En términos simples, el pH es la concentración de protones ácidos [H+]. Por otro lado, la alcalinidad de una solución es su capacidad para neutralizar ácidos. La alcalinidad consiste de los iones que incorporan los protones ácidos en sus moléculas de modo que no estén disponibles como ácido libre que pueda bajar el pH. Esto se conoce como almacenamiento en buffer.
Por ejemplo, el ácido reacciona con CO32- para formar HCO3–, y convierte PO42- en HPO4– . Esto hace que sea necesaria una cantidad significativamente mayor de ácido para reducir el pH en comparación con una solución que no contiene estos iones. El pH del agua desionizada puede bajar de 7 a 2 con sólo una gota de ácido, mientras que el agua natural del pozo puede requerir de 200 a 300 ppm de ácido sólo para disminuir el pH de 7 a 6.
La alcalinidad consiste principalmente de carbonato, bicarbonato, fosfato, borato, ortosilicato, sulfuros y ácidos orgánicos. La mayoría de las personas se refieren a la alcalinidad como las concentraciones de iones carbonato (CO32-) y bicarbonato (HCO3–), que son los buffers que están típicamente presentes en las concentraciones más altas en aguas naturales. Bicarbonato en particular, es el buffer más fuerte (el mayor valor de Ka) y el efecto de otros buffers se vuelve insignificante en su presencia.
A un pH muy alto, como pH 12, la concentración de iones hidróxido [OH¯] es tan alta que se necesita una cantidad significativa de ácido para neutralizar suficiente cantidad de ellos antes que el pH caiga. Por esta razón, se considera que los hidróxidos (OH) contribuyen a la alcalinidad por encima de ~ pH 10,5. A un pH muy bajo, las concentraciones de iones hidronio [H+] son muy elevadas, y como resultado, se requiere una concentración de ácido mucho mayor para reducir aún más el pH.
La temperatura más alta desplaza la ecuación hacia la derecha, aumentando ligeramente la relación carbonato a bicarbonato. Al mismo tiempo, la concentración de ácido (H+) aumenta ligeramente lo que provoca una ligera disminución del pH. Esto significa que una solución más caliente puede tener una mejor capacidad amortiguadora a pesar de un pH más bajo.
HCO3− ⇔ CO32− + H+
Lo opuesto ocurre a una más baja temperatura.
En los sistemas de membranas de Ósmosis Inversa (OI) y Nanofiltración (NF), el bicarbonato es el principal impulsor detrás del aumento del pH en el concentrado con relación a la alimentación. Los bicarbonatos aumentan su concentración cuando son rechazados por la membrana, mientras que las concentraciones de CO2 permanecen constantes ya que los gases no son rechazados. La relación aumentada entre bicarbonato y ácido carbónico da como resultado un cambio hacia la izquierda, absorbiendo más ácidos libres y aumentando así el pH.
H2CO3 ⇔ CO3− + H+
**H2CO3 and CO2 son usados indistintamente porque H2CO3 se convierte instantáneamente en CO2.
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