De buffercapaciteit beschrijft het vermogen van een waterig systeem om schommelingen in de pH-waarde door de toevoeging van zuren of basen te weerstaan. Het is een belangrijke eigenschap in industriële waterzuivering en afvalwaterbehandeling, omdat veel chemische en biologische processen optimaal werken binnen nauwe pH-bereiken. Onvoldoende buffercapaciteit kan leiden tot onstabiele processen, materiaalcorrosie en inefficiënt gebruik van chemicaliën.

Basisprincipes van buffercapaciteit

Definitie van

De buffercapaciteit is de hoeveelheid sterke zuren of sterke basen die nodig is om de pH-waarde van een systeem met één eenheid te veranderen. Het wordt vaak aangegeven in mmol/L/pH of mg/L CaCO₃.

Chemische basis

De buffercapaciteit is gebaseerd op de interactie tussen zwakke zuren en hun geconjugeerde basen (of omgekeerd). De volgende chemische evenwichten spelen een centrale rol in waterbehandelingsprocessen:

1. Koolzuur-bicarbonaatsysteem:

   • Belangrijkste buffersysteem in natuurlijke en behandelde wateren.
   • Optimaal bufferbereik: pH 6,3-10,3.

2. Fosfaatsysteem:

   • Relevant in afvalwater en biologische processen.
   • Optimaal bufferbereik: pH 2,1-12,3.

3. Ammoniak-ammoniumsysteem:

   • Belangrijke buffer in biologisch afvalwater.
   • Optimaal bufferbereik: pH 8,3-9,3.

Het belang van buffercapaciteit in water- en afvalwatertechnologie

1. stabilisatie van processen

Veel chemische en biologische processen zijn pH-afhankelijk:

• Biologische afvalwaterbehandeling:

  • Micro-organismen in actiefslibprocessen of anaerobe reactoren hebben stabiele pH-waarden (6,5-8,5) nodig om efficiënt te kunnen werken.
  • Fluctuerende buffercapaciteit kan de activiteit van micro-organismen remmen.

• Chemische neerslag en flocculatie:

  • Processen zoals het neerslaan van fosfaat met ijzer- of aluminiumzouten zijn sterk pH-afhankelijk.
  • Voldoende buffercapaciteit voorkomt pH-afwijkingen tijdens de reactie.

2. vermijden van corrosie en afzettingen

• Een lage buffercapaciteit verhoogt de gevoeligheid voor pH-schommelingen, wat corrosie van leidingen, tanks en pompen kan bevorderen.
• Te hoge pH-waarden bevorderen de vorming van kalkaanslag (kalkaanslag), vooral in systemen met hard water.

3. optimalisatie van het gebruik van chemicaliën

• In recirculerende watersystemen (bv. koelwatercircuits) is een stabiele buffercapaciteit cruciaal om overdosering of inefficiëntie te vermijden bij het toevoegen van biociden, inhibitoren of pH-regelaars.

4. naleving van wettelijke vereisten

• Afvalwater met een instabiele buffercapaciteit kan pH-waarden hebben die buiten de toegestane grenzen liggen (bijv. pH 6-9), wat kan leiden tot boetes of procesonderbrekingen.

Meting van de buffercapaciteit

De buffercapaciteit wordt gemeten door titratie:

1. Directe zuur/base titratie:
   • Voeg 0,1 N HCl (zuur) of 0,1 N NaOH (base) toe aan het monster.
   • Bepaling van de hoeveelheid zuur/base die nodig is om de pH-waarde met één eenheid te veranderen.
2. Alkaliteitstest:
   • Meet de totale concentratie bicarbonaat, carbonaat en hydroxide.
   • Gewoonlijk uitgedrukt in mg/L CaCO₃.

Optimalisatie van buffercapaciteit in de praktijk

1. gebruik van chemicaliën

• Bicarbonaten of carbonaten:
  • Voeg natriumwaterstofcarbonaat of calciumcarbonaat toe om de buffercapaciteit te verhogen.
  • Toepassing: Stabilisatie van biologische reactoren.
• Fosfaten:
  • Toevoeging van natriumfosfaat om de buffering in zure gebieden te verbeteren.
• Hydroxiden:
  • Toevoeging van natriumhydroxideoplossing voor buffering in het alkalische bereik.

2. bewaking en controle

• Geautomatiseerde pH-regeling:
  • Gebruik van sensoren en regelsystemen voor real-time controle van pH-waarden.
• Regelmatige alkaliteitsmeting:
  • De langetermijnstabiliteit van het systeem bepalen.

3. systeemontwerp

• Recirculatie van proceswater:
  • Hergebruik van behandeld water met een hoge alkaliteit om de buffercapaciteit in het systeem te vergroten.
• Buffertank:
  • Gebruik van egalisatietanks om sterke pH-schommelingen op te vangen.