9 กรกฎาคม 2554

กระบวนการผลิตน้ำ สำหรับใช้ในกระบวนการผลิตไฟฟ้า

Water Treatment เป็นวิธีการแขนงหนึ่งซึ่งใช้ในการตรวจหาจำนวนสารในน้ำเพื่อขจัดทำลายพร้อมทั้งปรับสภาพทางเคมีของน้ำให้เหมาะสม การทำ Water Treatment จำเป็นมากสำหรับโรงไฟฟ้า เพราะป้องกันตะกรันและการกัดกร่อน เนื่องจากเป็นการนำเอาหลักวิชาทางเคมีมาประยุกต์ใช้ ดังนั้นจึงต้องทำความเข้าใจพื้นฐานวิชาเคมีเพื่อจะได้ควบคุมการทำงานของระบบและอุปกรณ์โดยถูกต้อง
วิชาเคมีเป็นวิชาที่ว่าด้วยองค์ประกอบของสสารเป็นการอธิบายถึงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเมื่อสารหนึ่งเปลี่ยนสภาพไปเป็นอีกสารหนึ่ง เราเรียกการเปลี่ยนแปลงนี้ว่า ปฏิกิริยา หรือ Reaction Water chemistry ก็คือเรื่องที่ว่าด้วยปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับน้ำและองค์ประกอบในน้ำ

Atoms และ Elements
สสารทุกชนิดประกอบด้วยอะตอม อะตอมคือส่วนที่เล็กที่สุดของสารซึ่งไม่สามารถแบ่งแยกได้อีกโดยไม่เสียคุณสมบัติเฉพาะตัว อะตอมจะประกอบด้วยอนุภาคหลัก 3 ชนิด คือ Neutron Proton และ Electron จำนวนและตำแหน่งที่อยู่ของอนุภาคทั้ง 3 นี้จะสร้างคุณสมบัติเฉพาะให้แต่ละอะตอม


Element หรือ ธาตุ
คือสารบริสุทธิ์ประกอบด้วยอะตอมเดียวหรือหลายอะตอม ธาตุที่ค้นพบในธรรมชาติขณะนี้มีทั้งหมด 92 ธาตุ ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่เบาที่สุดและยูเรเนียมเป็นธาตุที่หนักที่สุด และมีธาตุซึ่งมนุษย์ผลิตขึ้นมาอีกประมาณ 11 หรือ 12 ชนิด แต่ธาตุเหล่านี้จะแยกตัวออกจากกันเมื่อผลิตขึ้นมา ในจำนวนนี้ธาตุที่มักจะได้ยินคุ้นหูก็มี เหล็ก (Fe) อลูมิเนียม (Al) สังกะสี (Zn) ตะกั่ว (Pb) และปรอท (Hg) ซึ่งจัดเป็นพวกโลหะ พวกที่เป็นอโลหะได้แก่ถ่าน (C) กำมะถัน (S) ฟอสฟอรัส (P) ไอโอดีน (I) ออกซิเจน (O) ไฮโดรเจน (H) และไนโตรเจน (N) ธาตุทั้งหมดมักจะเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ ตารางที่ 1 คือตารางธาตุชนิดต่าง ๆ ที่ค้นพบในปัจจุบัน ขอให้ทำความเข้าใจเกี่ยวกับตารางก่อน
ภายในอะตอมของธาตุนั้นจะประกอบด้วย Nucleus เป็นแกนกลางโดยมี Electron โคจรรอบ ๆ Nucleus คล้าย ๆ กับระบบสุริยะของโลกเรา นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอน (อนุภาคประจุบวก) และนิวตรอน (อนุภาคไร้ประจุ) จำนวนอีเลคตรอน (อนุภาคประจุลบ) รอบ ๆ นิวเคลียสจะเท่ากับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส
นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน จำนวนอีเลคตรอนที่วิ่งรอบ ๆ นิวเคลียสจะเท่ากับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส เมื่อจำนวนอีเลคตรอนเท่ากับจำนวนโปรตอน อะตอมนี้จะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า จำนวนโปรตอนบวกกับจำนวนนิวตรอน จะประมาณเท่ากับน้ำหนักอะตอม รูปที่ 1A แสดงโครงสร้างของอะตอมอย่างง่าย ๆ อีเลคตรอนจะวิ่งรอบนิวเคลียสในแต่ละวงโคจร จำนวนอีเลคตรอนในแต่ละวงจรไม่เท่ากัน

วาเลนซี่ (Valence)
จำนวนอีเลคตรอนในวงโคจรนอกสุดของอะตอม จะเกิดการเปลี่ยนแปลงเมื่ออะตอมหนึ่งทำปฏิกิริยากับอีกอะตอมหนึ่ง วงโคจรนอกสุดอาจจะได้อีเลคตรอนเพิ่มหรือเสียอีเลคตรอนไป ถ้าได้อีเลคตรอนเพิ่มจะมีประจุลบเพิ่มและอะตอมจะมีประจุเป็นลบ ถ้าเสียอีเลคตรอนไปทำให้จำนวนประจุบวกเพิ่มขึ้นและอะตอมจะมีประจุบวก อะตอมที่มีจำนวนอีเลคตรอนหนาแน่นที่วงโคจรนอกสุดมักจะดูดอีเลคตรอนเข้าตัว และมีสภาพประจุเป็นลบ อะตอมที่มีจำนวนอีเลคตรอนบางเบาที่วงโคจรนอกสุดมักจะต้องเสียอีเลคตรอนและมีสภาพประจุเป็นบวก
การได้เพิ่มหรือสูญเสียอีเลคตรอนที่วงโคจรนอกสุดแสดงด้วยวาเลนซีของธาตุนั้น ดูตารางที่ 1 ยกตัวอย่างออกซิเจนจะมีวาเลนซี่ -2 ซึ่งหมายความว่าเมื่อออกซิเจนทำปฏิกิริยากับธาตุอื่นแล้วมักจะได้อีเลคตรอนเพิ่ม 2 ตัว ซึ่งจะทำให้อะตอมนั้นมีสภาพประจุเป็นลบ
สำหรับแมกนีเซียมนั้นมีวาเลนซี่เท่ากับ +2 หมายความว่าเมื่อทำปฏิกิริยาแล้วมักจะต้องเสียอีเลคตรอน 2 ตัว เครื่องหมายบวกแสดงให้รู้ว่ามีสภาพประจุเป็นบวก ตัวเลขของวาเลนซี่จะบอกจำนวนอีเลคตรอน 2 ตัว เครื่องหมายบวกหรือลบแสดงว่าธาตุนั้นสูญเสียหรือได้รับอีเลคตรอน ธาตุบางตัวจะมีวาเลนซี่หลายค่า

โมเลกุลและสารประกอบ
เมื่ออะตอมตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไปรวมตัวกันทางเคมีแล้วจะเกิดเป็นโมเลกุล โมเลกุลซึ่งประกอบด้วยอะตอมต่างชนิดกันตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไปรวมกันเรียกว่า สารประกอบ
อะตอมจะเกาะตัวอยู่ด้วยกันโดย Bonds 2 ชนิด คือ Covalent Bond (Electron Sharing Bond) และ Ionic bond (Electron Transferring Bond) Ionic Bond มีแรงเกาะตัวน้อยกว่า Covalent Bond
ใน Covalent Bond อีเลคตรอนจะถูกแชร์ด้วยอะตอมตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไป การแบ่งอีเลคตรอนหมายความว่า อีเลคตรอนสามารถจะเข้าไปอยู่ในวงโคจรของอะตอมตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไปในเวลาเดียวกันได้ วงโคจรและมี 1 อีเลคตรอน แต่ตัวมันเองต้องการอีเลคตรอน 2 ตัว ดังนั้นมันจึงจับกันเอง อีกตัวหนึ่งกลายเป็น Diatomic molecule (Diatomic หมายถึง 2 อะตอม) ในทำนองนี้ไฮโดรเจน 2 อะตอม แบ่งอีเลคตรอน 2 ตัว กลายเป็นหนึ่งโมเลกุล (รูปที่ 1B) ธาตุอื่น ๆ ก็จะเกิด Diatomic Molecule ในลักษณะเดียวกัน ธาตุเหล่านี้ได้แก่ ไนโตรเจน, ออกซิเจน, ฟลูออรีน, คลอรีน, โบรมีน และไอโอดีน ธาตุเหล่านี้ในสภาวะทั่วไปจะเป็นก๊าซโดยปกติแล้ว Ionic Bonding เกิดได้ง่ายกว่า การเกิด Ionic bond ไม่มีการแบ่งอีเลคตรอน มีแต่การถ่ายเทอีเลคตรอนระหว่างอะตอม
โซเดียมคลอไรด์ (NaCl) หรือเกลือแกง ซึ่งประกอบด้วยโซเดียม (Na) และคลอรีน (Cl) โซเดียมจะมีอีเลคตรอน 1 ตัว ที่วงนอกสุด ส่วนคลอรีนขาดอีเลคตรอน 1 ตัวที่วงนอกสุด (รูปที่ 1C) โซเดียมให้อีเลคตรอนแก่คลอรีน แล้วกลายสภาพประจุเป็นบวกในขณะที่คลอรีนกลายเป็นลบ ในลักษณะเช่นนี้ อะตอมของทั้งสองธาตุจะรวมตัวกันกลายเป็นโซเดียมคลอไรด์
การรวมตัวระหว่างออกซิเจน (O) กับไฮโดรเจน (H) ด้วย Ionic bond แล้วเกิดโมเลกุลของน้ำ ออกซิเจนมีวาเลนซี่ -2 ไฮโดรเจนมีวาเลนซี่ +1 หมายความว่าออกซิเจนต้องการอีเลคตรอนเพิ่ม 2 ตัว จึงจะจับอะตอมไฮโดรเจน 2 อะตอม เพื่อให้ได้อีเลคตรอน 2 ตัว (รูปที่ 1D) โมเลกุลของน้ำที่เกิดขึ้นมีสูตรว่า H2O
ลองพิจารณาสูตรของน้ำ (H2O) ถ้าโมเลกุลประกอบด้วยอะตอมมากกว่าหนึ่ง จะต้องเขียนตัวเลขกำกับไว้ที่ด้านท้ายล่างของธาตุนั้น สูตรของน้ำ (H2O) บอกให้เราทราบว่าประกอบด้วยอะตอมของธาตุไฮโดรเจน 2 ตัว และอะตอมของธาตุออกซิเจน 1 ตัว ในกรณีที่ไม่มีตัวเลขกำกับที่ธาตุนั้น ยกตัวอย่างออกซิเจน (O) ในสูตรของน้ำให้ถือว่ามีค่าเท่ากับ 1
เพื่อให้เข้าใจการเกิดสารประกอบต้องพิจารณาดูวาเลนซี่ของอะตอมที่จะมารวมตัวกัน วาเลนซี่ของโมเลกุลสารประกอบต้องเท่ากับศูนย์ ในกรณีของ H2O H แต่ละตัวจะมีวาเลนซี่ +1 O แต่ละอะตอมจะมีวาเลนซี่ -2 อะตอมของไฮโดรเจนและออกซิเจนรวมกันแล้วทำให้ผลรวมของวาเลนซี่กลายเป็นศูนย์
ถ้าอลูมิเนียม (Al) รวมตัวกับออกซิเจน (O) เพื่อให้เกิด Aluminum Oxide โดยที่ Al มีวาเลนซี่ +3 และ O มีวาเลนซี่ -2 จะต้องใช้ Al 2 อะตอมรวมกับ O 3 อะตอม [2 (+3) + 3(-2) = 0] สูตรของสารประกอบนี้คือ Al2O3

อนุมูล
เมื่ออะตอมของธาตุบางชนิดรวมตัวกันแล้วจะเกิดเป็นอนุมูล อนุมูลก็มีวาเลนซี่ด้วยเช่นกัน อนุมูล SO4-2 มีวาเลนซี่ -2
อนุมูลจะทำปฏิกิริยาเหมือนกับเป็นธาตุเดียว เมื่อรวมตัวกับอะตอมของธาตุอื่นเกิดเป็นสารประกอบ ตารางที่ 2 คือตัวอย่างของอนุมูลซึ่งมักจะพบเสมอในเคมีวิเคราะห์น้ำโรงจักรสูตรของสารประกอบซึ่งประกอบด้วยอนุมูลนั้นถูกกำหนดได้ ทำนองเดียวกับสูตรของสารประกอบ ซึ่งประกอบด้วยธาตุอิสระ ดังนั้นเมื่อธาตุโซเดียม (Na) วาเลนซี่ +1 รวมกับอนุมูลซัลเฟต (SO4) วาเลนซี่ -2 จะได้สารประกอบซึ่งมีสูตร Na2SO4 2(+1) + 1(-2) = 0
ดูอีกตัวอย่าง สูตรของแคลเซียมไฮดรอกไซด์คือ Ca (OH)2 เพราะว่าต้องใช้อนุมูล (OH) (วาเลนซี่ -1) 2 อนุมูลรวมกับ Ca (วาเลนซี่ +2) 1 อะตอมจึงจะสมดุลย์ เราใช้ใหม่เป็น CaOH2 ความหมายจะเปลี่ยนไปกลายเป็นมี Ca 1 อะตอม มี O 1 อะตอม และ M 2 อะตอมใน 1 โมเลกุล Ca OH2 ไม่ใช่สารประกอบ เพราะวาเลนซี่รวมจะไม่เท่ากับศูนย์
ให้จำวิธีเขียนสารประกอบที่มีอนุมูล สูตรของแมกนีเซียมไบคาร์บอเนต คือ Mg (HCO3)2 นั่นคือต้องมี Mg (วาเลนซี่ +2) 1 อะตอม รวมกับอนุมูล (HCO3) 2 อนุมูล แต่ละอนุมูลของ HCO3 มีวาเลนซี่ -1 ดังนั้น Mg (HCO3)2 มีวาเลนซี่ -1 ดังนั้น Mg (HCO3)2 มีวาเลนซี่รวมเท่ากับศูนย์

สมการเคมี

สารประกอบทางเคมีเมื่อทำปฏิกิริยากับสารอื่นจะเกิดสารประกอบใหม่ ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นเร็วมาก เมื่อสารประกอบอยู่ในสภาพสารละลาย สารประกอบเมื่อละลายน้ำจะแตกตัวเป็นอนุภาคประจุบวก และอนุภาคประจุลบ เรียกว่า Ions
เราใช้สมการเคมีอธิบายปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้น เราจะอธิบายสั้น ๆ ถึงการเกิดสนิมก่อนอื่นต้องเข้าใจเสียก่อนว่าสนิมหมายถึงอะไร
ชื่อทางเคมีของสนิมก็คือ Iron Oxide เหล็ก (Fe) เมื่อรวมตัวกับออกซิเจน (O2) เกิดเหล็กออกไซด์ (Fe2O3) Fe มีวาเลนซี่ +3 O2 มีวาเลนซี่ -2 ดังนั้นสูตรของโมเลกุลเหล็กออกไซด์ คือ Fe2O3 [2(+3)+3(-2) = 0] ลองมาทำความเข้าในสมการเคมีของปฏิกิริยาที่ทำให้เกิดเหล็กออกไซด์ สมการเคมีประกอบด้วย 3 ส่วน กลุ่มของตัวทำปฏิกิริยา (Reactants) จะอยู่ทางซ้ายมือของสมการ เครื่องหมายลูกศรตรงกลางสมการหมายถึงเท่ากับหรือทำให้เกิด กลุ่มของผลได้จากปฏิกิริยาเคมี (Reaction products) จะอยู่ทางขวามือ ดังนั้นปฏิกิริยาของการเกิดสนิมเขียนเป็นสมการได้ดังนี้
4Fe + 3O2 2Fe2O3
สมการนี้บอกให้ทราบว่าถ้าใช้ Fe 4 อะตอม รวมกับ O2 3 โมเลกุลแล้วจะได้ Fe2O3 2 โมเลกุล จำนวนโมเลกุล (หรืออะตอม) ดูจากตัวเลขหน้าโมเลกุลหรืออะตอม 4 ข้างหน้า Fe, 3 ข้างหน้า O2, และ 2 ข้างหน้า Fe2O3
ในการ Balance สมการเคมี จำนวนอะตอมทางซ้ายมือของสมการจะต้องเท่ากับจำนวนอะตอมทางขวามือของสมการ
ปฏิกิริยาเคมีบางประเภทจะให้ Reaction Products ซึ่งไม่ละลายน้ำ ทำให้เกิดการตกตะกอนซึ่งใช้วิธีเขียน ศรลง ( ) กำกับไว้ท้ายสูตรโมเลกุล บางปฏิกิริยาจะให้ Products ในรูปของแก๊ส ซึ่งจะลอยหายไปในบรรยากาศ เราเรียกว่าเกิด Evolotion และใช้วิธีเขียนศรขึ้น ( ) กำกับไว้
ปฏิกิริยาเคมีบางประเภท Products ทั้งหมดที่เกิดขึ้นละลายน้ำได้หมด ซึ่งหมายความว่าสามารถเกิดปฏิกิริยาสวนทางได้ เพื่อให้เกิดสารประกอบดั้งเดิม ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นกลับไปกลับมาในเวลาเดียวกัน ปฏิกิริยาสวนกลับทางใช้เขียนแทนด้วยศรคู่ ( ) ตรงกลางของสมการ จำไว้ว่าลูกศรเดียว ( ) หมายถึงปฏิกิริยาเสร็จสิ้นแล้ว

ความเข้มข้นของสสารในน้ำและหน่วยที่ใช้วัด
คำว่า “Concentration” หมายถึงปริมาณของสารชนิดหนึ่งซึ่งละลายในสารอีกชนิดหนึ่ง เช่น ถ้าเราตักน้ำตาล 1 ปอนด์ใส่ลงในน้ำ 1 แกลลอน Concentration ของน้ำตาลในน้ำจะมีค่า 1 ปอนด์/แกลลอน
หน่วยที่มักจะพบเห็นเสมอ ได้แก่ เปอร์เซ็นต์ ซึ่งได้แก่จำนวนหน่วย (หรือส่วน) ของสารในสารละลาย 100 หน่วย (หรือส่วน) ดังนั้น Percent Concentration ก็หมายถึงจำนวนสารใน 100 ส่วน
บางครั้งการวัดโดย Percent Concentration อาจจะไม่เหมาะสมสำหรับสารละลายบางชนิด ตัวอย่างเช่น ความเข้มข้นของ NaCl ในน้ำดิบจะมีค่า 0.003 ส่วนในร้อยส่วน หรือ 0.003% ตัวเลขนี้เล็กเกินไป ควรหันมาใช้หน่วยที่เล็กกว่านี้อีกคือ Parts per million (ppm) และ Parts per billion (ppb) ppm หมายถึงน้ำหนักของสสารต่อสารละลาย 1 ล้านส่วน ppb หมายถึง น้ำหนักของสสารต่อสารละลาย 1,000 ล้านส่วน
ส่วนมากแล้วใช้หน่วยมิลลิกรัมต่อลิตร (mg/l) แทน ppm ในสารละลายที่เจือจางมาก ๆ กล่าวได้ว่าการวัด Concentration โดยหน่วย ppm และ mg/l ได้ค่าเกือบจะเท่ากัน ทั้งนี้เพราะว่าน้ำ 1 ลิตรหนัก 1 ล้านมิลลิกรัม ดังนั้น 1 mg/l คือ 1 ppm
หน่วย ppb ใช้วัด Concentration ที่มีค่าน้อยกว่า 1 ppm
1% = 10,000 ppm = 10,000,000 ppb
1 ppm = 1,000 ppb = 0.0001%
1ppb = 0.001 ppm = 0.000,000,1%
1 ppm = 1 mg/l
ตารางแสดงความสัมพันธ์ของหน่วยวัด Concentration
ในระบบน้ำของโรงไฟฟ้าค่า Concentration จะเปลี่ยนแปลงจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง ยกตัวอย่างเช่นใน Condenser ถ้าเกิดมีรอยรั่วขึ้นจะทำให้น้ำ Condensate มีความบริสุทธิ์ลดลงเนื่องจากน้ำในระบบระบายความร้อนที่
เข้า Condenser มีความบริสุทธิ์น้อยกว่าน้ำ Condensate ตัวการสำคัญคือ dissolved solids ใน cooling water และไม่นานนักน้ำนี้จะกลายเป็น Feedwater ป้อนเข้าหม้อน้ำ เมื่อถูกต้มกลายเป็นไอน้ำ ส่วนที่เป็น Dissolved Solids จะตกค้างภายในหม้อน้ำ ทำให้ Concentration ของ Boiler Water (Feedwater ในตอนแรก) เพิ่มสูงขึ้น
Concentration ของ Boiler Water ที่เพิ่มสูงขึ้นนี้สามารถควบคุมได้โดยการถ่ายน้ำบางส่วนทิ้งไป วิธีนี้เรียกว่า Blowdown ซึ่งวัดปริมาณกันเป็นเปอร์เซ็นต์ของ Incoming Feedwater
ถ้าหม้อน้ำต้องการ Feedwater 1,000,000 ปอนด์/ชม. และ Blowdown 0.1% นั่นหมายถึงว่าจะถ่ายน้ำทิ้งจำนวน 1,000,000 x 0.001 = 1,000 ปอนด์/ชม. ดังนั้นน้ำที่จะถูกต้มกลายเป็นไอน้ำจะเท่ากับ 999,000 ปอนด์/ชม.
ถ้า Feedwater จำนวน 1,000,000 ปอนด์นี้มีค่า Concentration 1 ppm แล้ว ในทุก ๆ หนึ่งชั่วโมงจะมี Dissolved Solids เข้าหม้อน้ำ 1 ปอนด์ เมื่อน้ำจำนวน 999,000 ปอนด์ กลายเป็นไอน้ำ จะทำให้ Dissolved Solids จำนวน 1 ปอนด์นี้ตกค้างในหม้อน้ำทุก ๆ หนึ่งชั่วโมง ถ้าหากต้มน้ำต่อไปจำนวน Solids Content ของ Boiler Water ก็จะเพิ่มขึ้น
การ Blowdown จะป้องกันไม่ให้เกิดสาเหตุดังกล่าว ถ้ารู้ค่า Feedwater flow (lb/hr) และรู้ค่า Solids content ใน Feedwater (ppm) แล้วค่า concentration ของ Solidsใน Boiler water จะขึ้นอยู่กับ Blowdown flow ซึ่งมีสมการแสดงความสัมพันธ์ดังนี้
Cboiler • FBD = CFW • FFW
( สสารทิ้ง = สสารเพิ่ม )
โดยที่
Cboiler = ปริมาณ Solids ในหม้อน้ำ, ppm
FBD = อัตราไหลผ่านของ Blowdown, lb/hr
CFW = ปริมาณ Solids ใน Feedwater, ppm
FFW = อัตราการไหลของ Feedwater, lb/hr
สมการนี้บอกให้เราทราบว่า ปริมาณ Solids เท่าใดก็ตามที่ตาม Feedwater เข้าไปในหม้อน้ำจะต้องถูกถ่ายทิ้งออกไปทาง Blowdown สมมุติว่าเรากำหนดค่าตัวเลขลงไปโดยที่
CFW = 1 ppm
FFW = 1 x 106 lb/hr
FBD = 1 x 103 lb/hr
แล้วให้หาค่าของ Cboiler
จากสมการ Cboiler • FBD = CFW • FFW
เขียนได้ใหม่ว่า Cboiler =
แทนค่าแล้วจะได้
= 1,000 ppm
เพราะเช่นนั้นถ้าทำการ Blowdown ด้วยอัตรา 1,000 lb/hr แล้วก็จะรักษาระดับ Concentration ของ Solids ในหม้อน้ำไว้ที่ 1,000 ppm ได้ รูปที่ 2A แสดงระบบความสัมพันธ์ตามสมการข้างต้น



ความหมายของ pH
เมื่อเติมกรดหรือด่างลงในน้ำบริสุทธิ์ จะทำให้ H+ และ OH- อิออนเกิดการเปลี่ยนแปลง กรดจะไปเพิ่ม [ H+ ] ให้มีค่ามากกว่า 1.0 x 10-7 และด่างจะเพิ่มค่า [ OH- ] แต่ถ้าสารละลายยังคงเจือจางแล้วค่า KW จะคงที่ = 1.0 x 10-14 ดังนั้นถ้าค่า KW คงที่แล้ว การเพิ่ม [ H+ ] หรือ [ OH- ] จะทำให้ส่วนที่เหลือลดลงตามอัตราส่วน เพราะเช่นนั้นเมื่อสารละลายเพิ่มความเป็นกรด นั่นคือ [ H+ ] เพิ่มขึ้น เมื่อสารละลายเพิ่มความเป็นด่าง นั่นคือ [ H+ ] ลดลง ความสัมพันธ์อันนี้ใช้สำหรับบอกถึงความเป็นกรดหรือความเป็นด่างในรูปของ Hydrogen ion concentration เราเรียกความสัมพันธ์นี้ว่า pH
โดยที่ pH =
เราไม่จำเป็นต้องจำสมการนี้ แต่เมื่อเห็นว่า “log” จะต้องนึกเสมอว่า คือกำลังของเลขสิบ เพื่อให้เข้าใจง่ายขึ้นให้คิดว่า pH ก็คือ “กำลังของ Hydrogen ion”
ยกตัวอย่าง pH = 5 หมายความว่ามี Concentration ของ [H+] = 1 x 10-5 โมล/ลิตร
pH = 6 หมายความว่ามี [H+] Concentration = 1 x 10-6 โมล/ลิตร
ดังนั้น การเปลี่ยนแปลง pH จาก 5 ไป 6 มีผลให้ [H+] Concentration เปลี่ยนไป 10 เท่า


ช่วงของค่า pH
สารละลายที่เป็นกลางมีค่า pH = 7
สารละลายกรดมีค่า pH น้อยกว่า 7
สารละลายด่างมีค่า pH มากกว่า 7
การเปลี่ยนแปลงค่า pH ไม่ว่าเพิ่มขึ้นหรือลดลง หมายถึง การเปลี่ยน H+ Concentration ทีละ 10 เท่า สารละลาย pH = 3 จะมี [H+] Concentration มากกว่าสารละลาย pH = 7 ถึง 10,000 เท่า ขอให้ดูรูปที่ 2B และตารางที่ 1 ประกอบ ตารางที่ 1 แสดงความสัมพันธ์ระหว่าง H+, OH-, และ pH
ส่วนตารางที่ 2 แสดง pH ของสาร ซึ่งมักพอเสมอในระบบน้ำของโรงไฟฟ้า ขอให้จำไว้ว่า pH scale เป็นเพียงตัวบอกความสมดุลย์ระหว่างไฮโดรเจนและไฮดรอกซิลอิออน ยกตัวอย่างน้ำบริสุทธิ์เต็มที่จะมีค่า pH = 7 ที่ 25C แต่น้ำที่มี Dissolved Salt 2,000 ppm ละลายอยู่จะยังคงมีค่า pH = 7

pH คือ ดัชนีที่บอก Hydrogen Ion Concentration
สสารที่จะให้ H+ หรือเมื่อละลายในน้ำ
สสารที่จะให้ OH- หรือเมื่อละลายในน้ำ
แล้วแตกตัวให้ H+ แล้วแตกตัวให้ OH-

เพิ่มค่า H+

ช่วงของค่า pH
สารละลายที่เป็นกลางมีค่า pH = 7
สารละลายกรดมีค่า pH น้อยกว่า 7
สารละลายด่างมีค่า pH มากกว่า 7
การเปลี่ยนแปลงค่า pH ไม่ว่าเพิ่มขึ้นหรือลดลง หมายถึง การเปลี่ยน H+ Concentration ทีละ 10 เท่า สารละลาย pH = 3 จะมี [H+] Concentration มากกว่าสารละลาย pH = 7 ถึง 10,000 เท่า ขอให้ดูรูปที่ 2B และตารางที่ 1 ประกอบ ตารางที่ 1 แสดงความสัมพันธ์ระหว่าง H+, OH-, และ pH
ส่วนตารางที่ 2 แสดง pH ของสาร ซึ่งมักพอเสมอในระบบน้ำของโรงไฟฟ้า ขอให้จำไว้ว่า pH scale เป็นเพียงตัวบอกความสมดุลย์ระหว่างไฮโดรเจนและไฮดรอกซิลอิออน ยกตัวอย่างน้ำบริสุทธิ์เต็มที่จะมีค่า pH = 7 ที่ 25C แต่น้ำที่มี Dissolved Salt 2,000 ppm ละลายอยู่จะยังคงมีค่า pH = 7
pH คือ ดัชนีที่บอก Hydrogen Ion Concentration

การวัดค่า pH
เราสามารถวัดค่า pH ของสารละลายได้โดยการวัดศักย์ไฟฟ้าระหว่างเซลล์ไฟฟ้า ซึ่งประกอบด้วยอีเลคโตรด 2 ขา จุ่มลงไปในสารละลายที่จะวัดค่า pH มิเตอร์ คือโวลท์มิเตอร์ที่มีความไวสูงและแปลง Output ออกมาเป็นค่า pH อีเล็คโตรดข้างหนึ่งจะเป็น Reference Electrode และอีเล็ดโตรดข้างหนึ่งเป็น pH-Sensitive glass เมื่อ H+ Concentration ของสารละลายเกิดการเปลี่ยนแปลงจะมีผลทำให้ศักย์ไฟฟ้าระหว่างอีเล็คโตรดทั้งสองเปลี่ยนแปลงด้วยโดยที่ pH มิเตอร์จะวัดศักย์ไฟฟ้าและเปลี่ยนค่าเป็น pH
อีเล็คโตรดของเครื่องวัด pH นี้มีความไวต่ออุณหภูมิมาก จึงจำเป็นต้องวัดอุณหภูมิของสารละลายที่จะทำการวัดค่า pH ด้วย เพื่อนำมาปรับเข็มบนหน้าปัดของเครื่องวัด เครื่องวัด pH บางเครื่องจะทำการวัดอุณหภูมิและปรับเข็มบนหน้าปัทม์เองโดยอัตโนมัติ เครื่องวัดดังกล่าวมักจะติดตั้งตายไว้ในโรงไฟฟ้าเลย
การ Calibrate pH มิเตอร์มักจะกระทำด้วยการใช้สารละลายที่รู้ค่า pH แน่นอนแล้ว เพื่อไม่ให้เกิดการผิดพลาด สารละลายที่ใช้เรียกว่า Buffer Solutions เพราะเป็นสารละลายที่สามารถคงค่า pH ได้ในพิสัยที่กว้าง ถึงแม้ว่ามีสารจำพวกกรดหรือด่างเจือปนบ้างเล็กน้อยก็ไม่ทำให้ค่า pH เปลี่ยนแปลง


Alkalinity และ Acidity
ตามที่ได้กล่าวมาแล้วว่าคุณสมบัติของสารละลายที่ให้ไฮดรอกซิลอิออนเรียกว่าคุณสมบัติความเป็นด่างหรือ Alkalinity ในเคมีวิเคราะห์น้ำของโรงไฟฟ้า Alkalinity มีความหมายในแง่ที่ว่าสามารถล้าง Acidity ให้เป็นกลางได้ เรามักจะวัด Alkalinity ในหน่วย ppm ส่วน Acidity ก็คือความสามารถในการล้าง Alkalinity ให้เป็นกลางได้ และวัดออกมาเป็นหน่วย ppm
Alkalinity และ Acidity มักจะใช้เป็นตัวบอกคุณภาพของน้ำ การรู้คุณสมบัติ 2 ประการนี้ช่วยให้คาดการณ์ได้ว่าน้ำที่ใช้งานอยู่นั้นจะก่อให้เกิดปัญหาด้าน Scale และ Corrosion หรือไม่
Alkalinity และ Acidity ที่เกิดกับน้ำธรรมชาติมักจะเนื่องมาจากคาร์บอนไดออกไซด์อิสระ คาร์บอเนตอิออน ไบคาร์บอเนตอิออน ไฮดรอกซิลอิออน อย่างใดอย่างหนึ่ง


Conductivity
สารละลายบางชนิดมีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้า คุณสมบัตินี้มีประโยชน์มากในการใช้ตรวจวัดสารละลายประเภทต่าง ๆ ในโรงไฟฟ้า การหา Concentration ของสารละลายเราใช้วิธีวัด Conductance หรือวัด Conductivity ของสารละลายนั้น


Conductance ของสารละลาย
สารละลายที่สามารถนำไฟฟ้าได้เรียกว่า Electrolyte โดยทั่วไปแล้ว Electrolyte เป็นสารละลายน้ำที่มีกรด ด่าง หรือเกลือละลายอยู่ Electrolyte แต่ละชนิดจะสามารถนำไฟฟ้าได้ไม่เท่ากัน อิออนในสารละลายมักจะมีประจุไฟฟ้าติดตัวเสมอ อิออนต่างชนิดกันจะเก็บประจุได้ไม่เท่ากัน หรือมี Conductance ต่างกัน ไฮโดรเจนอิออนจะมี Conductance สูงสุด ไฮดรอกซิลอิออนมี Conductance ประมาณครึ่งหนึ่งของไฮโดรเจนอิออน สำหรับอิออนอื่น ๆ จะมี Conductance น้อยกว่าเมื่อ Concentration ของสารละลายเพิ่มขึ้นจะทำให้ Conductance เพิ่มขึ้น เนื่องจากเกิดอิออนที่มีประจุมากขึ้นในเรื่องเคมีวิเคราะห์น้ำโรงไฟฟ้า มักจะพบว่าสารละลายส่วนใหญ่มีความเจือจางมาก เพราะมีอิออนนับตัวได้ ในกรณีเช่นนี้ใช้วิธีวัด Resistance ของสารละลายแทน ตามที่ทราบมาแล้วว่า Conductance คือความสามารถในการนำไฟฟ้า และ Resistance คือความสามารถในการต้านไฟฟ้า ดังนั้นความสัมพันธ์ของคุณสมบัติทั้งสองก็คือ

หน่วยวัด Resistance คือ ohms หน่วยวัด Conductance คือ mho (สะกดถอยหลัง) ในสารละลายที่เจือจางมาก ๆ ถ้าวัด Conductance ด้วยหน่วย mho แล้วจะได้ค่าที่น้อยมากเหลือเกิน ในกรณีนี้เราจะใช้หน่วยไมโครโมห์ หรือ 10-6 mhos แทน 1 ไมโครโมห์ นิยมเขียนด้วยตัวย่อว่า 1  mhos ยกตัวอย่างค่า Conductance ของน้ำที่ใช้ใน High pressure boiler จะเท่ากับ 0.00005 mhos ซึ่งเล็กมาก ถ้าเขียนไปในหน่วยไมโครโมห์จะมีค่าเท่ากับ 50  mhos
เรามักจะวัดค่า Conductance กันที่อุณหภูมิ 25C ซึ่งถือว่าเป็นอุณหภูมิมาตรฐาน ถ้าทำการวัด Conductance กันที่อุณหภูมิอื่น จะต้องปรับเปลี่ยนมาเป็นค่าที่ 25C
Specific Conductance หรือ Conductivity
Specific Conductance หรือ Conductivity ของสารละลายใดก็คือ Conductance ของสารละลายนั้น ซึ่งวัดระหว่างอีเล็คโตรด 2 ขา แต่ละขามีพื้นที่หน้าตัด 1 ตร.ซม. วางห่างกัน 1 ซม. ที่อุณหภูมิ 25C หน่วยของ Conductivity คือ  mhos/cm


การใช้ Conductivity ในการวัด Concentration
เราใช้วิธีวัด Conductivity และเปลี่ยนค่าไปเป็น ppm ของ Dissolved Solids โดยอาศัย Calibration Curves ซึ่งทำขึ้นสำหรับเครื่องวัดนั้น ๆ มีสูตรง่าย ๆ สำหรับความสัมพันธ์ระหว่าง Dissolved Solids และ Conductivity ดังนี้
ppm ของ Dissolved Solids = 0.7 x Conductivity (ในหน่วย  mhos/cm. )
สูตรนี้ให้ค่าถูกต้องสำหรับสารละลายของเกลือเท่านั้น ส่วนสารละลายของกรด ด่าง หรือเกลือ ซึ่งมีฤทธิ์เป็นกรดหรือด่าง ตัวคูณจะมีค่าระหว่าง 0.5-0.6 (แทนที่จะเป็น 0.7)
การตรวจคุณภาพของน้ำโดยวิธีวัด Conductivity นั้น นับว่ามีประโยชน์มากเพราะทำให้ทราบถึง Concentration ของ Dissolved solids เพราะปัญหาสำคัญก็คือ ต้องพยายามควบคุมจำนวน Total Dissolved Solids ใน Boiler water และต้องควบคุมคุณภาพของน้ำ Demineralized water ด้วย การใช้วิธีวัดค่า Conductivity นี้ ทำให้เราหาค่า Dissolved Solids ได้ง่ายและรวดเร็วกว่าการนำน้ำตัวอย่างมาระเหยให้แห้งแล้วจึงชั่งสารส่วนที่ตกค้างอยู่นั้น


วิธีวัดค่า Conductivity
ตามที่ได้กล่าวมาแล้วว่า Conductivity คือค่า Conductance ของสารละลาย ซึ่งวัดค่าระหว่างอีเลคโตรด 2 ขา แต่ละขามีพื้นที่หน้าตัด 1 ตร.ซม. วางห่างกัน 1 ซม. อุณหภูมิของสารละลายเท่ากับ 25C เครื่องวัดค่า Conductivity ส่วนใหญ่แล้วอีเลคโตรดที่ใช้วัดจะมีระยะห่างไม่เท่ากับ 1 ซม. เสมอไป ดังนั้นเครื่องวัดแต่ละเครื่องจึงมีค่า Cell Constant หรือ Correction Factor ไว้สำหรับแก้ค่าที่อ่านได้ให้เท่ากับค่าที่ควรจะเป็น ในกรณีที่อีเล็คโตรดมีพื้นที่หน้าตัด 1 ตร.ซม. และห่างกัน 1 ซม. ดังนั้นค่า Conductivity ก็คือค่า Conductance ซึ่งวัดค่าที่ 25C คูณด้วย Cell Constant