CN110177764B - 基于电导率的pH控制方法 - Google Patents

Abstract

一种pH控制方法，在将碱或酸添加于脱碳酸处理水而将pH控制为中性范围(pH6～8)的方法中，利用电导率计来控制碱或酸的添加量。脱碳酸处理水是将工业用水或地下水以使碳酸浓度成为10ppm以下的方式进行了脱碳酸处理的水等。所述pH控制方法还具有：对通过所述pH控制而调节为pH6～8的脱碳酸水进行RO处理来制造纯水的工序。

Description

基于电导率的pH控制方法

技术领域

本发明涉及在具有脱气膜装置及RO(反渗透)膜装置的纯水制造处理等中，使用电导率计将脱碳酸水的pH调整为中性的方法。

背景技术

作为使用RO而得到纯水的工艺，通常是如下所示地将RO设置成两级的工艺。

过滤→第一RO→MD→第二RO

在两级RO之间，配置将脱碳酸作为目的的脱气膜(MD)是因为在由滤材的充填层构成的过滤装置中，不能完全防止SS或在凝集剂中使用的Al的泄漏的缘故。对于脱气膜而言，由于使用疏水性的膜，因此，因从过滤器泄漏的微粒(SS)或Al的影响而产生有积垢。因此，在MD之前，设置第一RO，与SS、Al一同地除去硬度成分。之后，使用硫酸将pH下降至5左右，并且使用MD来进行脱碳酸，由此，防止MD的积垢。在通过MD来除去碳酸之后，添加碱而将pH调整为6～8，再通水于第二RO。

但在此系统中，由于利用第二RO来除去为了脱气而添加的酸以及在脱气后的pH调整中使用的碱，因此，难以得到5MΩ·cm以上的水质。

利用RO，为了得到5MΩ·cm以上的水质，本来必须以两级RO来除去含有原水所含的碳酸、硬度成分的电解质。因此，为此必须进行以下工艺。

凝集→除浊膜→MD→第一RO→第二RO

通过使用除浊膜来完全除去SS、Al，从而能在两级RO之前配置脱气膜(MD)。另外，通过设为如此的构成，能够以两级的RO来除去含有在脱气前所添加的酸及在脱气后的中和中使用的碱的电解质，因此能实现水质的提升。

另外，对于确保5MΩ·cm以上的水质，必须使第一RO、第二RO都发挥高的电解质除去率。为此，重要的是在RO膜的阻止率成为最高的中性范围(pH6～8)内使用。为此，也必须使脱气后的不具有pH缓冲性的水的pH稳定并调整为6～8。

通常，在进行pH调整的情况下，使用玻璃电极式的pH计。由于pH计利用玻璃扩散电极，因此时间响应性差。像工业用水那样，在测定对象水中含有碳酸的情况下，由于存在碳酸的pH缓冲作用，如图2所示的一个例子那样，伴随酸、碱的添加的pH变化徐缓。(需要说明的是，图2表示在将硫酸添加在工业用水中的情况下的pH变化的一例)因此，即使使用pH计，控制性也高。

在图3中示出了在将工业用水进行脱碳酸之后，利用碱将pH控制为中性附近的情况下的中和曲线的一例。(需要说明的是，图3表示在将硫酸添加于工业用水而将pH调节为5.0之后，通过膜脱气装置将无机碳(IC)脱气至2.5mg-C/L之后，加入氢氧化钠(NaOH)的情况下的pH变化的一例)在此情况下，由于基于碳酸的缓冲作用大幅度地降低，如图3，添加微量的碱，pH就会产生大的变化。

如图2，对脱碳酸前的工业用水而言，将pH从7.4降至5.0所需的硫酸为每1L约60mg-H₂SO₄(1.22×10^-3当量)。相对于此，将图3的脱气处理水(pH5.85)调节为pH7所需的NaOH极少，为每1L约5mg-NaOH/L(0.125×10^-3当量)。如此地，脱碳酸后的水由于不具有基于碳酸的缓冲作用，相对于碱的添加，pH变化率非常大。因此，在脱碳酸水的情况下，使用时间响应性差的玻璃扩散电极式的pH计时，将pH调整为作为目标的pH6～8则非常困难。

在日本专利4983069号以及作为其以往技术的日本特公昭63-054438号中记载有以下内容：在控制相对于锅炉给水的联氨、中和性氨等碱性药品的添加量时，判断pH与电导率有对数比例关系，从而以电导率进行控制。但在高pH(8.5以上)范围内，pH与电导率未必有比例关系，而具有偏差。因此，在进行RO等的pH敏感性高的处理时，不考虑将电导率的变化作为pH变化的代替手段。

现有技术文献

专利文献：

专利文献1：日本专利第4983069号；

专利文献2：日本特公昭63-054438号。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种在以使pH缓冲作用低的脱碳酸处理水成为中性pH的方式而控制碱或酸的添加量的方法中，能够将此添加量迅速地追随脱碳酸处理水的pH变化而加以控制的方法。

本发明的pH控制方法的特征在于，在将碱或酸添加于脱碳酸处理水而将pH控制为中性范围(例如pH6～8、优选为6～7)的方法中，利用电导率计来控制碱或酸的添加量。

作为脱碳酸处理水，优选的是，将工业用水或地下水以使碳酸浓度成为10ppm以下的方式进行了脱碳酸处理的水等。

本发明的一方式的方法还具有：对通过前述pH控制而调节为pH6～8的脱碳酸水进行RO处理来制造纯水的工序。

本发明的一方式的方法具有：测定脱碳酸处理水的pH及电导率EC₁的工序、依照下式而计算添加碱或酸后的水的电导率EC₂的工序、以及以使添加碱或酸后的电导率成为所计算的EC₂的方式添加碱或酸的工序。

电导率EC₂＝电导率EC₁+(ΔEC/ΔpH)[mS·m]×(目标pH-脱碳酸水pH)

在此情况下，优选预先实验性地求出脱碳酸水的ΔEC/ΔpH。

发明效果

电导率计由于测定以规定距离隔离的电极间的电阻，因此响应性优越。水溶液的电导率取决于溶解的电解质的种类与浓度。在表1中示出各种离子的极限摩尔电导率。

表1

在化学手册(基础篇)中，以每电荷当量的[S·m²/eq]来表示，但在表1中以离子的每摩尔来表示。另外，对于HCO₃ ^-，为了方便，设为50×10^-4[S·m²/mol]。其依据是基于除H⁺及OH^-以外，2价离子为100～160[S·m²/mol]、1价离子为50～80[S·m²/mol]。

含有这些离子的水溶液的电导率EC能够以下式(1)表示。

C_i：成分i的摩尔浓度[mol/m³]

e_i：成分i的摩尔电导率[mS·m²/mol]

如表1，直接与pH相关的H⁺、OH^-的摩尔电导率与其他离子相比特异性高。因此，当有pH变化时，电导率也产生变化。由于电导率计的响应性与pH计相比显著快，因此，基于本发明，能够将碱或酸的添加量迅速地追随脱碳酸处理水的pH变化而加以控制。

附图说明

图1是说明本发明的框图。

图2是pH变化线图。

图3是中和曲线图。

图4是说明实施例的图表。

具体实施方式

图1是说明本发明的pH控制方法的一例的框图。在为了将脱碳酸水引导至静态混合器5的配管1，设置pH计2、第1电导率计3以及碱(在此实施方式中为NaOH水溶液)添加机构4。碱添加机构4具备：槽、注药泵及添加量控制阀4a等。脱碳酸水的碳酸浓度从缓冲作用与基于电导率的pH控制的正确性方面考虑，优选为10ppm以下、更优选为8ppm以下、特别优选为5ppm以下。作为脱碳酸机构，能够使用脱气膜、脱碳酸塔，曝气塔等，优选脱气膜。

由静态混合器5混合了碱之后的水通过配管6而供给至第1RO(反渗透)装置8，第1RO装置的透过水通水至第2RO装置9。在配管6，设置第2电导率计7。

pH计2、第1及第2电导率计3、7的检测值输入至控制器10，基于其计算结果而控制阀4a的开度，从而控制碱添加量。

需要说明的是，在图1中使用静态混合器5，但能够采用使用搅拌机的pH调整槽等各种混合机构。

在控制器10中，将第1电导率计3的检测电导率EC₁、脱碳酸水的pH、作为目标的pH(适当的时间平均值)代入至下式，算出作为目标的电导率EC₂，以使第2电导率计7的检测值成为此目标电导率EC₂的方式通过阀4a来控制NaOH添加量。

电导率EC₂＝电导率EC₁+(ΔEC/ΔpH)[mS·m]×(目标pH-脱碳酸水pH)(2)

式(2)的ΔEC/ΔpH[mS·m]的计算方法稍后描述，但具体而言，以现场的处理实绩为基础而更新适当值。

根据使用时间响应性高的电导率计的本发明的pH控制方法，在通过脱碳酸而使pH缓冲作用大幅度地减少且通过添加碱而使pH敏锐地产生变化、很难控制的脱碳酸水的pH调整(优选为pH6～8、特别优选为6～7)中的控制响应性能得以提高。需要说明的是，在pH6～8的范围中，pH与电导率的相关(比例)性高，在pH6～7中相关性更高。本发明在通过添加碱而将酸性的脱碳酸水中和至pH6～8、特别是pH6～7的情况下适宜。

需要说明的是，在脱碳酸膜的脱碳酸率低、第2RO装置9的处理水的电导率不能满足目标电导率的情况下，在第1RO装置8与第2RO装置9之间，可以设置同样的pH调整装置(第1及第2电导率计3、7、碱添加机构4、静态混合器5等混合机构及控制器10)。

实施例

[实验例1]

在表2所示的性状的工业用水1～4中分别添加硫酸而调整为pH5后，将由膜脱气装置进行了脱碳酸(残留IC＝2.5mg-C/L)的水的性状示于表3。

表2

项目	单位	工业用水①	工业用水②	工业用水③	工业用水④
						pH	—	7.4	7.01	7.6	7.42
电导率	mS/m	34.9	30.9	30.5	37.1
						Na	mg/L	26.2	8.69	11.83	22.9
K	mg/L	5.65	4.09	4	3.8
						Ca	mg/L	17.9	28.6	27.2	30.5
Mg	mg/L	8.77	6.98	7.5	5.6
						Cl	mg/L	40.3	20.31	16.16	18.4
SO<sub>4</sub>	mg/L	22.3	42.1	25.3	48.7
						NO<sub>3</sub>	mg/L	2.8	4.6	1.3	2.1
IC	mg-C/L	16.38	14.05	20.08	19.63

表3

项目	单位	脱碳酸水①	脱碳酸水②	脱碳酸水③	脱碳酸水④
						pH	—	5.85	5.75	5.98	5.97
电导率	mS/m	28.6	24.8	25.1	29.6
						Na	mg/L	26.2	8.69	11.8	22.9
K	mg/L	5.65	4.09	4.00	3.80
						Ca	mg/L	17.9	28.6	27.2	30.5
Mg	mg/L	8.77	6.98	7.5	5.6
						Cl	mg/L	40.3	20.3	16.2	18.4
SO<sub>4</sub>	mg/L	80.2	86.3	98.6	118.3
						NO<sub>3</sub>	mg/L	2.8	4.6	1.3	2.1
IC	mg-C/L	2.50	2.50	2.50	2.50

将在脱碳酸水1～4中添加NaOH而调整为pH7后的水质示于表4。

表4

如表4所示，脱碳酸后、调整为pH7后的电导率根据原水的水质而有差异。将在脱碳酸后的水(表3)中添加NaOH的情况下的相对于NaOH添加量的电导率的变化示于图4。需要说明的是，图4中的试样水1～4分别为表3的脱碳酸水1～4。

如图4所示，在为了将试样水(脱碳酸水)调整为pH7而添加NaOH的情况下，pH、电导率同样地上升。另外，可知电导率在任何情况下均线性地、以恒定的上升率而上升。

根据在将图4(A)的pH的值绘制于横轴、将图4(B)的电导率的值绘制于纵轴的情况下的图表的斜率，求出ΔEC/ΔpH。

相对于pH的变化而言的电导率变化率(ΔEC/ΔpH)如表5。

表5

为了将脱碳酸处理水的pH调整为7(目标pH)的目标电导率的计算式(2)的系数0.89，是作为此表5的ΔEC/ΔpH的平均值而求得的。

使用特定的方式详细说明了本发明，但本领域技术人员在未脱离本发明的内容与范围的情况下能进行各种变更。

本申请基于在2017年1月30日所申请的日本专利申请2017-014354，其全部内容通过引用而加以援用。

附图标记说明：

3，7：电导率计；

4：碱添加机构；

5：静态混合器；

8，9：RO装置。

Claims (4)

1.一种pH控制方法，其特征在于，在将碱或酸添加于脱碳酸处理水而将pH控制为6～8的方法中，利用电导率计来控制碱或酸的添加量，

所述pH控制方法包括：测定脱碳酸处理水的pH及电导率EC₁的工序；

依照下式而计算添加碱或酸后的水的电导率EC₂的工序；以及

以使添加碱或酸后的电导率成为所计算的EC₂的方式添加碱或酸的工序，

预先实验性地求出所述脱碳酸处理水的ΔEC/ΔpH，

电导率EC₂＝电导率EC₁+(ΔEC/ΔpH)×(目标pH-脱碳酸处理水pH)，

所述EC₁、EC₂以及ΔEC的单位均为mS/m。

2.如权利要求1所述的pH控制方法，其中，脱碳酸处理水是将工业用水或地下水以使碳酸浓度成为10ppm以下的方式进行了脱碳酸处理的水。

3.如权利要求1或2所述的pH控制方法，其中，还包括：对通过所述pH控制而调节为pH6～8的脱碳酸处理水进行RO处理来制造纯水的工序。

4.如权利要求1所述的pH控制方法，其中，在所述脱碳酸处理水中添加NaOH来调节pH的过程中，将不同NaOH添加量对应的pH值绘制于横轴，将对应的电导率的值绘制于纵轴，根据斜率来求出所述ΔEC/ΔpH。

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