在大型工业反渗透（RO）水处理系统中，操作人员常观察到一种现象：产出的纯净水（产水）pH值往往显著低于原水（进水）的pH值。这种看似“反常”的下降，并非设备故障，而是反渗透这一物理分离过程的必然结果，其核心机制在于水中溶解气体（尤其是二氧化碳）的行为及离子选择性截留。

一、 核心机制：二氧化碳的“自由穿透”效应

溶解二氧化碳（CO₂）的独特性质：

水中溶解的二氧化碳主要以中性分子（CO₂(aq)）形态存在，而非带电离子（如HCO₃⁻碳酸氢根离子或CO₃²⁻碳酸根离子）。

关键点： 反渗透膜的分离原理主要基于对溶解离子（带电荷物质）的高效截留（通常>95-99%），而对于中性小分子（如溶解气体CO₂、O₂）的截留率极低，几乎接近于0%。

RO膜的选择性截留与CO₂的穿透：

当含CO₂的原水通过RO膜时：

高价离子（Ca²⁺, Mg²⁺）、一价离子（Na⁺, K⁺, Cl⁻） 被膜高效截留，浓水侧浓度显著升高。

碳酸氢根（HCO₃⁻）、碳酸根（CO₃²⁻） 作为带电离子，也被膜高度截留（通常在95%以上），同样在浓水侧富集。

溶解的CO₂分子 由于是中性且分子量小，几乎不受阻碍地自由透过膜进入产水侧。其浓度在产水和浓水中与原水基本相同（忽略压力变化等微小影响）。

碳酸平衡体系的破坏与pH下降：

原水中存在一个动态平衡：CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻ ⇌ 2H⁺ + CO₃²⁻。pH值主要由体系中CO₂、HCO₃⁻、CO₃²⁻的相对比例决定。

RO过程的影响：

产水侧： 几乎只含有穿透过来的CO₂分子。HCO₃⁻和CO₃²⁻离子被膜截留，含量极低。这使得产水中的碳酸平衡强烈向左移动，即CO₂ + H₂O → H⁺ + HCO₃⁻反应占主导。但由于HCO₃⁻浓度极低，大量的CO₂溶解在水中会解离产生H⁺离子，导致产水呈弱酸性，pH值自然下降（通常在5-6.5范围）。

浓水侧： 由于CO₂基本不变，而HCO₃⁻和CO₃²⁻浓度大幅升高（因水分被去除而浓缩），平衡向右移动（HCO₃⁻ → CO₃²⁻ + H⁺的反应被抑制，甚至CO₃²⁻ + H₂O → HCO₃⁻ + OH⁻可能发生），导致浓水pH值往往高于原水。

二、 次要影响因素：离子的选择性截留

阳离子与阴离子的截留率差异：

虽然RO膜对所有离子都有高截留率，但并非100%，且对不同离子的截留率存在细微差异。通常，高价离子（如Ca²⁺, SO₄²⁻）截留率最高（>99%），一价离子（如Na⁺, Cl⁻）截留率略低（95-99%）。

关键点： 在实际运行中，RO膜对一价阴离子（如Cl⁻）的截留率有时会略低于对一价阳离子（如Na⁺）的截留率。这意味着会有极少量的Cl⁻相对更多地进入产水。

对pH的影响： 这种微小的不平衡（产水中[Cl⁻]可能略微超过[Na⁺]）会使产水中含有极其微量的游离H⁺（因为溶液必须保持电中性，阴离子略多时，需要H⁺来平衡），这会对已经偏酸性的产水pH起到微弱的进一步降低作用。但这通常是次要因素，远不及CO₂穿透的影响显著。

进水pH与缓冲能力的丧失：

原水（尤其是地表水、自来水）通常含有一定浓度的碳酸盐、硅酸盐等，具有一定的缓冲能力，能抵抗pH变化。

RO产水是高纯度水，溶解性总固体（TDS）极低（通常在10-100 mg/L以下），几乎没有任何缓冲能力。即使引入微量的酸性物质（如穿透的CO₂），也会导致pH值发生显著且灵敏的下降。这也是测量RO产水pH值需要特殊电极和严格操作的原因。

三、 实际案例与影响

海水淡化厂： 海水进水pH通常在7.5-8.4之间。经过RO系统后，产水pH值常降至5.5-6.5。如果不进行后处理（如脱气塔去除CO₂、加碱调节pH），这种弱酸性水对后续管道（特别是金属管道）具有腐蚀性，也不符合饮用水或工业用水标准。

锅炉补给水制备： 需要极低硬度和硅含量的超纯水。RO产水pH偏低，若不调节，在后续混床离子交换或直接进入系统时，可能增加腐蚀风险或影响离子交换树脂效率。

电子超纯水： 对水质要求极其严格，pH是重要指标之一。RO产水的低pH需要通过后续精处理单元（如脱气膜、电去离子EDI、加碱）精确调控。

四、 总结与应对

大型反渗透设备产水pH值低于进水，是RO分离过程内在物理化学特性的直接体现：

主导原因： 溶解性二氧化碳（CO₂）作为中性分子，几乎不受阻碍地穿透RO膜进入产水，而能中和酸度的HCO₃⁻/CO₃²⁻离子被高效截留，导致产水中CO₂溶解形成碳酸（H₂CO₃），解离出H⁺，使pH降低。

次要原因： 离子选择性截留的微小差异（阴离子可能略多）和产水极低缓冲能力放大了pH变化。

必然性与普遍性： 只要进水含有溶解CO₂（几乎所有天然水和市政水都含），这种现象就会发生，是RO工艺的固有特性，并非设备异常。

应对措施：

后处理调节： 常见有效的方法是在RO产水后设置脱气装置（如脱气塔、膜脱气）去除大部分CO₂，然后根据需要通过加碱（如NaOH）精确调节pH至所需范围。

进水预处理： 在RO前对高碱度/高硬度的水进行加酸（如H₂SO₄、HCl）和脱气处理，一方面防止CaCO₃结垢，另一方面也能降低进水中的HCO₃⁻含量和CO₂分压，可在一定程度上减轻产水pH下降的程度（但通常无法完全消除）。

理解RO产水pH下降的根本原因（CO₂穿透），对于系统设计、操作优化（如阻垢剂选择、加酸量控制）、设备选型（脱气装置的必要性）以及后续水质保障（防止腐蚀、满足标准）都具有至关重要的指导意义。