剧变化自动判断滴定终点。采用电位滴定法进行循环水水质分析，可以实现同一杯样品中连续测定循环水不同的检测项目，还可以全自动完成滴定过程，自动报告检测结果，使整个实验过程具有可追溯性。

本文利用卡氏万通905 型自动电位滴定仪，开发了一种循环水水质pH 值、总碱度、氯离子含量、总硬度四大检测项目一站式检测方法，可自动测量被测体系电位的变化突越，更快速和精确地找到滴定终点，并自动计算和统计结果，便于及时、准确地了解水质状况，提高循环水水质检测的质量和效率，确保生产稳定运行。

1 检测项目

1.1 pH 值及总碱度的测定

酸碱度描述的是水溶液的酸碱性强弱程度，用符号pH 来表示，其定义为pH=-lg[H+]，pH 值是常规且最重要的水质参数之一，pH=7 的水溶液呈中性，pH＜7则显酸性，pH＞7 则显碱性。实际生产过程中，需准确测量循环水水样的pH 值，便于及时调整与控制加药量。pH 值常用pH 电极测得，玻璃电极是目前pH 电极中使用最为广泛的电极，其原理是电极上的敏感膜与H+进行离子交换形成电位差，通过电位差算出其对应的pH值，具有操作简单，响应快速，测试准确等优点。

循环水水样中通常含有一定量的碱性阴离子，如碳酸根和氢氧根，将水质控制在一定的碱度范围，可以抑制水中的硅酸盐水解。当pH 过低时，呈现酸性，金属表面的保护膜破坏，高温下水对金属的腐蚀加剧；当pH 过高，容易引起碱性腐蚀和应力腐蚀，故循环水的pH 值有特定的控制要求。用盐酸滴定样品pH 值至4.3，可计算出循环水的总碱度。

利用卡氏万通905 型自动电位滴定仪，选择复合pH 玻璃电极指示体系中的pH 值，仪器自动加入盐酸滴定剂，滴定至pH 值4.3，计算出循环水的pH 及总碱度。

1.2 氯离子含量的测定

在循环水系统中，氯离子的存在可能源自多个方面，包括水源中的氯化物、水处理剂的使用以及循环水中的回收和循环过程。氯离子具有腐蚀性，氯离子的过高浓度可能对循环水系统的稳定性和运行效果产生负面影响。当其浓度持续高于1000mg/L 时，氯离子会穿透管道表面的膜层，加速腐蚀而损坏管道，增加装置的维护费用，甚至影响循环水系统的安全稳定生产[2]，准确检测循环水中的氯离子含量对循环水系统的稳定性和运行效果具有重要意义。

氯离子的含量通常采用硝酸银滴定法进行检测，采用传统的硝酸银滴定法时，白色的氯化银沉淀对肉眼判断滴定终点造成很大干扰，实验结果依赖于操作人员的程度较大，测定结果不稳定。相比之下，电位滴定法有明显优势，测试过程中无需添加具有一定毒性的铬酸钾类指示剂，而是直接利用其电位突跃的最大值判定其滴定终点[3]，该方法不受水质本身颜色、浊度的影响，同时可避免人为因素判断滴定终点时造成的误差，检测过程的准确性和精密度均很高。

利用卡氏万通905 型自动电位滴定仪，选择复合银环电极指示电位突跃的最大值判定其滴定终点，硝酸调节体系的pH 值至3-5,用AgNO3滴定至终点，计算出循环水的氯离子含量。

1.3 总硬度的测定

总硬度是否符合标准是水质检测的一个重要参考数据，它主要反映的是水中钙镁离子的含量。水质总硬度超标是形成水垢的主要因素，钙镁离子会与水中的阴离子结合生成水垢，不仅会降低管道的换热效率，而且会造成管道腐蚀[4]。通过准确地测定水质总硬度，及时采取合适的水质调整措施，可有效避免水垢的形成，从而减少设备的维修和清洗次数，降低能耗和运行成本。

总硬度通常采用EDTA 络合法进行检测，EDTA 络合法具有检测范围广、操作方便、成本低等优点，可满足实际生产过程中大量、快速检测水质总硬度的检测需求。在pH=10 的条件下，使用乙二胺四乙酸二钠盐（Na2EDTA）作为滴定剂，根据达到滴定终点时所消耗的标准溶液用量，从而计算出所测水质的总硬度。

利用卡氏万通905 型自动电位滴定仪，选择Ca 离子选择性电极和Ag/AgCl 参比电极指示电位突跃的最大值判定其滴定终点（Ca 离子选择性电极指示的第二个突跃点作为滴定终点，第一个滴定突跃点对应钙离子，第二个滴定突跃点对应钙镁离子的总和），计算出循环水的总硬度。[5]

2 自动电位滴定仪多步骤滴定方法

取一定量的水样于烧杯中，将烧杯置于卡氏万通905 型自动电位滴定仪样品盘上，首先测定起始水质pH 值，然后自动加入HCL 溶液滴定至pH4.3,消耗体积计算水质的总碱度；接着自动加入AgNO3溶液滴定至第一个滴定突跃点，根据消耗体积计算水质的氯离子含量；再自动加入氨水缓冲液，用EDTA 溶液滴定至最后一个终点，根据消耗体积计算水质的硬度，将以上循环水水质pH 值、总碱度、氯离子含量、总硬度四大检测对应电极、试剂等及编辑好的检测程序集成同一测试项目，可实现在同一样品中连续测定循环水中的四个检测项目，可自动测量被测体系电位的变化突越，更快速和精确地找到滴定终点，并自动计算和统计结果。利用自动电位滴定仪连续测定循环水水质同一样品中pH 值、总碱度、氯离子含量、总硬度四大检测项目的原理如图1。

图1 自动电位滴定仪连续测定循环水水质原理

3 结果对比

原方法为准备4 个水样，分别利用EDTA 溶液对水样手工滴定测试硬度、盐酸对水样手工滴定测试总碱度、AgNO3溶液对水样手工滴定测试氯离子含量、pH 计测试水样pH，手工滴定步骤繁琐且耗时，人为判定滴定终点误差较大，本文利用卡氏万通905 型自动电位滴定仪建立连续测定循环水水样的检测方法，分别利用自动电位滴定仪和传统的手工滴定法对配置的标准溶液的pH 值、总碱度、氯离子含量、总硬度进行准确性分析和效率对比，结果如表1。