Alcalinità

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Cos'è l'alcalinità?

L'alcalinità misura la capacità dell'acqua di neutralizzare gli acidi. È anche nota come capacità tamponante o capacità dell'acqua di resistere alle variazioni di pH che si verificano all'aggiunta di acido.

L'alcalinità dell'acqua (pH 7,0 o superiore) è dovuta principalmente alla presenza di sostanze neutralizzanti dell'acidità (alcali) nella soluzione. Si riferisce all'equilibrio dell'anidride carbonica nell'acqua in funzione del pH.

I tre principali ioni alcalini che contribuiscono all'alcalinità dell'acqua sono:

  • Bicarbonato (HCO 3 -)
  • Carbonato (CO 3 2-)
  • Idrossido (OH -)

Alcalinità totale

L'alcalinità totale è la misura, in parti per milione, della quantità totale di sostanze alcaline (ioni di carbonato, bicarbonato e idrossido) presenti in un campione. Pertanto, l'alcalinità totale misura la capacità dell'acqua di resistere alle variazioni di pH.

L'alcalinità totale viene determinata mediante titolazione a un pH di 4,9, 4,6, 4,5 o 4,3, a seconda della quantità di anidride carbonica presente.

Alcalinità alla fenolftaleina

L'alcalinità alla fenolftaleina (alcalinità P) viene determinata mediante titolazione del campione a un pH di 8,3 (endpoint in cui l'indicatore di fenolftaleina cambia colore) e misura gli idrossidi e metà dei carbonati. L'alcalinità alla fenolftaleina costituisce, pertanto, un sottoinsieme dell'alcalinità totale.

In genere, l'acqua dura è fortemente alcalina, mentre l'acqua dolce è meno alcalina. In circostanze insolite, tuttavia, vi sono alcune eccezioni.


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Perché eseguire un test di alcalinità?

L'alcalinità è un fattore importante in un'ampia varietà di applicazioni, dall'acqua potabile alle bevande fino all'acqua di caldaia/raffreddamento e al trattamento delle acque reflue, nonché in numerose produzioni manifatturiere e di sostanze chimiche.

  • Un'alcalinità elevata può ridurre la tossicità dei metalli pesanti in quanto i bicarbonati e i carbonati disponibili sono in grado di rimuovere i metalli dalle soluzioni.
  • Negli ambienti naturali, la bassa alcalinità rende i torrenti, i fiumi o i laghi vulnerabili alle sostanze inquinanti acide che possono ridurre il pH dell'acqua a livelli nocivi per gli anfibi, i pesci o lo zooplankton.
  • L'alcalinità è necessaria per tamponare o stabilizzare il pH al fine di facilitare la fase di digestione anaerobica del trattamento delle acque reflue.
  • Nel trattamento biologico delle acque reflue, il processo di nitrificazione utilizza l'alcalinità in quanto l'ammoniaca viene convertita in nitrito e poi in nitrato. È quindi necessario mantenere una concentrazione minima di alcalinità per consentire una corretta attività biologica.
  • Se consumata, l'acqua altamente alcalina presenta un sapore piuttosto sgradevole di "bevanda gassata" e può risultare dannosa per la salute umana. Nelle apparecchiature e tubazioni industriali, un'elevata alcalinità dell'acqua può causare incrostazioni o accumuli di minerali.

Hach® è in grado di offrirti gli strumenti di analisi, le risorse, la formazione e il software necessari per monitorare efficacemente il livello di alcalinità nella tua applicazione specifica di processo .

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Quali processi richiedono il monitoraggio dell'alcalinità?

Trattamento delle acque reflue

Nel trattamento delle acque reflue, l'alcalinità è un parametro importante per valutare l'integrità e la stabilità di vari processi di trattamento biologico.

Nella digestione anaerobica, l'alcalinità e il suo rapporto rispetto alla concentrazione di acidi grassi volatili (VFA) rappresentano i dati di misura più importanti per valutare la stabilità di questo processo biologico. Per garantire risultati ottimali, il valore del pH di un digestore dovrebbe essere compreso tra 6,5 e 7,5. Tuttavia, non è sufficiente misurare semplicemente il pH. Per garantire un funzionamento sostenibile e sicuro, l'acqua deve avere una capacità tamponante sufficiente a compensare le variazioni della concentrazione acida. Un digestore eccessivamente acido è tossico per i batteri, in particolare per quelli che producono metano. I cambiamenti dovuti alle condizioni tossiche derivanti da un basso valore di pH possono risultare molto costosi a causa della minore produzione di gas, della necessità di aggiungere sostanze chimiche per aumentare l'alcalinità e del maggiore dispendio di tempo e impegno da parte del personale. Il processo di creazione di una nuova coltura del digestore può richiedere tempi molto lunghi, anche nell'ordine delle settimane.

Nei sistemi utilizzati per rimuovere l'azoto ammoniacale, l'alcalinità è un parametro di monitoraggio chiave per garantire una nitrificazione stabile. Valori di alcalinità inferiori a 50 mg/L inibiscono la conversione biologica di ammoniaca/ammonio in nitrito e poi in nitrato. Una volta esaurita l'alcalinità in un sistema biologico, il pH può iniziare a diminuire rapidamente. Nel monitoraggio della rimozione dell'azoto biologico aerato, il pH viene comunemente utilizzato come utile indicatore della stabilità della nitrificazione del sistema, ma si tratta di un indicatore a posteriori. Per garantire la massima stabilità del sistema, il monitoraggio dell'alcalinità è un efficace indicatore predittivo che permette di identificare possibili problemi prima che diventino critici.

In un impianto di trattamento delle acque, il bacino di aerazione attiva il processo di depurazione biologica dei fanghi. L'elevato contenuto di minerali alcalini nell'acqua influisce sulla quantità di batteri necessari per la digestione.

Trattamento delle acque potabili

L'alcalinità funge da tampone del pH nei processi di coagulazione e addolcimento dell'acqua con calce. L'alcalinità viene monitorata in tutto il processo di trattamento delle acque e nel sistema di distribuzione per garantire un'erogazione di acqua potabile sicura alla comunità.

È molto importante conoscere il grado di alcalinità dell'acqua grezza per stabilire la dose corretta di coagulanti e impostare il processo di coagulazione/flocculazione. Grazie a una corretta conoscenza di tutti i parametri critici, il processo di coagulazione può essere migliorato per rimuovere il carbonio organico totale (TOC) e ridurre il rischio di formazione di sottoprodotti di disinfezione (DBP) nell'acqua prima della clorazione.

L'alcalinità dell'acqua filtrata viene spesso regolata per controllarne la corrosività prima di rilasciarla nel sistema di distribuzione; è inoltre importante misurare l'alcalinità dell'acqua di rubinetto nella rete di distribuzione per garantire un adeguato controllo della corrosione e la conformità con le normative su piombo e rame (LCR).

Gli impianti per il trattamento delle acque misurano l'alcalinità in quanto questa funge da tampone del pH nel processo di coagulazione.

Industria delle bevande

Oltre al monitoraggio dell'alcalinità nell'acqua di alimentazione delle caldaie e delle torri di raffreddamento, questo parametro è fondamentale per la valutazione dell'acqua di sorgente utilizzata nella produzione, poiché un grado di alcalinità non corretto o incoerente può influire negativamente sul sapore e sulla qualità complessiva della birra, dei succhi e di altre bevande.

La linea di produzione di bottiglie di vetro in un impianto che produce bevande è un esempio di come l'alcalinità possa influire sul gusto finale e sulla qualità dei prodotti.

Produzione di sostanze chimiche per i processi industriali

Unitamente ad altri parametri, l'alcalinità viene monitorata durante i processi di raffreddamento per prevenire la graduale corrosione di tubazioni, condensatori ed essiccatori. Il monitoraggio dell'alcalinità e di altri parametri chiave durante il trattamento delle acque reflue industriali consente agli impianti di garantire la conformità alle regolamentazioni dell'industria chimica, evitare eventuali violazioni delle autorizzazioni, massimizzare l'efficienza, controllare i costi e operare ai massimi livelli in termini di salute e sicurezza.

Le torri di raffreddamento emettono vapore nell'atmosfera. L'alcalinità è essenziale per monitorare il trattamento delle acque industriali al fine di evitare danni causati dalla corrosione.

Come viene monitorata l'alcalinità?


Analizzatori di alcalinità della serie EZ di Hach

Titolazione

Da banco:

Titolazione automatica con AT1000

Online:

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Analizzatore multiparametrico SL1000 di Hach

Metodo colorimetrico

Test in cuvetta per capacità acida LCK362

SL1000


Strisce indicatrici dell'alcalinità totale di Hach

Strisce indicatrici/kit per test

Kit per test dell'alcalinità

Strisce indicatrici dell'alcalinità totale

Domande frequenti

Qual è la differenza tra durezza e alcalinità?

La durezza è la somma degli ioni metallici multivalenti presenti nella soluzione, mentre l'alcalinità misura la capacità della soluzione di neutralizzare gli acidi (somma degli ioni di idrossido, carbonato e bicarbonato). Nei sistemi idrici naturali, il carbonato di calcio è normalmente presente ed è responsabile delle diverse caratteristiche dell'acqua. Sia la durezza che l'alcalinità sono espresse come concentrazione di CaCO 3 per la comodità di poter rappresentare più sostanze chimiche con un unico numero e di calcolare la durezza dei carbonati e non carbonati in una soluzione.

Qual è l'alcalinità del campione se non diventa rosa quando si utilizza l'indicatore fenolftaleina?

Per la determinazione dell'alcalinità alla fenolftaleina mediante titolazione viene utilizzato un indicatore fenolftaleina che vira da rosa a incolore al punto finale. Se il campione non vira al rosa dopo l'aggiunta dell'indicatore, significa che non presenta alcalinità alla fenolftaleina. Ciò vale anche se il pH del campione è inferiore a 8,3.

Quali sono le interferenze più comuni nei metodi di titolazione dell'alcalinità?

Ecco alcuni esempi di interferenze comuni nei metodi di titolazione dell'alcalinità:

  • Cloro: livelli di cloro superiori a 3,5 mg/L possono determinare una colorazione giallo-marrone quando si aggiunge l'indicatore verde bromocresolo/rosso metile Powder Pillows. Per eliminare l'interferenza, pretrattare il campione aggiungendo 1 goccia di soluzione standard di tiosolfato di sodio, 0,1 N ogni 100 mL di campione, prima di aggiungere qualsiasi altro reagente.
  • Colore o torbidità: eventuali problemi di colore o torbidità possono rendere difficoltosa l'osservazione del viraggio di colore al punto finale. Non filtrare o diluire campioni che presentano problemi di colore o torbidità. Utilizzare un misuratore di pH e titolare i campioni ai punti finali specificati:

    Composizione del campione Alcalinità alla fenoftaleina Alcalinità totale
    Alcalinità circa 30 mg/L pH 8.3 pH 4.9
    Alcalinità circa 150 mg/L pH 8.3 pH 4.6
    Alcalinità circa 500 mg/L pH 8.3 pH 4.3
    Contiene silicati o fosfati pH 8.3 pH 4.5
    Rifiuti industriali o sistemi complessi pH 8.3 pH 4.5
    Analisi di routine o automatizzata pH 8.3 pH 4.5