Hidrológiai Közlöny 1971 (51. évfolyam)
7. szám - Kerese János: A pH-mérés és szerepe a vízgazdálkodásban
342 Hidrológiai Közlöny 1971. 8—9. sz. VÍZELLÁTÁS—SZENNYVÍZTISZTÍTÁS A pH-mérés és szerepe a vízgazdálkodásban K E R E S E JÁNOS* 1. Bevezetés A földi élet számára nélkülözhetetlen víz egyik fontos alkotóeleme a hidrogén. A kémiai és biokémiai reakciók lefolyását a vízben disszociált hidrogénionok mennyisége döntően befolyásolja. A hidrogén ion-koncentráció, a pH ismerete alapvetően fontos a természetes vizekben, ahol a kémiai és biokémiai változások spontán zajlanak le, hiszen a természet folyamatait az ember egyre gyakrabban megzavarja. A víztisztításban, a biológiai és kémiai szennyvíztisztításban számos, e koncentrációtól függő folyamatot tartunk fenn mesterségesen. A pH-mérése és szabályozása révén a folyamatok tetszésünk szerint befolyásolhatók. A pH-mérése kb. 30 éves. A napjainkban létező ipari pH-mérő berendezések kialakulása részben a mérőelektródok erőteljes kutatásának, részben az igen gyorsan fejlődő elektronika alkotta egyen- és váltakozóáramú erősítőknek köszönhető. Megfelelő anyagú ós alakú elektródákkal a pH-mórés ma már erősen lúgos, sűrű, magashőmérsékletű ós nagynyomású közegekben is kellő pontossággal elvégezhető. A vízgazdálkodásban a pH-mérós elterjedése jelenleg még nem tart lépést fontosságával. Célunk, hogy a cikkben a mérés és egy későbbiben a szabályozás lehetőségeinek rövid áttekintésével az alkalmazásra bátorítsunk. 2. A pH szerepe a vízgazdálkodásban A víz hidrogén ion-koncentrációjának változását a pH-értékkel determinálták. A pH-érték változása megadja a vizes oldatok savasságát-lúgosságát. A hidrogénion-koncentráció befolyásolja a vízben oldott egyéb anyagok koncentrációját is és e hatás eredménye igen sokrétű. A természetes vizekben a pH-változása kihat az egyéb oldot t anyagok viselkedésére és stabilitására. A karbonát, a hidrogénkarbonát és a szénsav egyensúlya a víz pH-jától függ. Az erősen toxikus szabad ammónia pH= 11 értéken és kedvezőtlen hőmérsékleten igen nagy mennyiségben lehet a vízben, míg pH = 6 esetén egyáltalán nincs. A vastalanításos víztisztításkor a pH-érték növelése a víz szabad szónsavtartalmának megkötését jelenti. Magasabb pH-értéken kevesebb levegő kell az oxidáláshoz, a vashidroxid kolloidok gyorsabban állnak össze ós jobb a szűrés minősége. Mangántalanításkor 7,6 fölötti pH szükséges, mert a mangán csak lúgos kémhatású vízből válik ki tökéletesen. Felszíni vizek alumíniumszulfátos derítése erősen függ a pH-tól. Kedvező az eredmény, ha a letisztult víz pHértóke lágy víz esetén 5,6—-6,6, közepesen kemény víz esetén 6,6—7,2 és kemény víz esetén 7,2—7,8 között Van. A koagulációt tehát a pH-érték döntően befolyásolja. A semlegesítés a kémiai szennyvíztisztítások klaszszikus esete. Hz a savas és lúgos folyadékok hidrogénion-koncentrációjának pH= 7-re való beállítását jelenti. * Mélyépítési Tervező Vállalat, Budapest. Az elektroncserén alapuló reakciókat — az oxidációt, ós a redukciót — a galvániizemi ciariidos ós kromátos szennyvizek móregtelenítési folyamatainál is hasznosítják. Ezek a redox-reakciók erősen pH-függőek. A cianid hipokloritos oxidációja pH = 1 1 érték felett megy csak végbe megfelelően és gyorsan, míg pH = 8 alatt klórcián keletkezik és gázfázisban távozik a vízből. E gáz veszélyes mérgezést okozhat. A hatvegyértékű kromátok nátriumszulfitos redukciójánál erősen savanyú, pH = 2,5 alatti közeg kell a kellően gyors reakcióhoz. A galvanizálókban vízbe kerülő nehézfémionok oldhatósága a pH-tól függ. Az oldott fémionok kicsapatása a jellemző pH-értéken könnyen elvégezhető. Jelentős a pH-változás hatása az enzimreakciókra is. Befolyásolja az enzimeknek más molekulákkal szembeni vonzását/taszítását. A mikroorganizmusok működése emiatt pH-függő. A természetes anaerob rothadási folyamat állapota a savas erjedéstől a lúgos erjedésig pH-móréssel ellenőrizhető. A mesterséges anaerob rothasztásnál az iszapterhelés változtatásával a pHértéket 6,8—-7,2 között kell tartani, ekkor a folyamat egyensúlyban marad. A savasabb és lúgosabb víz a baktériumok életfeltételét megzavarja. A biológiai szennyvíztisztító telepek előtti pH-mórés előre jelzi a káros hatást. A telepekről eltávozó víz 9 pH-ig történő mészvizes lúgozása fertőtlenítő hatású. A példákban a reakciók megfelelő állapotához meghatározott állandó pH-érték szükséges, vagv a koncentráció megváltozása a folyamatok végpontját jelzi. 3. A pH-érték 3.1. A pH fogalma Azokat az oldatokat, melyek az elektromos áramot, vezetik, elektroliteknek nevezzük. Az elektromos áram vezetése azáltal jön létre, hogy az oldás során a feloldott anyag ionokra (elektromos töltésű atomokra, ill. atomcsoportokra) esik szét — azaz disszociál. A kémiailag tiszta víz is — bár igen csekély mértékben — hidrogén (H +)és hidroxil (OH") ionokra disszociál. 25 °C-on I 1 vízben 10" 7 mol H 1" és 10" 7 OH" ion van jelen diszszociálva. A hidrogén ionkoncentrációja ekkor 10 7 mol/liter. A H + protonok a vízben hidratálva vannak jelen H 30 + formában. A hidrogénionok koncentrációját, Sörensen nyomán negatív logaritmusával, a pH-értékkel fejezzük ki: pH = - lg CH 30+. 3.2. A pH értéke, paraméter függése A kémiai reakciókra általánosan érvényes tömeghatás törvényei szerint a víz ionszorzata K v állandó: K v = = CH 30+ -COH-= 101 4, 25 °C hőmérsékleten. A tiszta vízben a (hidrogén- és hidroxil ion) koncentrációk egyenlők, ekvivalensek: CH 3O+ = Coll" = 10~ 7, ekkor a pH = 7. A savas víz hidrogénion koncentrációja CH,0+> 10~ 7 ekkor a pH < 7, míg a lúgos vízé CH 30+ < 10~ 7, ekkor a pH>7. A pH-skála az 1. ábrán látható. A gyakorlatban a pH-érték 0 -14 közé eső tartományát szokták használni
