La relation entre l'alcalinité et le pH dans les systèmes d'eau déminéralisée est complètement différente de celle des plans d'eau conventionnels. Les systèmes d'eau déminéralisée (échange d'ions, osmose inverse + lit mélangé/EDI) visent à éliminer presque tous les ions de l'eau, et l'alcalinité, sous forme d'anion (bicarbonate, carbonate, etc.), est naturellement également ciblée pour l'élimination.
1. L'alcalinité est physiquement séparée, mais les gaz acides restent.
Dans l'échangeur de cations (lit de cations), l'alcalinité bicarbonate d'origine de l'eau réagit avec H⁺ sur la résine, se transformant en dioxyde de carbone (CO₂). À ce point:
L'alcalinité tombe à presque zéro (le bicarbonate est retenu par la résine, H⁺ est échangé) et le pH chute à environ 4,3-5,5.
L'effluent à ce stade est de l'eau acide contenant du CO₂, mais son acidité provient de gaz dissous et non d'anions acides forts. La tour de décarbonatation (séparateur de carbone) sert justement à éliminer ce CO₂. 1. L'élimination du CO₂ fait monter rapidement le pH au-dessus de 6, mais l'alcalinité reste nulle. Cela indique que dans un système d'eau déminéralisée, sans alcalinité, la valeur du pH est entièrement contrôlée par le CO₂.
2. Le pH de l’eau pure idéale est affecté par l’atmosphère.
Après passage dans un lit mélangé ou un système EDI, la conductivité de l'eau est extrêmement faible (< 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.
Cela n’est pas dû à une qualité d’eau inférieure aux normes, mais précisément au fait que l’alcalinité est nulle. Sans le tampon d'alcalinité, l'eau pure absorbera instantanément des traces de CO₂ de l'air, générant de l'acide carbonique, provoquant une forte baisse du pH. Dans l'ingénierie pratique, le scellement à l'azote et d'autres mesures sont utilisés.
Cette fluctuation du pH ne nécessite qu'une infime quantité de CO₂ (quelques milligrammes par litre), n'ayant pratiquement aucun impact sur la charge ionique de l'ensemble du système, mais le pH-mètre indique toujours de l'acidité. Dans ce scénario, le pH et l’alcalinité n’ont pas de relation classique d’équilibre de l’acide carbonique ; Le pH reflète uniquement la quantité de CO₂ que l’eau vient d’absorber de l’air.
3. Mesurer l'alcalinité n'a aucun sens et la mesure du pH est difficile.
Dans le traitement de l’eau conventionnel, ces deux paramètres se vérifient mutuellement. Dans l'eau déminéralisée :
L'alcalinité passe d'un indicateur de contrôle à un « indicateur d'impureté ». Une fois qu'une quantité importante d'alcalinité du bicarbonate est détectée, cela indique une défaillance du lit échangeur d'anions, une fuite du lit mélangé ou une diminution des performances EDI, signalant un problème du système. Dans l’eau déminéralisée fonctionnant normalement, l’alcalinité totale doit être proche de 0.
La mesure du pH présente un défi technique important. Les pH-mètres ordinaires présentent une réponse d'électrode extrêmement lente et un potentiel de jonction liquide instable dans l'eau pure à faible conductivité, ce qui entraîne une dérive drastique des lectures.
La valeur du pH lue dans cette situation peut ne pas représenter la véritable activité des ions hydrogène ni être utilisable pour guider le dosage de produits chimiques en raison du manque d'alcalinité pour maintenir l'équilibre. Industriellement, le contrôle du pH dans l'eau déminéralisée ne repose souvent pas sur des lectures absolues de pH-mètres hors ligne ou en ligne, mais est obtenu en ajoutant de l'ammoniac proportionnellement à la conductivité et au débit spécifiques.
4. Pour éviter la corrosion, une faible relation d'alcalinité doit être établie artificiellement.
Le pH de l'eau d'alimentation de chaudière ou de l'eau de haute-pure utilisée pour le nettoyage des copeaux doit être ajusté entre 8,8 et 9,3 pour éviter la corrosion de l'acier. Puisque l’eau pure n’a pas d’alcalinité, l’ajout d’une goutte d’alcali fait monter le pH à 10 ; l'introduction d'une petite quantité de CO₂ fait chuter le pH à 6.
Il faut donc établir artificiellement une très faible alcalinité à l’aide d’agents alcalinisants volatils (comme l’ammoniaque ou la morpholine) :
Lorsque de l'ammoniac est ajouté, il se combine avec l'eau pour former de l'hydroxyde d'ammonium, fournissant une petite quantité d'alcalinité de l'hydroxyde et stabilisant le pH à une faible alcalinité.
Cette alcalinité n’est pas l’alcalinité carbonatée, mais plutôt la faible alcalinité apportée par les hydroxydes. Son rôle est de fournir un petit centre tampon, empêchant le pH de fluctuer énormément avec le CO₂.
À ce stade, le pH et l'alcalinité sont à nouveau liés-. Étant donné une valeur de pH cible (par exemple 9,0), la concentration d'ammoniac correspondante à maintenir doit être calculée, et cette faible alcalinité est indirectement verrouillée par la conductivité (conductivité spécifique). En bref, cela implique d’utiliser des traces d’alcalinité mesurées avec précision pour contrôler avec précision le pH à des niveaux de tampon extrêmement bas.