Zuurgraad en alkaliteit
door Tim Loftus
De zuurgraad in afvalwater geeft de corrosieve eigenschappen ervan aan en kan een hoofdrol spelen bij de regulering van biologische processen en bij chemische reacties (zoals chemische coagulatie en flocculatie). Ook de alkaliteit draagt bij tot de eigenschappen van afvalwater, waarvan vele ook biologische processen (zoals nitrificatie) en chemische reacties beïnvloeden.
Hoewel zowel de zuurgraad als de alkaliteit verband houden met de pH, mogen ze niet worden verward met de pH, noch moeten de termen door elkaar worden gebruikt. Zuurgraad is een maat voor het vermogen van een oplossing om met een sterke base (gewoonlijk natriumhydroxide, NaOH) te reageren tot een vooraf bepaalde pH-waarde. Deze meting is gebaseerd op het totale zure bestanddeel van een oplossing (sterke en zwakke zuren, hydolysezouten, enz.) Het is mogelijk zeer zuur water te hebben maar een matige pH-waarde. Evenzo kan de pH van een monster zeer laag zijn, maar een relatief lage zuurgraad hebben. Zuurgraad is vergelijkbaar met een buffer in die zin dat hoe hoger de zuurgraad, hoe meer neutralisator nodig is om het tegen te gaan.
Alkaliteit is de maat voor het vermogen van een oplossing om met een sterk zuur (gewoonlijk zwavelzuur H2SO4) te reageren tot een vooraf bepaalde pH. De alkaliteit van een oplossing bestaat gewoonlijk uit carbonaat, bicarbonaat, en hydroxiden. Net als bij de zuurgraad geldt dat hoe hoger de alkaliteit is, hoe meer neutralisatiemiddel er nodig is om dit tegen te gaan. Over het algemeen functioneert een zuiveringsinstallatie en haar opvangsysteem beter met afvalwater met een lagere zuurgraad en een hogere alkaliteit.
Volgens de EPA-richtlijnen voor monsterneming en conservering kunnen monsters voor het meten van zowel de zuurgraad als de alkaliteit worden verzameld in glazen of plastic flessen en maximaal veertien dagen bij 4 graden Celsius worden bewaard. De behandeling van het monster speelt echter waarschijnlijk een veel belangrijkere rol bij het behoud van de integriteit van het monster. Zuurte en alkaliteit worden sterk beïnvloed door blootstelling aan de atmosfeer. Grote oppervlakken of lange contacttijden met de atmosfeer, zowel in de monsterhouder als tijdens de analyse, kunnen gassen in het monster doen oplossen of opgeloste gassen die reeds in het monster aanwezig zijn, laten ontsnappen, waardoor de metingen veranderen. Bij de bemonstering op zuurtegraad en alkaliteit is het het beste geen headspace in de container te laten. Filtreer het monster ook niet (dat veroorzaakt veel turbulentie) en laat het ook niet urenlang in een open bekerglas op de labtafel staan. Giet vlak voor de analyse een aliquot af, zodat de blootstelling aan de lucht tot een minimum wordt beperkt. Beperk tijdens de analyse de mengturbulentie tot een minimum. Deze maatregelen zijn vooral van belang bij de bepaling van lage niveaus van zuurgraad of alkaliteit.
De analyses van de zuurgraad en de alkaliteit bestaan elk uit een eenvoudige titratie. In principe wordt de zuurgraad bepaald door het monster met natriumhydroxide te titreren tot een pH van 8,3 (vaak fenolftaleïnezuurgraad genoemd – deze term stamt nog uit de tijd vóór elektronische pH-meters). Alkaliteit wordt bepaald door titratie met zwavelzuur tot een pH van 4,5. Hoewel deze pH-eindpunten gebruikelijk zijn in afvalwatersituaties, worden vaak andere eindpunten gebruikt, afhankelijk van bepaalde test- of monsteromstandigheden. Aangezien zuurtegraad en alkaliteit geen analyses zijn voor specifieke chemische stoffen, maar eerder de specifieke eigenschappen van een oplossing weergeven, worden de metingen ervan gelijkgesteld met een equivalente hoeveelheid calciumcarbonaat. Dit wordt gedaan om metingen van verschillende monsters met elkaar te kunnen vergelijken. Rapporteer daarom de metingen van zuurtegraad en alkaliteit altijd als “___ mg CaCO3/L tot pH ___”. De wiskundige formules voor de berekening van de zuurgraad en de alkaliteit, alsmede beschrijvingen van bepaalde gevallen waarin voorbehandeling van het monster noodzakelijk is, zijn te vinden in de Standaardmethoden.
Concluderend kan worden gesteld dat het testen van de zuurgraad en de alkaliteit gemakkelijk uit te voeren is. En met zorgvuldige bemonstering bent u al een heel eind op weg naar het nauwkeurig monitoren van de effectiviteit van de corrosiebeheersing van het huishoudwater van uw district, het monitoren van een deel van het nitrificatieproces in het actieve slib van uw faciliteit, of zelfs het oplossen van problemen bij het chemische additieproces voor fosforverwijdering in het uiteindelijke effluent.
De aanbevelingen in dit artikel voor zuurgraad- en alkaliteitsanalyses zijn zeer algemeen. Controleer altijd uw staat en lokale regelgeving. Het kan zijn dat u aan aanvullende eisen moet voldoen.