Säuregehalt und Alkalinität
von Tim Loftus
Der Säuregehalt im Abwasser ist ein Indikator für die korrosiven Eigenschaften des Abwassers und kann eine führende Rolle bei der Regulierung biologischer Prozesse sowie bei chemischen Reaktionen (wie der chemischen Koagulation und Flockung) spielen. Auch die Alkalinität trägt zu den Eigenschaften des Abwassers bei, von denen viele auch biologische Prozesse (z. B. Nitrifikation) und chemische Reaktionen beeinflussen.
Obwohl sowohl der Säuregehalt als auch die Alkalinität mit dem pH-Wert zusammenhängen, sollten sie nicht mit dem pH-Wert verwechselt werden, und die Begriffe sollten auch nicht austauschbar verwendet werden. Der Säuregrad ist ein Maß für die Fähigkeit einer Lösung, mit einer starken Base (in der Regel Natriumhydroxid, NaOH) auf einen bestimmten pH-Wert zu reagieren. Diese Messung basiert auf den gesamten sauren Bestandteilen einer Lösung (starke und schwache Säuren, hydrolisierende Salze usw.) Es ist möglich, dass Wasser stark sauer ist, aber einen mäßigen pH-Wert aufweist. Ebenso kann der pH-Wert einer Probe sehr niedrig sein, aber einen relativ geringen Säuregrad aufweisen. Der Säuregrad ähnelt einem Puffer: Je höher der Säuregrad, desto mehr Neutralisationsmittel wird benötigt, um ihn auszugleichen.
Die Alkalinität ist das Maß für die Fähigkeit einer Lösung, mit einer starken Säure (in der Regel Schwefelsäure H2SO4) bis zu einem bestimmten pH-Wert zu reagieren. Die Alkalinität einer Lösung setzt sich in der Regel aus Carbonat, Bicarbonat und Hydroxiden zusammen. Ähnlich wie bei der Azidität gilt: Je höher die Alkalität ist, desto mehr Neutralisationsmittel wird benötigt, um ihr entgegenzuwirken. Im Allgemeinen funktionieren eine Kläranlage und ihr Sammelsystem besser, wenn das Abwasser einen niedrigeren Säuregehalt und einen höheren Alkaligehalt aufweist.
Gemäß den EPA-Richtlinien für die Probenahme und Aufbewahrung können Proben sowohl für die Messung des Säuregehalts als auch des Alkaligehalts in Glas- oder Plastikflaschen gesammelt und bei 4 Grad Celsius bis zu vierzehn Tage aufbewahrt werden. Die Handhabung der Proben spielt jedoch wahrscheinlich eine viel wichtigere Rolle für die Unversehrtheit der Proben. Der Säuregehalt und die Alkalinität werden durch den Kontakt mit der Atmosphäre stark beeinflusst. Große Oberflächen oder lange Kontaktzeiten mit der Atmosphäre, sowohl im Probenbehälter als auch während der Analyse, können entweder Gase in der Probe lösen oder bereits in der Probe gelöste Gase entweichen lassen und so die Messwerte verändern. Bei der Entnahme von Proben für den Säuregehalt und die Alkalinität ist es am besten, wenn im Behälter kein Kopfraum verbleibt. Filtern Sie die Probe auch nicht (was zu starken Turbulenzen führt) und lassen Sie sie nicht stundenlang in einem offenen Becher auf dem Labortisch stehen. Schütten Sie kurz vor der Analyse ein Aliquot ab, um die Exposition gegenüber der Luft zu minimieren. Halten Sie während der Analyse die Mischturbulenzen so gering wie möglich. Diese Maßnahmen sind besonders wichtig bei der Bestimmung von niedrigen Säure- oder Alkaligehalten.
Säure- und Alkalinitätsanalysen bestehen jeweils aus einer einfachen Titration. Grundsätzlich wird der Säuregrad durch Titration der Probe mit Natriumhydroxid auf einen pH-Wert von 8,3 bestimmt (oft als Phenolphthalein-Säuregrad bezeichnet – dieser Begriff stammt aus der Zeit vor elektronischen pH-Messgeräten). Die Alkalinität wird durch Titration mit Schwefelsäure bis zu einem pH-Wert von 4,5 bestimmt. Während diese pH-Endpunkte in Abwassersituationen üblich sind, werden in Abhängigkeit von bestimmten Test- oder Probenbedingungen oft andere Endpunkte verwendet. Da sowohl der Säuregrad als auch die Alkalinität keine Analysen für spezifische Chemikalien sind, sondern vielmehr die spezifischen Eigenschaften einer Lösung darstellen, werden die Messungen mit einer äquivalenten Menge an Kalziumkarbonat gleichgesetzt. Dies geschieht, damit die Messungen verschiedener Proben miteinander verglichen werden können. Geben Sie daher Messungen des Säuregehalts und der Alkalinität immer als „___ mg CaCO3/L zu pH ___“ an. Die mathematischen Formeln zur Berechnung des Säuregrads und der Alkalinität sowie Beschreibungen bestimmter Fälle, in denen eine Vorbehandlung der Proben erforderlich ist, finden Sie in den Standardmethoden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Prüfung des Säuregrads und der Alkalinität einfach durchzuführen ist. Mit einer sorgfältigen Probenahme sind Sie auf dem besten Weg, die Wirksamkeit des Korrosionsschutzes für die Haushalte Ihres Bezirks genau zu überwachen, einen Teil des Nitrifikationsprozesses im Belebtschlamm Ihrer Anlage zu kontrollieren oder sogar den chemischen Zusatzprozess für die Phosphorentfernung im endgültigen Abwasser zu überprüfen.
Die Empfehlungen in diesem Artikel für Säure- und Alkalinitätsanalysen sind sehr allgemein. Überprüfen Sie immer Ihre staatlichen und örtlichen Vorschriften. Möglicherweise haben Sie zusätzliche Anforderungen zu erfüllen.