39. Cosa sono l'acidità e l'alcalinità dell'acqua?
L'acidità dell'acqua si riferisce alla quantità di sostanze in essa contenute in grado di neutralizzare le basi forti. Esistono tre tipi di sostanze che contribuiscono all'acidità: acidi forti in grado di dissociare completamente gli ioni H+ (come HCl, H2SO4), acidi deboli in grado di dissociare parzialmente gli ioni H+ (H2CO3, acidi organici) e sali composti da acidi forti e basi deboli (come NH4Cl, FeSO4). L'acidità viene misurata mediante titolazione con una soluzione di base forte. L'acidità misurata con il metilarancio come indicatore durante la titolazione è detta acidità al metilarancio e comprende l'acidità derivante dal primo tipo di acido forte e dal terzo tipo di sale di acido forte; l'acidità misurata con la fenolftaleina come indicatore è detta acidità alla fenolftaleina. Essa rappresenta la somma delle acidità dei tre tipi di base sopra menzionati, pertanto viene anche detta acidità totale. L'acqua naturale generalmente non presenta un'acidità forte, ma contiene carbonati e bicarbonati che la rendono alcalina. Quando l'acqua è acida, spesso significa che è stata contaminata da un acido.
A differenza dell'acidità, l'alcalinità dell'acqua si riferisce alla quantità di sostanze presenti nell'acqua in grado di neutralizzare gli acidi forti. Le sostanze che contribuiscono all'alcalinità includono basi forti (come NaOH, KOH) che possono dissociare completamente gli ioni OH-, basi deboli che dissociano parzialmente gli ioni OH- (come NH3, C6H5NH2) e sali composti da basi forti e acidi deboli (come Na2CO3, K3PO4, Na2S), oltre ad altre tre categorie. L'alcalinità viene misurata mediante titolazione con una soluzione acida forte. L'alcalinità misurata utilizzando il metilarancio come indicatore durante la titolazione è la somma dei tre tipi di alcalinità sopra menzionati, ed è chiamata alcalinità totale o alcalinità del metilarancio; l'alcalinità misurata utilizzando la fenolftaleina come indicatore è chiamata alcalinità base della fenolftaleina. Grado, comprensivo dell'alcalinità formata dal primo tipo di base forte e di parte dell'alcalinità formata dal terzo tipo di sale alcalino forte.
I metodi di misurazione dell'acidità e dell'alcalinità includono la titolazione con indicatore acido-base e la titolazione potenziometrica, i cui valori vengono generalmente convertiti in CaCO3 e misurati in mg/L.
40. Qual è il valore del pH dell'acqua?
Il valore del pH è il logaritmo negativo dell'attività degli ioni idrogeno nella soluzione acquosa misurata, ovvero pH = -lgαH+. È uno degli indicatori più comunemente utilizzati nel processo di trattamento delle acque reflue. In condizioni di 25 °C, quando il valore del pH è 7, le attività degli ioni idrogeno e degli ioni idrossido nell'acqua sono uguali e la concentrazione corrispondente è 10⁻⁷ mol/L. In questo caso, l'acqua è neutra e un valore di pH > 7 significa che l'acqua è alcalina.<7 means the water is acidic.
Il valore del pH riflette l'acidità e l'alcalinità dell'acqua, ma non può indicarle direttamente. Ad esempio, l'acidità di una soluzione di acido cloridrico 0,1 mol/L e di una soluzione di acido acetico 0,1 mol/L è entrambe pari a 100 mmol/L, ma i loro valori di pH sono molto diversi. Il valore del pH della soluzione di acido cloridrico 0,1 mol/L è 1, mentre il valore del pH della soluzione di acido acetico 0,1 mol/L è 2,9.
41. Quali sono i metodi di misurazione del valore del pH comunemente utilizzati?
Nella pratica produttiva, per monitorare rapidamente e facilmente le variazioni del pH delle acque reflue in ingresso all'impianto di depurazione, il metodo più semplice consiste in una misurazione approssimativa con cartina indicatrice di pH. Per acque reflue incolori e prive di impurità in sospensione, si possono utilizzare anche metodi colorimetrici. Attualmente, il metodo standard nel mio paese per la misurazione del pH dell'acqua è il metodo potenziometrico (metodo con elettrodo a vetro GB 6920-86). Questo metodo non risente generalmente di colore, torbidità, sostanze colloidali, ossidanti e riducenti. È in grado di misurare il pH di acque pulite e di acque reflue industriali con diversi livelli di inquinamento. È inoltre un metodo ampiamente utilizzato nella maggior parte degli impianti di depurazione.
Il principio della misurazione potenziometrica del valore di pH consiste nell'ottenere il potenziale dell'elettrodo indicatore, ovvero il valore di pH, misurando la differenza di potenziale tra un elettrodo a vetro e un elettrodo di riferimento a potenziale noto. L'elettrodo di riferimento è generalmente un elettrodo a calomelano o un elettrodo Ag-AgCl, con quest'ultimo che è il più comunemente utilizzato. Il cuore del potenziometro pH è un amplificatore in corrente continua, che amplifica il potenziale generato dall'elettrodo e lo visualizza sul display sotto forma di numeri o lancette. I potenziometri sono solitamente dotati di un dispositivo di compensazione della temperatura per correggere l'effetto della temperatura sugli elettrodi.
Il principio di funzionamento del pHmetro online utilizzato negli impianti di trattamento delle acque reflue è il metodo potenziometrico e le precauzioni d'uso sono sostanzialmente le stesse dei pHmetri da laboratorio. Tuttavia, poiché gli elettrodi utilizzati sono immersi continuamente nelle acque reflue, nelle vasche di aerazione e in altri ambienti contenenti grandi quantità di olio o microrganismi per lunghi periodi, oltre alla necessità di un dispositivo di pulizia automatica degli elettrodi, è richiesta anche una pulizia manuale in base alle condizioni di qualità dell'acqua e all'esperienza operativa. Generalmente, il pHmetro utilizzato nell'acqua in ingresso o nella vasca di aerazione viene pulito manualmente una volta alla settimana, mentre quello utilizzato nell'acqua di scarico può essere pulito manualmente una volta al mese. Per i pHmetri che misurano simultaneamente temperatura, ORP e altri parametri, è necessario effettuare la manutenzione secondo le precauzioni d'uso richieste per la specifica funzione di misurazione.
42. Quali sono le precauzioni da adottare per misurare il valore del pH?
⑴Il potenziometro deve essere tenuto asciutto e al riparo dalla polvere, alimentato regolarmente per la manutenzione e la parte di connessione del cavo di ingresso dell'elettrodo deve essere mantenuta pulita per evitare l'ingresso di gocce d'acqua, polvere, olio, ecc. Assicurarsi di una buona messa a terra quando si utilizza l'alimentazione CA. I potenziometri portatili che utilizzano batterie a secco devono essere sostituite regolarmente. Allo stesso tempo, il potenziometro deve essere calibrato e azzerato regolarmente per la calibrazione e la manutenzione. Una volta calibrato correttamente, il punto zero del potenziometro e i regolatori di calibrazione e posizionamento non possono essere ruotati a piacimento durante il test.
⑵L'acqua utilizzata per preparare la soluzione tampone standard e per risciacquare l'elettrodo non deve contenere CO2, deve avere un valore di pH compreso tra 6,7 e 7,3 e una conducibilità inferiore a 2 μS/cm. L'acqua trattata con resina a scambio anionico e cationico può soddisfare questo requisito dopo essere stata bollita e lasciata raffreddare. La soluzione tampone standard preparata deve essere sigillata e conservata in una bottiglia di vetro resistente o in una bottiglia di polietilene, quindi conservata in frigorifero a 4 °C per prolungarne la durata. Se conservata all'aria aperta o a temperatura ambiente, la durata di conservazione generalmente non può superare 1 mese; la soluzione tampone usata non può essere rimessa nella bottiglia di conservazione per il riutilizzo.
⑶ Prima di effettuare la misurazione formale, verificare innanzitutto che lo strumento, l'elettrodo e la soluzione tampone standard siano in buone condizioni. Il pHmetro deve essere calibrato regolarmente. Solitamente, il ciclo di calibrazione è trimestrale o semestrale e si utilizza il metodo di calibrazione a due punti. Ovvero, in base all'intervallo di valori di pH del campione da analizzare, si selezionano due soluzioni tampone standard con valori simili. Generalmente, la differenza di pH tra le due soluzioni tampone deve essere almeno superiore a 2. Dopo aver impostato il pHmetro con la prima soluzione, si esegue nuovamente la calibrazione con la seconda soluzione. La differenza tra il valore visualizzato dal potenziometro e il valore di pH della seconda soluzione tampone standard non deve essere superiore a 0,1 unità di pH. Se l'errore è superiore a 0,1 unità di pH, è necessario utilizzare una terza soluzione tampone standard per la calibrazione. Se a questo punto l'errore è inferiore a 0,1 unità di pH, è molto probabile che il problema risieda nella seconda soluzione tampone. Se l'errore è ancora superiore a 0,1 unità di pH, l'elettrodo presenta un problema e deve essere revisionato o sostituito con uno nuovo.
⑷Quando si sostituisce il tampone standard o il campione, l'elettrodo deve essere risciacquato accuratamente con acqua distillata, l'acqua residua sull'elettrodo deve essere assorbita con carta da filtro e quindi risciacquato con la soluzione da misurare per eliminare le reciproche influenze. Questo è importante quando si utilizzano tamponi deboli. È particolarmente importante quando si utilizzano soluzioni. Quando si misura il valore del pH, la soluzione acquosa deve essere agitata adeguatamente per uniformarla e raggiungere l'equilibrio elettrochimico. Durante la lettura, interrompere l'agitazione e lasciare riposare per un po' per consentire alla lettura di stabilizzarsi.
⑸ Durante la misurazione, sciacquare prima accuratamente i due elettrodi con acqua, quindi sciacquarli con il campione d'acqua, immergere gli elettrodi in un piccolo becher contenente il campione d'acqua, agitare delicatamente il becher con le mani per rendere uniforme il campione d'acqua e registrare il valore del pH dopo che la lettura si è stabilizzata.
Data di pubblicazione: 26 ottobre 2023
