Kwasowość i zasadowość
by Tim Loftus
Poziomy kwasowości w ściekach wskazują na ich właściwości korozyjne i mogą odgrywać wiodącą rolę w regulacji procesów biologicznych, jak również w reakcjach chemicznych (takich jak koagulacja chemiczna i flokulacja). Zasadowość również przyczynia się do właściwości ścieków, z których wiele wpływa również na procesy biologiczne (takie jak nitryfikacja) i reakcje chemiczne.
Chociaż zarówno kwasowość, jak i zasadowość są związane z pH, nie należy ich mylić z pH, ani używać tych terminów zamiennie. Kwasowość jest miarą zdolności roztworu do reagowania z silną zasadą (zwykle wodorotlenkiem sodu, NaOH) do określonej wartości pH. Pomiar ten opiera się na całkowitej zawartości składników kwasowych w roztworze (silne i słabe kwasy, sole hydolizujące, itp.). Analogicznie, pH próbki może być bardzo niskie, ale mieć stosunkowo niską kwasowość. Kwasowość jest podobna do buforu w tym sensie, że im wyższa kwasowość, tym więcej neutralizatora jest potrzebne, aby jej przeciwdziałać.
Zasadowość jest miarą zdolności roztworu do reagowania z silnym kwasem (zwykle kwasem siarkowym H2SO4) do określonego pH. Zasadowość roztworu składa się zazwyczaj z węglanów, wodorowęglanów i wodorotlenków. Podobnie jak w przypadku kwasowości, im wyższa jest zasadowość, tym więcej środka neutralizującego jest potrzebne, aby jej przeciwdziałać. Ogólnie rzecz biorąc, oczyszczalnia i jej system zbierania działa lepiej ze ściekami o niższej kwasowości i wyższej zasadowości.
Zgodnie z wytycznymi EPA dotyczącymi pobierania i przechowywania próbek, próbki do pomiarów kwasowości i zasadowości mogą być zbierane w szklanych lub plastikowych butelkach i przechowywane w temperaturze 4 stopni Celsjusza przez okres do czternastu dni. Jednakże, postępowanie z próbką prawdopodobnie odgrywa znacznie ważniejszą rolę w zachowaniu integralności próbki. Kwasowość i zasadowość są w znacznym stopniu uzależnione od warunków atmosferycznych. Duże powierzchnie lub długi czas kontaktu z atmosferą, zarówno w pojemniku z próbką, jak i podczas analizy, mogą spowodować rozpuszczenie gazów w próbce lub umożliwić ulotnienie się rozpuszczonych gazów już znajdujących się w próbce, zmieniając w ten sposób wyniki pomiarów. Przy pobieraniu próbek kwasowości i zasadowości najlepiej jest nie pozostawiać w pojemniku żadnej wolnej przestrzeni. Nie należy również filtrować próbki (co powoduje duże turbulencje) ani pozostawiać jej w otwartej zlewce na stanowisku laboratoryjnym przez wiele godzin. Wlać podwielokrotność próbki tuż przed analizą, tak aby zminimalizować ekspozycję na powietrze. Podczas analizy należy utrzymywać turbulencje mieszania na minimalnym poziomie. Środki te są szczególnie ważne przy oznaczaniu niskich poziomów kwasowości lub zasadowości.
Każda analiza kwasowości i zasadowości składa się z prostego miareczkowania. Zasadniczo, kwasowość jest oznaczana przez miareczkowanie próbki wodorotlenkiem sodu do pH 8,3 (często nazywane kwasowością fenoloftaleinową – termin ten pochodzi z czasów przed elektronicznymi miernikami pH). Zasadowość jest określana przez miareczkowanie kwasem siarkowym do pH 4,5. Podczas gdy te punkty końcowe pH są powszechnie stosowane w ściekach, inne punkty końcowe są często używane w zależności od określonych warunków badania lub próbki. Ponadto, ponieważ zarówno kwasowość jak i zasadowość nie są analizami konkretnych związków chemicznych, ale raczej reprezentują specyficzne właściwości roztworu, ich pomiary są zrównane z równoważną ilością węglanu wapnia. Robi się to po to, aby pomiary różnych próbek mogły być ze sobą porównywane. Dlatego też, zawsze należy podawać wyniki pomiarów kwasowości i zasadowości jako „___ mg CaCO3/L do pH ___”. Wzory matematyczne do obliczania kwasowości i zasadowości, jak również opisy niektórych przypadków, w których konieczna jest obróbka wstępna próbki, można znaleźć w Metodach Standardowych.
Podsumowując, badanie kwasowości i zasadowości jest łatwe do wykonania. Przy starannym pobieraniu próbek będziesz na dobrej drodze do dokładnego monitorowania skuteczności kontroli korozji wody w twoim okręgu, monitorowania części procesu nitryfikacji w osadzie czynnym w twoim zakładzie, lub nawet rozwiązywania problemów w procesie dodawania chemikaliów w celu usunięcia fosforu w ściekach końcowych.
Zalecenia w tym artykule dotyczące analiz kwasowości i zasadowości są bardzo ogólne. Zawsze należy sprawdzić przepisy państwowe i lokalne. Możesz mieć dodatkowe wymagania do spełnienia.