Happamuus ja alkaliniteetti
toimittaja Tim Loftus
Jäteveden happamuus osoittaa sen syövyttäviä ominaisuuksia, ja se voi olla tärkeässä roolissa biologisten prosessien säätelyssä sekä kemiallisissa reaktioissa (kuten kemiallisessa koagulaatiossa ja flokkauksessa). Myös alkaliniteetti vaikuttaa osaltaan jäteveden ominaisuuksiin, joista monet vaikuttavat myös biologisiin prosesseihin (kuten nitrifikaatioon) ja kemiallisiin reaktioihin.
Vaikka sekä happamuus että alkaliniteetti liittyvät pH:han, niitä ei pidä sekoittaa pH:han eikä termejä pidä käyttää keskenään vaihdellen. Happamuus mittaa liuoksen kykyä reagoida vahvan emäksen (yleensä natriumhydroksidin, NaOH) kanssa ennalta määrättyyn pH-arvoon. Tämä mittaus perustuu liuoksen happamien ainesosien kokonaismäärään (vahvat ja heikot hapot, hydolyyttiset suolat jne.) Vesi voi olla erittäin hapanta, mutta pH-arvo voi olla kohtalainen. Samoin näytteen pH-arvo voi olla hyvin alhainen, mutta sen happamuus voi olla suhteellisen alhainen. Happamuus muistuttaa puskuria siinä mielessä, että mitä korkeampi happamuus on, sitä enemmän tarvitaan neutraloivaa ainetta sen neutraloimiseksi.
Alkaliteetti on mitta, jolla mitataan liuoksen kykyä reagoida vahvan hapon (yleensä rikkihappo H2SO4) kanssa ennalta määrättyyn pH:han. Liuoksen alkaliniteetti koostuu yleensä karbonaatista, bikarbonaatista ja hydroksideista. Samoin kuin happamuuden kohdalla, mitä korkeampi emäksisyys on, sitä enemmän neutraloivaa ainetta tarvitaan sen torjumiseksi. Yleensä puhdistamo ja sen keräysjärjestelmä toimivat paremmin, kun jäteveden happamuus on alhaisempi ja alkaliniteetti korkeampi.
EPA:n näytteenotto- ja säilytysohjeiden mukaan näytteet sekä happamuus- että alkaliniteettimittauksia varten voidaan kerätä lasi- tai muovipulloihin ja varastoida 4 celsiusasteen lämpötilassa enintään neljätoista vuorokautta. Näytteen käsittelyllä on kuitenkin todennäköisesti paljon tärkeämpi rooli näytteen eheyden säilyttämisessä. Happamuuteen ja emäksisyyteen vaikuttaa suuresti altistuminen ilmakehälle. Suuret pinta-alat tai pitkät kontaktiajat ilmakehän kanssa sekä näyteastiassa että analyysin aikana voivat joko liuottaa kaasuja näytteeseen tai päästää näytteeseen jo liuenneet kaasut poistumaan, mikä muuttaa mittaustuloksia. Happamuus- ja emäksisyysnäytteenotossa on parasta, että astiaan ei jätetä tyhjää tilaa. Älä myöskään suodata näytettä (mikä aiheuttaa suurta turbulenssia) tai jätä sitä avoimeen dekantterilasiin laboratoriopöydälle tuntikausiksi. Kaada aliquot juuri ennen analyysia, jotta minimoit altistumisen ilmalle. Pidä sekoitusturbulenssi mahdollisimman vähäisenä analyysin aikana. Nämä toimenpiteet ovat erityisen tärkeitä määritettäessä alhaisia happamuus- tai emäksisyyspitoisuuksia.
Happamuus- ja emäksisyysanalyysit koostuvat kumpikin yksinkertaisesta titrauksesta. Periaatteessa happamuus määritetään titraamalla näyte natriumhydroksidilla pH-arvoon 8,3 (usein kutsutaan fenolftaleiinihapokkuudeksi – tämä termi on peräisin ajalta ennen elektronisia pH-mittareita). Alkaliteetti määritetään titraamalla rikkihapolla pH-arvoon 4,5. Vaikka nämä pH-arvot ovat yleisiä jätevesitilanteissa, käytetään usein myös muita arvoja tiettyjen testi- tai näyteolosuhteiden mukaan. Koska happamuus ja emäksisyys eivät ole tiettyjen kemikaalien analyysejä, vaan ne edustavat pikemminkin liuoksen erityisominaisuuksia, niiden mittaukset rinnastetaan vastaavaan määrään kalsiumkarbonaattia. Tämä tehdään, jotta eri näytteiden mittauksia voidaan verrata toisiinsa. Sen vuoksi happamuus- ja emäksisyysmittaukset ilmoitetaan aina muodossa ”___ mg CaCO3/L pH:lle ___”. Matemaattiset kaavat happamuuden ja emäksisyyden laskemiseksi sekä kuvaukset tietyistä tapauksista, joissa näytteen esikäsittely on tarpeen, löytyvät standardimenetelmistä.
Yhteenvetona voidaan todeta, että happamuus- ja emäksisyystestaus on helppo suorittaa. Ja huolellisella näytteenotolla olet jo pitkällä matkalla kohti piirisi talousveden korroosiontorjunnan tehokkuuden tarkkaa seurantaa, laitoksesi aktiivilietteen nitrifikaatioprosessin osittaista seurantaa tai jopa lopullisen jäteveden fosforinpoistoon käytettävän kemiallisen lisäysprosessin vianetsintää.
Tässä artikkelissa esitetyt suositukset happamuus- ja alkaliteettianalyysejä varten ovat hyvin yleisiä. Tarkista aina osavaltiosi ja paikalliset määräykset. Sinun on ehkä täytettävä lisävaatimuksia.