Surhet och alkalinitet
av Tim Loftus
Surhetsnivåerna i avloppsvatten indikerar dess korrosiva egenskaper och kan spela en ledande roll i regleringen av biologiska processer samt i kemiska reaktioner (t.ex. kemisk koagulering och flockulering). Även alkalinitet bidrar till avloppsvattnets egenskaper, varav många också påverkar biologiska processer (t.ex. nitrifikation) och kemiska reaktioner.
Även om både surhet och alkalinitet är relaterade till pH bör de inte förväxlas med pH, och termerna bör inte heller användas synonymt. Surhet är ett mått på en lösnings förmåga att reagera med en stark bas (vanligtvis natriumhydroxid, NaOH) till ett förutbestämt pH-värde. Detta mått baseras på den totala sura beståndsdelen i en lösning (starka och svaga syror, hydroliserande salter etc.) Det är möjligt att ha mycket surt vatten men ha måttliga pH-värden. På samma sätt kan pH-värdet i ett prov vara mycket lågt men ha en relativt låg surhetsgrad. Surhet liknar en buffert på så sätt att ju högre surhet desto mer neutraliseringsmedel behövs för att motverka den.
Alkalinitet är ett mått på en lösnings förmåga att reagera med en stark syra (vanligen svavelsyra H2SO4) till ett förutbestämt pH. En lösnings alkalinitet består vanligtvis av karbonat, bikarbonat och hydroxider. I likhet med surheten gäller att ju högre alkaliniteten är, desto mer neutraliseringsmedel behövs för att motverka den. I allmänhet fungerar ett reningsverk och dess uppsamlingssystem bättre med avloppsvatten med lägre syrahalt och högre alkalinitet.
Enligt EPA:s riktlinjer för provtagning och förvaring kan prover för både syra- och alkalinitetsmätningar samlas in i glas- eller plastflaskor och förvaras vid 4 grader Celsius i upp till fjorton dagar. Provhanteringen spelar dock förmodligen en mycket viktigare roll för att bevara provets integritet. Surhet och alkalinitet påverkas i hög grad av exponering för atmosfären. Stora ytor eller lång kontakttid med atmosfären, både i provbehållaren och under analysen, kan antingen lösa upp gaser i provet eller låta upplösta gaser som redan finns i provet komma ut och på så sätt förändra mätningarna. Vid provtagning för surhet och alkalinitet är det bäst att inte lämna något utrymme i behållaren. Filtrera inte heller provet (vilket skapar hög turbulens) och låt det inte ligga i en öppen bägare på laboratoriebänken i flera timmar. Häll upp en alikvot strax före analysen så att du minimerar exponeringen för luften. Under analysen bör du hålla turbulensen i blandningen så liten som möjligt. Dessa åtgärder är särskilt viktiga vid bestämning av låga nivåer av syra eller alkalinitet.
Analyser av surhet och alkalinitet består var och en av en enkel titrering. I princip bestäms surheten genom att titrera provet med natriumhydroxid till ett pH-värde på 8,3 (ofta kallat fenolftaleins surhet – denna term härrör från tiden före elektroniska pH-mätare). Alkalinitet bestäms genom titrering med svavelsyra till ett pH på 4,5. Även om dessa pH-gränsvärden är vanliga i avloppssituationer används ofta andra gränsvärden beroende på vissa test- eller provförhållanden. Eftersom både surhet och alkalinitet inte är analyser för specifika kemikalier utan snarare representerar en lösnings specifika egenskaper, likställs mätningarna med en motsvarande mängd kalciumkarbonat. Detta görs för att mätningar av olika prover ska kunna jämföras med varandra. Rapportera därför alltid mätningar av surhet och alkalinitet som ”___ mg CaCO3/L till pH ___”. De matematiska formlerna för beräkning av surhet och alkalinitet, liksom beskrivningar av vissa fall där förbehandling av proverna är nödvändig, finns i Standard Methods.
Sammanfattningsvis är surhets- och alkalinitetstestning lätt att utföra. Och med noggrann provtagning kommer du att vara långt på väg mot en noggrann övervakning av effektiviteten av ditt distrikts korrosionsskydd för hushållsvatten, övervakning av en del av nitrifikationsprocessen i din anläggnings aktiverade slam, eller till och med felsökning av processen för kemisk tillsats för fosforavskiljning i det slutliga avloppsvattnet.
Rekommendationerna i den här artikeln för analyser av surhetsgrad och alkalinitet är mycket generella. Kontrollera alltid dina statliga och lokala bestämmelser. Du kan ha ytterligare krav att uppfylla.