Кислотность

В отношении воды этот термин принят для выражения содержания в ней веществ, вступающих в активное взаимодействие с гидроксид-ионами. Общая кислотность отражается в расходе гидроксида. Естественная водная кислотность, как правило, зависит от уровня концентрации в ней свободного диоксида углерода. Однако в формировании кислотности принимает участие и целый ряд слабых органических кислот (например, гуминовая), а также катионы в составе слабых оснований (ионы аммония, алюминия, железа) и оснований органического происхождения. Для природных вод, содержащих максимальный состав химических соединений, увеличивающих кислотность воды, pH не опускается ниже 4.5.

Вследствие загрязнения некоторых водоемов промышленными стоками, в них наблюдается перенасыщение сильными кислотами, а также их солями. Это приводит к падению pH ниже отметки 4.5. Та составляющая общей кислотности, за счет которой уровень pH и опускается ниже нормы, называется свободной.

Щёлочность

Щелочностью воды принято называть её суммарную насыщенность анионами слабых кислот и гидроксильными ионами. Она обуславливается анионами слабых кислот, и в зависимости от кислотных остатков щелочность воды бывает карбонатной, бикарбонатной (гидрокарбонатной), гидратной, силикатной, фосфатной и так далее.

Уровень рН < 8,5 характерен для щелочности природных вод богатых карбонатами, бикарбонатами, а также и гуматами¹. Щелочности иного происхождения проявляются после специальной обработки. Её измеряют в процессе титрования образца сильными кислотами в определенной концентрации, которая исчисляется в ммоль/л (г-экв/л). Чаще всего применяют соляную, иногда используют азотную кислоту.

Слабое двукислотное основание СО₃^2- (карбонат-ион) способно последовательно присоединить пару Н⁺ (ионов водорода):

СО₃^2- + Н⁺ ↔ НСО₃^- + Н₂О  ( 1 )

НСО₃^- + Н⁺ ↔  Н₂СО₃ + Н₂О ( 2 )

Раствор гидрокарбонатный. Уровень рН, соответствующий точке эквивалентности реакции (1), равен 8.34. В случае одновременного присутствия в образце с рН = 8.34 гидрат-ионов (ОН^-), они практически полностью вовлекаются в реакцию.

ОН^- + Н⁺ = Н₂О  ( 3)

В исходном растворе, подвергнутом кислотному титрованию до рН = 8.34, происходит одновременная нейтрализация и гидрат-, и карбонат-ионов. Они переходят в форму гидрокарбонат-ионов. Фенолфталеин служит индикатором данного процесса. Увеличение кислотности образца (реакция 2) приведет гидрокарбонат в состояние свободной угольной кислоты (рН точки эквивалентности – 4). При титровании измененного раствора для индикации используют метиловый оранжевый.

На показатель щелочности влияет целый ряд технологических процессов. Например, вода, подвергаемая обработке FeCl₃ (хлорным железом), Al₂(SO₄)₃ (сернокислым алюминием) или иными минеральными коагулянтами, отличается снижением щелочности и рН. Этот эффект является результатом гидролиза.

Al₂(SO₄)₃ + 6 Н₂О = 2 Al(OН)₃↓ + 3 Н₂SO₄  ( 4 )

В процессе коагуляции и вследствие гидролиза сульфата алюминия происходит образование серной кислоты. Этот побочный продукт подталкивает карбонатную  жесткость к переходу в состояние CaSO₄ – некарбонатной жесткости:

Сa(HCO₃)₂ + H₂SO₄ = CaSO₄↓ + 2 H₂O + CO₂↑  ( 5 )

Кислота для реакции требуется в стехиометрии.

Избыточное количество кислоты в данном процессе в перспективе обернется коррозией для оборудования, а также отрицательно скажется на микроорганизмах, находящихся в воде и приведёт впоследствии к снижению концентрации кислорода. Недостаточное кол-во кислоты приведет к выпадению осадка.

При протекании реакции ( 5 ) происходит разрушение Сa(HCO₃)₂ – потенциального образователя накипи. CO₂, который выделяется при этом, становится стабилизатором для оставшейся части гидрокарбоната кальция. Хотя в первом приближении коагуляция воды влечёт снижение карбонатной жёсткости воды и её способность к никипеобразованию, при высокой щелочности эту процедуру применять следует крайне осторожно поскольку насыщенность воды сульфатами значительно возрастет, что может привести к образованию и отложению СaSO₄.

Примечание 1: Соли гуминовых кислот называют гуматами. Добываются эти кислоты в основном из торфа, а также из некоторых других продуктов природного происхождения, поэтому их относят к органическим веществам. Они представляют собой разнородные по составу и строению, комплексные соединения, обладающие различными свойствами.

Гуминовыми кислотами определяются органолептические характеристики воды, ее оттенки, запах. Благодаря ним ускоряются коррозийные процессы в металлах, они негативно влияют на развитие микроорганизмов, населяющих воду. Гуминовые кислоты видоизменяют ее химический состав, нарушают фазовые, ионные равновесия, понижают насыщенность кислородом.

Уважаемые господа, если у Вас возникла потребность в коррекции кислотности или щелочности воды для доведения её качества до определённых нормативов, сделайте запрос специалистам компании Waterman. Мы предложим Вам оптимальную технологическую схему водоподготовки.