Hubungan Dinamik antara Kealkalian dan pH dalam Pelepasan Air Sisa Sifar

Kealkalian dalam air sisa terutamanya disumbangkan oleh tiga spesies: hidroksida (OH⁻), karbonat (CO₃²⁻), dan bikarbonat (HCO₃⁻). Ini membentuk sistem penimbal yang seimbang secara dinamik, dengan spesies dominan berkembang dengan pH:
CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻ ⇌ 2H⁺ + CO₃²⁻

Keseimbangan ini menentukan bentuk utama kealkalian dalam julat pH yang berbeza:

1. pH

2. pH 6.3-10.3: Bikarbonat (HCO₃⁻) ialah spesies dominan, julat biasa bagi kebanyakan air sisa.

3. pH > 10.3: Karbonat (CO₃²⁻) dan hidroksida (OH⁻) mula mendominasi.

Nisbah taburan jumlah kealkalian dalam air (terutamanya HCO₃⁻ dan CO₃²⁻) ditentukan dengan tepat oleh pH.

Pengaruh Utama dan Logik Kawalan:

1. Kawalan Kerak (Pelembutan): Air beralkali tinggi dan kekerasan tinggi sangat mudah terdedah kepada pembentukan kerak kalsium karbonat (CaCO₃) semasa pemanasan dan kepekatan, menyumbat membran dan penyejat.

Menambah asid (seperti H₂SO₄) menurunkan pH, menukarkan HCO₃⁻ kepada gas CO₂ (yang disingkirkan melalui menara pelucutan): 2HCO₃⁻ + H₂SO₄ → 2CO₂↑ + 2H₂O + SO₄²⁻

Ini adalah penukaran antara "kealkalian" dan "pH." Jumlah asid yang ditambah ditentukan secara langsung oleh kealkalian air mentah (penggunaan kealkalian) dan dikawal oleh pH sasaran (biasanya 6.5-7.0).

2. Kawalan Kakisan

pH dan kealkalian yang terlalu rendah (

3. Pengoptimuman Penyejatan dan Penghabluran

Sebelum memasuki penyejat, pH mesti dilaraskan kepada julat yang sesuai (biasanya >9.5). pH yang tinggi menggalakkan pemendakan silikon dan pengewapan nitrogen ammonia, tetapi pH dan kealkalian yang terlalu tinggi boleh menyebabkan penskalaan garam lain (seperti Mg(OH)₂). Mengawal jumlah NaOH yang ditambah dengan tepat pada asasnya adalah menukar alkali untuk mencapai sasaran pH yang tepat.

Dalam kejuruteraan, "penukaran" merujuk terutamanya kepada dua jenis pengiraan:

1. Mengira kealkalian berdasarkan pH dan jumlah karbon bukan organik (CT) (pengiraan teori)

2. Mengira dos asid/bes yang diperlukan untuk mencapai pH sasaran berdasarkan kealkalian (amalan kejuruteraan teras)

Formula teras dan langkah pengiraan:

1. Hubungan teori

Ungkapan tepat untuk jumlah kealkalian (Alk) ialah: Alk = [HCO₃⁻] + 2[CO₃²⁻] + [OH⁻] - [H⁺] (persamaan/L)

Menggunakan pemalar pengionan primer dan sekunder bagi asid karbonik (K₁, K₂) dan jumlah karbon tak organik (CT), setiap istilah boleh dinyatakan sebagai fungsi [H⁺]. Ini adalah pengiraan kompleks yang biasanya dilakukan dengan bantuan perisian seperti PHREEQC.

2. "Penukaran" amalan kejuruteraan: pengiraan dos asid/bes

Ini merupakan pengiraan yang paling biasa digunakan dalam reka bentuk ZLD. Prinsipnya adalah untuk menentukan jumlah asid/bes yang diperlukan untuk meneutralkan kealkalian (atau keasidan) dalam air kepada pH sasaran.

Contoh: Kira jumlah asid sulfurik (H₂SO₄) yang diperlukan untuk menurunkan pH semasa air kepada pH sasaran.

Diberikan: Kealkalian air sumber ialah Alk₁ = 300 mg/L (sebagai CaCO₃), dan pH sasaran hendaklah diturunkan kepada 6.8 (pada ketika itu kealkalian baki adalah lebih kurang Alk₂ ≈ 50 mg/L).

Formula: Dos asid (mg/L) = (Alk₁ - Alk₂) × (berat setara asid) / (berat setara CaCO₃)

Pengiraan: Setara CaCO₃ = 50 g/persamaan; Setara H₂SO₄ = 98/2 = 49 g/persamaan (kerana 1 molekul H₂SO₄ menyediakan 2 atom H⁺); Jumlah H₂SO₄ yang diperlukan = (300 - 50) mg/L × (49/50) = 250 × 0.98 = 245 mg/L

Ini bermakna bagi setiap tan air yang dirawat, kira-kira 245 gram asid sulfurik tulen diperlukan. Teras pengiraan ini ialah "perbezaan kealkalian," bukan nilai pH langsung, yang merangkumi logik "pengiraan menggunakan faktor kapasiti" dengan sempurna.