تختلف العلاقة بين القلوية ودرجة الحموضة في أنظمة المياه منزوعة المعادن تمامًا عن تلك الموجودة في المسطحات المائية التقليدية. تهدف أنظمة المياه منزوعة المعادن (التبادل الأيوني، التناضح العكسي + الطبقة المختلطة/EDI) إلى إزالة جميع الأيونات تقريبًا من الماء، كما يتم أيضًا استهداف القلوية، مثل الأنيون (بيكربونات، كربونات، وما إلى ذلك)، بشكل طبيعي للإزالة.
1. يتم فصل القلوية فيزيائيا، ولكن تبقى الغازات الحمضية.
في مبادل الكاتيون (طبقة الكاتيون)، تتفاعل قلوية البيكربونات الأصلية في الماء مع H⁺ على الراتنج، وتتحول إلى ثاني أكسيد الكربون (CO₂). عند هذه النقطة:
تنخفض القلوية إلى ما يقرب من الصفر (يحتفظ الراتنج بالبيكربونات، ويتم تبادل H⁺)، وينخفض الرقم الهيدروجيني إلى حوالي 4.3-5.5.
ويكون التدفق عند هذه النقطة عبارة عن مياه حمضية تحتوي على ثاني أكسيد الكربون، لكن حموضتها تأتي من الغازات الذائبة، وليس الأنيونات الحمضية القوية. برج إزالة الكربون (فاصل الكربون) مخصص على وجه التحديد لإزالة ثاني أكسيد الكربون (CO₂. 1.). تؤدي إزالة ثاني أكسيد الكربون (CO₂) إلى ارتفاع الرقم الهيدروجيني بسرعة فوق 6، لكن القلوية تظل صفرًا. يشير هذا إلى أنه في نظام المياه منزوعة المعادن، بدون القلوية، يتم التحكم في قيمة الرقم الهيدروجيني بالكامل بواسطة ثاني أكسيد الكربون.
2. يتأثر الرقم الهيدروجيني للمياه النقية المثالية بالجو.
بعد المرور عبر طبقة مختلطة أو نظام EDI، تكون موصلية الماء منخفضة للغاية (< 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.
وهذا لا يرجع إلى نوعية المياه المتدنية، بل على وجه التحديد لأن القلوية صفر. بدون حاجز القلوية، سوف يمتص الماء النقي على الفور كميات ضئيلة من ثاني أكسيد الكربون من الهواء، مما يولد حمض الكربونيك، مما يسبب انخفاضًا حادًا في الرقم الهيدروجيني. في الهندسة العملية، يتم استخدام ختم النيتروجين وغيرها من التدابير.
لا يتطلب تقلب الأس الهيدروجيني هذا سوى كمية ضئيلة من ثاني أكسيد الكربون (بضعة مليجرامات لكل لتر)، وليس له أي تأثير تقريبًا على الحمل الأيوني للنظام بأكمله، لكن مقياس الأس الهيدروجيني لا يزال يظهر الحموضة. في هذا السيناريو، ليس للأس الهيدروجيني والقلوية أي علاقة توازن كلاسيكية لحمض الكربونيك؛ يعكس الرقم الهيدروجيني فقط كمية ثاني أكسيد الكربون التي امتصها الماء للتو من الهواء.
3. قياس القلوية لا معنى له، وقياس الرقم الهيدروجيني أمر صعب.
في معالجة المياه التقليدية، يتم التحقق من هاتين المعلمتين بشكل متبادل. في المياه منزوعة المعادن:
تتغير القلوية من مؤشر التحكم إلى "مؤشر الشوائب". بمجرد اكتشاف كمية كبيرة من قلوية البيكربونات، فهذا يشير إلى فشل طبقة التبادل الأنيوني، أو تسرب الطبقة المختلطة، أو انخفاض أداء EDI، مما يشير إلى وجود مشكلة في النظام. في المياه المنزوعة المعادن التي تعمل بشكل طبيعي، يجب أن تكون القلوية الإجمالية قريبة من 0.
يمثل قياس الرقم الهيدروجيني تحديًا تقنيًا كبيرًا. تظهر أجهزة قياس الأس الهيدروجيني العادية استجابة قطبية بطيئة للغاية وإمكانية توصيل سائل غير مستقرة في الماء النقي ذي الموصلية المنخفضة-، مما يتسبب في انحراف القراءات بشكل كبير.
قد لا تمثل قيمة الرقم الهيدروجيني المقروءة في هذه الحالة نشاط أيون الهيدروجين الحقيقي ولا يمكن استخدامها لتوجيه الجرعات الكيميائية بسبب نقص القلوية للحفاظ على التوازن. من الناحية الصناعية، لا يعتمد التحكم في الأس الهيدروجيني في المياه منزوعة المعادن في كثير من الأحيان على القراءات المطلقة من أجهزة قياس الأس الهيدروجيني غير المتصلة بالإنترنت أو عبر الإنترنت، ولكن يتم تحقيق ذلك عن طريق إضافة الأمونيا بما يتناسب مع معدل التوصيل والتدفق المحدد.
4. لمنع التآكل، يجب إنشاء علاقة قلوية ضعيفة بشكل مصطنع.
يجب تعديل الرقم الهيدروجيني لمياه تغذية الغلايات أو المياه-عالية النقاء المستخدمة في تنظيف الرقائق إلى 8.8-9.3 لمنع تآكل الفولاذ. وبما أن الماء النقي لا يحتوي على قلوية، فإن إضافة قطرة من القلويات يؤدي إلى ارتفاع الرقم الهيدروجيني إلى 10؛ يؤدي إدخال كمية صغيرة من ثاني أكسيد الكربون إلى انخفاض الرقم الهيدروجيني إلى 6.
لذلك، يجب إنشاء قلوية ضعيفة جدًا بشكل مصطنع باستخدام عوامل قلوية متطايرة (مثل الأمونيا أو المورفولين):
عند إضافة الأمونيا، فإنها تتحد مع الماء لتكوين هيدروكسيد الأمونيوم، مما يوفر كمية صغيرة من قلوية الهيدروكسيد ويثبت الرقم الهيدروجيني عند قلوية ضعيفة.
هذه القلوية ليست قلوية كربونات، بل القلوية الضعيفة التي تساهم بها الهيدروكسيدات. ويتمثل دورها في توفير مركز عازل صغير، مما يمنع الرقم الهيدروجيني من التقلب بشكل كبير مع ثاني أكسيد الكربون.
عند هذه النقطة، يتم إعادة الارتباط بين الرقم الهيدروجيني والقلوية-. بالنظر إلى قيمة الرقم الهيدروجيني المستهدفة (على سبيل المثال، 9.0)، يجب حساب تركيز الأمونيا المقابل الذي سيتم الحفاظ عليه، وهذه القلوية الضعيفة مقفلة بشكل غير مباشر في استخدام الموصلية (موصلية محددة). باختصار، يتضمن ذلك استخدام كميات ضئيلة من القلوية تم قياسها بدقة للتحكم بدقة في درجة الحموضة عند مستويات عازلة منخفضة للغاية.