淺談循環冷卻水pH值與堿度的關系

施光華 譚莉瓊 何燕（塔西南勘探開發公司實驗檢測中心，新疆 喀什 844804）

淺談循環冷卻水pH值與堿度的關系

施光華 譚莉瓊 何燕（塔西南勘探開發公司實驗檢測中心，新疆 喀什 844804）

在不結垢的循環水體系中，通過對循環冷卻水中碳酸鹽存在形態及不同補充水質分析，找出pH值與堿度的關系，為在線連續監測循環水水質正常運作提供參考。

不結垢；循環水；pH值；堿度；關系

為保證循環冷卻水系統安全平穩運行，防止結垢發生。需重點監控堿度的含量，在循環水系統不結垢的前提下，尋找pH值與堿度的關系。通過監測pH值，及時反應當前水質的情況，為循環水水質正常運作提供幫助。

循環冷卻水將循環水以噴霧方式，噴淋到玻璃纖維的填料上，通過水與空氣的接觸，達到換熱，再有風機帶動塔內氣流循環，將與水換熱后的熱氣流帶出，從而達到冷卻。在整個運行過程中，由于蒸發而造成損失，導致循環水不斷濃縮，為保證循環水濃縮倍數控制在3.0～6.0，要不斷向循環水系統中補充生水，補充水進入系統中，通過不斷的冷卻、蒸發、濃縮。隨著循環冷卻水被濃縮，堿度會升高，從而使循環水結垢傾向不斷增大。

1 實驗與討論

1.1 原理

水的堿度是指水中所含能與強酸定量作用的物質總量。堿度主要由碳酸鹽、重碳酸鹽和氫氧化物所產生。當滴定至酚酞指示劑變為無色時，溶液pH值為8.3，表示水中OH-已被中和，CO32-均被轉化為HCO3-。當滴定至甲基橙指示劑變為橙紅色時，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化的）已被中和。在實際應用中，近終點時將溶液加熱煮沸2min，消除CO2的影響，否則因溶液酸度增大，終點提前。

圖1 鹽酸溶液滴定碳酸鹽溶液的滴定曲線

根據上述兩終點所消耗鹽酸標液的用量，可計算出水中碳酸鹽、重碳酸鹽及總堿度的含量。

1.2 討論

1.2.1 碳酸鹽存在形態與pH值、堿度的關系

循環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生的。因此循環水中存在著游離CO2、CO32-、HCO3-的濃度平衡。這幾種物質在平衡時的濃度主要決定于溶液的pH值和溫度。根據離解方程，溶液中它們的平衡濃度可用［CO32-］/［HCO3-］=10-2來計算。

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+］濃度的負對數，在一定范圍內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 不同補充水質與pH值和堿度的關系

補充水的堿度是由水中的HCO3-組成，在循環冷卻水中由于CO2的逸出和加熱，使得水中的HCO3-分解。當補充水進入循環冷卻系統后，水中游離的CO2逸入大氣而散失，故pH值逐漸上升。由于CO32-發生水解產生OH-，導致pH升高。反應式如下：

從上左圖可看出，在拐點之前，pH值與堿度成線性關系。隨著pH升高，總堿度也升高。

隨著循環水不斷濃縮，結垢傾向不斷增大，堿度隨著濃縮倍數的增大而減小，導致pH值不斷下降。如上右圖。

2 結語

2.1 不同水質之間，同一pH值條件下，測得的堿度是不同的。

2.2 隨著濃縮倍數的增大，堿度由于結垢現象的產生而減少，導致pH值會下降。

2.3 在結垢現象產生之前，堿度與pH值之間有接近線性關系，可利用pH值來表述堿度。

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