p
o
w
r
ó
t
  Uzdatnianie wody (przemysłowej i przeznaczonej do spożycia)

Wody naturalne zawierają różnego typu zanieczyszczenia, których źródłem jest atmosfera oraz gleba. Woda opadowa spływając po powierzchni tworzy naturalne cieki i zbiorniki (woda powierzchniowa), a częściowo wsiąka w glebę i gromadzi się w warstwach podziemnych (woda podziemna).

Skład wód powierzchniowych jest funkcją stanu czystości atmosfery, dlatego też oprócz rozpuszczonych gazów (tlen, dwutlenek węgla, azot) mogą one zawierać różnego rodzaju pyły, sadze, dwutlenek siarki, siarkowodór, rozpuszczalne i nierozpuszczalne sole, metale ciężkie, mikroorganizmy oraz różne substancje chemiczne stosowane jako środki nawozowe. Zasolenie wód opadowych zależy od stopnia uprzemysłowienia rejonu i waha się w szerokich granicach od kilkunastu do kilkuset mg/dm3. Wody pochodzenia powierzchniowego zanieczyszczone są substancjami chemicznymi, mechanicznymi oraz biologicznymi. Dodatkowo wody powierzchniowe mogą być zanieczyszczone ściekami pochodzenia organicznego. Reasumując wody powierzchniowe charakteryzuje zmienny w czasie skład i przypadkowy charakter chemiczny.

W przypadku wód podziemnych z reguły skład jest stały. Może być on uzależniony od głębokości, z której czerpana jest woda podziemna. Skład jest tym stabilniejszy im mniejszy kontakt wód podziemnych z wodami powierzchniowymi. Część wód opadowych może przenikać do wód głębinowych. Do wód głębinowych mogą przenikać też sole znajdujące się w ziemi. Woda opadowa przechodząc przez warstwy ziemi zmienia swoje własności chemiczne. Woda przechodząc przez glebę rozpuszcza węglan wapnia i magnezu.

Wskaźniki zanieczyszczenia wody

Stopień zanieczyszczenia wody określony może być przez wskaźniki fizyczne, chemiczne i biologiczne. Analizy parametrów fizyko-chemicznych należy przeprowadzić jak najszybciej po pobraniu próbki, gdyż skład chemiczny wody zmienia się w czasie. Do analiz fizycznych zalicza się: temperaturę, barwę, mętność, przezroczystość, smak, zapach, gęstość właściwą, przewodność elektrolityczną, zawartość łatwo opadających zawiesin. Do analiz chemicznych zalicza się: pH, utlenialność, twardość, zasadowość, zawartość rozpuszczonych gazów i soli.

W wodach naturalnych podstawowe składniki stanowią:
Kationy: wapń, magnez, sód, potas, żelazo, mangan...
Aniony: wodorowęglany, węglany, chlorki, siarczany, azotany...

Wskaźniki zanieczyszczenia wód
  • Przewodność elektrolityczna
    Jest ona ściśle uzależniona od zawartości w wodzie rozpuszczonych soli i jest tym większa im wyższe stężenie soli. Jednostką jest (simens = 1/om) na centymetr. Można bezpiecznie przyjąć, że 1 µS/cm odpowiada 0,55 mg NaCl/dm3 H2O w 20oC.
    Mnożąc przewodność przez wskaźnik 0,55 otrzymujemy zawartość suchej pozostałości w mg/dm3, mnożąc przez współczynnik 0,01 otrzymujemy sumaryczną zawartość anionów i kationów w mval/dm3.

  • Wskaźnik pH
     Jest on funkcją stężenia jonów wodorowych i określa czy dana woda jest obojętna (pH =7), kwaśna (pH<7) lub zasadowa (pH>7). Wskaźnik pH przyjmuje wartości od 0 do 14. Wskaźnik pH wód naturalnych waha się w granicach 4÷9, lecz najczęściej spotyka się wody o pH 6,5÷7,5. Wody kwaśne zawierają zwykle wolne kwasy humusowe, lecz najczęściej zwiększoną zawartość dwutlenku węgla. Wskaźnik pH ma duże znaczenie przy określaniu właściwości korozyjności wody.

  • Zasadowość
    Spowodowana jest obecnością w wodzie wodorotlenków, węglanów oraz wodorowęglanów wapnia i magnezu, potasu oraz sodu. Możemy rozróżnić zasadowość ogólną (całkowita) oraz wodorotlenową, węglanową i wodorowęglanową.

  • Twardość
    Jest ona sumą zawartości w wodzie jonów wapnia Ca+2, magnezu Mg+2 wyrażoną w miligramorównoważnikach (miliwalach) na 1 dm3 wody (1 mg Ca+2 odpowiada 0,0499 mval/dm3, 1 mg Mg+2 odpowiada 0,0822 mval/dm3).
    W praktycznym użyciu spotyka się twardość wody wyrażoną w stopniach francuskich (of) angielskich (oa), lub niemieckich (on). Jeden on odpowiada 10 mg CaO/dm3 lub 7,18 MgO/ dm3.
    1 no=0,357 mval/dm3 lub mval/dm3 =2,8 on
    Twardość ogólna (całkowita) jest sumą twardości węglanowej Tw oraz twardości niewęglanowej Tn. To=Tw+Tn. Twardość węglanowa spowodowana jest obecnością wodorowęglanów, węglanów, wodorotlenków wapnia i magnezu. Twardość niewęglanowa spowodowana jest obecnością chlorków, siarczków, azotanów, krzemianów.
    Wody naturalne posiadają szeroki zakres twardości od śladowych do aż 20 mval/dm3.
    Wody z potoków górskich i jezior posiadają niską twardość, natomiast wody z ujęć podziemnych wyższą twardość.

    Twardość ogólna
    mval/dm3 To on Rodzaj wody
    0 - 1,78 0 - 5 bardzo miękka
    1,78 - 3,57 5 - 10 miękka
    3,57 - 5,35 10 - 15 o średniej twardości
    5,35 - 7,13 15 - 20 o znacznej twardości
    7,12 - 10,70 20 - 30 twarda
    powyżej 10,70 powyżej 30 bardzo twarda

    W przemyśle energetycznym, ciepłownictwie, chłodnictwie twardość jest najbardziej istotnym wskaźnikiem, gdyż z jednej strony wpływa na korozyjność wody, a z drugiej na skłonność do tworzenia twardych osadów.

  • Dwutlenek węgla
    Jest on nieodzownym składnikiem wód naturalnych, występuje w postaci wolnego CO2 (pH<4,0), jonu wodorowęglanowego HCO3 - (pH=8,4), jonu węglanowego CO3-2 (pH>10,5). W większości wód CO2 występuje bądź w formie wolnej bądź w formie związanej HCO3-. Wodorowęglany wapnia i magnezu (Ca(HCO3)2, Mg(CO3)2) mogą pozostawać w wodzie jedynie w obecności ściśle określonego wolnego CO2 zgodnie z poniższą reakcją.

    Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2

    Ta ilość nosi nazwę wolnego zrównoważonego (przynależnego) CO2, a woda w stanie równowagi nosi nazwę stabilnej.
    Ważnym czynnikiem decydującym o stabilności jest temperatura. Woda stabilna w temperaturze otoczenia staje się niestabilna (skłonność do wytrącania CaCO3) w wyższej temperaturze.

  • Tlen
    Jego źródłem jest przede wszystkim powietrze, stąd też jego obecność w wodach powierzchniowych, zaś małe ilości w wodach podziemnych. Ilość rozpuszczonego tlenu jest uzależniona od temperatury oraz od jej stopnia zanieczyszczenia. Jest on czynnikiem pożądanym z punktu widzenia życia organicznego - ryby, rośliny, jednakże z punktu widzenia technologicznego jest on składnikiem wywołującym korozję urządzeń.

  • Stabilność i korozyjność
    Jeden z ważniejszych czynników branych pod uwagę jako wskaźnik przydatności wody do celów przemysłowych. Woda niestabilna przyczynia się do zarastania rurociągów osadami węglanu wapnia i magnezu. Woda korozyjna niszczy przewody, zanieczyszcza je produktami korozji oraz jest źródłem rozpuszczonych związków żelaza. Dynamika wyżej wymienionych procesów jest stosunkowo wolna w zimnych wodach, w wodach podgrzanych nabiera intensywności.
    W celu określenia stabilności korzysta się z tzw. indeksu nasycenia pHs
    pHs = log L - log K2 - log [Ca+2] - log [HCO3-]
    pHs - pH wody w stanie nasycenia.
    L - iloczyn rozpuszczalności CaCO3
    K2 - druga stała dysocjacji kwasu węglowego
    [Ca+2] - twardość wapniowa wody, mg CaCO3/dm3
    [ HCO3-] - zasadowość ogólna wody, mg CaCO3/dm3
    Stabilność wody określa się indeksem Langeliera IL: IL = pH - pHs
    Jeśli:
    a) IL < 0 woda jest nienasycona w stosunku do CaCO3 i ma właściwości agresywne (zawiera agresywny CO2)
    b) IL = 0 woda jest stabilna (nie ma charakteru agresywnego) posiada skłonności do wytwarzania warstw ochronnych węglanu wapnia.
    c) IL < 0 woda ma skłonności do wytwarzania osadów węglanu wapnia, jest nieagresywna.

  • Zmiękczanie wody
    Jedną z najtańszych i najszerzej wykorzystywanych metod zmiękczania wody jest proces dekarbonizacji wody (zmiękczenie wody tj. pozbawienie jej twardości węglanowej oraz twardości niewęglanowej-magnezowej). Istota zmiękczania wody polega na wprowadzeniu do wody substancji chemicznej, która reagując z zawartymi w wodzie jonami tworzy trudno rozpuszczalne związki. Związki te wytrącają się w postaci osadu, który następnie jest usuwany poprzez filtrowanie.
    Przykładowe reakcje:

    Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 -> 2CaCO3 +2H2O
    Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 -> Mg(OH)2 + 2CaCO3 + H2O

    Rozpuszczalność CaCO3, MgCO3 maleje wraz ze wzrostem temperatury, co oznacza, że ich wytrącenie zachodzi łatwiej w wyższej temperaturze. Przy stosowaniu wodorotlenku wapnia usuwana jest również twardość niewęglanowa magnezowa, jak na reakcji poniżej:

    MgSO4 + Ca(OH)2 -> Mg(OH)2 + CaSO4

    Zachodzą również inne reakcje powodujące usuwanie:
    CO2 + Ca(OH)2-> CaCO3 + H2O - wolnego dwutlenku węgla
    FeCl3 +3Ca(OH)2-> 2Fe(OH)3 + 3CaCl2 - związków żelaza i manganu
    2NaHCO3 + Ca(OH)2-> CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O - wodorowęglanu sodu

    Efektem ostatecznym całości zachodzących reakcji jest usunięcie z wody: twardości węglanowej, wolnego dwutlenku węgla, związków żelaza i manganu, zmniejszenie zasadowości, ogólnego zasolenia i twardości magnezowej niewęglanowej. Wytrącający się osad absorbuje również olej, substancje rozpuszczone czasami organiczne.

  • Filtracja
    Polega na przepuszczaniu wody przez warstwę filtracyjną. Stosowane są dwa rodzaje filtrów: filtry odkryte (bezciśnieniowe) i filtry zamknięte (ciśnieniowe).

    Filtr odkryty stanowi zwykle żelbetowy zbiornik z układem drenażowym umieszczonym w dolnej części. Układ drenażowy stanowi ważny element filtru, gdyż umożliwia równomierne odbiory wody przefiltrowanej oraz wsteczne płukanie złoża w celu jego regeneracji.

    Filtr ciśnieniowy stanowi kolumna filtracyjna z dnem dyszowym i areatorem, orurowaniem z zaworami, armaturą pomiarową i sprężarka powietrza. Proces filtrowania wody przez filtry ciśnieniowe przebiega automatycznie. Regeneracja (płukanie wsteczne) jest uruchamiane po określonym czasie pracy, po przefiltrowaniu określonej ilości wody i wzroście oporów przepływu.
    Grupa Lhoist oferuje szeroką gamę produktów z grupy Akdolit, które mają zastosowanie w wyżej wymienionych procesach. Bliższe informacje znajdziecie Państwo na stronie internetowej www.akdolit.com.

  • Produkty
     Akdolit C (produkt na bazie węglanu wapnia)























Wpływ stężenia CO2 w kondensacie na zmianę pH











Wskaźnik pH jako funkcja temperatury