Взаимосвязь между щелочностью и pH в системах деминерализованной воды совершенно иная, чем в обычных водоемах. Системы деминерализованной воды (ионный обмен, обратный осмос + смешанный слой/EDI) направлены на удаление почти всех ионов из воды, и щелочность, как и анионы (бикарбонат, карбонат и т. д.), естественно, также направлена на удаление.
1. Щелочность физически отделяется, но кислые газы остаются.
В катионообменнике (катионный слой) исходная бикарбонатная щелочность воды реагирует с H⁺ на смоле, превращаясь в углекислый газ (CO₂). В этот момент:
Щелочность падает почти до нуля (бикарбонат удерживается смолой, H⁺ выводится), а pH падает примерно до 4,3-5,5.
Сточные воды на этом этапе представляют собой кислую воду, содержащую CO₂, но ее кислотность обусловлена растворенными газами, а не сильными кислотными анионами. Башня декарбонизации (сепаратор углерода) предназначена именно для удаления этого CO₂. 1.. Удаление CO₂ приводит к быстрому повышению pH выше 6, но щелочность остается нулевой. Это указывает на то, что в системе деминерализованной воды без щелочности значение pH полностью контролируется CO₂.
2. На pH идеально чистой воды влияет атмосфера.
После прохождения через смешанный слой или систему EDI проводимость воды крайне низкая (< 0.1µS/cm), theoretically resulting in a pH of 7.00. However, if you measure the pH in an open beaker, you will often find it fluctuating between 5.6 and 6.8, inexplicably becoming acidic.
Это связано не с некачественной водой, а именно с тем, что ее щелочность равна нулю. Без буфера щелочности чистая вода мгновенно поглощает следовые количества CO₂ из воздуха, образуя угольную кислоту, вызывая резкое падение pH. В практической технике применяют герметизацию азотом и другие меры.
Для этого колебания pH требуется лишь незначительное количество CO₂ (несколько миллиграммов на литр), что практически не влияет на ионную нагрузку всей системы, но pH-метр все равно показывает кислотность. В этом сценарии pH и щелочность не имеют классического равновесия угольной кислоты; Уровень pH отражает только то, сколько CO₂ вода только что поглотила из воздуха.
3. Измерение щелочности бессмысленно, а измерение pH затруднено.
При традиционной очистке воды эти два параметра взаимно проверяются. В деминерализованной воде:
Щелочность меняется с контрольного показателя на «индикатор загрязненности». Обнаружение значительной бикарбонатной щелочности указывает на выход из строя анионообменного слоя, утечку смешанного слоя или снижение производительности EDI, что сигнализирует о проблеме в системе. В нормально эксплуатационной деминерализованной воде общая щелочность должна быть близка к 0.
Измерение pH представляет собой серьезную техническую проблему. Обычные pH-метры демонстрируют чрезвычайно медленный отклик электрода и нестабильный потенциал жидкостного перехода в чистой воде с низкой-проводимостью, что приводит к резкому дрейфу показаний.
Значение pH, полученное в этой ситуации, может не отражать истинную активность ионов водорода и не может быть использовано для определения дозировки химикатов из-за недостаточной щелочности для поддержания равновесия. В промышленности контроль pH в деминерализованной воде часто не зависит от абсолютных показаний автономных или онлайн-метров pH, а достигается путем добавления аммиака пропорционально удельной проводимости и скорости потока.
4. Для предотвращения коррозии необходимо искусственно устанавливать слабую щелочную связь.
Чтобы предотвратить коррозию стали, pH питательной воды котла или воды высокой-чистоты, используемой для очистки стружки, необходимо довести до 8,8–9,3. Поскольку чистая вода не имеет щелочности, добавление капли щелочи приводит к резкому повышению pH до 10; введение небольшого количества CO₂ приводит к падению pH обратно до 6.
Поэтому очень слабую щелочность необходимо создавать искусственно с помощью летучих подщелачивающих веществ (таких как аммиак или морфолин):
При добавлении аммиака он соединяется с водой с образованием гидроксида аммония, обеспечивая небольшую щелочность гидроксида и стабилизируя pH при слабой щелочности.
Эта щелочность не является карбонатной щелочностью, а скорее слабой щелочностью, вносимой гидроксидами. Его роль заключается в обеспечении небольшого буферного центра, предотвращающего резкие колебания pH в зависимости от CO₂.
На этом этапе pH и щелочность снова-связываются. Учитывая целевое значение pH (например, 9,0), необходимо рассчитать соответствующую концентрацию аммиака, которую необходимо поддерживать, и эта слабая щелочность косвенно фиксируется с помощью проводимости (удельной проводимости). Короче говоря, он предполагает использование точно измеренных следовых количеств щелочности для точного контроля pH при чрезвычайно низких уровнях буфера.