⚗️ 污水污泥的 pH——在液态污泥中以及在脱水污泥悬浮液中用玻璃电极作电位测量
三句话速览
测量带玻璃电极的电化学电池的电位差。液态污泥直接测量（按 ISO 10523，pH 范围 2–12，离子强度低于 0。该检测依据 PN-EN 12176:2004 (EN 12176:1998)；范围：pH 2–12（液态污泥按 ISO 10523，离子强度 < 0.3 mol/kg；悬浮液按 ISO 10390）。整个程序共 7 个步骤；主要用于：用石灰对污泥作卫生化处理——达到并保持所要求 pH 的控制、甲烷消化——pH 作为消化池酸化和过程停滞风险的指示、拟作农业利用的污泥——pH 影响金属的可利用性和对土壤的适宜性。
要点速览
- 标准: PN-EN 12176:2004 (EN 12176:1998)
- 类别: 理化
- 操作步骤数: 7
- 范围: pH 2–12（液态污泥按 ISO 10523，离子强度 < 0.3 mol/kg；悬浮液按 ISO 10390）
- 悬浮液的比例: 样品与溶液为 1:5（体积分数）——水、KCl 1 mol/l 或 CaCl₂ 0.01 mol/l
- 温度的影响: pH 与温度有关（解离平衡）——温度与结果一并给出
概述
污泥的 pH 决定石灰卫生化处理的效果、金属的溶解度和消化的进程，所以它是污泥每一套检验中最先做的测定之一。PN-EN 12176 描述的是电位测量；该标准已被 PKN 撤销，其作用由 ISO 10390:2021（土壤、污泥和处理过的生物废物在 1:5 悬浮液中的 pH）以及 ISO 10523:2008（水和液态污泥的 pH）接替。
两种做法的物理基础是相同的。ISO 10523 这样表述：「The determination of the pH value is based on measuring the potential difference of an electrochemical cell using a suitable pH meter」，并补充说，由于解离平衡的缘故，样品的 pH 与温度有关，所以温度总要与结果一并给出。ISO 10523 的适用范围涵盖离子强度低于 I = 0.3 mol/kg 时 pH 2 至 12，并且涉及液态污泥等。
对固态或脱水的物料则采用悬浮液。ISO 10390:2021（该版本正是扩展到了污泥和处理过的生物废物）描述用玻璃电极在样品与水配成的 1:5（体积分数）悬浮液中（水中 pH）、在 1 mol/l 氯化钾溶液中（KCl 中 pH）或在 0.01 mol/l 氯化钙溶液中测量 2–12 范围内 pH 的做法。悬浮液由试样和五倍体积的所选溶液配成，仪器校准后用 pH 计测量 pH。
实用提示：结果取决于所用的溶液——KCl 和 CaCl₂ 中的 pH 通常低于水中的 pH，所以检验报告中必须明确给出所用变体。在污泥悬浮液中的电极须经常清洗（有机物和油脂形成的膜会使读数失真），而校准缓冲液必须涵盖预期的范围。测量应在采样后尽快进行——污泥的 pH 会随消化的进程和氨的逸出而改变。
方法原理
pH 的测定在于用 pH 计测量由玻璃指示电极和参比电极组成的电化学电池的电位差。由于解离平衡与温度有关，样品的 pH 是温度的函数，因而总是与测量温度一并给出。液态污泥直接测量，条件与水相近（pH 范围 2–12，离子强度低于 0.3 mol/kg）。脱水污泥或固态物料则配成悬浮液：把试样用五倍体积的水、1 mol/l 氯化钾溶液或 0.01 mol/l 氯化钙溶液浸没，按规定时间搅拌，并在悬浮液中测量 pH。测量之前用涵盖预期 pH 范围的缓冲溶液校准 pH 计，并在各次测量之间冲洗电极。结果保留一位小数给出，并同时说明悬浮液是在哪种溶液中配制的，pH 是在什么温度下测得的。
应用领域
- 用石灰对污泥作卫生化处理——达到并保持所要求 pH 的控制
- 甲烷消化——pH 作为消化池酸化和过程停滞风险的指示
- 拟作农业利用的污泥——pH 影响金属的可利用性和对土壤的适宜性
- 脱水污泥和格栅渣——按 ISO 10390 在 1:5 悬浮液中测量
- 污泥交付接收方时符合性的控制（污泥检验文件）
关键参数
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 范围 | pH 2–12（液态污泥按 ISO 10523，离子强度 < 0.3 mol/kg；悬浮液按 ISO 10390） |
| 悬浮液的比例 | 样品与溶液为 1:5（体积分数）——水、KCl 1 mol/l 或 CaCl₂ 0.01 mol/l |
| 温度的影响 | pH 与温度有关（解离平衡）——温度与结果一并给出 |
| 校准 | 涵盖预期 pH 范围的缓冲溶液；每批之前核对 |
| 溶液的变体 | 水中 pH、KCl 中 pH 和 CaCl₂ 中 pH 给出的数值不同——检验报告中总要写明所用变体 |
| 测量的时机 | 采样后尽快——污泥的 pH 会随消化的进程和氨的损失而改变 |
标准
- 标准编号
- PN-EN 12176:2004 (EN 12176:1998)
- 标准名称（波兰语）
- Charakterystyka osadów ściekowych — Oznaczanie wartości pH
- 标准名称（英语）
- Characterization of sludge — Determination of pH value
分步操作程序
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采样与制备
采取有代表性的污泥样品，并在采样后尽快测量 pH。液态污泥测量前先混匀；脱水污泥先均质化，并为配制悬浮液作准备。
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pH 计的校准
在与样品温度相近的条件下，用涵盖预期 pH 范围的缓冲溶液校准仪器。记下电极特性曲线的斜率——低于制造方推荐值即意味着必须再生或更换电极。
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液态污泥——直接测量
把电极浸入混匀后的样品，待读数稳定后读取 pH，同时记下温度。
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脱水污泥——1:5 悬浮液
量取试样，用五倍体积的所选溶液（水、KCl 1 mol/l 或 CaCl₂ 0.01 mol/l）浸没，按规定时间搅拌，并按程序静置至达到平衡。
-
悬浮液中的测量
把电极浸入悬浮液（持续搅拌或停止搅拌——按所采用的程序，对所有样品保持一致），待读数稳定后连同温度一并读取 pH。
-
冲洗与核查
各次测量之间用水冲洗电极，并用滤纸吸干而不擦拭膜。在污泥中做完一批测量之后用清洗液清洗电极。定期用控制缓冲液核对校准。
-
结果的记录
给出保留一位小数的 pH、测量温度以及制备变体（在液态污泥中直接测量，还是在水、KCl 或 CaCl₂ 中的 1:5 悬浮液）——没有这些信息，结果就无法比较。
所需设备与仪器
| 设备 | 示例 | 参考价格 |
|---|---|---|
| 带温度补偿、分辨率 0.01 pH 的 pH 计 | 至少两点校准 | — |
| 耐有机物污染的玻璃复合电极 | 凝胶电极在污泥中较难清洗——优先选用带液态电解质的电极 | — |
| 温度传感器 | 与 pH 同时测量温度——记录结果时需要 | — |
| 磁力搅拌器和 100–250 ml 器皿 | 1:5 悬浮液的配制与搅拌 | — |
| 量取样品和溶液体积用的量筒 | 1:5 的体积比 | — |
| 电极清洗套装（胃蛋白酶/HCl、清洗液） | 除去膜上的有机物和油脂薄膜 | — |
试剂、培养基与耗材
| 试剂 | CAS | 详情 |
|---|---|---|
| 标准缓冲溶液（例如 pH 4.00、7.00、10.00） | — | pH 计的校准；选择时应使其涵盖预期的测量范围 |
| 氯化钾，1 mol/l 溶液 | 7447-40-7 | 按 ISO 10390 测量 KCl 中 pH 的变体 |
| 氯化钙，0.01 mol/l 溶液 | 10043-52-4 | 按 ISO 10390 测量 CaCl₂ 中 pH 的变体 |
| 蒸馏水或去离子水 | — | 水中 pH 变体中悬浮液的配制、电极的冲洗 |
| 电极保存液（KCl 3 mol/l） | 7447-40-7 | 电极的膜不得保存在蒸馏水中 |
| 电极清洗液（盐酸中的胃蛋白酶） | — | 在污泥中测量之后除去蛋白质和油脂污染 |
职业健康与安全
- 污水污泥是感染性材料——戴手套、穿工作服，避免气溶胶和与面部接触；工作后对工位消毒。
- 经石灰卫生化处理的污泥呈强碱性，对皮肤和眼睛有腐蚀作用——搅拌时要保护眼睛。
- 玻璃电极易碎——膜破裂有割伤和接触电解质的危险。
- 含盐酸的清洗液应在通风柜内、按电极制造方的说明使用。
- 不得把电极保存在蒸馏水中——电解质被洗出会缩短其寿命并破坏测量。
常见问题
该检测依据哪项标准？
该检测依据的标准为 PN-EN 12176:2004 (EN 12176:1998) — 《Characterization of sludge — Determination of pH value》。
该方法的原理是什么？
pH 的测定在于用 pH 计测量由玻璃指示电极和参比电极组成的电化学电池的电位差。由于解离平衡与温度有关，样品的 pH 是温度的函数，因而总是与测量温度一并给出。
测量范围和准确度是多少？
范围：pH 2–12（液态污泥按 ISO 10523，离子强度 < 0.3 mol/kg；悬浮液按 ISO 10390）；悬浮液的比例：样品与溶液为 1:5（体积分数）——水、KCl 1 mol/l 或 CaCl₂ 0.01 mol/l；温度的影响：pH 与温度有关（解离平衡）——温度与结果一并给出；校准：涵盖预期 pH 范围的缓冲溶液；每批之前核对。
完成检测需要多长时间？
整个程序共 7 个步骤。标准未对每个步骤给出时长——实际用时取决于实验室自身的操作程序。
需要哪些设备？
带温度补偿、分辨率 0.01 pH 的 pH 计、耐有机物污染的玻璃复合电极、温度传感器、磁力搅拌器和 100–250 ml 器皿、量取样品和溶液体积用的量筒、电极清洗套装（胃蛋白酶/HCl、清洗液）。
该检测用于哪些场景？
用石灰对污泥作卫生化处理——达到并保持所要求 pH 的控制；甲烷消化——pH 作为消化池酸化和过程停滞风险的指示；拟作农业利用的污泥——pH 影响金属的可利用性和对土壤的适宜性；脱水污泥和格栅渣——按 ISO 10390 在 1:5 悬浮液中测量；污泥交付接收方时符合性的控制（污泥检验文件）。
需要采取哪些安全防护措施？
污水污泥是感染性材料——戴手套、穿工作服，避免气溶胶和与面部接触；工作后对工位消毒。；经石灰卫生化处理的污泥呈强碱性，对皮肤和眼睛有腐蚀作用——搅拌时要保护眼睛。；玻璃电极易碎——膜破裂有割伤和接触电解质的危险。；含盐酸的清洗液应在通风柜内、按电极制造方的说明使用。；不得把电极保存在蒸馏水中——电解质被洗出会缩短其寿命并破坏测量。
哪家实验室可以开展此项检测？
该检测由通过 ISO/IEC 17025 认可的实验室开展。在 LabCoda 上可按标准编号检索 PN-EN 12176。