Alkaliteetin ja pH:n välinen suhde demineralisoiduissa vesijärjestelmissä on täysin erilainen kuin perinteisissä vesistöissä. Demineralisoiduissa vesijärjestelmissä (ioninvaihto, käänteisosmoosi + sekakerros/EDI) pyritään poistamaan vedestä lähes kaikki ionit ja emäksisyys anioneina (bikarbonaatti, karbonaatti jne.) on luonnollisesti myös poistokohteena.
1. Alkalisuus erottuu fyysisesti, mutta happamat kaasut jäävät jäljelle.
Kationinvaihtimessa (kationipedissä) alkuperäinen bikarbonaattialkalisuus vedessä reagoi hartsin H+:n kanssa ja muuttuu hiilidioksidiksi (CO₂). Tässä vaiheessa:
Alkalisuus putoaa lähes nollaan (bikarbonaatti jää hartsiin, H⁺ vaihtuu pois), ja pH laskee noin 4,3-5,5:een.
Jätevesi on tässä vaiheessa hapanta vettä, joka sisältää CO₂, mutta sen happamuus tulee liuenneista kaasuista, ei vahvoista happamista anioneista. Hiilenpoistotorni (hiilenerotin) on tarkoitettu juuri tämän CO₂. 1. poistamiseen. CO₂:n poistaminen saa pH:n nousemaan nopeasti yli 6:n, mutta emäksisyys pysyy nollassa. Tämä osoittaa, että demineralisoidussa vesijärjestelmässä, jossa ei ole alkalisuutta, pH-arvoa säätelee täysin CO₂.
2. Ihanteellisen puhtaan veden pH-arvoon vaikuttaa ilmakehä.
Sekakerroksen tai EDI-järjestelmän läpi kulkemisen jälkeen veden johtavuus on erittäin alhainen (< 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.
Tämä ei johdu huonosta veden laadusta, vaan juuri siitä, että alkalisuus on nolla. Ilman emäksisyyspuskuria puhdas vesi imee välittömästi ilmasta pieniä määriä CO₂:ta, jolloin muodostuu hiilihappoa, mikä laskee jyrkästi pH:ta. Käytännön suunnittelussa käytetään typpisulkua ja muita toimenpiteitä.
Tämä pH-vaihtelu vaatii vain vähäisen määrän CO₂:ta (muutama milligramma litrassa), jolla ei ole juuri mitään vaikutusta koko järjestelmän ionikuormitukseen, mutta pH-mittari näyttää silti happamuutta. Tässä skenaariossa pH:lla ja emäksisyydellä ei ole mitään klassista hiilihappotasapainosuhdetta; pH heijastaa vain sitä, kuinka paljon hiilidioksidia vesi on juuri imenyt ilmasta.
3. Alkaliteetin mittaaminen on merkityksetöntä ja pH:n mittaaminen vaikeaa.
Perinteisessä vedenkäsittelyssä nämä kaksi parametria varmistavat toisensa. Demineralisoidussa vedessä:
Emäksisyys muuttuu ohjausilmaisimesta "epäpuhtauden ilmaisimeksi". Kun havaitaan merkittävä määrä bikarbonaattialkalisuutta, se tarkoittaa anioninvaihtokerroksen vikaa, sekakerroksen vuotoa tai heikentynyttä EDI-suorituskykyä, mikä merkitsee järjestelmäongelmaa. Normaalisti toimivassa demineralisoidussa vedessä kokonaisalkaliteetin tulee olla lähellä nollaa.
pH-mittaus on merkittävä tekninen haaste. Tavallisilla pH-mittareilla on erittäin hidas elektrodivaste ja epävakaa nesteliitospotentiaali matalan-johtavuuden puhtaassa vedessä, mikä saa lukemat ajautumaan rajusti.
Tässä tilanteessa luettu pH-arvo ei välttämättä edusta todellista vetyioniaktiivisuutta eikä ole käyttökelpoinen kemikaalien annostuksen ohjaamiseen, koska emäksisyys ei ole tasapainossa. Teollisesti demineralisoidun veden pH:n säätö ei useinkaan perustu offline- tai online-pH-mittareiden absoluuttisiin lukemiin, vaan se saavutetaan lisäämällä ammoniakkia suhteessa ominaisjohtavuuteen ja virtausnopeuteen.
4. Korroosion estämiseksi heikko alkalisuussuhde on luotava keinotekoisesti.
Hakkeen puhdistukseen käytettävän kattilan syöttöveden tai erittäin{0}}puhtauden veden pH on säädettävä arvoon 8,8–9,3 teräksen korroosion estämiseksi. Koska puhtaalla vedellä ei ole alkalisuutta, tippa alkalia lisäämällä pH nousee arvoon 10; pienen määrän CO₂ lisääminen saa pH:n laskemaan takaisin 6:een.
Siksi erittäin heikko alkalisuus on saatava aikaan keinotekoisesti käyttämällä haihtuvia alkalointiaineita (kuten ammoniakkia tai morfoliinia):
Kun ammoniakkia lisätään, se yhdistyy veteen muodostaen ammoniumhydroksidia, jolloin saadaan pieni määrä hydroksidin emäksisyyttä ja stabiloi pH heikosti emäksisyydessä.
Tämä emäksisyys ei ole karbonaattialkaliteettia, vaan hydroksidien aiheuttamaa heikkoa alkalisuutta. Sen tehtävänä on tarjota pieni puskurikeskus, joka estää pH:ta heilahtelemasta villisti CO₂:n kanssa.
Tässä vaiheessa pH ja emäksisyys yhdistyvät uudelleen{0}}. Tavoitteena pH-arvo (esim. 9,0) on laskettava vastaava ylläpidettävä ammoniakkipitoisuus ja tämä heikko alkalisuus lukitaan epäsuorasti johtavuuden (ominaisjohtavuuden) avulla. Lyhyesti sanottuna siihen liittyy tarkasti mitattujen alkalimäärien käyttäminen pH:n tarkkaan säätelyyn erittäin alhaisilla puskuritasoilla.
