淺談循環(huán)冷卻水pH值與堿度的關(guān)系

施光華 譚莉瓊 何燕（塔西南勘探開發(fā)公司實(shí)驗(yàn)檢測中心，新疆 喀什 844804）

淺談循環(huán)冷卻水pH值與堿度的關(guān)系

施光華 譚莉瓊 何燕（塔西南勘探開發(fā)公司實(shí)驗(yàn)檢測中心，新疆 喀什 844804）

在不結(jié)垢的循環(huán)水體系中，通過對循環(huán)冷卻水中碳酸鹽存在形態(tài)及不同補(bǔ)充水質(zhì)分析，找出pH值與堿度的關(guān)系，為在線連續(xù)監(jiān)測循環(huán)水水質(zhì)正常運(yùn)作提供參考。

不結(jié)垢；循環(huán)水；pH值；堿度；關(guān)系

為保證循環(huán)冷卻水系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行，防止結(jié)垢發(fā)生。需重點(diǎn)監(jiān)控堿度的含量，在循環(huán)水系統(tǒng)不結(jié)垢的前提下，尋找pH值與堿度的關(guān)系。通過監(jiān)測pH值，及時(shí)反應(yīng)當(dāng)前水質(zhì)的情況，為循環(huán)水水質(zhì)正常運(yùn)作提供幫助。

循環(huán)冷卻水將循環(huán)水以噴霧方式，噴淋到玻璃纖維的填料上，通過水與空氣的接觸，達(dá)到換熱，再有風(fēng)機(jī)帶動(dòng)塔內(nèi)氣流循環(huán)，將與水換熱后的熱氣流帶出，從而達(dá)到冷卻。在整個(gè)運(yùn)行過程中，由于蒸發(fā)而造成損失，導(dǎo)致循環(huán)水不斷濃縮，為保證循環(huán)水濃縮倍數(shù)控制在3.0～6.0，要不斷向循環(huán)水系統(tǒng)中補(bǔ)充生水，補(bǔ)充水進(jìn)入系統(tǒng)中，通過不斷的冷卻、蒸發(fā)、濃縮。隨著循環(huán)冷卻水被濃縮，堿度會(huì)升高，從而使循環(huán)水結(jié)垢傾向不斷增大。

1 實(shí)驗(yàn)與討論

1.1 原理

水的堿度是指水中所含能與強(qiáng)酸定量作用的物質(zhì)總量。堿度主要由碳酸鹽、重碳酸鹽和氫氧化物所產(chǎn)生。當(dāng)?shù)味ㄖ练犹甘緞┳優(yōu)闊o色時(shí)，溶液pH值為8.3，表示水中OH-已被中和，CO32-均被轉(zhuǎn)化為HCO3-。當(dāng)?shù)味ㄖ良谆戎甘緞┳優(yōu)槌燃t色時(shí)，溶液的pH值為3.9，指示水中重碳酸鹽（包括原有的和由碳酸鹽轉(zhuǎn)化的）已被中和。在實(shí)際應(yīng)用中，近終點(diǎn)時(shí)將溶液加熱煮沸2min，消除CO2的影響，否則因溶液酸度增大，終點(diǎn)提前。

圖1 鹽酸溶液滴定碳酸鹽溶液的滴定曲線

根據(jù)上述兩終點(diǎn)所消耗鹽酸標(biāo)液的用量，可計(jì)算出水中碳酸鹽、重碳酸鹽及總堿度的含量。

1.2 討論

1.2.1 碳酸鹽存在形態(tài)與pH值、堿度的關(guān)系

循環(huán)冷卻水中存在著大量的CO32-和HCO3-，這些離子不是來自空氣中CO2的溶解，而是由溶解鹽類離解產(chǎn)生的。因此循環(huán)水中存在著游離CO2、CO32-、HCO3-的濃度平衡。這幾種物質(zhì)在平衡時(shí)的濃度主要決定于溶液的pH值和溫度。根據(jù)離解方程，溶液中它們的平衡濃度可用［CO32-］/［HCO3-］=10-2來計(jì)算。

在25℃、pH=8.3的水溶液中，只有HCO3-存在；pH在8.3～12的水溶液中，CO32-和H2CO3共存，pH值決定二者的比值，堿度決定于二者之和；pH在3.9-8.3的水溶液中，有HCO3-和游離CO2共存，堿度決定于HCO3-的大小。由于pH是［H+］濃度的負(fù)對數(shù)，在一定范圍內(nèi)pH反映CO32-不明顯，況且影響pH測定因素較多，用pH精確表述堿度略顯不足。

1.2.2 不同補(bǔ)充水質(zhì)與pH值和堿度的關(guān)系

補(bǔ)充水的堿度是由水中的HCO3-組成，在循環(huán)冷卻水中由于CO2的逸出和加熱，使得水中的HCO3-分解。當(dāng)補(bǔ)充水進(jìn)入循環(huán)冷卻系統(tǒng)后，水中游離的CO2逸入大氣而散失，故pH值逐漸上升。由于CO32-發(fā)生水解產(chǎn)生OH-，導(dǎo)致pH升高。反應(yīng)式如下：

從上左圖可看出，在拐點(diǎn)之前，pH值與堿度成線性關(guān)系。隨著pH升高，總堿度也升高。

隨著循環(huán)水不斷濃縮，結(jié)垢傾向不斷增大，堿度隨著濃縮倍數(shù)的增大而減小，導(dǎo)致pH值不斷下降。如上右圖。

2 結(jié)語

2.1 不同水質(zhì)之間，同一pH值條件下，測得的堿度是不同的。

2.2 隨著濃縮倍數(shù)的增大，堿度由于結(jié)垢現(xiàn)象的產(chǎn)生而減少，導(dǎo)致pH值會(huì)下降。

2.3 在結(jié)垢現(xiàn)象產(chǎn)生之前，堿度與pH值之間有接近線性關(guān)系，可利用pH值來表述堿度。

［1］劉珍.化驗(yàn)員讀本上冊［M］（第四版）.化學(xué)工業(yè)出版社，2010：193-218.