Relația dintre alcalinitate și pH în sistemele de apă demineralizată este complet diferită de cea din corpurile de apă convenționale. Sistemele de apă demineralizată (schimb de ioni, osmoză inversă + pat mixt/EDI) urmăresc să elimine aproape toți ionii din apă, iar alcalinitatea, ca anion (bicarbonat, carbonat, etc.), este, de asemenea, vizată în mod natural pentru îndepărtare.
1. Alcalinitatea este separată fizic, dar gazele acide rămân.
În schimbătorul de cationi (patul de cationi), alcalinitatea inițială a bicarbonatului din apă reacționează cu H⁺ pe rășină, transformându-se în dioxid de carbon (CO₂). În acest moment:
Alcalinitatea scade la aproape zero (bicarbonatul este reținut de rășină, H⁺ este schimbat), iar pH-ul scade la aproximativ 4,3-5,5.
Efluentul în acest punct este apă acidă care conține CO₂, dar aciditatea sa provine din gaze dizolvate, nu din anioni acizi puternici. Turnul de decarbonatare (separator de carbon) este tocmai pentru îndepărtarea acestui CO₂. 1. Îndepărtarea CO₂ face ca pH-ul să crească rapid peste 6, dar alcalinitatea rămâne zero. Aceasta indică faptul că într-un sistem de apă demineralizată, fără alcalinitate, valoarea pH-ului este complet controlată de CO₂.
2. pH-ul apei pure ideale este afectat de atmosferă.
După trecerea printr-un pat mixt sau un sistem EDI, conductivitatea apei este extrem de scăzută (< 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.
Acest lucru nu se datorează calității substandard a apei, ci tocmai pentru că alcalinitatea este zero. Fără tamponul de alcalinitate, apa pură va absorbi instantaneu urme de CO₂ din aer, generând acid carbonic, provocând o scădere bruscă a pH-ului. În inginerie practică, se utilizează etanșarea cu azot și alte măsuri.
Această fluctuație a pH-ului necesită doar o cantitate mică de CO₂ (câteva miligrame pe litru), având aproape niciun impact asupra încărcăturii ionice a întregului sistem, dar pH-metrul arată în continuare aciditatea. În acest scenariu, pH-ul și alcalinitatea nu au nicio relație clasică de echilibru a acidului carbonic; pH-ul reflectă doar cât de mult CO₂ tocmai a absorbit apa din aer.
3. Măsurarea alcalinității este lipsită de sens, iar măsurarea pH-ului este dificilă.
În tratarea convențională a apei, acești doi parametri se verifică reciproc. În apă demineralizată:
Alcalinitatea se schimbă de la un indicator de control la un „indicator de impuritate”. Odată ce este detectată o cantitate semnificativă de alcalinitate a bicarbonatului, aceasta indică o defecțiune a patului de schimb anionic, o scurgere în pat mixt sau o performanță EDI scăzută, semnalând o problemă a sistemului. În apa demineralizată care funcționează normal, alcalinitatea totală ar trebui să fie aproape de 0.
Măsurarea pH-ului prezintă o provocare tehnică semnificativă. pH-metrele obișnuite prezintă un răspuns extrem de lent al electrodului și un potențial instabil de joncțiune a lichidului în apă pură cu-conductivitate scăzută, ceea ce face ca citirile să devină drastic.
Valoarea pH-ului citită în această situație poate să nu reprezinte activitatea adevărată a ionilor de hidrogen și nici să nu fie utilizabilă pentru ghidarea dozării chimice din cauza lipsei de alcalinitate pentru menținerea echilibrului. Pe plan industrial, controlul pH-ului în apa demineralizată nu se bazează adesea pe citiri absolute de la contoarele de pH offline sau online, ci se realizează prin adăugarea de amoniac proporțional cu conductivitatea și debitul specific.
4. Pentru a preveni coroziunea, trebuie stabilită artificial o relație de alcalinitate slabă.
pH-ul apei de alimentare a cazanului sau al apei de{0}}puritate ridicată utilizată pentru curățarea așchiilor trebuie ajustat la 8,8-9,3 pentru a preveni coroziunea oțelului. Deoarece apa pură nu are alcalinitate, adăugarea unei picături de alcali face ca pH-ul să crească la 10; introducerea unei cantități mici de CO₂ face ca pH-ul să scadă înapoi la 6.
Prin urmare, o alcalinitate foarte slabă trebuie stabilită artificial utilizând agenți alcalinizanți volatili (cum ar fi amoniacul sau morfolina):
Când se adaugă amoniac, se combină cu apa pentru a forma hidroxid de amoniu, oferind o cantitate mică de alcalinitate a hidroxidului și stabilizând pH-ul la o alcalinitate slabă.
Această alcalinitate nu este alcalinitatea carbonatului, ci mai degrabă alcalinitatea slabă adusă de hidroxizi. Rolul său este de a oferi un centru tampon mic, împiedicând fluctuația puternică a pH-ului cu CO₂.
În acest moment, pH-ul și alcalinitatea sunt re-legate. Având în vedere o valoare țintă a pH-ului (de exemplu, 9,0), trebuie calculată concentrația corespunzătoare de amoniac care trebuie menținută, iar această alcalinitate slabă este blocată indirect prin utilizarea conductibilității (conductivitate specifică). Pe scurt, implică utilizarea unor urme de alcalinitate măsurate cu precizie pentru a controla cu precizie pH-ul la niveluri tampon extrem de scăzute.