Mae gwaith diogelu'r amgylchedd yn anwahanadwy oddi wrth gemeg; mae hafaliadau adwaith cemegol a chyfrifiadau dosau adweithyddion yn gyffredin mewn trin dŵr gwastraff. Mae'r canlynol yn gysyniad pH ac enghreifftiau cyfrifo.
I. Cysyniadau Sylfaenol pH
Mae pH yn raddfa ar gyfer mesur asidedd neu alcalinedd hydoddiant dyfrllyd. Fe'i diffinnir fel logarithm negyddol gweithgaredd ïon hydrogen:
pH=-log₁₀[H⁺]
Lle mae [H⁺] yn cynrychioli crynodiad molar ïonau hydrogen, mewn môl/L. Yr ystod pH fel arfer yw 0-14. Mae pH=7 yn niwtral, pH<7 is acidic, and pH>Mae 7 yn alcalïaidd.
Mewn dŵr pur, [H⁺]=10⁻⁷ mol/L, felly pH=7. Pan fydd pH=3, [H⁺]=10⁻³ môl/L; pan fydd pH=10, [H⁺]=10⁻¹⁰ mol/L, a [OH⁻]=10⁻⁴ mol/L.
II. Arwyddocâd Cemegol pH
Mae gwerth pH yn adlewyrchu cydbwysedd asid-sylfaen cyrff dŵr ac mae ganddo gysylltiad agos â'r prosesau cemegol canlynol:
1. Mathau o fater: Mae llawer o sylweddau cemegol (fel ïonau metel trwm a mater organig) yn arddangos gwahanol gyflyrau ïoneiddiad a hydoddedd ar wahanol lefelau pH.
2. Cyfradd adweithio: Mae cyfradd adweithiau catalytig asid yn aml yn uniongyrchol gysylltiedig â pH.
3. Cyrydedd: Gwerthoedd pH eithafol (<4 or >10) achosi cyrydiad difrifol i bibellau metel ac offer.
4. Gweithgaredd biolegol: Mae systemau ensymau microbaidd yn hynod sensitif i pH, gyda'r pH twf gorau posibl rhwng 6.5 a 8.5 fel arfer.
III. Swyddogaeth Arweiniol pH mewn Trin Dŵr Gwastraff
1. Addasiad Pretreatment
Cyn i ddŵr gwastraff fynd i mewn i'r system drin, mae angen addasu'r pH i ystod addas (6-9 yn gyffredinol) er mwyn osgoi effeithio ar unedau trin dilynol.
2. Sicrhau Triniaeth Biocemegol
Proses slwtsh wedi'i actifadu aerobig: Y pH gorau posibl yw 6.5-8.5
Treulio anaerobig: Y pH gorau posibl yw 6.8-7.4
Gall gwyriadau pH arwain at lai o weithgaredd microbaidd a hyd yn oed cwymp system.
3. Rheoli Dyodiad Cemegol
Wrth gael gwared â metelau trwm, mae angen addasu'r pH i werth penodol i achosi'r metelau i waddodi fel hydrocsidau. Er enghraifft, mae Cu²⁺ yn gwaddodi'n llwyr ar pH≈8.0.
IV. Cyfrifo Dos NaOH ar gyfer Niwtraleiddio Dŵr Gwastraff ar pH 3
Mae'r cyfrifiad niwtraliad yn seiliedig ar yr adwaith niwtraliad asid-bas: H⁺ + OH⁻ → H₂O
Amodau a roddir:
· Cyfaint dŵr gwastraff V=1 m³=1000 L
· pH cychwynnol=3 → [H⁺]=10⁻³ môl/L
· Targed pH=7 → [H⁺]=10⁻⁷ mol/L
· NaOH pwysau moleciwlaidd=40 g/mol
Camau Cyfrifo:
1. Swm Cychwynnol o H⁺:
n(H⁺)cychwynnol=10⁻³ mol/L × 1000 L=1 môl
2. Swm Targed o H⁺ (dibwys):
n(H⁺)targed=10⁻⁷ mol/L × 1000 L=0.0001 môl
3. Swm o H⁺ i'w niwtraleiddio:
Δn(H⁺)=1 - 0.0001 ≈ 1 môl
4. Swm y NaOH sydd ei angen (adwaith 1:1):
n(NaOH)=1 môl
5. Màs NaOH sy'n ofynnol:
m(NaOH)=1 môl × 40 g/mol=40 g
Casgliad: Er mwyn niwtraleiddio 1 metr ciwbig o ddŵr gwastraff â pH=3 i niwtral, mae angen ychwanegu 40 gram o sodiwm hydrocsid (solid).
V. Cyfrifo dos H₂SO₄ ar gyfer niwtraleiddio dŵr gwastraff ar pH=10
O ystyried amodau:
· Cyfaint dŵr gwastraff V=1 m³=1000 L
· pH cychwynnol=10 → pOH=4 → [OH⁻]=10⁻⁴ mol/L
· Targed pH=7 → [OH⁻]=10⁻⁷ mol/L
· H₂SO₄ pwysau moleciwlaidd=98 g/mol (mae H₂SO₄ yn darparu 2 ïon H⁺)
Camau cyfrifo:
1. Swm cychwynnol OH⁻:
n(OH⁻)llythrennol=10⁻⁴ mol/L × 1000 L=0.1 mol
2. Swm targed o OH⁻ (dibwys):
n(OH⁻)targed=10⁻⁷ mol/L × 1000 L=0.0001 môl
3. Swm o OH⁻ i'w niwtraleiddio:
Δn(OH⁻)=0.1 - 0.0001 ≈ 0.1 môl
4. Swm yr H⁺ sydd ei angen: n(H⁺)=0.1 mol
5. Swm yr H₂SO₄ sydd ei angen (mae pob môl o H₂SO₄ yn darparu 2 môl o H⁺):
n(H₂SO₄)=0.1 mol ÷ 2=0.05 môl
6. Màs H₂SO₄ sydd ei angen:
m(H₂SO₄)=0.05 môl × 98 g/mol=4.9 g
Casgliad: Mae niwtraleiddio 1 metr ciwbig o ddŵr gwastraff â pH=10 yn niwtral yn gofyn am ychwanegu 4.9 gram o asid sylffwrig pur.
Os ydych chi'n defnyddio 98% o asid sylffwrig crynodedig (dwysedd 1.84 g/mL), y cyfaint yw:
V=4.9 g ÷ 0.98 ÷ 1.84 g/mL ≈ 2.72 mL
VI. Ystyriaethau Peirianneg Ymarferol
1. System Byffer: Gall dŵr gwastraff gynnwys sylweddau byffro asid (fel carbonadau a ffosffadau). Mae angen pennu'r dos gwirioneddol trwy brofion titradiad.
2. Gweithrediad Diogel: Rhaid gweithredu mesurau amddiffynnol angenrheidiol wrth ychwanegu asid neu alcali i osgoi gor-grynhoad lleol sy'n arwain at lygredd eilaidd.
3. Effeithlonrwydd Economaidd: Ar gyfer -triniaeth ar raddfa fawr, mae angen cymharu cost gwahanol adweithyddion. Mae calch (Ca(OH)₂) yn gyffredinol yn fwy darbodus na NaOH.
4. Rheolaeth Awtomatig: mae gan addasiad pH nodweddion aflinol; argymhellir defnyddio system reoli PID i gyflawni dosio manwl gywir.
5. Mae rheoli pH yn agwedd sylfaenol ar drin dŵr gwastraff, sy'n effeithio'n uniongyrchol ar effeithiolrwydd triniaeth a chostau gweithredu, ac felly mae'n haeddu sylw digonol.