Важность и влияние точного измерения pH

Во многих приложениях по измерению качества воды - от остаточного свободного хлора до побочных продуктов дезинфекции – величина pH является основным фактором, влияющим на технологии водоподготовки и результаты испытаний на соответствие требованиям качества. 

Что такое pH?

pH - это мера кислотности водных растворов. Параметр связан с концентрацией ионов водорода, что эквивалентно активности ионов водорода в сильно разбавленных растворах и измеряется по шкале от 0 до 14. В качестве системы отсчета берется pH нормальных атмосферных осадков, имеющих pH 5.6 из-за присутствия в воздухе двуокиси углерода. При наличии определенных загрязнителей воздуха дождевая вода может быть еще более кислой.

Шкала pH является логарифмической, поэтому раствор со значением pH 5,0 в 10 раз более кислый, чем раствор со значением pH 6,0. Значение pH 7,0 является нейтральным, когда уровни активности ионов водорода (H⁺) и гидроксильных ионов (OH⁻) равны. Показатель pH также зависит от температуры. Очищенная вода, имеющая pH 7,0 при 25^o C, даст показание 7,5 pH при 0^o C и показание 6,2 pH при 100^o C. По этой причине для сравнения значения pH обычно приводятся для 25^o C. В нормальных условиях pH будет изменяться примерно на 2 процента на каждые 1 ^o C изменения температуры воды.

Точные показания pH и щелочности важны для поддержания контроля процесса очистки питьевой воды и сточных вод. Например, хлор, используемый в качестве дезинфицирующего средства, наиболее эффективен, когда вода поддерживается в области нейтрального pH (около 6,5-7,5 pH).

Точное измерение pH.

Есть несколько способов измерения pH, в зависимости от характера применения:

• Колориметрические индикаторы в виде индикаторных полосок pH (т.н. лакмусовый индикатор) или индикаторных растворов используются для сравнения результатов цветности исследуемого образца с результатами цвета раствора с известным значением pH. Этот визуальный метод может предоставить простой качественный результат для таких приложений, как, например, кондиционирование воды в бассейне, но не дает точных количественных значений, необходимых для таких требовательных приложений, как, например, водоподготовка.

• Цифровые pH-метры, доступные в портативных (рис. 1) и стационарных (рис. 2) вариантах, используют датчики ионов водорода, которые обеспечивают точные показания, необходимые для таких важных применений, таких как контроль соответствия качества питьевой воды, сточных вод и анализ промышленных технологических вод. Однако даже в рамках этой технологии измерения существуют дополнительные факторы, которые могут повлиять на точность показаний pH.  В их число входят типы используемых контрольно-измерительных приборов, протоколов испытаний, качество и периодичность калибровки, а также правильность и своевременность обслуживания приборов.

Рисунок 1. 

Портативный прибор для измерения рН с автоматической температурной компенсацией обеспечивает результаты с точностью + 0,01 рН в пределах от 10 до 30 секунд, а также портативного удобства для случайных чтений на заводе или в полевых условиях.

Рисунок 2.  pH-метр с автоматической температурной компенсацией обеспечивают непрерывные показания с разрешением до + 0,01 единиц pH / ± 1 мВ.

Возможное влияние pH на работу объектов ЖКХ.

Существует много причин, по которым важно знать pH обрабатываемой воды, например дозирование химикатов и эффективность работы в отношении коагуляции, удаления органических и неорганических веществ, антикоррозионной обработки, процессов дезинфекции и т. Д. 

• Удаление загрязнений. Изменение значения pH может повлиять на качество воды по отношению к патогенам или другим загрязнителям. Время необходимое обработанной воде для поддержания соответствующих уровней дезинфицирующих средств (например, свободного хлора, озона или хлораминов)для борьбы с патогенами, рассчитывается на основе pH. pH воды в присутствии природных органических веществ, летучих органических соединений (ЛОС) или синтетических органических соединений (СOC) может влиять на эффективность гранулированного активированного угля.

• Оптимизация контроля коррозии.  Несоблюдение оптимального уровня pH, особенно при использовании образования накипи на основе карбоната, может иметь негативное влияние на контроль коррозии. Способность воды растворять свинец в системах водоснабжения зависит от pH. Обычно pH 7,5 является оптимальным уровнем для предотвращения свинцовой растворимости, но приемлемые характеристики достигаются и в диапазоне от pH 7,2 до pH 7,6. Достижение соответствия предельным нормам за счет контроля образования накипи из карбоната свинца в распределительных трубопроводах питьевой воды требует определенных уровней pH. Тестирование показало, что влияние pH на количество выщелачивания свинца из латунных фитингов увеличивается по мере увеличения процентного содержания свинца в этом сплаве.

• Эффективность дозирования химикатов. Поскольку pH имеет логарифмическую шкалу, даже небольшие расхождения в показаниях pH могут привести к дорогостоящей передозировке или неэффективной недостаточной дозировке химикатов для обработки воды. Именно здесь точность прибора и последовательность протокола отбора проб могут иметь большое влияние на точное и эффективное измерение pH. 
• Мембраны обратного осмоса. Некоторые мембраны обратного осмоса могут быть чувствительны к уровням pH, превышение которого влияют на оптимальный диапазон рабочих характеристик, и приводит к риску разрушения. Для питьевой воды, превышающей эти безопасные пределы, необходимо будет контролировать pH и добавлять соответствующий объем кислотного или основного реагента, чтобы избегать дорогостоящих восстановительных ремонтов.

• Очистки сточных вод. Хотя уровни pH могут влиять на химический состав воды во многих важных для здоровья и безопасности областях, связанных с качеством питьевой воды, они также могут влиять на решения, принимаемые для эффективной и рентабельной очистки сточных вод.

Как следует измерять pH?

Показатели pH исходной воды, сточных вод или промышленной технологической воды могут изменяться со временем - а иногда и довольно быстро - по целому ряду причин. В связи с этим, имеет смысл контролировать показания pH в непрерывном режиме. Это делает встроенные датчики лучшим выбором для непрерывных процессов, а портативные приборы лучше подходят для периодического контроля в полевых условиях. Независимо от области применения или используемого метода измерения важно, чтобы тестирование pH проводилось надлежащим образом с использованием правильно обслуживаемых и откалиброванных приборов.