⚗️ pH osadów ściekowych — pomiar potencjometryczny elektrodą szklaną w osadzie ciekłym i w zawiesinie osadu odwodnionego

Fizykochemia PN-EN 12176

Przegląd

pH osadu decyduje o higienizacji wapnem, o rozpuszczalności metali i o przebiegu fermentacji, dlatego jest jednym z pierwszych oznaczeń w każdym zestawie badań osadu. PN-EN 12176 opisuje pomiar potencjometryczny; norma została przez PKN wycofana, a jej rolę przejmują ISO 10390:2021 (pH gleby, osadu i przetworzonych bioodpadów w zawiesinie 1:5) oraz ISO 10523:2008 (pH wody i osadu ciekłego).

Podstawa fizyczna jest w obu ujęciach ta sama. ISO 10523 formułuje ją tak: „The determination of the pH value is based on measuring the potential difference of an electrochemical cell using a suitable pH meter", i dodaje, że pH próbki zależy od temperatury ze względu na równowagę dysocjacji, dlatego temperaturę zawsze podaje się razem z wynikiem. Zakres ISO 10523 obejmuje pH od 2 do 12 przy sile jonowej poniżej I = 0,3 mol/kg i dotyczy między innymi osadów ciekłych.

Dla materiału stałego lub odwodnionego stosuje się zawiesinę. ISO 10390:2021 (rozszerzona w tym wydaniu właśnie o osady i przetworzone bioodpady) opisuje pomiar pH w zakresie 2–12 elektrodą szklaną w zawiesinie 1:5 (ułamek objętościowy) próbki w wodzie (pH w H₂O), w roztworze chlorku potasu 1 mol/l (pH w KCl) albo w roztworze chlorku wapnia 0,01 mol/l. Zawiesinę przygotowuje się z porcji badanej i pięciokrotnej objętości wybranego roztworu, a pH mierzy pehametrem po wykalibrowaniu przyrządu.

Uwagi praktyczne: wynik zależy od użytego roztworu — pH w KCl i CaCl₂ jest zwykle niższe niż pH w wodzie, więc w sprawozdaniu trzeba jednoznacznie podać wariant. Elektrodę w zawiesinach osadowych trzeba często czyścić (błona z substancji organicznych i tłuszczów fałszuje odczyt), a bufory kalibracyjne muszą obejmować spodziewany zakres. Pomiar wykonuje się jak najszybciej po pobraniu — pH osadu zmienia się wraz z postępem fermentacji i ulatnianiem amoniaku.

Zasada metody

Oznaczenie pH polega na pomiarze różnicy potencjałów ogniwa elektrochemicznego złożonego z elektrody szklanej wskaźnikowej i elektrody odniesienia, przy użyciu pehametru. Ponieważ równowaga dysocjacji zależy od temperatury, pH próbki jest funkcją temperatury i zawsze podaje się je razem z temperaturą pomiaru. Osad ciekły mierzy się bezpośrednio, w warunkach zbliżonych do wody (zakres pH 2–12, siła jonowa poniżej 0,3 mol/kg). Osad odwodniony lub materiał stały przygotowuje się jako zawiesinę: porcję badaną zalewa się pięciokrotną objętością wody, roztworu chlorku potasu 1 mol/l albo chlorku wapnia 0,01 mol/l, miesza w ustalonym czasie i mierzy pH w zawiesinie. Przed pomiarem pehametr kalibruje się roztworami buforowymi obejmującymi spodziewany zakres pH, a elektrodę płucze między pomiarami. Wynik podaje się z jednym miejscem po przecinku wraz z podaniem, w jakim roztworze wykonano zawiesinę i w jakiej temperaturze zmierzono pH.

Zastosowania

• Higienizacja osadu wapnem — kontrola osiągnięcia i utrzymania wymaganego pH
• Fermentacja metanowa — pH jako wskaźnik zakwaszenia komory i ryzyka zatrzymania procesu
• Osady przeznaczone do rolniczego wykorzystania — pH wpływa na dostępność metali i przydatność glebową
• Odwodnione osady i skratki — pomiar w zawiesinie 1:5 wg ISO 10390
• Kontrola zgodności z warunkami przekazania osadu odbiorcy (dokumentacja badań osadu)

Kluczowe parametry

Norma

Numer normy

PN-EN 12176:2004 (EN 12176:1998)

Tytuł (PL)

Charakterystyka osadów ściekowych — Oznaczanie wartości pH

Title (EN)

Characterization of sludge — Determination of pH value

Procedura krok po kroku

1. Pobór i przygotowanie

   Pobrać reprezentatywną próbkę osadu i zmierzyć pH możliwie szybko po pobraniu. Osad ciekły wymieszać przed pomiarem; osad odwodniony zhomogenizować i przygotować do sporządzenia zawiesiny.

2. Kalibracja pehametru

   Wykalibrować przyrząd roztworami buforowymi obejmującymi spodziewany zakres pH, w temperaturze zbliżonej do temperatury próbek. Zanotować nachylenie charakterystyki elektrody — spadek poniżej wartości zalecanej przez producenta oznacza konieczność regeneracji lub wymiany elektrody.

3. Osad ciekły — pomiar bezpośredni

   Zanurzyć elektrodę w wymieszanej próbce, odczytać pH po ustabilizowaniu wskazania i jednocześnie zanotować temperaturę.

4. Osad odwodniony — zawiesina 1:5

   Odmierzyć porcję badaną i zalać pięciokrotną objętością wybranego roztworu (woda, KCl 1 mol/l albo CaCl₂ 0,01 mol/l), wymieszać przez ustalony czas i pozostawić do ustalenia równowagi zgodnie z procedurą.

5. Pomiar w zawiesinie

   Zanurzyć elektrodę w zawiesinie (przy stałym lub przerwanym mieszaniu — zgodnie z przyjętą procedurą, konsekwentnie dla wszystkich próbek) i odczytać pH po ustabilizowaniu wskazania wraz z temperaturą.

6. Płukanie i kontrola

   Między pomiarami płukać elektrodę wodą i osuszać bibułą bez pocierania membrany. Po serii pomiarów w osadzie oczyścić elektrodę roztworem myjącym. Okresowo sprawdzać kalibrację buforem kontrolnym.

7. Zapis wyniku

   Podać pH z jednym miejscem po przecinku, temperaturę pomiaru oraz wariant przygotowania (pomiar bezpośredni w osadzie ciekłym albo zawiesina 1:5 w wodzie, KCl lub CaCl₂) — bez tej informacji wynik jest nieporównywalny.

Wymagany sprzęt i aparatura

Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne

Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)

• Osad ściekowy to materiał zakaźny — rękawice, fartuch, unikanie aerozoli i kontaktu z twarzą; dezynfekcja stanowiska po pracy.
• Osady po higienizacji wapnem mają silnie zasadowy odczyn i działają żrąco na skórę i oczy — chronić oczy przy mieszaniu.
• Elektrody szklane są kruche — pęknięta membrana grozi skaleczeniem i kontaktem z elektrolitem.
• Roztwory czyszczące z kwasem solnym stosować pod wyciągiem, zgodnie z instrukcją producenta elektrody.
• Nie przechowywać elektrody w wodzie destylowanej — wypłukiwanie elektrolitu skraca jej życie i psuje pomiar.

Najczęstsze pytania