固废检测中的pH值与含水率测定方法详解

在固体废物（以下简称“固废”）的环境管理与处理处置中，pH值与含水率是两项基础且关键的检测指标。pH值直接反映固废的酸碱特性，影响其腐蚀性（如酸性固废会腐蚀填埋场HDPE衬层）、微生物降解活性（堆肥pH需维持6-8以保障菌群活力）及重金属迁移性（pH<5时铅、镉易溶出）；含水率则决定固废处理路径——含水率>60%的餐厨垃圾需先脱水再焚烧，含水率<20%的粉煤灰可直接填埋。因此，准确测定这两项指标是固废污染控制与资源化利用的核心前提。

pH值测定的样品制备要点

固废pH值测定基于“水浸提液”，样品制备需围绕“均匀性”与“浸提充分性”展开。采集时，堆存固废需在表层（0-30cm）、中层（30-60cm）、底层（60-100cm）各取3-5个点，混合后用四分法缩分至500g，去除砖石、金属等异物；工业固废（如尾矿）需从排放口连续采集24小时混合样，避免瞬时波动影响。

预处理环节，样品需用玛瑙研钵粉碎至2mm以下——金属研钵会引入铁、铜离子干扰pH，需绝对避免。粉碎后密封于干燥器（4℃冷藏），24小时内完成测定，防止样品吸湿或失水改变浸提液浓度。

固液比是关键参数：国家标准（HJ 1167-2021）规定为1:10（质量体积比，即10g样品加100ml无二氧化碳水）。这一比例经过大量验证——既能保证可溶性离子充分浸出，又不会因溶液过稀导致pH波动过大（如固液比1:5时，浸提液离子浓度翻倍，pH可能偏高0.3-0.5）。

pH值测定的具体操作步骤

浸提液制备：称取10.00g（精确至0.01g）预处理样品，放入250ml磨口锥形瓶，加100ml无二氧化碳水（煮沸15分钟冷却的蒸馏水），盖塞后以150r/min振荡30分钟——振荡速度需稳定，太慢会导致浸提不足，太快则可能破坏胶体结构（如污泥中的腐殖质）。

固液分离：振荡后静置10分钟，用中速定性滤纸过滤（弃去最初5ml滤液，避免滤纸杂质污染）；若滤液浑浊，改用5000r/min离心5分钟——浑浊液会附着在pH电极表面，导致读数漂移。

pH计校准与测定：先用pH=6.86的标准缓冲液校准（定位），再用pH=4.00或9.18的缓冲液校准（斜率），确保校准误差≤0.02pH。测定时将电极插入滤液，搅拌30秒待读数稳定（1分钟内变化≤0.01pH）后记录——电极需完全浸没在液面下（约2cm），避免接触瓶底。

电极维护：测定后用无二氧化碳水冲洗电极至pH≈7，浸泡在3mol/L氯化钾溶液中（不可用蒸馏水浸泡，会导致电极脱水失效）。

pH值测定的干扰因素及消除

温度干扰：pH计响应与温度相关，每变化1℃，pH值变化约0.03单位。需将样品温度控制在25±2℃（或开启pH计的温度补偿功能）——冬季实验室温度低时，可将滤液置于恒温水浴中加热至25℃再测。

可溶性盐干扰：固废中的碳酸盐（如煤矸石中的CaCO3）遇水生成Ca(OH)2，会使pH偏高。此时需严格遵守1:10的固液比——若固液比改为1:20，浸提的OH-浓度降低，pH可能下降0.5-1.0。

胶体干扰：污泥、堆肥中的胶体物质会形成悬浊液，导致pH读数波动。解决方法是延长静置时间至30分钟，或加入0.1g硝酸钾（凝聚剂）——硝酸钾不会改变浸提液pH，仅使胶体沉降。

含水率测定的样品预处理

含水率测定以“重量法（烘干法）”为主，预处理核心是“防失水”。样品采集后立即装入密封袋（餐厨垃圾需加少量无水氯化钙吸潮），4℃冷藏运输——若运输时间超过2小时，需在密封袋上扎2个小孔（避免袋内压力过高）。

缩分与破碎：将样品倒入搪瓷盘，用四分法缩分至100g（快速操作，避免暴露空气中超过5分钟）；含大块有机质（如菜叶）的样品用剪刀剪碎至1cm以下——大块样品会导致烘干不均匀（表面干了内部还湿）。

坩埚恒重：将坩埚（或铝盒）置于105℃干燥箱烘干1小时，取出放干燥器冷却30分钟，称量至恒重（两次称量差≤0.0005g）——若坩埚未恒重，会导致样品含水率计算偏高（如坩埚带水，烘干后质量减少量包括坩埚水分）。

含水率测定的重量法操作细节

样品称量：称取5.0000g（精确至0.0001g）缩分样品放入恒重坩埚——样品量需适配含水率：含水率>50%时称3g（避免烘干后样品过轻），含水率<20%时称10g（减少称量误差）。

烘干：将坩埚放入105±5℃干燥箱，打开坩埚盖斜放（利于水分蒸发），烘干24小时——若样品含挥发性有机物（如石油污泥），需改用60℃真空干燥箱（0.08MPa），避免有机物分解（分解会释放水分，导致结果偏高）。

冷却与称量：烘干后立即盖好坩埚盖，放入干燥器冷却30分钟（冷却时间需一致，避免不同样品吸湿程度不同），称量至恒重（两次差≤0.0005g）——冷却时干燥器门需留一条缝（约0.5cm），避免内部压力过大导致盖子弹出。

结果计算：湿基含水率w=(m1-m2)/m1 ×100%（m1为湿样质量，m2为干样质量）——例如，湿样5.0000g，干样3.0000g，含水率为(5-3)/5×100%=40%。

含水率测定的特殊情况处理

易分解有机质样品（如堆肥）：105℃烘干会导致有机质分解（如纤维素分解为CO2和H2O），使结果偏高。需降低温度至60℃，延长烘干时间至48小时——或用“甲苯蒸馏法”（利用甲苯与水的共沸特性，蒸馏出水分后称量），避免有机质分解。

高挥发性样品（如油漆渣）：重量法会因挥发性有机物蒸发导致结果偏高，需用“卡尔费休滴定法”——利用碘与水的化学反应（I2 + SO2 + H2O → 2HI + H2SO4），通过滴定终点（电位突变）计算水分含量，适用于含水率<10%的样品。

含结晶水样品（如石膏CaSO4·2H2O）：重量法测定的是“自由水”（附着水），若需测总水分（自由水+结晶水），需将温度提高至200℃——但需先做预实验（如石膏在200℃下加热2小时，质量减少量即为总水分）。

两项指标测定的质量控制要点

平行样控制：每批样品做2个平行样，pH值平行差≤0.2pH（如7.21与7.30符合要求，7.10与7.40需重测）；含水率平行相对偏差≤5%（如25.0%与26.0%，相对偏差4%，符合要求）。

空白试验：pH测定需做“无样品空白”——取100ml无二氧化碳水，按相同步骤测定，空白pH应在5.5-7.0之间（若空白pH>7.0，说明蒸馏水被污染）；含水率测定需做“坩埚空白”——空坩埚按相同步骤烘干，质量变化≤0.0005g（若变化大，说明干燥箱温度不均）。

标准物质验证：每月用标准物质验证准确性——pH计用pH=6.86的标准缓冲液（测定值与标准值差≤0.02pH）；含水率用土壤标准物质GBW07401（已知含水率25.0%，测定值与标准值差≤0.5%）。

操作一致性：同一批样品由同一人测定，确保振荡时间（30分钟±1分钟）、烘干时间（24小时±0.5小时）、冷却时间（30分钟±2分钟）一致——不同人操作可能导致结果偏差（如甲振荡28分钟，乙振荡32分钟，pH值可能差0.1-0.2）。