Alkalinität

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Was ist Alkalinität?

Die Alkalinität ist ein Maß für die Fähigkeit von Wasser, Säuren zu neutralisieren. Dies wird auch als Puffer- oder Säurebindungskapazität bezeichnet und beschreibt die Fähigkeit des Wassers, beim Hinzufügen von Säure einer Änderung des pH-Werts zu widerstehen.

Die Alkalinität in Wasser (mit einem pH-Wert von 7,0 oder höher) wird vor allem durch das Vorhandensein gelöster säureneutralisierender Substanzen (Alkalien) bestimmt. Als Referenz dient der Anteil von Kohlendioxid in Wasser. Die Alkalinität ist eine Funktion des pH-Werts.

Gesamt-Alkalinität

Bei der Gesamt-Alkalinität werden alle in einer Probe vorhandenen Alkali-Ionen (alle Carbonat-, Hydrogencarbonat- und Hydroxid-Ionen) in ppm gemessen. Damit ist die Gesamt-Alkalinität ein Maß für die Fähigkeit von Wasser, Veränderungen des pH-Werts zu widerstehen.

Abhängig von der Menge des vorhandenen Kohlendioxids wird die Gesamt-Alkalinität durch Titration bis zum pH-Wert 4,9, 4,6, 4,5 oder 4,3 bestimmt.

Carbonatalkalinität

Die Carbonatalkalinität (p-Alkalinität) wird durch Titration bis zum pH-Wert 8,3 bestimmt (der Endpunkt, bei dem der Indikator Phenolphthalein die Farbe ändert). Erfasst wird das Gesamt-Hydroxid sowie die Hälfte des vorhandenen Carbonats. Die Carbonatalkalinität ist ein Teil der Gesamt-Alkalinität.

In der Regel ist hartes Wasser alkalisch, während weiches Wasser saurer ist. Unter ungewöhnlichen Umständen sind jedoch Ausnahmen möglich.


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Wann ist ein Alkalinitätstest sinnvoll?

Die Alkalinität ist bei einer Vielzahl von Anwendungen ein wichtiger Faktor. Bei Trinkwasser und Getränken ebenso wie bei Kühl- und Kesselwasser, in der Abwasseraufbereitung, bei zahlreichen Herstellungsverfahren und in der chemischen Produktion.

  • Mit einer hohen Alkalinität kann eine Schwermetall-Toxizität gemildert werden, indem verfügbare Hydrogencarbonate und Carbonate zum Entfernen von Metallen aus Lösungen genutzt werden.
  • In natürlichen Umgebungen macht eine niedrige Alkalinität Bäche, Flüsse und Seen anfällig für saure Schadstoffe, die den pH-Wert des Wassers auf ein für Amphibien, Fische oder Zooplankton schädliches Niveau senken können.
  • Die Alkalinität dient zum Puffern bzw. Stabilisieren des pH-Werts, um die anaeroben Abbauprozessen in der Abwasseraufbereitung zu ermöglichen.
  • Bei der biologischen Abwasseraufbereitung nutzt der Nitrifikationsprozess, bei dem Ammoniak zu Nitrit und anschließend zu Nitrat umgewandelt wird, die Alkalinität. Eine gute biologische Aktivität ist nur bei Einhaltung einer Mindest-Alkalinität möglich.
  • Stark alkalisches Wasser hat nicht nur einen unangenehm „kohlensäureartigen“ Geschmack, sondern kann für den Menschen auch gesundheitsschädlich sein. In Industrieanlagen und Rohrleitungen kann Wasser mit einer hohen Alkalinität Verkrustungen und Mineralablagerungen verursachen.

Bei Hach® finden Sie die Messgeräte, Verfahren, Schulungen und Software, die Sie benötigen, um die Alkalinität in Ihrer spezifischen Prozessanwendung erfolgreich zu überwachen.

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Der AT1000 und der KF1000 sind automatische One-Touch Laboranalysatoren, die sowohl die potentiometrische Titration (AT1000 Serie) als auch die volumetrische Karl-Fischer-Titration (KF1000 Serie) abdecken.

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Für welche Prozesse ist eine Alkalinitätsüberwachung erforderlich?

Abwasseraufbereitung

In der Abwasseraufbereitung ist die Alkalinität ein wichtiger Parameter zur Bestimmung der Aktivität und Stabilität verschiedener biologischer Aufbereitungsverfahren.

Bei anaeroben Abbauprozessen ist die Alkalinität und ihr Verhältnis zur Konzentration flüchtiger Fettsäuren (FOS) die wichtigste Kennzahl, um die Stabilität dieses biologischen Prozesses zu verstehen. In einem optimal eingestellten Faulbehälter liegt der pH-Wert zwischen 6,5 und 7,5. Doch die Messung des pH-Wertes allein reicht nicht aus. Für einen nachhaltigen und sicheren Betrieb muss das Wasser über eine ausreichende Pufferkapazität verfügen, um Änderungen der Säurekonzentration widerstehen zu können. Ein zu saures Milieu im Faulbehälter wäre toxisch für die Bakterien, insbesondere für die methanbildenden Bakterien. Durch toxische Bedingungen bei einem niedrigen pH-Wert ausgelöste Störungen können aufgrund der sinkenden Gasproduktion, der notwendigen chemischen Zusätze zur Erhöhung der Alkalinität und der erheblichen Steigerung von Arbeitszeit und Personalaufwand äußerst kostspielig sein. Die erneute Impfung des Schlamms in einem gestörten Faulbehälter ist sehr zeitaufwendig und kann Wochen dauern.

Bei Systemen zur Entfernung von Ammonium-Stickstoff gibt die Alkalinität Aufschluss über die Stabilität der Nitrifikation. Bei Alkalinitätswerten unter 50 mg/L wird die biologische Umwandlung von Ammoniak/Ammonium zu Nitrit und anschließend Nitrat gehemmt. Ist die Alkalinität in einem biologischen System erschöpft, kann es zu einem raschen Absinken des pH-Werts kommen. Bei der Überwachung der biologischen Stickstoffelimination mit Belüftung ist der pH-Wert ein häufig genutzter, hilfreicher Indikator, der Aufschluss über die Stabilität der Nitrifikation im System gibt. Er ist jedoch immer nur mit einer Verzögerung, einem Zeitversatz, messbar. Für eine optimale Überwachung der Systemstabilität ist die Alkalinität ein guter prädiktiver Kennwert, mit dem sich Probleme aufdecken lassen, bevor es zu kritischen Situationen kommt.

Ein Belüftungsbecken einer Wasseraufbereitungsanlage aktiviert den Belebtschlammprozess. Wasser mit einer hohen Alkalinität durch gelöste Mineralien hat Einfluss auf die am Faulprozess beteiligten Bakterien.

Trinkwasseraufbereitung

Die Alkalinität dient als pH-Puffer bei der Flockung bzw. Koagulation sowie bei der Kalk-Soda-Enthärtung von Wasser. Während der gesamten Wasseraufbereitung und im Verteilungssystem wird die Alkalinität überwacht, um die Bereitstellung von sicherem Trinkwasser für alle Haushalte zu gewährleisten.

Die Kenntnis der Rohwasser-Alkalinität ist wichtig für die Auswahl der richtigen Flockungsmittel und die Optimierung des Koagulations- bzw. Flockungsprozesses. Sind alle kritischen Parameter bekannt, kann der Flockungsprozess optimiert werden, um den TOC zu entfernen und das Potential zur Bildung von DNP (Disinfection By-Products, Desinfektionsnebenprodukten) im Wasser während der Chlorung zu verringern.

Die Alkalinität von filtriertem Wasser wird häufig vor der Abgabe in das Verteilungssystem so eingestellt, dass es korrosivitätsfrei wird. Die Messung der Alkalinität des Leitungswassers im Rohrnetz ist wichtig, um eine ausreichende Korrosionskontrolle zu gewährleisten und eine Freisetzung von Kupfer und Blei zu vermeiden

In Wasseraufbereitungsanlagen wird die Alkalinität gemessen, da sie als pH-Puffer bei der Flockung wirkt.

Getränkeindustrie

Neben der Überwachung der Alkalinität im Speisewasser für Kessel und Kühltürme ist dieser Parameter für die Beurteilung des zur Produktion verwendeten Wassers von entscheidender Bedeutung. Eine falsche oder schwankende Alkalinität kann den Geschmack und die Gesamtqualität von Bier, Säften und anderen Getränken beeinträchtigen.

Eine Produktionslinie von Glasflaschen in einer Getränkefabrik erinnert an den Einfluss von Alkalinität auf den Geschmack und die Qualität der fertigen Produkte.

Herstellung von Chemikalien für industrielle Prozesse

Neben anderen Parametern wird während der Kühlprozesse die Alkalinität überwacht, um Korrosion an Rohrleitungen, Kondensatoren und Trocknern zu verhindern. Die Überwachung der Alkalinität und anderer wichtiger Parameter bei der industriellen Abwasseraufbereitung trägt dazu bei, die Einhaltung geltender Vorschriften für die chemische Industrie sicherzustellen, Verstöße zu vermeiden, die Effizienz zu maximieren, die Kosten im Griff zu behalten und auf höchstmöglichem Gesundheits- und Sicherheitsniveau zu arbeiten.

Kühltürme geben Dampf in die Umwelt ab. Die Überwachung der Alkalinität ist bei der industriellen Wasseraufbereitung unerlässlich, um schädliche Korrosion zu verhindern.

Wie wird die Alkalinität überwacht?


Alkalinität-Analysatoren der Hach EZ-Serie

Titration

Labormessgerät:

Digitale Titration mit dem AT1000

Online:

Alkalinität-Analysatoren der EZ-Serie


Hach SL1000 Multiparameter-Analysator

Photometrische Methode

LCK362

SL1000


Hach Teststreifen für Gesamt-Alkalinität

Teststreifen/Testkits

Test-Kit für Alkalinität

Teststreifen für Gesamt-Alkalinität

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Wasserhärte und Alkalinität?

Die Härte gibt die Summe der gelösten Ionen der Erdalkalimetalle in einer Lösung an. Die Alkalinität hingegen ist ein Maß für die Fähigkeit einer Lösung, Säuren zu neutralisieren (Summe aller Hydroxid-, Carbonat- und Hydrogencarbonat-Ionen). Natürliche Wassersysteme enthalten in der Regel Calciumcarbonat, das für verschiedene Eigenschaften des Wassers verantwortlich ist. Sowohl Härte als auch Alkalinität werden als Konzentration CaCO 3 ausgedrückt.

Wie hoch ist die Alkalinität einer Probe, wenn der Phenolphthalein-Indikator keine Rosafärbung der Probe bewirkt?

Bei der Bestimmung der Carbonatalkalinität mittels Titration kommt ein Phenolphthalein-Indikator zum Einsatz, der am Endpunkt von rosa zu farblos umschlägt. Färbt sich die Probe nach dem Hinzufügen des Indikators nicht rosa, besitzt die Probe keine Carbonatalkalinität. Dies ist dann der Fall, wenn der pH-Wert der Probe unter 8,3 liegt.

Welche möglichen Interferenzen sind bei der Bestimmung der Gesamt-Alkalinität, nach der photometrischen Methode, mit Küvettentest LCK362 zu beachten?

Proben mit einer Säurekapazität von über 8 mmol/L müssen mit entionisiertem Wasser, das frei von Kohlendioxid (CO 2) ist, verdünnt werden. CO 2 lässt sich durch Kochen aus entionisiertem Wasser entfernen. Das Nichtvorhandensein von CO 2 im zur Verdünnung verwendeten Wasser kann durch eine Blindmessung überprüft werden. Proben mit einer hohen Pufferkapazität werden mit entionisiertem Wasser verdünnt CO 2 im entionisierten Wasser führt bei der Verdünnung von Proben oder Standards für diesen photometrischen Test zu Interferenzen. CO 2-freies Wasser ist bei der Titration weniger kritisch als bei photometrischen Verfahren.

Welche typischen Interferenzen können bei den Alkalitätstitrationsverfahren auftreten?

Typische Interferenzen bei Alkalitätstitrationsverfahren:

  • Chlor – Chlor in Konzentrationen über 3,5 mg/L kann beim Hinzufügen des Bromkresolgrün-Methylrot-Pulverkissens eine gelb-braune Färbung bewirken. Diese Interferenz lässt sich durch Vorbehandlung der Probe mit 1 Tropfen Natriumthiosulfat-Standardlösung, 0,1 N pro 100 mL Probe, vor dem Zugeben anderer Reagenzien verhindern.
  • Färbung oder Trübung – Je nach Färbung oder Trübung kann das Erkennen der Farbänderung am Endpunkt erschwert sein. Filtrieren oder verdünnen Sie farbige oder getrübte Proben nicht. Verwenden Sie ein pH-Messgerät, und titrieren Sie die Proben bis zu den angegebenen Endpunkten:

    Probenzusammensetzung Carbonatalkalinität Gesamt-Alkalinität
    Alkalinität ca. 30 mg/L pH 8,3 pH 4,9
    Alkalinität ca. 150 mg/L pH 8,3 pH 4,6
    Alkalinität ca. 500 mg/L pH 8,3 pH 4,3
    Enthält Silikate oder Phosphate pH 8,3 pH 4,5
    Industrieabfälle oder komplexe Systeme pH 8,3 pH 4,5
    Routineanalysen oder automatisierte Analysen pH 8,3 pH 4,5