De pH-waarde is een fundamentele parameter in industriële water- en afvalwaterbehandeling. Het bepaalt de zuurgraad of alkaliteit van een oplossing en heeft een belangrijke invloed op chemische, fysische en biologische processen in waterbehandelings- en afvalwaterzuiveringsinstallaties. Een goed begrip van de pH-waarde is cruciaal voor het optimaliseren van processen zoals precipitatie, flocculatie, neutralisatie, biologische afbraak en corrosiebescherming.
Inhoudsopgave
Definitie en chemische principes
De pH-waarde beschrijft de concentratie waterstofionen (H⁺) in een oplossing en wordt gedefinieerd door de volgende logaritmische vergelijking:
pH = -log10[H+]
- Neutraal bereik: pH = 7 (bijv. zuiver water).
- Saurer Bereich: pH < 7 (z. B. Abwasser mit Schwefelsäure).
- Alkalisch bereik: pH > 7 (bijv. koelwater met alkalische additieven).
De logaritmische schaal betekent dat een verandering van één eenheid overeenkomt met een tienvoudige toename in de H⁺ concentratie.
Betekenis van de pH-waarde in chemische reacties:
- H⁺ ionen domineren in het zure gebied.
- Hydroxide-ionen (OH-) domineren in het alkalische bereik.
De pH-waarde heeft een significante invloed op de oplosbaarheid, reactiesnelheid en evenwichtstoestanden van chemische reacties.
Betekenis van de pH-waarde bij waterbehandeling
Corrosiebescherming:
- Extreem lage of hoge pH-waarden bevorderen de corrosie van leidingen en systeemonderdelen.
- Optimale pH-bereiken (bijv. 8-8,5 voor koelwater) minimaliseren corrosie en garanderen bedrijfsveiligheid.
- De pH-waarde bepaalt het neerslaan van slecht oplosbare zouten, zoals calciumcarbonaat of ijzerhydroxide.
- Het optimale bereik voor het neerslaan van metalen ligt vaak in het alkalische bereik (pH 8-11).
- Micro-organismen in biologische behandelingsstappen (bijv. actief slibproces) hebben een stabiel pH-bereik (6,5-8,5) nodig voor optimale groei en metabolische activiteit.
- De efficiëntie van neerslagmiddelen, zoals ijzer- of aluminiumzouten, hangt sterk af van de pH-waarde.
- Zuren en logen worden gedoseerd om de pH-waarde aan te passen aan een optimaal bereik.
Afbeelding: Reactiedoorsnede van een pH-gestuurd neutralisatiesysteem met automatische dosering van zuur en alkali(ALMA Neutra)
Invloed van de pH-waarde bij de behandeling van afvalwater
Neutralisatie:
- Industrieel afvalwater kan zeer zuur zijn (bijv. door zwavelzuur in de metaalindustrie) of alkalisch (bijv. door alkalische oplossingen uit de textielverwerking).
- Neutralisatiesystemen gebruiken zuren (bijv. zwavelzuur) of alkaliën (bijv. natronloog) om de pH-waarde in het toegestane bereik te brengen (bijv. pH 6-9 in overeenstemming met de wettelijke vereisten).
Verwijdering van zware metalen:
- Veel metalen (bijv. zink, nikkel) slaan alleen als hydroxide neer bij een specifieke pH-waarde (vaak pH 8-10).
- Een nauwkeurige regeling van de pH-waarde is cruciaal om de zware metalen in de CP-systemen te scheiden.
Oxidatie en reductie:
- De pH-waarde beïnvloedt de efficiëntie van chemische oxidatiemiddelen (bijv. ozon, waterstofperoxide) en reductiemiddelen (bijv. zwavelverbindingen).
- De oxidatie van ammoniak door chloor is bijvoorbeeld alleen effectief bij pH-waarden onder 8.
Foto: Voorbeeld van een CO2-neutralisatiesysteem in de ALMA-module voor een zuivelfabriek(ALMA Neutra)
Meting en controle van de pH-waarde
Meetmethoden:
- pH-elektroden: standaardmethode, gebaseerd op een glasmembraanelektrode die een elektrische spanning genereert afhankelijk van de pH-waarde.
- Online pH-meetapparaten: Continue controle in water- en afvalwaterstromen.
- Fotometrische metingen: Gebruik van indicatoroplossingen om de pH-waarde te bepalen, vooral bij laboratoriumanalyses.
Regeling:
- Doseerpompen: Voor het nauwkeurig toevoegen van zuren of logen.
- pH-regelkringen: Regelsystemen die de pH-waarde continu controleren en automatisch aanpassen.
- Statische mengers: bevorderen het mengen van afvalwater en reagentia om de pH-waarde te homogeniseren.
Kalibratie van de sensoren:
- Regelmatige kalibratie van de pH-sensoren met bufferoplossingen (bijv. pH 4, pH 7, pH 10) is nodig om nauwkeurige meetwaarden te garanderen.
Uitdagingen in pH-waardecontrole
Buffercapaciteit:
- Water met een hoge alkaliteit (bijv. carbonaatbuffer) vereist grotere hoeveelheden zuren of basen om de pH aan te passen.
- Oplossing: Optimalisatie van de doseerstrategieën, rekening houdend met de waterchemie.
Dynamische belastingen:
- Sterke fluctuaties in de instroom van afvalwater kunnen de pH-regeling bemoeilijken.
- Oplossing: Gebruik van buffertanks of intelligente regelsystemen.
Materiaalcompatibiliteit:
- Bij extreme pH-waarden bestaat het risico op materiële schade (bijvoorbeeld aan sensoren of leidingen).
- Oplossing: Gebruik corrosiebestendige materialen zoals PTFE of roestvrij staal.
Conclusie
De pH-waarde is een belangrijke parameter bij de behandeling van industrieel water en afvalwater. Het beïnvloedt bijna alle chemische, fysische en biologische processen in een fabriek. Nauwkeurige meting, regeling en controle van de pH-waarde is essentieel om processtabiliteit, efficiëntie en naleving van wettelijke vereisten te garanderen. Ingenieurs en operators moeten zowel de chemische principes als de praktische uitdagingen van pH-regeling beheersen om een optimaal ontwerp en een optimale werking van de installatie te garanderen.
Voor meer informatie over onze producten kunt u altijd contact met ons opnemen!
Afbeelding: Voorbeeld van een neutralisatiesysteem in ALMA modulair ontwerp met meng- en compensatietank(ALMA Neutra)
