Die wichtige Rolle des pH-Wertes bei der Wasseraufbereitung

Trinkwasser- und Abwasseraufbereitungssysteme spielen eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung gesunder Gemeinschaften und gesunder Ökosysteme. Ein grundlegender Parameter, der die Effizienz und Leistung dieser Aufbereitungssysteme maßgeblich beeinflusst, ist der pH-Wert des aufzubereitenden Wassers. Der pH-Wert beeinflusst sowohl die chemischen als auch die physikalischen Eigenschaften des Wassers und beeinflusst dadurch das Verhalten von Schadstoffen und Aufbereitungsprozessen.

Bediener müssen genau verstehen, wie sich der pH-Wert auf Behandlungsprozesse auswirkt, um sicherzustellen, dass diese Systeme die erforderliche Leistung erbringen, und um potenzielle Schäden an Geräten, Menschen und der Umwelt zu vermeiden.

pH verstehen

Der pH-Wert von Wasser ist ein Maß für seinen Säuregehalt oder Alkalität und wird auf einer logarithmischen Skala von 0 bis 14 definiert. Ein pH-Wert von 7 gilt als neutral. Werte unter 7 weisen auf Säure hin, Werte über 7 auf Alkalität. Schwankungen des pH-Werts sind normal, sollten jedoch im Allgemeinen auf 6.3 bis 7.6 begrenzt werden. Wenn sich der pH-Wert über oder unter die gewünschten Werte verschiebt, müssen Bediener möglicherweise Chemikalien hinzufügen, um die Werte wieder in den akzeptablen Bereich zu bringen.

Saures Wasser kann durch Zugabe von Soda (Natriumcarbonat) oder Natriumhydroxid über eine chemische Dosierpumpe eingestellt werden (Abbildung 1).

Umgekehrt kann alkalisches Wasser durch die Zugabe von flüssigen Säuren oder Kohlendioxid (CO2) kontrolliert werden.

Die Aufrechterhaltung des pH-Wertes ist in den folgenden Phasen des Behandlungsprozesses am wichtigsten:

Koagulation und Flockung

Bei größeren Wasseraufbereitungsanlagen sind Koagulation und Flockung wichtige Behandlungsstufen. Die Aufrechterhaltung des pH-Werts innerhalb eines bestimmten Bereichs (im Allgemeinen zwischen 6 und 8) trägt zur Optimierung der Leistung des Koagulationsmittels bei und fördert die Bildung größerer, besser absetzbarer Flocken. Abweichungen vom optimalen pH-Bereich können zu unvollständiger Flockung, schlechter Sedimentation und verringerter Effizienz nachfolgender Filtrationsprozesse führen.

Desinfektion

Die Desinfektion ist ein entscheidender Schritt in der Wasseraufbereitung, der schädliche Mikroorganismen beseitigt und so die Sicherheit der Wasserversorgung gewährleistet. Desinfektionsmittel auf Chlorbasis wirken am effizientesten bei pH-Werten zwischen 5.5 und 7.6. Der pH-Wert muss sorgfältig überwacht und angepasst werden, um eine ausreichende Desinfektion sicherzustellen und die Bildung von Desinfektionsnebenprodukten wie Trihalomethanen (THMs) zu verhindern, die sich bei höheren pH-Werten eher bilden.

Sammlung und Vertrieb

Der pH-Wert des Wassers spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Integrität von Abwassersammelsystemen und Trinkwasserverteilungssystemen. Aus diesem Grund sind viele Branchen verpflichtet, ihr Abwasser vor der Einleitung zu behandeln, einschließlich einer pH-Wert-Anpassung. Wenn das Wasser zu sauer oder zu alkalisch ist, können Metalle in das Wasser gelangen. Andererseits kommt es zu Ablagerungen, wenn das Wasser einen hohen pH-Wert hat und einen hohen Anteil an harten Mineralien enthält, was zu Ablagerungen auf Rohren und Armaturen führt.

Biologische Prozesse

In Abwasseraufbereitungsanlagen werden biologische Verfahren wie die Belebtschlammbehandlung oder die biologische Filterung eingesetzt, um organische Stoffe und Nährstoffe zu entfernen. Der pH-Wert beeinflusst die Aktivität und das Wachstum der an diesen Prozessen beteiligten Mikroorganismen. Verschiedene Mikroorganismen gedeihen in unterschiedlichen pH-Bereichen, und die Aufrechterhaltung geeigneter pH-Bedingungen ist entscheidend für die Stabilität und Wirksamkeit biologischer Behandlungssysteme.

So messen und regulieren Sie den pH-Wert

Bediener können den pH-Wert mit einer beliebigen Inline-Sonde oder, für eine umfassendere Analyse und Datenerfassung, mit einem Wasseranalysator (Abbildung 2) messen, der zur Messung des pH-Werts entwickelt wurde.

Wenn der pH-Wert angepasst werden muss, entscheiden sich viele Einrichtungen für die chemische Behandlung mit chemischen Dosierpumpen. Systementwickler und -betreiber müssen sorgfältig darauf achten, die richtige Pumpe für die zu dosierende Chemikalie auszuwählen. Dazu gehört die Auswahl der richtigen Pumpenkomponentenmaterialien, einschließlich Ventile und Pumpenrohre/-schläuche. Sie müssen mit ätzenden und abrasiven Säuren und Basen verträglich sein.

FLEXFLO® M3 Chemikalien-Dosierpumpen liefern zuverlässig eine reibungslose und genaue Chemikaliendosierung und Bediener schätzen den hellen, leicht zugänglichen und reaktionsschnellen 5-Zoll-Bildschirm der Pumpe. Dieser intuitive Bildschirm ist so einfach zu bedienen wie ein Smartphone und verfügt über leicht erkennbare Symbole. FLEXFLO M3-Pumpen verfügen über ein breites Regelverhältnis von 10,000:1, um eine Vielzahl von Dosieranforderungen zu erfüllen, und sind mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor für einen störungsfreien und energieeffizienten Betrieb ausgestattet. Zu den M3-Fernsteuersignaloptionen gehören Impuls, 4–20 mA, Modbus TCP, EtherNet IP und Profibus für eine verbesserte Überwachung und Automatisierung für kritische Mess- und Übertragungsanwendungen.

Schließlich müssen Betreiber die Art der Säure oder Base, die zur pH-Einstellung verwendet wird, sorgfältig abwägen. Beispielsweise kann Schwefelsäure den pH-Wert schnell und drastisch senken, erzeugt beim Mischen mit Wasser jedoch auch große Hitze, was bei manchen Anwendungen problematisch und sogar gefährlich sein kann.

Die CO2-Dosierung (Abbildung 3) sorgt für eine kontrolliertere und allmählichere pH-Reduktion. CO2 ist selbstpuffernd und bildet beim Auflösen in Wasser Kohlensäure (H2CO3). Diese Kohlensäure kann in Wasserstoffionen (H+) und Bicarbonationen (HCO3-) dissoziieren. Die reversible Gleichgewichtsreaktion zwischen Kohlensäure und Bikarbonationen trägt dazu bei, den pH-Wert der Lösung aufrechtzuerhalten, typischerweise knapp über 6. Daher ist es schwierig, das Wasser zu überdosieren. Dies verringert das Korrosionsrisiko und minimiert das Risiko einer Verschlechterung der Wasserqualität aufgrund der Freisetzung von Metallen oder anderen rohrbezogenen Verunreinigungen.

CO2 ist möglicherweise keine ideale Lösung für die Behandlung von stark alkalischem Wasser. Für die meisten Wassersysteme stellt es jedoch einen Vorteil dar und gilt als umweltfreundlich.

Unabhängig davon, welche Aufbereitungsmethode verwendet wird, bleibt die Tatsache bestehen, dass der pH-Wert in jeder Phase der Wasser- und Abwasseraufbereitung eine wichtige Rolle spielt. Durch das Erkennen der Auswirkungen des pH-Werts und die Umsetzung geeigneter Kontrollstrategien können Betreiber konsistente Behandlungsergebnisse sicherstellen.