การเปลี่ยนแปลงของ pH อาจทำให้ต้องปรับปริมาณสารเคมีบำบัดน้ำ เนื่องจากส่งผลต่อรูปแบบทางเคมีที่มีอยู่ พฤติกรรมของสารปนเปื้อน และความรวดเร็วของปฏิกิริยาในการบำบัด ตัวอย่างเช่น สารตกตะกอนในปริมาณเท่ากันอาจทำให้เกิดฟล็อกที่หนาแน่นที่ pH หนึ่ง แต่เกิดฟล็อกที่ไม่แข็งแรงที่อีกค่า pH หนึ่ง คลอรีนอาจมีค่าคลอรีนอิสระคงเหลือที่วัดได้เท่ากัน แต่ให้ประสิทธิภาพการฆ่าเชื้อแตกต่างกัน

pH เพียงอย่างเดียวไม่สามารถกำหนดปริมาณสารเคมีที่เหมาะสมได้ ความเป็นด่าง อุณหภูมิ ความเข้มข้นของสารปนเปื้อน การผสม และเวลาสัมผัสก็ส่งผลต่อผลลัพธ์เช่นกัน ดังนั้น การปรับค่าที่เหมาะสมจึงต้องเชื่อมโยงค่า pH ที่วัดได้ ณ จุดเกิดปฏิกิริยาเข้ากับเป้าหมายการบำบัดและคุณภาพน้ำที่ออกจากกระบวนการ

pH ส่งผลต่อเคมีของสารที่เติม

สารเคมีบำบัดหลายชนิดทำปฏิกิริยากับน้ำก่อนออกฤทธิ์ต่อสารปนเปื้อน เมื่อ pH เปลี่ยนไป สารตกตะกอนอะลูมิเนียมและเหล็กจะก่อตัวเป็นสารชนิดต่าง ๆ ทั้งในรูปละลายและของแข็ง สารเหล่านี้มีประจุและความสามารถในการละลายแตกต่างกัน จึงส่งผลต่อความสามารถในการทำให้อนุภาคไม่เสถียรและก่อตัวเป็นฟล็อกที่ตกตะกอนได้ ปริมาณสารตกตะกอนที่กำหนดไว้สำหรับ pH หนึ่งจึงไม่สามารถนำไปใช้กับค่า pH อื่นได้โดยอัตโนมัติ

pH ยังส่งผลต่อประจุที่ผิวและความสามารถในการละลายของสารที่มีอยู่ในน้ำอยู่แล้ว อนุภาคแขวนลอย สารอินทรีย์ที่ละลายอยู่ และโลหะที่ละลายอยู่ไม่ได้ตอบสนองในแบบเดียวกันทั้งหมด กระบวนการบำบัดบางประเภทต้องทำให้อนุภาครวมตัวกัน ขณะที่บางประเภทต้องทำให้สารปนเปื้อนที่ละลายอยู่ก่อตัวเป็นของแข็งเพื่อแยกออก ค่า pH ที่เหมาะที่สุดสำหรับเป้าหมายหนึ่งจึงอาจไม่เหมาะกับอีกเป้าหมายหนึ่ง

สำหรับการเติมกรดและด่าง ความสัมพันธ์นี้อาจตีความผิดได้ง่ายเป็นพิเศษ pH ใช้อธิบายกิจกรรมของไฮโดรเจนไอออน ไม่ใช่ปริมาณกรดหรือเบสทั้งหมดที่ต้องใช้เพื่อให้ได้ค่าเป้าหมาย น้ำสองตัวอย่างที่มี pH เริ่มต้นเท่ากันอาจต้องใช้สารในปริมาณต่างกันมาก หากมีความสามารถในการบัฟเฟอร์ต่างกัน

การจับตัวเป็นก้อน: pH ของปฏิกิริยาอาจเปลี่ยนระหว่างการเติมสาร

เมื่อเกลืออะลูมิเนียมหรือเฟอร์ริกไฮโดรไลซ์ จะใช้ความเป็นด่างและอาจทำให้ pH ลดลง ในน้ำที่มีความสามารถในการบัฟเฟอร์ต่ำ การเติมสารตกตะกอนเพิ่มอาจทำให้ pH ของปฏิกิริยาออกนอกช่วงที่มีประสิทธิภาพสำหรับผลิตภัณฑ์ที่เลือก ผลลัพธ์อาจดูคล้ายกับการเติมสารไม่เพียงพอ เช่น ฟล็อกขนาดเล็ก การตกตะกอนไม่ดี หรือความขุ่นของน้ำที่กรองแล้วเพิ่มขึ้น การเติมสารตกตะกอนเพิ่มอีกอาจทำให้ pH เปลี่ยนไปมากกว่าเดิม แทนที่จะแก้ปัญหา

สถานการณ์ตรงกันข้ามก็เกิดขึ้นได้เช่นกัน เมื่อ pH สูงขึ้น สารตกตะกอนโลหะอาจคงอยู่ในรูปที่ละลายได้มากขึ้นหรือกลับไปอยู่ในรูปดังกล่าว ส่งผลให้การก่อตัวของฟล็อกไฮดรอกไซด์ของแข็งที่จำเป็นต่อการดักจับลดลง ช่วงที่ใช้งานได้ขึ้นอยู่กับสูตรของสารตกตะกอน องค์ประกอบของน้ำ และเป้าหมายการกำจัด จึงไม่ควรกำหนดค่าเป้าหมายเดียวที่ใช้ได้กับทุกกรณี

วัดทั้ง pH ของน้ำขาเข้าและ pH หลังเติมสารตกตะกอนและผสมอย่างรวดเร็ว วัดความเป็นด่างโดยใช้เกณฑ์การรายงานเดียวกันอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งโดยทั่วไปจะแสดงเป็นแคลเซียมคาร์บอเนต หาก pH หลังเติมสารลดลงพร้อมกับความเป็นด่างคงเหลืออยู่ในระดับต่ำ แสดงว่าควรให้ความสำคัญกับการควบคุม pH ก่อนเพิ่มปริมาณสารตกตะกอน

ใช้การทดสอบจาร์เพื่อแยกผลของ pH ออกจากผลของปริมาณสาร

การทดสอบจาร์ที่มีประโยชน์ควรปรับ pH และปริมาณสารตกตะกอนอย่างเป็นระบบและมีการบันทึก แทนที่จะเปลี่ยนทั้งสองอย่างโดยไม่มีข้อมูลบันทึก ทดสอบ pH หลายระดับควบคู่กับปริมาณสารมากกว่าหนึ่งระดับ โดยใช้น้ำดิบที่เป็นตัวแทนและลำดับการเติมสารเคมีตามที่โรงงานตั้งใจใช้ หากทำได้ ให้รวมตัวอย่างที่ไม่ผ่านการบำบัดไว้ด้วย

จำลองการผสมอย่างรวดเร็ว การสร้างฟล็อก และการตกตะกอนให้ใกล้เคียงกับอุปกรณ์จริงมากที่สุด บันทึก pH หลังเติมสารเคมีและหลังการตกตะกอนด้วย เนื่องจากการปรับค่าในช่วงแรกอาจไม่คงอยู่ เปรียบเทียบความขุ่นหลังการตกตะกอนหรือการกรอง ขนาดของฟล็อก และลักษณะการตกตะกอน ในกรณีที่เกี่ยวข้อง ให้ตรวจวัดอะลูมิเนียมหรือเหล็กตกค้างและการกำจัดสารอินทรีย์ด้วย ฟล็อกที่ดูดีด้วยตาไม่ได้เป็นหลักฐานที่เพียงพอ หากคุณภาพน้ำที่ผ่านการบำบัดหรือปริมาณโลหะตกค้างไม่เป็นที่ยอมรับ

หากจำเป็นต้องปรับ pH ให้ทดสอบจุดเติมกรดหรือด่างด้วย การเติมสารปรับสภาพที่มีความเข้มข้นสูงลงในกระแสสารตกตะกอนโดยตรงอาจทำให้เกิดสภาวะสุดขั้วเฉพาะจุด ซึ่งไม่ปรากฏให้เห็นจากค่า pH รวมหลังการผสม การผสมและการเจือจางส่งผลต่อผลลัพธ์ไม่ต่างจากค่าเป้าหมายเชิงตัวเลข

การฆ่าเชื้อ: ค่าคงเหลือไม่ใช่ผลลัพธ์ทั้งหมด

คลอรีนอิสระในน้ำส่วนใหญ่อยู่ในรูปกรดไฮโปคลอรัสและไฮโปคลอไรต์ไอออน เมื่อ pH สูงขึ้น สัดส่วนที่อยู่ในรูปไฮโปคลอไรต์จะเพิ่มขึ้น และเมื่อ pH ลดลง สัดส่วนกรดไฮโปคลอรัสจะเพิ่มขึ้น โดยทั่วไปกรดไฮโปคลอรัสมีประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อมากกว่า ดังนั้น การมีคลอรีนอิสระคงเหลือและเวลาสัมผัสเท่ากันไม่ได้หมายความว่าจะทำให้การยับยั้งเชื้อมีประสิทธิภาพเท่ากันที่ค่า pH ต่างกัน

ไม่ได้หมายความว่าควรเพิ่มคลอรีนทุกครั้งที่ pH สูงขึ้นโดยอัตโนมัติ ก่อนอื่นต้องแยกค่าคลอรีนฆ่าเชื้อที่เหลืออยู่ ออกจากปริมาณคลอรีนที่เติมในตอนแรก ความต้องการคลอรีนจากแอมโมเนีย สารอินทรีย์ และสารอื่นที่ทำปฏิกิริยาได้ จะใช้คลอรีนบางส่วนจากปริมาณที่เติม และคลอรีนคงเหลือต้องมีอยู่ตลอดเวลาสัมผัสที่กำหนด อุณหภูมิ ชนิดของเชื้อเป้าหมาย และข้อกำหนดการบำบัดที่เกี่ยวข้องก็มีความสำคัญเช่นกัน

สำหรับกระบวนการที่กำหนดไว้แล้ว ให้เปรียบเทียบ pH ที่ถังสัมผัสสารฆ่าเชื้อ คลอรีนอิสระและคลอรีนรวมในกรณีที่เกี่ยวข้อง เวลาสัมผัส และอุณหภูมิ หาก pH เปลี่ยนพร้อมกับค่าคลอรีนคงเหลือ ให้ตรวจสอบว่าการป้อนสารเคมี น้ำต้นทาง หรือความต้องการคลอรีนเปลี่ยนไปด้วยหรือไม่ ปฏิบัติตามเกณฑ์การฆ่าเชื้อที่ผ่านการตรวจสอบความถูกต้องเฉพาะสำหรับสถานที่นั้น การอ่านค่าคลอรีนคงเหลือเพียงอย่างเดียวไม่ได้ยืนยันว่าได้บำบัดตามข้อกำหนดแล้ว

วิธีการวัดก็มีความสำคัญเช่นกัน ตัวอย่างที่เก็บก่อนผสมจนทั่ว หรือวิเคราะห์หลังจากปล่อยทิ้งไว้อย่างไม่มีการควบคุม อาจทำให้เปรียบเทียบได้คลาดเคลื่อน ใช้วิธีทดสอบและขั้นตอนการจัดการตัวอย่างที่ได้รับอนุมัติอย่างสม่ำเสมอเมื่อตรวจประเมินการเปลี่ยนแปลงปริมาณสาร

การตกตะกอนและการปรับ pH มีกราฟความสัมพันธ์กับปริมาณสารต่างกัน

การกำจัดโลหะแสดงให้เห็นว่า pH สุดท้ายที่ต้องการและปริมาณด่างที่ต้องใช้เป็นคนละประเด็นกัน การเพิ่ม pH อาจลดความสามารถในการละลายของโลหะบางชนิดที่ละลายอยู่ โดยส่งเสริมให้เกิดการตกตะกอนเป็นไฮดรอกไซด์ จากนั้นของแข็งที่เกิดขึ้นต้องรวมตัวเป็นอนุภาคที่มีขนาดใหญ่พอสำหรับการทำให้ใสหรือการกรอง หาก pH ต่ำเกินไป โลหะที่ละลายอยู่อาจผ่านกระบวนการไปได้ แต่หาก pH สูงเกินไป โลหะแอมโฟเทอริกบางชนิดอาจกลับมาละลายได้มากขึ้น

สารที่ทำให้เกิดสารเชิงซ้อนและองค์ประกอบอื่นที่ละลายอยู่สามารถทำให้โลหะคงอยู่ในสารละลายได้ แม้ pH รวมจะดูเหมาะสมก็ตาม การเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นโลหะที่เห็นได้หลังการบำบัดอาจเกิดจากของแข็งแขวนลอยผ่านตัวกรอง หรือจากความแตกต่างระหว่างตัวอย่างโลหะที่ละลายอยู่กับโลหะทั้งหมด ให้เปรียบเทียบผลที่วัดด้วยวิธีเดียวกัน และยืนยันวิธีเก็บตัวอย่างและการกรองก่อนสรุปว่าเป็นความล้มเหลวของการตกตะกอน

ความต้องการด่างขึ้นอยู่กับกรดและบัฟเฟอร์ที่มีอยู่ รวมถึงค่าเป้าหมายที่ต้องการ สร้างกราฟการไทเทรตหรือกราฟปริมาณสารในระดับห้องปฏิบัติการโดยใช้ตัวอย่างที่เป็นตัวแทน เติมสารทีละปริมาณที่วัดไว้ ผสมให้ทั่ว และบันทึกค่า pH ที่คงที่ กราฟจะแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มสารเพียงเล็กน้อยทำให้ pH เปลี่ยนแปลงมากหรือไม่เมื่อใกล้ถึงค่าเป้าหมาย และยังเผยให้เห็นกรณีที่ต้องใช้สารรีเอเจนต์ปริมาณมากก่อนที่ pH จะเริ่มสูงขึ้น

น้ำเสียที่มีความเข้มข้นสูงอาจมีองค์ประกอบไม่สม่ำเสมอ ดังนั้นกราฟจากตัวอย่างหนึ่งจึงเป็นเพียงจุดเริ่มต้น ไม่ใช่สูตรการป้อนสารที่ใช้ได้ถาวร ระบบควบคุมอัตโนมัติต้องอาศัยจุดวัดที่เป็นตัวแทน การผสมที่เพียงพอ และเวลาพำนักที่นานพอให้เห็นผลจากการเติมสารครั้งก่อน การตอบสนองของตัวควบคุมที่มากเกินไป หรือการวางหัววัดใกล้จุดฉีดเกินไป อาจทำให้มีการสลับเติมกรดและด่างโดยที่ pH ในถังไม่คงที่

แหล่งที่มาของการเปลี่ยนแปลง pH มีความสำคัญ

การเปลี่ยนแปลง pH อาจเกิดจากน้ำขาเข้า ขั้นตอนบำบัดก่อนหน้า หรือการป้อนสารเคมีเอง การแลกเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ การเปลี่ยนแปลงความเป็นด่าง การผสมน้ำ กิจกรรมทางชีวภาพ และการระบายของเสียจากอุตสาหกรรม ล้วนเปลี่ยนความสัมพันธ์ระหว่างค่า pH ที่วัดได้กับความต้องการในการบำบัดได้ การเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากความเป็นด่างลดลงต้องรับมือแตกต่างจากกรณีปั๊มป้อนสารขัดข้อง

พิจารณาตัวอย่างน้ำสองตัวอย่างที่มี pH เท่ากันแต่มีความเป็นด่างต่างกัน ทั้งสองเริ่มต้นด้วยค่าที่อ่านได้เท่ากัน แต่ตัวอย่างที่มีความเป็นด่างต่ำกว่าอาจมี pH ลดลงมากกว่า หลังได้รับสารตกตะกอนในปริมาณเท่ากัน ในทางกลับกัน ตัวอย่างที่มีความเป็นด่างสูงกว่าอาจต้องใช้กรดมากกว่าเพื่อให้ได้ pH สำหรับการจับตัวเป็นก้อนเท่ากัน ไม่สามารถคาดการณ์ผลลัพธ์อย่างน่าเชื่อถือจาก pH เพียงอย่างเดียว

อุณหภูมิทำให้เกิดความแตกต่างอีกประการหนึ่ง โดยส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา การก่อตัวของฟล็อก และการวัด pH น้ำเย็นอาจทำให้ฟล็อกเติบโตช้าลง แม้ pH ที่วัดได้ยังอยู่ในช่วงที่กำหนดไว้ การเพิ่มสารตกตะกอนโดยไม่ตรวจสอบการผสมและเวลาตกตะกอนจึงอาจบดบังข้อจำกัดที่แท้จริง

แยกสารรีเอเจนต์สำหรับบำบัดออกจากสารปนเปื้อน

สารเคมีที่พบในกระแสน้ำจากอุตสาหกรรมไม่ได้เป็นสารเติมแต่งสำหรับการบำบัดทุกชนิด Tetrachloroethylene CAS#127-18-4 เป็นตัวทำละลายอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับการใช้งาน เช่น การซักแห้งและการขจัดคราบไขมันบนโลหะ หากพบสารนี้ในน้ำเสีย ต้องจำแนกและจัดการในฐานะสารปนเปื้อน ไม่ใช่สารรีเอเจนต์สำหรับเติมเพื่อปรับ pH หรือทำให้เกิดการจับตัวเป็นก้อน

การเปลี่ยนแปลง pH เพียงอย่างเดียวไม่ใช่ตัวบ่งชี้ที่เชื่อถือได้ว่าสามารถกำจัดตัวทำละลายได้ การเก็บตัวอย่าง การวิเคราะห์ และการเลือกกระบวนการกำจัดต้องคำนึงถึงคุณสมบัติของสารปนเปื้อนและสภาวะของสถานที่ สารประกอบที่ระเหยง่ายยังต้องได้รับการจัดการอย่างเหมาะสมระหว่างการเก็บตัวอย่างและการบำบัด

เปลี่ยนการเบี่ยงเบนของ pH ให้เป็นการปรับปริมาณสารที่มีหลักฐานรองรับ

เริ่มจากตรวจสอบผลลัพธ์ของกระบวนการที่เปลี่ยนไป เช่น ความขุ่นของน้ำหลังตกตะกอน คุณภาพน้ำหลังกรอง คลอรีนฆ่าเชื้อคงเหลือ หรือความเข้มข้นของโลหะที่ละลายอยู่ ยืนยันว่าค่า pH ที่วัดได้เป็นตัวแทนของจุดที่เกิดปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้อง หัววัดที่สอบเทียบแล้วในกระแสน้ำที่ผสมทั่วถึงมีประโยชน์กว่าการอ่านค่าที่อยู่ติดกับท่อฉีดสาร

ตรวจสอบอัตราการป้อนสารเคมีเทียบกับอัตราการไหลของน้ำจริงและความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ การตั้งค่าปั๊มให้คงที่ไม่ได้รับประกันว่าปริมาณสารจะคงที่ เมื่ออัตราการไหลเปลี่ยน ท่อส่งสารอุดตัน หรือเตรียมสารละลายที่ความเข้มข้นต่างออกไป ตรวจสอบหน่วยที่ใช้ในบันทึก ปริมาณสารที่แสดงเป็นผลิตภัณฑ์ใช้แทนปริมาณสารที่แสดงเป็นส่วนออกฤทธิ์ไม่ได้

เมื่อมั่นใจว่าระบบวัดและระบบป้อนสารทำงานถูกต้อง ให้ทดลองปรับทีละน้อยอย่างควบคุม หรือทดสอบในระดับห้องปฏิบัติการ เพื่อระบุทิศทางของผลตอบสนอง รอให้น้ำไหลผ่านกระบวนการนานพอก่อนประเมินผลที่ปลายทาง บันทึกสภาวะเริ่มต้น การปรับค่า pH ของปฏิกิริยา และผลลัพธ์ เพื่อให้สามารถเปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงในภายหลังด้วยเกณฑ์เดียวกัน

หากกระบวนการใกล้ถึงขีดจำกัดด้านการระบายทิ้ง น้ำดื่ม หรืออุปกรณ์ ให้ปฏิบัติตามขั้นตอนการเดินระบบของสถานที่ แทนการปรับแก้โดยไม่มีข้อจำกัด ยืนยันว่าการปรับ pH ไม่ได้สร้างปัญหาปลายน้ำ เช่น ประสิทธิภาพของสารฆ่าเชื้อลดลง โลหะตกค้างมากเกินไป หรือ pH สุดท้ายไม่คงที่