炭酸ガスによるPHの中和処理

質問

皆さんお世話になります。
現在、炭酸ガスによるPHの中和処理を試みているのですが、現状の方法よりも効率よく行うことをお客様より申し付けられております。
目的としては、炭酸ガスの使用量を大きく削減することですが、現状の方法で充分効率よく、行っているような気がしており、その根拠を示すことに苦慮しております。
そこで、皆々様に現状の方法が本当に効率よく行われているかどうかを理論的な裏づけで教えていただきたくご質問を差し上げました。
何卒、宜しくお願い致します。

目的：池の水のPH9.5～9.0を6.5～6.8にまで下げる。
中和手段：炭酸ガス
現在の使用量：炭酸ガス３０kgを1.5日で消費
一日の処理時間：９時間
処理水量：35㎥/時間
炭酸ガス投入量：2.2kg/時間
上記状態で、PHを目的の値まで下げております。

処理の根拠となる式
pHnで流量Q（m3／H）の濁水を中和するのに必要な炭酸ガス量は、以下の様に計算される。
濁水のpHがnであるとき、
濁水中の水素イオン濃度〔H+〕=10-n（mol／L）
水中の水素イオン濃度〔H+〕と水酸イオン濃度〔OH-〕との間には、
〔H+〕〔OH-〕=10-14なる関係が成立するから、
〔OH-〕=10-14／〔H+〕=10-14／10-n=10-(14-n)（mol／L）
アルカリ水の中和には〔OH-〕に相当する量の〔H+〕の添加が必要である。
ここで、炭酸ガスは CO2＋H2O→H2CO3
Ca(OH)2＋H2CO3→CaCO3↓＋2H2O
のように2段階で反応し、さらに余剰の炭酸ガスにより、
炭酸カルシウム（CaCO3）の再溶解CaCO3＋H2CO3→Ca(HCO3)2が生じる。
炭酸ガス1モル(44g)は、2モルのH+に相当するため、1モルのOH-を中和するのに必要な炭酸ガスは、44g／2=22gとなる。
しかしながら、CaCO3の再溶解反応に消費される炭酸ガスを考慮すると、
pHnで流量Q（m3／H）の濁水の中和に必要な炭酸ガス量Xは反応効率をα%とすると、
炭酸ガス量：X= Q*10^-(14-n)*2*22*(100/α)[kg/h]

この根拠では、PHを9、Q＝50m3、αを40としており、
炭酸ガス使用量：Ｘは0.055[kg/h]となります。
しかしながら、実際には2.2kg/時間と40倍近く必要としており、根拠が前提として間違っていると感じております。

上記式では、水酸化カルシウムCa(OH)2を中和しておりますが現地ではそうではないと考えております。
もちろん他の阻害要因は考慮しなければなりませんが、ただの水のPHを下げるだけでも、かなりの炭酸ガスが必要と感じております。
そこで炭酸カルシウムを反応させて中和するのではなく、単純にPHを炭酸ガスで下げるのには、どのくらいの量が必要でしょうか？

大変、苦慮しておりますので、何かヒントもしくは、根拠の手がかりとなるものでも構いませんので、どなたかご知見をいただけますよう何卒宜しくお願い申し上げます。
長々と書き上げ大変、読み難いかと存じますが、何卒宜しくお願い申し上げます。

中和処理の根拠
http://www.enex.co.jp/kankyo/0402.html

回答No.2

noname#230359

行き着くところはアルカリ度のようです。
CO2でPHを下げればアルカリ度が上がりCO2濃度も上がる。
CO2使用量を減らしたければアルカリ度を下げればよいということですね。

参考URL：

http://aquamindlaboratory.com/products/assay/KH_kit.html

回答No.1

noname#230359

化学は苦手です。ネットで検索した知識しかありません。
CO2はアルカリ水の場合にはH2CO3として中和反応に働くけれど
酸性になった途端、ただ溶解してるだけのようです。
その溶解量はすさまじく、50m3では50kgくらい溶けるようです。
これが池ではなく密閉容器内であれば、次の中和に回るけども
池なので気温変動により大気へ逃げてしまってるのではないでしょうか？

CO2だけでは弱酸性が限界のようですし、中和装置から排出した水を早急に撹拌して溶解したCO2を生かす方法も必要かも知れません。

とはいっても池のCO2の消費が池の植物の光合成であるならば
そこでCO2をケチったところで植物の餌を減らすのと同じことなので
大気に逃げてるのでなければ必要CO2量はトータルで変わりない気がします。

サイトによって
・水溶液中の二酸化炭素の大部分は CO2 分子として存在する
・PH8.3以上でH2CO3が100％、PH5.3以下でCO2が100％
・同様にPHにより第一段乖離→第二段乖離へ進む
・CO2のままだとPHに影響がない
とあります。
もっと化学に詳しい人がいれば炭酸の平衡定数や反応速度などから読めるのでしょうけども･･･。

お礼

T.S様

ご回答、誠にありがとうございます。
ご参考にさせていただきます。
説明不足もありましたので補足させていただきます。
phでの中和は、いったん池の水を引き上げて中和槽に導き、その中で処理しております。
中和槽は、密閉されていませんので大気圧です。(中に散気管と攪拌羽があります。)
おっしゃいますように、溶解されず逃げている分があると思われます。

co2の消費に関しては、中和処理後の直後でph計測しており、生物による消費は考慮しておりませんが、phを下げるのに必要な量や公式があれば知りたいと考えております。(おそらくphなので対数的に必要量が変わると想像しております。)

お手数いただきまして、ありがとうございました。