临界pH值—降低结垢指数的关键!

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：当水的实际pH大于pHL时就会结垢，小于pHL时，就不发生结垢。因此，临界pHL相当于饱和指数中的pHB，不同的是pHB是计算值，而pHL是实验测定值，各种影响因素都包括进去了，其数值显然要比pHB高。临界pHL结垢指数完全是用实验测定值代替热力学平衡推导式来预测水中的碳酸钙是否会沉淀出来，其实用意义比IB指数、IW指数和IP指数为好，以此方法研制成的测垢仪已经投入实际应用。

晶体生长理论认为，对微溶性盐如碳酸钙，必须出现一定的过饱和度才能析出沉淀。沉淀析出时，与过饱和度相应的pH称为临界pH，它可以和饱和pH进行比较。临界pH_L一般由实验求得。具体方法是：首先将含有碳酸盐硬度的水样加热到一定温度（40℃），然后一边搅拌一边滴加NaOH标准溶液，并测定水样的pH，可得如图2-27所示的曲线。

图2-27 临界pH

开始时，随着NaOH的滴入，水样的pH呈直线上升，当pH上升到某一极限值后，突然下降，此转折处所对应的pH值称为临界pH，此时水样中有CaCO₃晶体析出，并出现浑浊现象。在此过程中，水样中的CaCO₃由不饱和逐渐达到过饱和。当CaCO₃析出时，又由过饱和向饱和转化，加剧了的电离，使水样中H⁺浓度增大（pH下降）：

判断方法是，pH_L越大，表示水质越稳定，不易析出CaCO₃沉淀。水的实际pH大于pH_L就结垢，小于pH_L就不会结垢。

1972年，法特诺（Feitler）用实验方法测出结垢时水的真实pH，即临界pH_L。当水的实际pH大于pH_L时就会结垢，小于pH_L时，就不发生结垢。因此，临界pH_L相当于饱和指数中的pH_B，不同的是pH_B是计算值，而pH_L是实验测定值，各种影响因素都包括进去了，其数值显然要比pH_B高。对于同一种水溶液，实际测得的pH_L一般都大于计算的pH_B，一般情况下：

两者与水温之间的关系如图2-28所示。

图2-28中有两条曲线，一条是pH_L线，也称晶体析出曲线，另一条是pH_B线，也称溶解度曲线。pH_L线以上是沉淀区，在此区有大量晶核生成，并迅速长大，过饱和度越大，晶体生长越快。pH_B线以下是溶解区，没有晶核生成。两条曲线之间是介稳区，在此区间，小晶核不断生成又不断溶解，晶体不能长大。介稳区的宽度与很多因素有关，一般来说，盐类的溶解度越低，介稳区越宽。对某些微溶性盐类，如碳酸钙的溶解度随温度的升高而下降，因此介稳区宽度随温度升高而迅速变狭。介稳区宽度还与水中其他杂质有关，如水中浊度、Fe²⁺等均会使介稳区变窄。显然，介稳区越宽，生成水垢的可能性越小。

图2-28 CaCO₃溶解度与析出曲线

上述几种指数均是针对碳钢材质，预测水中溶解的碳酸钙是否会析出，或者碳酸钙在水中是否会溶解而言，因此判断式中所谓腐蚀的实际含意并不是直接预测水的腐蚀性，而是指用作保护层的碳酸钙溶解后，碳钢直接裸露在水中，由电化学作用等原因引起腐蚀。如果材质是铝、不锈钢等合金则腐蚀问题就不会像碳钢那样突出。

I_B指数只从热力学平衡角度出发，在工程应用中有局限性，特别是在冷却水中投入各种化学处理剂后，基本失去预测作用。

I_W指数虽然是在工程应用中总结出来的经验式，比I_B指数接近实际，但同样对用化学药剂处理过的冷却水失去了预测作用。

I_P指数也是局限于平衡观点，只是将I_W指数中水的实际pH用水的总碱度加以校正，因此I_B指数和I_W指数存在的问题，它也存在。

但I_B指数、I_W指数和I_P指数对未加水质稳定剂的原水做水质性能的初步判断仍是可取的。

临界pH_L结垢指数完全是用实验测定值代替热力学平衡推导式来预测水中的碳酸钙是否会沉淀出来，其实用意义比I_B指数、I_W指数和I_P指数为好，以此方法研制成的测垢仪已经投入实际应用。

临界pH值—降低结垢指数的关键!

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