أهم النقاط المتعلقة بعمليات اختبار جودة المياه في محطات معالجة مياه الصرف الصحي - الجزء السابع

39. ما هي حموضة الماء وقلوية الماء؟
تشير حموضة الماء إلى كمية المواد الموجودة فيه والقادرة على معادلة القواعد القوية. توجد ثلاثة أنواع من المواد التي تُكوّن الحموضة: الأحماض القوية التي تُفكك أيونات الهيدروجين (H+) كليًا (مثل حمض الهيدروكلوريك HCl وحمض الكبريتيك H2SO4)، والأحماض الضعيفة التي تُفكك أيونات الهيدروجين جزئيًا (مثل حمض الكربونيك H2CO3 والأحماض العضوية)، والأملاح المُكوّنة من أحماض قوية وقواعد ضعيفة (مثل كلوريد الأمونيوم NH4Cl وكبريتات الحديد FeSO4). تُقاس الحموضة بالمعايرة باستخدام محلول قاعدة قوية. تُسمى الحموضة المقاسة باستخدام برتقالي الميثيل كمؤشر أثناء المعايرة بحموضة برتقالي الميثيل، وتشمل الحموضة الناتجة عن النوع الأول من الأحماض القوية وأملاح الأحماض القوية. أما الحموضة المقاسة باستخدام الفينول فثالين كمؤشر فتُسمى حموضة الفينول فثالين، وهي مجموع الحموضة الناتجة عن الأنواع الثلاثة السابقة، ولذلك تُسمى أيضًا بالحموضة الكلية. لا تحتوي المياه الطبيعية عادةً على حموضة قوية، ولكنها تحتوي على الكربونات والبيكربونات التي تجعلها قلوية. عندما تكون هناك حموضة في الماء، فهذا يعني غالباً أن الماء قد تلوث بالحمض.
على عكس الحموضة، تشير قلوية الماء إلى كمية المواد الموجودة فيه والقادرة على معادلة الأحماض القوية. تشمل هذه المواد القواعد القوية (مثل هيدروكسيد الصوديوم، وهيدروكسيد البوتاسيوم) التي تُفكك أيونات الهيدروكسيل (OH-) بشكل كامل، والقواعد الضعيفة التي تُفككها جزئيًا (مثل الأمونيا، والكلوريد)، والأملاح المكونة من قواعد قوية وأحماض ضعيفة (مثل كربونات الصوديوم، وفوسفات البوتاسيوم، وكبريتيد الصوديوم)، بالإضافة إلى ثلاث فئات أخرى. تُقاس القلوية بالمعايرة باستخدام محلول حمضي قوي. القلوية المقاسة باستخدام برتقالي الميثيل كمؤشر أثناء المعايرة هي مجموع الأنواع الثلاثة المذكورة أعلاه، وتُسمى القلوية الكلية أو قلوية برتقالي الميثيل. أما القلوية المقاسة باستخدام الفينول فثالين كمؤشر فتُسمى درجة قاعدة الفينول فثالين، وتشمل القلوية الناتجة عن النوع الأول من القواعد القوية، وجزءًا من القلوية الناتجة عن النوع الثالث من أملاح القلويات القوية.
تشمل طرق قياس الحموضة والقلوية معايرة مؤشر الحمض والقاعدة والمعايرة الكمونية، والتي يتم تحويلها بشكل عام إلى CaCO3 وقياسها بوحدة مليغرام/لتر.
40. ما هي قيمة الرقم الهيدروجيني للماء؟
قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) هي اللوغاريتم السالب لتركيز أيونات الهيدروجين في المحلول المائي المقاس، أي pH = -lgαH+. وهي من أكثر المؤشرات استخدامًا في معالجة مياه الصرف الصحي. عند درجة حرارة 25 درجة مئوية، عندما تكون قيمة الرقم الهيدروجيني 7، يتساوى تركيز أيونات الهيدروجين وأيونات الهيدروكسيد في الماء، ويكون تركيزها 10⁻⁷ مول/لتر. في هذه الحالة، يكون الماء متعادلًا، أما إذا كانت قيمة الرقم الهيدروجيني أكبر من 7، فهذا يعني أن الماء قلوي.<7 means the water is acidic.
يعكس الرقم الهيدروجيني (pH) حموضة وقلوية الماء، ولكنه لا يُشير إليهما بشكل مباشر. فعلى سبيل المثال، تبلغ حموضة محلول حمض الهيدروكلوريك بتركيز 0.1 مول/لتر ومحلول حمض الخليك بتركيز 0.1 مول/لتر 100 ملي مول/لتر، إلا أن قيم الرقم الهيدروجيني (pH) لهما مختلفة تمامًا. فقيمة الرقم الهيدروجيني لمحلول حمض الهيدروكلوريك هي 1، بينما قيمة الرقم الهيدروجيني لمحلول حمض الخليك هي 2.9.
41. ما هي طرق قياس قيمة الرقم الهيدروجيني الشائعة الاستخدام؟
في الإنتاج الفعلي، ولتسهيل وسرعة رصد تغيرات الرقم الهيدروجيني لمياه الصرف الصحي الداخلة إلى محطة المعالجة، تُعدّ أبسط طريقة هي قياسه تقريبًا باستخدام ورق اختبار الرقم الهيدروجيني. أما بالنسبة لمياه الصرف الصحي عديمة اللون والخالية من الشوائب العالقة، فيمكن استخدام الطرق اللونية. حاليًا، تُعتبر الطريقة القياسية في بلدي لقياس الرقم الهيدروجيني للمياه هي طريقة قياس الجهد (GB 6920–86، طريقة القطب الزجاجي). وهي عادةً لا تتأثر باللون أو العكارة أو المواد الغروية أو المؤكسدات أو المختزلات. كما أنها قادرة على قياس الرقم الهيدروجيني للمياه النظيفة، وكذلك لمياه الصرف الصناعي الملوثة بدرجات متفاوتة. وتُعدّ هذه الطريقة شائعة الاستخدام في معظم محطات معالجة مياه الصرف الصحي.
يعتمد مبدأ قياس الرقم الهيدروجيني (pH) باستخدام مقياس الجهد الكهربائي على تحديد جهد قطب القياس، أي قيمة الرقم الهيدروجيني، وذلك بقياس فرق الجهد بين قطب زجاجي وقطب مرجعي ذي جهد معلوم. يُستخدم عادةً قطب كالوميل أو قطب Ag-AgCl كقطب مرجعي، ويُعد قطب الكالوميل الأكثر شيوعًا. يتكون جهاز قياس الرقم الهيدروجيني من مُضخِّم تيار مستمر، يُضخِّم الجهد الناتج عن القطب ويعرضه على شاشة الجهاز على شكل أرقام أو مؤشرات. عادةً ما تُجهَّز أجهزة قياس الرقم الهيدروجيني بجهاز تعويض حراري لتصحيح تأثير درجة الحرارة على الأقطاب.
يعتمد مبدأ عمل مقياس الأس الهيدروجيني المستخدم في محطات معالجة مياه الصرف الصحي على طريقة قياس الجهد، وتتشابه احتياطات استخدامه مع احتياطات استخدام مقاييس الأس الهيدروجيني المخبرية. مع ذلك، ونظرًا لغمر الأقطاب الكهربائية المستخدمة باستمرار في مياه الصرف الصحي أو خزانات التهوية وغيرها من الأماكن التي تحتوي على كميات كبيرة من الزيوت أو الكائنات الدقيقة لفترات طويلة، فإنه بالإضافة إلى ضرورة تزويد مقياس الأس الهيدروجيني بجهاز تنظيف آلي للأقطاب، يلزم أيضًا تنظيفه يدويًا بناءً على جودة المياه والخبرة العملية. عمومًا، يُنظف مقياس الأس الهيدروجيني المستخدم في مياه المدخل أو خزان التهوية يدويًا مرة واحدة أسبوعيًا، بينما يُنظف مقياس الأس الهيدروجيني المستخدم في مياه الصرف المعالجة يدويًا مرة واحدة شهريًا. أما مقاييس الأس الهيدروجيني التي تقيس درجة الحرارة وجهد الأكسدة والاختزال وغيرها من العناصر في آنٍ واحد، فيجب صيانتها وفقًا لاحتياطات الاستخدام اللازمة لوظيفة القياس.
42. ما هي الاحتياطات اللازمة لقياس قيمة الرقم الهيدروجيني؟
⑴ يجب الحفاظ على مقياس الجهد جافًا ومقاومًا للغبار، وتشغيله بانتظام للصيانة، كما يجب الحفاظ على نظافة جزء توصيل سلك الإدخال الخاص بالقطب الكهربائي لمنع دخول قطرات الماء والغبار والزيوت وما إلى ذلك. تأكد من وجود تأريض جيد عند استخدام التيار المتردد. يجب استبدال بطاريات مقاييس الجهد المحمولة التي تعمل ببطاريات جافة بانتظام. في الوقت نفسه، يجب معايرة مقياس الجهد وتصفيره بانتظام لأغراض المعايرة والصيانة. بمجرد ضبطه بشكل صحيح، لا يمكن تدوير نقطة الصفر لمقياس الجهد ومنظمات المعايرة والتحديد بشكل عشوائي أثناء الاختبار.
⑵ يجب ألا يحتوي الماء المستخدم في تحضير محلول التخزين القياسي وشطف القطب على ثاني أكسيد الكربون، وأن تتراوح قيمة الرقم الهيدروجيني فيه بين 6.7 و7.3، وأن تكون موصليته أقل من 2 ميكروسيمنز/سم. يمكن للماء المعالج براتنج التبادل الأيوني السالب والموجب أن يفي بهذا الشرط بعد غليه وتركه ليبرد. يجب إحكام إغلاق محلول التخزين القياسي المُحضر وتخزينه في زجاجة زجاجية صلبة أو زجاجة من البولي إيثيلين، ثم حفظه في الثلاجة عند درجة حرارة 4 درجات مئوية لإطالة عمره الافتراضي. في حال تخزينه في الهواء الطلق أو في درجة حرارة الغرفة، لا يمكن أن يتجاوز عمره الافتراضي شهرًا واحدًا، ولا يمكن إعادة المحلول المستخدم إلى زجاجة التخزين لإعادة استخدامه.
⑶ قبل إجراء القياس الرسمي، تأكد أولاً من سلامة الجهاز والقطب الكهربائي والمحلول القياسي. يجب معايرة مقياس الرقم الهيدروجيني بانتظام، عادةً كل ثلاثة أو ستة أشهر، باستخدام طريقة المعايرة ثنائية النقاط. أي، يتم اختيار محلولين قياسيين قريبين من نطاق الرقم الهيدروجيني للعينة المراد اختبارها. عمومًا، يجب أن يكون الفرق في الرقم الهيدروجيني بين المحلولين أكبر من 2 على الأقل. بعد تحديد الموضع باستخدام المحلول الأول، اختبر المحلول الثاني مرة أخرى. يجب ألا يتجاوز الفرق بين قراءة مقياس الجهد وقيمة الرقم الهيدروجيني للمحلول القياسي الثاني 0.1 وحدة رقم هيدروجيني. إذا تجاوز الخطأ 0.1 وحدة رقم هيدروجيني، استخدم محلولًا قياسيًا ثالثًا للاختبار. إذا كان الخطأ أقل من 0.1 وحدة رقم هيدروجيني، فمن المرجح وجود مشكلة في المحلول القياسي الثاني. إذا كان الخطأ لا يزال أكبر من 0.1 وحدة pH، فهناك خطأ ما في القطب الكهربائي ويجب معالجته أو استبداله بآخر جديد.
⑷ عند استبدال المحلول القياسي أو العينة، يجب شطف القطب الكهربائي جيدًا بالماء المقطر، ثم امتصاص الماء العالق به باستخدام ورق ترشيح، ثم شطفه بالمحلول المراد قياسه لتجنب أي تأثير متبادل. هذا الأمر بالغ الأهمية عند استخدام المحاليل المنظمة الضعيفة، وخاصةً عند استخدام المحاليل. عند قياس قيمة الرقم الهيدروجيني (pH)، يجب تحريك المحلول المائي جيدًا لضمان تجانسه وتحقيق التوازن الكهروكيميائي. عند قراءة القيمة، يجب إيقاف التحريك وترك المحلول لفترة وجيزة حتى تستقر القراءة.
⑸ عند القياس، اشطف القطبين الكهربائيين أولاً بالماء بعناية، ثم اشطفهما بعينة الماء، ثم اغمر القطبين الكهربائيين في كأس صغير يحتوي على عينة الماء، ورج الكأس بعناية بيديك لجعل عينة الماء متجانسة، وسجل قيمة الرقم الهيدروجيني بعد استقرار القراءة.