影响水质pH值测定的相关因素研究及分析

影响水质pH值测定的相关因素研究及分析

陈微

宁海县水务集团有限公司宁北分公司，浙江省宁波市315000

摘要：随着社会的不断发展，pH是常见的水污染分析指标，是对水质评价、监测以及运用的重要依据。在处理污水中需对污水的酸碱值进行测量，不单单是监测污水水质这一个因素，污水的酸碱性还会影响污泥中微生物的生存环境，在污水内不断变化的pH值为污水污染判定的主要指标。水中pH值测定对工业用水和废水处理具有不可或缺的作用。当前，测定pH值手段有很多，比较典型的有电位法、化学分析法、试纸法等。

关键词：水质pH值；测定；相关因素；研究分析

引言

随着城市化进程不断加快,社会经济水平不断提高,与此同时,我国各区域的水资源也面临不同程度的问题。目前,水资源已成为中国社会经济建设发展的短缺资源,因此水环境的监测就显得尤为重要。水质问题历来是人们关注的热点问题，水质状况对生产生活会产生很大的影响。由于水污染引起的社会问题时常见诸于报端，因此及时、准确地掌握水环境的具体情况是十分必要和迫切的。以往水质监测主要采取人工方式开展，既耗时费力，又具有随机性，不能实现对水质的全面分析，而随着物联网技术以及传感技术的发展，水质监测的信息化程度逐步提升，现有水质监测的方法大都是将若干个传感器采集到的信息进行融合后得到相对较为全面的分析结果。

1水环境监测现状、意义

1.1水环境监测的现状

我国水环境污染依然严重,水环境监测是治理水环境污染的重要举措之一。从当前来看,我国水环境监测体系已经相对成熟,水环境监测企业蓬勃发展。截至2020年,我国水环境监测市场约达380亿元,水质监测行业专利申请数量为234项。同时,国内设有国家水质监测网站下属各地方监测站、中国水科院生态环境研究所、水利部、海洋局等国家法定监测机构通过对水质、水量以及水生态的检测对水环境进行判断,其监测网络建设包括地表水、地下水、饮用水、海洋水等不同类型水体的监测,覆盖范围高达1366条河流和139个湖库。因此,我国水环境监测应继续努力和改进,建立起更加科学可靠和全面的水环境监测体系。

1.2水环境监测的意义

随着水污染现象愈演愈烈,加强水环境监测成为水环境治理的重要手段之一,对环境保护具有重要意义,具体而言:(1)加强国际合作与交流。水环境治理是全球面临的一个重大问题,各国都面临水环境的监测和保护任务,通过国际合作的水环境监测技术交流,可以取长补短,共享经验与数据,完善各国的水环境监测设备与监测体系,共同解决水环境面临的问题。(2)人类健康保护。水是人类社会的必需品,饮用水的安全对人体健康至关重要。通过加强水环境监测,可以实现对饮用水的水质提取采样、检测分析与综合评估,并采取及时有效的措施,解决水源污染对人体健康造成的潜在威胁。(3)生态环境保护。生态环境建设,特别是植被生态建设和水土保持综合建设,与水资源的保护利用有着紧密联系。加强水环境监测,有利于生态环境生物多样性的维持和演化。通过水环境监测,可以及时地发现水体富营养化,重金属与有害物质污染严重并采取措施来维持生态系统的平衡。

2影响测定结果准确性的因素分析及控制

2.1仪器的选择

目前国产仪器便携式和台式pH计精度为0．01个pH单位，具有温度补偿功能，pH值范围0～14，都能满足要求。电极:分体式pH电极或复合pH电极，目前实验室普遍选用复合pH电极。将氢离子指示电极和参比电极组合在一起的电极称复合pH电极。复合pH电极最大的优势是携带方便。复合pH电极按类型分为普通型和专用型。专用型包括:低电解质pH电极、耐酸碱pH电极、耐高盐pH电极、耐氢氟酸pH电极。由于pH值与水中氢离子的活度直接相关，盐度(电解质)的大小会改变这一参数。

2.2监测队伍素质不高、人员不足

针对我国水环境监测工作的开展而言,拥有一支职业素养高、服务态度好的人才队伍是必不可少的,然而当前我国水环境监测人才培养面临以下困局:(1)缺乏专业知识和技能。目前,我国大学还没有专门设立水环境监测这一专业,使得监测技术人员缺乏相关的专业背景和培训,特别是在水质采样、分析测试以及数据处理等方面。此外,我国缺乏具有世界影响力的水环境监测方面的专家,缺乏在核心技术领域具有国际影响力的创新成果。(2)监测设备和仪器不完善。目前我国水环境监测工作大多还是以人工现场采样、实验室仪器分析等传统技术为主,而国外在完善实验室监测的同时,还采用了以GPS全球卫星定位系统和GPRS/GSM无线数据通信装置实现信息通信的水质移动监测系统和水质自动监测系统。监测设备的落后使得监测队工作进展缓慢,监测人员对新型设备的掌握程度较低,监测范围覆盖不全面,小流域以及广大农村地区水环境实际情况了解少。

2.3温度补偿

样品温度影响测定结果准确性。在样品测定时进行温度补偿，手动温度补偿的仪器，将标准缓冲溶液的温度调节至与样品的实际温度相一致，用温度计测量并记录温度。带有自动补偿功能的仪器，无需将标准缓冲溶液与样品保持同一温度，按照仪器说明书进行操作。现场测定时必须使用带有自动温度补偿功能的仪器。

3系统硬件设计

3.1通信模块

通信模块由ESP8266模块、阿里云物联网平台和手机APP组成。其中，ESP8266模块是物联网常用模块，兼容3.3V、5V电压输入，采用串口（LVTTL）与单片机（或其它串口设备）通信，内置TCP/IP协议堆栈，可实现串口和wifi间的转换，其使用传输指定命令实现控制，手机端可以通过wifi连接ESP8266所提供的wifi进行相应命令的收发，把提前设置好的命令参数通过连接ESP8266的wifi传入模块，再通过ESP8266与单片机间的串口连接进行通讯，把数据传入单片机并执行相应指令。

3.2信息采集模块

信息采集模块主要完成pH值、温度、浊度、TDS等参数的采集工作，除温度传感器采集的数据是数字量外，pH值传感器模块、TDS传感器模块、浊度传感器模块采集的数据均为模拟量，需要由主控芯片内部的ADC转换成数字量，随后发送到芯片内部的数据缓冲区，供后续OLED显示、通信模块等使用。

3.3电源模块和人机交互模块

电源模块提供整个电路工作的电压，主要由3.3V电压、5V电压组成，其中3.3V电压由5V电压利用电压比较器生成，主要给主控模块和ESP8266供电，5V电压主要给信息采集模块的各传感器模块、OLED显示模块等供电。人机交互模块由OLED组成，采用0.96英寸OLED显示屏为数据采集终端的显示区，采用I2C协议与主控模块进行通信，SCL连接主控芯片的PB6引脚，SDA连接主控芯片的PB7引脚。

4影响水质pH值测定的控制分析

4.1校正仪器

pH缓冲溶液为一种可以保证pH值稳定的溶液。若是向pH缓冲溶液内加入适量的酸物质或是碱物质，或溶液出现化学反应出现少量酸物质或是碱物质及稀释溶液，该溶液的酸碱性的强弱基本不发生变化，此种可以抵御少量酸物质、碱物质或是稀释。在进行测定之前需对pH计进行校正，比如：使用pH4.00与pH6.86标定酸碱计以后，把pH电极放置到pH9.18溶液之中，对标准溶液的pH值与仪器显示值是否相同进行检查。

4.2玻璃电极的运用

玻璃电极正确运用与否同水质酸碱值测定结果有直接关联，为此在实际运用中需着重注意下述几方面：玻璃电极在具体运用以前需把其放入到蒸馏水内浸泡大约二十四小时；在对水质的酸碱值进行测定时，玻璃电极的球泡需都浸泡到溶液之中，并让其高于陶瓷芯端，防止在搅拌中将其碰掉；一定要保证甘汞电极的内电极同陶瓷芯间、玻璃电极的内电极同球泡间无气泡，进而防止发生断路现象；另外，相关工作人员需确保甘汞电极中的氯化钾溶液比贡体高，在室温下会有部分氯化钾晶体，进而保障氯化钾溶液完全饱和，但需特别注意的是氯化钾晶体不能太多，以避免待测溶液的通路被堵塞住；玻璃电极若是受到污染，若是清理不干净，需立即进行整理。

4.3加强监测人才队伍建设

随着水环境污染程度越来越严重,水环境监测行业蓬勃发展,加强监测人才队伍建设已经刻不容缓。(1)加强监测人员专业知识培养。大学可以单独增设水环境监测这一门专业,邀请国内外水环境监测领域颇有建树的专家进行授课,提供专业科学的监测技能与监督管理,提高专业曝光率。(2)加强科技创新监测人才培养。坚持“四个面向”的新时代人才强国战略;不断完善人才选拔、培养、考核机制;不断推进人才队伍工作创新、技术创新、制度创新、科技创新;加强国际交流合作与经验借鉴,统筹布局一批监测领域学科专业点,培养创新型,应用型,复合型人才;针对我国对水环境监测工作的要求,打造一批更高层次的水环境监测领军队伍。

4.4仪器校准

仪器的校准采用两点，也可采用多点校准法，按照仪器说明书选择校准模式。先使用pH广泛试纸粗测样品pH值;再采用两种标准缓冲溶液pH值相差约3个pH单位，选中性标准缓冲溶液校准第一点，再选酸性或碱性标准缓冲溶液校准第二点。样品pH值尽量在两种标准缓冲溶液pH值范围之内;若超出范围，样品pH值至少与其中一个标准缓冲溶液pH值之差不超过2个pH单位。

4.5维护并保养仪器

第一，电极应用完之后需依据相关要求利用三级水进行清洗，需浸泡到适量的氯化钾溶液中，以确保电极球泡的湿润性。第二，一般情况下，复合电极不能当作玻璃电极处理，需放到蒸馏水内进行浸泡。这会让大大降低电极中的氯化钾溶液的浓度，致使在实际测定中电极出现不反应的现象，进而致使测量结果失真。第三，复核电极需防止同腐蚀性溶液或是强碱接触，若是测试此种溶液，需尽可能的减少浸泡时间，用完以后清理干净。

4.6完善水环境监测体系

首先,完善水环境监测分布体系。积极推进西部地区水质监测系统断面点位建设,落实好《“十四五”生态环境监测规划》政策,加快水环境监测网络地上地下、城市农村、东部西部统筹布局。最后,完善水环境监测的管理体系。我国水环境监测涉及水利、环保、交通、供水、城建、规划等多个部门的管辖,因此难免会出现各部门分工不明确,权责重叠等现象,工作一旦出现问题,各部门、各职员很难第一时间采取有效的措施,因此,需建立长期有效的水环境监测管理体系,明确各部门的权职工作,推动各部门之间数据合作,落实“谁监测,谁负责”理念,确保权责清晰,职责明确,保障全面。

4.7推动相关政策法规的制定与落实

为保证我国水环境监测系统科学有效,从“十一五”阶段监测网络搭建,到“十二五”阶段污染源监测,再到“十三五”阶段水质量监测,最后到“十四五”阶段水生态环境监测,国家层面出台了很多政策法规来规范我国水环境监测事业的发展。(1)建立水环境监测行业普惠政策,促进水环境监测行业兴起的同时推动社会上其他产业加大对水环境监测的资金投入。(2)用法律来规范水环境监测工作的运行。近年来,随着国家对水环境监测工作的资金投入力度越来越大,这就导致了一些不法分子趁机贪污受贿,弄虚作假,不仅损害了百姓的权益,同时也加大了污染,给国家环境治理带来了困难,因此需推动相关政策法规的制定与落实,深入打击水环境监测执法人员贪污受贿和重点排污单位自动监测数据弄虚作假违法犯罪专项行动。(3)发布有奖举报政策,建立公众监督举报平台,提升公民的参与度与体验感,曝光违法犯罪的行为,发挥公众监督作用。

结语

综上所述，对影响水质pH值测定的相关因素与误差进行控制，选用最佳的测量方式，加强分析的准确性。在实际监测中需加强工作人员的综合素养与专业水平，保证其精心操作，严格落实相关标准与作业指导，切实提高分析的准确度。针对影响pH值的因素分析，对误差来源进行控制，选择适当的仪器和实验环境及规范操作，能很好地减小误差，提高分析结果的准确度。在实际环境监测工作中，监测人员要不断学习先进的科学监测方法标准，严格按照操作规程不断提高操作技能，落实相关标准和作业指导书，切实提高监测结果的准确度，更好地为监测服务。为此，需给予影响水质pH值测定的相关因素研究高度重视，促使其存在的实效性充分发挥出，为我国社会健康稳定发展提供有利条件。

参考文献

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