اندازه گیری سختی آب

سختي بطور عمده بر اساس دو فلز كلسيم و منيزيم سنجيده مي شود. بطور كلي عوامل سختي كاتيون ها مي باشند مانند آلومينيوم ، آهن ، منگنز و روي در سختي آب شركت مي كنند ولي كلسيم و منيزيم به مقدار زياد وجود دارد و كاتيون هاي ديگر يا وجود ندارند يا به مقدار خيلي كم هستند.

سختي به صورت (ppm mg/lit) كربنات كلسيم اندازه گيري مي شود. البته واحدهاي ديگري نيز وجود دارد:

1- واحد فرانسوي: F = 10 mg/lit CaCO3

2- واحد آلماني: A = 10 mg/lit CaO

3- واحد انگليسي: E = 1 grain / 1 gallon CaCO3

1 grain= 0.065 gr و 1gallon= 4.546 lit انواع سختي:

1- سختي كلسيم CaH Calcium Hardness

2- سختي منيزيم MgH Magnesium Hardness

3- سختي كل TH Total Hardness

4- سختي دائم Permanent Hardness

5- سختي موقت Temporary Hardness

سختي كل (TH) مجمع مقدار كلسيم (²⁺Ca) و منيزيم (²⁺Mg) مي باشد.

سختي دائم يا سختي غيركربناتي (Noncarbonated Hardness) شامل سختي بدون نمك هاي بي كربناتي (مانند كلرور ، سولفات و غيره) مي باشد.

سختي موقت يا سختي كربناتي (carbonated Hardness) شامل بي كربنات كلسيم و منيزيم است و از تفاوت سختي كل (TH) و سختي دائم بدست مي آيد. سختي كل با حرارت دادن از بين نمي رود ولي سختي موقت همانطور كه از نام آن پيدا است با حرارت دادن از بين ميرود . سختي موقت (سختي كربناتي ) كه بي كربنات كلسيم و منيزيم است با حرارت يا ازدياد pH مي توان آن راكاهش داد حرارت Ca²⁺ + 2 HCO3^- → CaCO3 + H2CO3 حرارت Mg²⁺ + 2 HCO3^- → MgCO3 + H2CO3 PH ازدیاد HCO3^- + OH^- → H2O + CO3^2- اساس روش اندازه گيري سختي كل (TH): نمكهاي كلسيم و منيزيم در PH=10 با EDTA ايجاد كمپلكس Mg⁺² و Ca⁺² مي كند . كاتيونهاي كلسيم و منيزيم در PH=10 با معرف اريو كرم بلك ايجاد رنگ قرمز مي كند. با تيتراسيون EDTA و تغيير رنگ از قرمز به آبي مي توان سختي كل را تعيين كرد . در صورتي كه نرماليته EDTA مصرفي 0.02 نرمال باشد: TH(as CaCO3) = (V(m) EDTA × 1000)/V Sample تنظيم pH در pH=10 به اين علت است كه كمپلكس Mg⁺² و Ca⁺² با EDTA در اين PH پايدارتر است. EDTA يا اتيلن دي آمين تترا استيك اسيد داراي فرمول زير است. EDTA بصورت H4Y و ^-H3Y و H2Y^-2 و HY^-3 وY^-4 است. كه در pH=10 بصورت HY^-3 حدود 67 درصد و Y^-4 حدود 33 درصد می باشد. نقطه پايان تيتراسيون با EDTA: در سختي كل بعد از اضافه كردن بافر pH=10 و در سختي كلسيم پس از تنظيم pH در13-12 معرف را اضافه مي كنند . معرف با كلسيم و منيزيم ايجاد كمپلكس مي كند Ca²⁺ + Ind → CaInd Mg²⁺ + Ind → MgInd با افزايش EDTA كمپلكس با فلز بوجود مي آيد. Ca²⁺ + Y^4- → CaY^2- Mg²⁺ + Y^4- → MgY^2- زماني كه كلسيم و منيزيم به طور كامل با EDTA كمپلكس تشكيل دادند EDTA سراغ كمپلكس CaInd وMgInd مي رود و آن را مي شكند و ما تغيير رنگ را مي بينيم. CaInd + Y^4- → CaY^2- + Ind^- CaInd+ Y^4- → CaY^2- + Ind^- در ايروكرم بلك تي زمانی كه ايجاد كمپلكس با Ca⁺² و Mg⁺²كرد ايجاد رنگ قرمز مي كند و زماني كه تيتراسيون به نقطه پاياني رسيد به رنگ آبي در مي آيد. MIn^- + HY^3- → MY^2- + HIn^2- معايب روش اندازه گيري سختي آب:

1- مزاحمت يون هاي فلزي:

اكثر يون هاي فلزي در اين آزمايش مزاحم هستند زيرا با EDTA تيتر مي شوند و همچنين مي توانند نقطه ختم عمل را بپوشانند. يون هاي فلزي مزاحم را مي توان با اجسام Inhibitor قبل از تيتر كردن با EDTA رسوب يا به صورت يون هاي كمپلكس در آورد. براي رفع مزاحمت آهن مي توان از سيانور پتاسيم (KCN) استفاده كرد. سيانور پتاسيم با آهن ايجاد كمپلكس مي كند كه از كمپلكس با EDTA پايدارتر است. سيانور پتاسيم خيلي سمي است بنابراين از محلول آن نبايد استفاده كرد بلكه بايد از پودر آن براي رفع مزاحمت آهن استفاده شود. براي رفع مزاحمت سرب و روي از سولفيد سديم (Na₂S) استفاده مي شود كه به صورت Na₂S.5H₂O يا Na₂S.9H₂O استفاده مي شود. سولفيد با روي و سرب ايجاد رسوب مي كند: Pb²⁺ + S^2- → PbS(S) Zn²⁺ + S^2- → ZnS(S) 2- مزاحمت مواد آلي:

مواد آلي ايجاد رنگ نموده و رنگ معرف را مي پوشانند و براي حذف اين مواد نمونه را در 550 درجه سانتيگراد كلسينه ميكنيم. عمل كلسينه كردن بايد بدون افزودن اسيد سولفوريك باشد و فقط بايد پيروليز حرارتي انجام گيرد. براي اينكار 100 سي سي نمونه را حرارت داده تا خشك شود سپس در كوره الكتريكي در درجه حرارت 550 درجه سانتيگراد حرارت داده تا مواد آلي از بين بروند. سپس حدود 20 سي سي اسيد كلريدريك 1 نرمال افزوده و با سود 1 نرمال خنثي مي كنيم تا PH به 7 برسد. سپس حجم نمونه را با آب مقطر به 50 سي سي رسانده و بعد از سرد كردن طبق دستورالعمل ، سختي را اندازه گيري مي كنيم. 3- مزاحمت مواد اكسيد كننده:

اكسيد كننده ها رنگ معرف را از بين مي برند. براي رفع اين مزاحمت از احيا كننده هيدروكسيد آمين هيدروكلريد (NH2OH.HCl) استفاده مي كنند. اين ماده رنگ معرف را حذف مي كند ولي روي معرف تاثيري ندارد. 4.5 گرم هيدروكسيد آمين هيدروكلريد را در 100 سي سي اتانول يا ايزوپروپيل الكل حل مي كنند . يك سي سي از اين محلول براي رفع مزاحمت مواد اكسيد كننده و يا رنگ بري مواد آلي كافي است. منابع:

كتاب شيمي آب تاليف دكتر دانشور دستورالعمل آزمايشات آب تاليف خانم مهندس رياحي كتاب تصفيه آبهاي صنعتي تاليف مهندس مرتضي حسينيان كتاب آب شناسي تاليف دكتر غفوري و مرتضوي كتاب مباني شيمي تجزيه تاليف اسگوگ , وست