נקודות מפתח לפעולות בדיקת איכות מים במתקני טיהור שפכים חלק שבע

39. מהן חומציות ובסיסיות של מים?
חומציות המים מתייחסת לכמות החומרים הכלולים במים שיכולים לנטרל בסיסים חזקים. ישנם שלושה סוגים של חומרים היוצרים חומציות: חומצות חזקות שיכולות לפרק לחלוטין H+ (כגון HCl, H2SO4), חומצות חלשות המפרקות חלקית H+ (H2CO3, חומצות אורגניות), ומלחים המורכבים מחומצות חזקות ובסיסים חלשים (כגון NH4Cl, FeSO4). חומציות נמדדת על ידי טיטרציה עם תמיסת בסיס חזק. החומציות הנמדדת עם מתיל תפוז כאינדיקטור במהלך הטיטרציה נקראת חומציות מתיל תפוז, כולל החומציות הנוצרת על ידי הסוג הראשון של חומצה חזקה והסוג השלישי של מלח חומצה חזקה; החומציות הנמדדת עם פנולפתלאין כאינדיקטור נקראת חומציות פנולפתלאין, זהו סכום שלושת סוגי החומציות הנ"ל, ולכן היא נקראת גם חומציות כוללת. מים טבעיים בדרך כלל אינם מכילים חומציות חזקה, אלא מכילים קרבונטים וביקרבונטים שהופכים את המים לבסיסיים. כאשר יש חומציות במים, זה לעתים קרובות אומר שהמים זוהמו על ידי חומצה.
בניגוד לחומציות, אלקליניות מים מתייחסת לכמות החומרים במים שיכולים לנטרל חומצות חזקות. חומרים היוצרים אלקליניות כוללים בסיסים חזקים (כגון NaOH, KOH) שיכולים לפרק לחלוטין OH-, בסיסים חלשים המפרקים חלקית OH- (כגון NH3, C6H5NH2), ומלחים המורכבים מבסיסים חזקים וחומצות חלשות (כגון Na2CO3, K3PO4, Na2S) ושלוש קטגוריות נוספות. אלקליניות נמדדת על ידי טיטרציה עם תמיסת חומצה חזקה. האלקליות הנמדדת באמצעות מתיל תפוז כאינדיקטור במהלך הטיטרציה היא סכום שלושת סוגי האלקליות הנ"ל, הנקראת אלקליניות כוללת או אלקליניות מתיל תפוז; האלקליות הנמדדת באמצעות פנולפתלאין כאינדיקטור נקראת בסיס פנולפתלאין. דרגת האלקליניות כוללת את האלקליות הנוצרת על ידי הסוג הראשון של בסיס חזק ואת חלק מהאלקליניות הנוצרת על ידי הסוג השלישי של מלח אלקלי חזק.
שיטות המדידה של חומציות ובסיסיות כוללות טיטרציה באמצעות אינדיקטור חומצה-בסיס וטיטרציה פוטנציומטרית, אשר בדרך כלל מומרים ל-CaCO3 ונמדדים ב-mg/L.
40. מהו ערך ה-pH של מים?
ערך ה-pH הוא הלוגריתם השלילי של פעילות יוני המימן בתמיסה המימית הנמדדת, כלומר, pH=-lgαH+. זהו אחד המדדים הנפוצים ביותר בתהליך טיהור שפכים. בתנאי 25 מעלות צלזיוס, כאשר ערך ה-pH הוא 7, פעילות יוני המימן ויוני ההידרוקסיד במים שווה, והריכוז המתאים הוא 10-7 מול/ליטר. בשלב זה, המים ניטרליים, וערך ה-pH > 7 פירושו שהמים בסיסיים.<7 means the water is acidic.
ערך ה-pH משקף את החומציות והבסיסיות של המים, אך הוא אינו יכול להצביע ישירות על החומציות והבסיסיות של המים. לדוגמה, החומציות של תמיסת חומצה הידרוכלורית בריכוז 0.1 מול/ליטר ותמיסת חומצה אצטית בריכוז 0.1 מול/ליטר היא גם 100 מילימול/ליטר, אך ערכי ה-pH שלהן שונים למדי. ערך ה-pH של תמיסת חומצה הידרוכלורית בריכוז 0.1 מול/ליטר הוא 1, בעוד שערך ה-pH של תמיסת חומצה אצטית בריכוז 0.1 מול/ליטר הוא 2.9.
41. מהן שיטות מדידת ערך ה-pH הנפוצות?
בייצור בפועל, על מנת להבין במהירות ובקלות את השינויים בערך ה-pH של מי שפכים הנכנסים למתקן טיהור השפכים, השיטה הפשוטה ביותר היא למדוד אותם באופן גס בעזרת נייר בדיקת pH. עבור שפכים חסרי צבע ללא זיהומים מרחפים, ניתן להשתמש גם בשיטות קולורימטריות. כיום, השיטה הסטנדרטית במדינתי למדידת ערך ה-pH של איכות המים היא השיטה הפוטנציומטרית (שיטת אלקטרודת הזכוכית GB 6920–86). בדרך כלל היא אינה מושפעת מצבע, עכירות, חומרים קולואידים, מחמצנים וחומרים מחזרים. ניתן גם למדוד באמצעותה את ערך ה-pH של מים נקיים. ניתן גם למדוד את ערך ה-pH של שפכים תעשייתיים מזוהמים בדרגות שונות. זוהי גם שיטה נפוצה למדידת ערך ה-pH ברוב מתקני טיהור השפכים.
עקרון המדידה הפוטנציומטרית של ערך ה-pH הוא קבלת הפוטנציאל של אלקטרודת החיווי, כלומר, ערך ה-pH, על ידי מדידת הפרש הפוטנציאלים בין אלקטרודת זכוכית לאלקטרודת ייחוס בעלת פוטנציאל ידוע. אלקטרודת הייחוס משתמשת בדרך כלל באלקטרודת קלומל או באלקטרודת Ag-AgCl, כאשר אלקטרודת הקלומל היא הנפוצה ביותר. ליבת פוטנציומטר ה-pH היא מגבר DC, אשר מגביר את הפוטנציאל שנוצר על ידי האלקטרודה ומציג אותו על ראש המד בצורת מספרים או מצביעים. פוטנציומטרים מצוידים בדרך כלל בהתקן פיצוי טמפרטורה כדי לתקן את השפעת הטמפרטורה על האלקטרודות.
עקרון הפעולה של מד ה-pH המקוון המשמש במתקני טיהור שפכים הוא שיטה פוטנציומטרית, ואמצעי הזהירות לשימוש זהים בעיקרם לאלה של מדי pH במעבדה. עם זאת, מכיוון שהאלקטרודות המשמשות מושרות ברציפות במיכלי שפכים או אוורור ובמקומות אחרים המכילים כמות גדולה של שמן או מיקרואורגניזמים למשך זמן רב, בנוסף לדרישת מד ה-pH להיות מצויד במכשיר ניקוי אוטומטי לאלקטרודות, נדרש גם ניקוי ידני בהתבסס על תנאי איכות המים וניסיון התפעול. באופן כללי, מד ה-pH המשמש במיכל הכניסה או האוורור מנוקה ידנית פעם בשבוע, בעוד שניתן לנקות ידנית את מד ה-pH המשמש במי השפכים פעם בחודש. עבור מדי pH שיכולים למדוד בו זמנית טמפרטורה ו-ORP ופריטים אחרים, יש לתחזק אותם בהתאם לאמצעי הזהירות הנדרשים לפונקציית המדידה.
42. מהם אמצעי הזהירות למדידת ערך ה-pH?
⑴יש לשמור על הפוטנציומטר יבש ועמיד בפני אבק, להפעילו באופן קבוע לצורך תחזוקה, ולשמור על ניקיון חלק חיבור חוט הקלט של האלקטרודה כדי למנוע חדירת טיפות מים, אבק, שמן וכו'. יש לוודא הארקה טובה בעת שימוש במתח AC. פוטנציומטרים ניידים המשתמשים בסוללות יבשות צריכים להחליף את הסוללות באופן קבוע. במקביל, יש לכייל ולאפס את הפוטנציומטר באופן קבוע לצורך כיול ותחזוקה. לאחר תיקון שגיאות כראוי, לא ניתן לסובב את נקודת האיפוס של הפוטנציומטר ואת ווסת הכיול והמיקום כרצונם במהלך הבדיקה.
⑵המים המשמשים להכנת תמיסת הבופר הסטנדרטית ולשטיפת האלקטרודה אסור שיכילו CO2, ערך ה-pH שלהם יהיה בין 6.7 ל-7.3, ומוליכות נמוכה מ-2 מיקרו-שנייה/ס"מ. מים שטופלו בשרף חילוף אניונים וקטיונים יכולים לעמוד בדרישה זו לאחר הרתחה וקירור. יש לאטום ולאחסן את תמיסת הבופר הסטנדרטית המוכנה בבקבוק זכוכית קשיח או בבקבוק פוליאתילן, ולאחר מכן לאחסן במקרר בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס כדי להאריך את חיי השירות. אם מאוחסנים באוויר הפתוח או בטמפרטורת החדר, חיי השירות בדרך כלל לא יעלו על חודש אחד, לא ניתן להחזיר את הבופר המשומש לבקבוק האחסון לשימוש חוזר.
⑶ לפני מדידה רשמית, יש לבדוק תחילה האם המכשיר, האלקטרודה והבופר הסטנדרטי תקינים. יש לכייל את מד ה-pH באופן קבוע. בדרך כלל מחזור הכיול הוא רבע או חצי שנה, ומשתמשים בשיטת כיול דו-נקודתית לכיול. כלומר, בהתאם לטווח ערכי ה-pH של הדגימה הנבדקת, נבחרים שני תמיסות בופר סטנדרטיות הקרובות אליו. באופן כללי, הפרש ערכי ה-pH בין שתי תמיסות הבופר חייב להיות לפחות גדול מ-2. לאחר מיקום התמיסה הראשונה, יש לבדוק שוב את התמיסה השנייה. ההפרש בין תוצאת התצוגה של הפוטנציומטר לערך ה-pH הסטנדרטי של תמיסת הבופר הסטנדרטית השנייה לא צריך להיות גדול מ-0.1 יחידות pH. אם השגיאה גדולה מ-0.1 יחידות pH, יש להשתמש בתמיסת בופר סטנדרטית שלישית לבדיקה. אם השגיאה קטנה מ-0.1 יחידות pH בשלב זה, סביר להניח שיש בעיה בתמיסת הבופר השנייה. אם השגיאה עדיין גדולה מ-0.1 יחידות pH, יש בעיה באלקטרודה ויש לעבד את האלקטרודה או להחליף אותה בחדשה.
⑷בעת החלפת הבופר או הדגימה הסטנדרטיים, יש לשטוף את האלקטרודה לחלוטין במים מזוקקים, ולספוג את המים המחוברים לאלקטרודה בעזרת נייר סינון, ולאחר מכן לשטוף בתמיסה המיועדת למדידה כדי למנוע השפעה הדדית. זה חשוב לשימוש בבופרים חלשים. זה חשוב במיוחד בעת שימוש בתמיסות. בעת מדידת ערך ה-pH, יש לערבב את התמיסה המימית כראוי כדי להפוך את התמיסה לאחידה ולהשיג שיווי משקל אלקטרוכימי. בעת הקריאה, יש להפסיק את הערבוב ולתת לה לעמוד לזמן מה כדי לאפשר לקריאה להיות יציבה.
⑸ בעת המדידה, יש לשטוף תחילה את שתי האלקטרודות בזהירות במים, לאחר מכן לשטוף עם דגימת המים, לאחר מכן לטבול את האלקטרודות בכוס קטנה המכילה את דגימת המים, לנער את הכוס בזהירות עם הידיים כדי להפוך את דגימת המים לאחידה, ולרשום את ערך ה-pH לאחר שהקריאה יציבה.