La relación entre alcalinidad y pH en los sistemas de agua desmineralizada es completamente diferente a la de los cuerpos de agua convencionales. Los sistemas de agua desmineralizada (intercambio iónico, ósmosis inversa + lecho mixto/EDI) tienen como objetivo eliminar casi todos los iones del agua y, naturalmente, la alcalinidad, como anión (bicarbonato, carbonato, etc.), también es el objetivo de la eliminación.
1. La alcalinidad se separa físicamente, pero quedan gases ácidos.
En el intercambiador de cationes (lecho catiónico), la alcalinidad del bicarbonato original en el agua reacciona con el H⁺ de la resina, convirtiéndose en dióxido de carbono (CO₂). En este punto:
La alcalinidad cae a casi cero (la resina retiene el bicarbonato, se intercambia el H⁺) y el pH cae a alrededor de 4,3-5,5.
El efluente en este punto es agua ácida que contiene CO₂, pero su acidez proviene de gases disueltos, no de aniones ácidos fuertes. La torre de descarbonatación (separador de carbono) sirve precisamente para eliminar este CO₂. 1.. La eliminación del CO₂ hace que el pH suba rápidamente por encima de 6, pero la alcalinidad sigue siendo cero. Esto indica que en un sistema de agua desmineralizada, sin alcalinidad, el valor del pH está completamente controlado por el CO₂.
2. El pH del agua pura ideal se ve afectado por la atmósfera.
Después de pasar por un lecho mixto o un sistema EDI, la conductividad del agua es extremadamente baja (< 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.
Esto no se debe a una calidad deficiente del agua, sino precisamente a que la alcalinidad es cero. Sin el amortiguador de alcalinidad, el agua pura absorberá instantáneamente trazas de CO₂ del aire, generando ácido carbónico y provocando una fuerte caída del pH. En la ingeniería práctica se utilizan selladores con nitrógeno y otras medidas.
Esta fluctuación del pH requiere solo una pequeña cantidad de CO₂ (unos pocos miligramos por litro), lo que casi no tiene impacto en la carga iónica de todo el sistema, pero el medidor de pH aún muestra acidez. En este escenario, el pH y la alcalinidad no tienen ninguna relación clásica de equilibrio del ácido carbónico; El pH solo refleja cuánto CO₂ acaba de absorber el agua del aire.
3. Medir la alcalinidad no tiene sentido y la medición del pH es difícil.
En el tratamiento de agua convencional, estos dos parámetros se verifican mutuamente. En agua desmineralizada:
La alcalinidad pasa de ser un indicador de control a un "indicador de impurezas". Una vez que se detecta una cantidad significativa de alcalinidad de bicarbonato, indica una falla del lecho de intercambio aniónico, una fuga del lecho mixto o una disminución del rendimiento de EDI, lo que indica un problema en el sistema. En agua desmineralizada que funciona normalmente, la alcalinidad total debe ser cercana a 0.
La medición del pH presenta un desafío técnico importante. Los medidores de pH comunes exhiben una respuesta de electrodo extremadamente lenta y un potencial de unión líquida inestable en agua pura de baja-conductividad, lo que provoca que las lecturas se desvíen drásticamente.
Es posible que el valor de pH leído en esta situación no represente la verdadera actividad del ion hidrógeno ni pueda usarse para guiar la dosificación de productos químicos debido a la falta de alcalinidad para mantener el equilibrio. Industrialmente, el control del pH en agua desmineralizada a menudo no depende de lecturas absolutas de medidores de pH en línea o fuera de línea, sino que se logra agregando amoníaco en proporción a la conductividad y el caudal específicos.
4. Para evitar la corrosión, se debe establecer artificialmente una relación de alcalinidad débil.
El pH del agua de alimentación de la caldera o del agua de alta-pureza utilizada para la limpieza de virutas debe ajustarse a 8,8-9,3 para evitar la corrosión del acero. Dado que el agua pura no tiene alcalinidad, agregar una gota de álcali hace que el pH aumente a 10; La introducción de una pequeña cantidad de CO₂ hace que el pH vuelva a bajar a 6.
Por lo tanto, se debe establecer artificialmente una alcalinidad muy débil utilizando agentes alcalinizantes volátiles (como amoníaco o morfolina):
Cuando se agrega amoníaco, se combina con agua para formar hidróxido de amonio, proporcionando una pequeña cantidad de alcalinidad del hidróxido y estabilizando el pH a una alcalinidad débil.
Esta alcalinidad no es alcalinidad de carbonatos, sino más bien la alcalinidad débil aportada por los hidróxidos. Su función es proporcionar un pequeño centro amortiguador, evitando que el pH fluctúe violentamente con el CO₂.
En este punto, el pH y la alcalinidad se vuelven-vinculados. Dado un valor de pH objetivo (p. ej., 9,0), es necesario calcular la concentración de amoníaco correspondiente que se debe mantener, y esta alcalinidad débil se bloquea indirectamente mediante el uso de la conductividad (conductividad específica). En resumen, implica el uso de trazas de alcalinidad medidas con precisión para controlar con precisión el pH en niveles de tampón extremadamente bajos.