Inne


Woda pitna, a także ta stosowana do celów przemysłowych, zawiera czasem zanieczyszczenia, które wymagają zastosowania innych niż tylko zmiękczanie czy
też odżelazianie technologii uzdatniania wody. Do technologii tych należą m.in. usuwanie azotanów, korekta odczynu, odgazowywanie, dekarbonizacja.

1.Dozowanie związków chemicznych.

Dozowanie różnego typu chemikalii w celu uzyskania pożądanych parametrów wody stosuje się w różnych branżach przemysłu i przy różnych technologiach uzdatniania wody m.in. przy uzdatnianiu wody chłodniczej, technologicznej, zasilającej kotły i urządzenia klimatyzacyjne, podczas dezynfekcji oraz w technice basenowej.

Przy uzdatnianiu wodygrzewczej dozujemy:
  •      inhibitory korozji,
  •      środki korygujące odczyn,
  •      środki służące do wiązania twardości,
  •      środki służące do wiązania tlenu.
Przy uzdatnianiu wody chłodniczej dozujemy:
  •    inhibitory korozji,
  •    biocydy hamujące rozwój grzybów, glonów, bakterii.
W procesie dezynfekcji dozujemy:
  •    podchloryn sodu,
  •    inne środki służące do dezynfekcji wody.
W technice basenowej dozujemy:
  •    różnego rodzaju preparaty w celu sanityzacji,
  •    środki służące do korekty odczynu.
Stacja dozowania składa się z pompy membranowej, zbiornika roztworowego oraz przewodów doprowadzających. Pompa dozująca jest sterowana za pomocą sygnału analogowego 4-20 mA, którego źródłem może być np. sonda pH z przetwornikiem lub za pomocą impulsów z wodomierza kontaktowego. W zależności od typu pompy istnieje też możliwość ręcznej regulacji częstotliwości drgań tłoka (zmiana ilości jego suwów w jednostce czasu) i długości skoku tłoka (zmiana objętości porcji płynu dozowanego podczas jednego suwu tłoka).

2.Dekarbonizacja

Woda  zasilająca  wytwornice  ciepłej  wody  i  pary,  aby  odpowiadać  wymaganym normom  musi  być  z  reguły  poddana  procesowi  dekarbonizacji.  To  samo  dotyczy wody stosowanej do celów chłodniczych.Zmiękczanie  wody  na  wymienniku  jonowym  powoduje  wymianę  związków
tworzących twardość na łatwo rozpuszczalne sole obojętne. Wprawdzie woda jest zmiękczona,  ale  ogólna  ilość  soli  nie  ulega  zmianie.  Wodorowęglan  sodu  (który tworzy  się  przez  wymianę  na  wymieniaczu  zasadowym  twardości  węglanowej) powoduje  jej  przeanalizowanie.  Równocześnie  w  kotle  uwalniany  jest  związany dwutlenek węgla, czego wynikiem jest kwaśny, agresywny kondensat i związane z tym szkody spowodowane korozją. Proces ten obrazują poniższe reakcje:

NaHC03 + H2O = NaOH + H2CO3

Kwas węglowy ulega natychmiastowemu rozkładowi z wydzieleniem dwutlenku węgla:

H2CO3  = H2O + CO2

Sumarycznie reakcje rozkładu wodorowęglanu sodowego można zapisać:

NaHCO3 = NaOH + CO2

Podczas dekarbonizacji (metodą wymiany wodorowo-sodowej szeregowej) kationy + powodujące twardość węglanową wymieniane są na kationy wodorowe  H  (wymieniacz  pracuje  w  cyklu  wodorowym). Kationy twardości niewęglanowej przechodzą przez ten „słabokwaśny" wymieniacz nie ulegając zmianie. Pozostająca w związku z tym w wodzie „twardość resztkowa" usuwana jest we włączonym szeregowo wymieniaczu sodowym. Kationy twardości na tym stopniu zmiękczania wymieniane są na kationy sodu (wymieniacz w cyklu sodowym) i tworzą z twardości niewęglanowej tzw. sole obojętne.

Przebieg procesu dekarbonizacji.

Sole rozpuszczone w wodzie są „zdysocjowane" (rozdzielone) na dodatnio naładowane kationy i ujemnie naładowane aniony. Sole powodujące twardość składają się z kationów wapnia Ca++ i magnezu Mg++ połączonych z anionami: kwaśnych węglanów HCO3, siarczków SO4'' i chlorków Cl'.

W  pierwszym  etapie  woda  podawana  jest  na  kolumnę  wypełnioną  masą  jonitową słabo kwaśną. Na masie słabo kwaśnej zatrzymywany jest wapń Ca i magnez Mg związany z zasadowością czyli jonem wodorowęglowym. Jony te są wymieniane na jon wodorowy wg reakcji:

Ca(HCO3)2 + 2H - R = 2H2CO3 + Ca - R2 Mg(HCO3)2 + 2H - R = 2H2CO3 + Mg - R2

gdzie R - masa jonitowa

Kwas węglowy natychmiast rozkłada się na dwutlenek węgla i wodę:

H2C03 = H2O + CO2

Wydzielający się dwutlenek węgla usuwany jest w procesie odgazowywania termicznego przy pomocy desorbera. Jest to urządzenie wypełnione pierścieniami
Rashinga, gdzie od góry wpływa woda, natomiast przeciwprądowo wdmuchiwane jest powietrze, co ułatwia desorpcję CO2. Do regeneracji złoża pracującego w cyklu wodorowym używa się kwasu solnego HCI.
W  kolejnym  etapie  (w  momencie  osiągnięcia  zasadowości  na  poziomie  =  0,5 mval/dm3) woda poddawana jest wymianie sodowej na złożu silnie kwaśnym. Podczas tej  wymiany  usuwana  jest  „twardość  resztkowa".  Jony  wapnia  i  magnezu  zostają wymienione na jon sodowy zgodnie z reakcją:

Ca++ + 2Na - R = 2Na+ + Ca - (R)2Mg+++ 2Na - R = 2Na+ + Mg - ( R)2

Wymieniacz sodowy regenerowany jest roztworem soli kuchennej. Woda  uzyskana  w  wymianie  wodorowo-sodowej  (dekarbonizacji)  jest  w  60%
zdemineralizowana.

2 Metody dekarbonizacji.

Oprócz  opisanej  powyżej  najczęściej  stosowanej  metody  dekarbonizacji przeprowadzanej za pomocą wymiany wodorowo-sodowej szeregowej istnieją też
inne metody dekarbonizacji:

1) metoda  wymiany  wodorowo-sodowej  równoległej  polega  na  mieszaniu  w odpowiednich  proporcjach  wycieku  z  kolumny  ze  złożem  silnie  kwaśnym pracującej  w  cyklu  wodorowym  z  wyciekiem  z  kolumny  sodowej.  Połączenie strumieni powoduje rozkład kwaśnych węglanów a wydzielany dwutlenek węgla usuwany  jest  w  desorberze.  Metoda  ta  nie  jest  powszechnie  stosowana  ze względu  na  trudności  regulacyjne  związane  z  precyzyjnym  mieszaniem strumieni wody.

2) metoda wymiany sodowo-chlorkowej jest technologią najłatwiejszą w obsłudze, ponieważ wszystkie kolumny regenerowane są solanką. Jednak niska zdolność masy anionitowej pracującej w cyklu chlorkowym, duże zużycie soli i wody na potrzeby  własne  oraz  duża  zawartość  chlorków  w  wodzie  dyskwalifikują  tę metodę.

3 Korekta odczynu pH.

Odczyn wody wyraża stopień jej kwasowości lub zasadowości i jest określany ilościowo stężeniem jonów wodorowych. Odczyn wody wyraża się wskaźnikiem pH. Odczyn wód naturalnych waha się przeważnie w granicach 5,5-7,5. Roztwory obojętne mają  pH=7,  kwaśne pH <7, alkaliczne zaś o wysokim pH wykazują skłonność do pienienia się. Odczyn  wody  stosowanej do  celów  spożywczych  powinien zawierać się w przedziale od 6,5 do 8,5. Woda stosowana do celów technologicznych np. zasilająca kotły czy też używana do chłodzenia także powinna posiadać odpowiedni określany przez producenta odczyn pH.

Zastosowanie wody                     Wymagany odczynpH

Woda do chłodzenia                        7,2-9,5
Woda do celów spożywczych           6,5-8,5
Woda kotłowa                                 7-11 w zależności od zaleceń producentów kotłów

Podnoszenie odczynu pH - neutralizacja

Jak widać z powyższej tabeli woda stosowana do celów przemysłowych, a szczególnie kotłowych  wymaga  podwyższenia  odczynu  pH.  Korekta  odczynu  jest
również wskazanaprzy procesie odżelaziania i odmanganiania. Proces podniesienia pH do odczynu obojętnego nazywamy neutralizacją.

Najczęściej   przeprowadza   się   go   poprzez   związanie   wolnego   dwutlenku   węgla rozpuszczonego  w  wodzie.  Do  neutralizacji  stosuje  się  specjalne  złoża filtracyjne, któreulegając powolnemu rozpuszczaniu, podnoszą odczyn wody.

Obniżanie odczynu pH.

Woda  stosowana w niektórych technologiach wymaga  czasami  obniżenia  odczynu. Dotyczy to szczególnie wody stosowanej w produkcji kosmetyków a
także w hodowli ryb. Obniżanie odczynu jest jednak bardzo rzadko stosowanym procesem.

4 Usuwanie azotanów z wody

Występowanie  azotanów  w  wodach  naturalnych  jest  spowodowane  głównie stosowaniem  nawozów  azotowych,  a  także  z  powodu  zanieczyszczenia  wody ściekami.  Rozporządzenia  Ministra  Zdrowia  i  Opieki  Społecznej  z  4  września  2000 roku na temat warunków, jakim powinna odpowiadać woda do picia i na potrzeby gospodarcze, określa maksymalne stężenie azotanów na poziomie 50 mg/l. Azotany mogą  być  szkodliwe  dla  zdrowia.  Przekształcone  w  azotyny,  reagują  z  aminami  w układzie pokarmowym, wytwarzając rakotwórcze nitrozoaminy.

Usuwanie azotanów z wody można przeprowadzić dwoma metodami:
  • poprzez odazotowanie biologiczne
  • za pomocą wymiany jonowej
Odazotowanie biologiczne

Bakterie  denitryfikujące  są  w  stanie  przekształcić  azotany  w  azot  gazowy. Odazotowanie  biologiczne  polega  na  wprowadzeniu  do  wody  uzdatnionej
biologicznie rodnika węgla organicznego, którym może być metanol lub kwas octowy. Ilość  substratu  musi  być  ściśle  określona  i  kontrolowana,  ponieważ  jego  nadmiar może uczynić wodę niezdatną do konsumpcji. Woda uzdatniona biologicznie metodą beztlenową  może  również  zawierać  azotyny,  a  także  być  zanieczyszczona zarodnikami  oraz  śladami  grzybni  mikroorganizmów  beztlenowych.  Dlatego  po odazotowaniu  woda  musi  zostać  napowietrzona  i  odkażona  przez  chlorowanie, ozonowanie itp. Grzybnię należy usunąć za pomocą flokulacji i filtracji. Odazotowanie biologiczne  jest  dość  skomplikowaną  oraz  kosztowną  metoda  i  dlatego  jest stosowane dość rzadko.

Usuwanie azotanów za pomocą wymiany jonowej

Metoda ta jest stosunkowo prostym procesem nie wymagającym skomplikowanej obsługi.Proces ten zachodzi w wymiennikach jonowych w trakcie przepływania uzdatnianej wody przez specjalną żywicę jonowymienną. W zależności  od  zawartości  w wodzie  azotanów,  siarczanów  i  chlorków  oraz  ich
wzajemnego stosunku stosujemy odpowiednie złoże.Regenerację przeprowadza się  roztworem  NaCI w układzie przeciwprądowym.  Ilość
zużytej soli uzależniona jest od złoża i założonych warunków regeneracji.

Szczątkowa zawartość azotanów w wodzie uzdatnionej zależy od:

  • rodzaju stosowanej żywicy,
  • dawki regeneranta,
  • sposobu regeneracji
W zależności od zawartości w wodzie azotanów i siarczanów oraz ich wzajemnego stosunku stosujemy złoże IMAC HP555 lub IMAC HP 441.


Kryterium doboru                                 IMAC Hp555     IMAC HP441

Stosunek SO /NO  w wodzie surowej          >1                    <1

IMAC HP 441

Imac HP jest silnie zasadową żywicą anionitową z trójmetyloaminowymi grupami funkcyjnymi,  stosowaną  w  postaci  chlorkowej  do  usuwania  azotanów.  Względne powinowactwo takich żywic do anionów zawartych w wodzie jest następujące:

HCO3. < CL.  < NO3.  < SO4..

Zgodnie z tym siarczany zostaną usunięte przed azotanami. Poziom siarczanów w wodzie uzdatnionej nie będzie wzrastał do momentu przebicia się azotanów. Stąd zdolność wymienna żywicy w stosunku do azotanów jest silnie zależna od zawartości siarczanów  w  wodzie  surowej.  Należy  także  wziąć  pod  uwagę  fakt,  iż  azotany  i siarczany  będą  wymieniane  na  jony  chlorkowe.  Każdy  1mg/l  usuniętego  azotanu zwiększy  zwartość  chlorków  w  uzdatnianej  wodzie  o  0,57  mg/l,  a  każdy  1mg/l usuniętego siarczanu zwiększy ją o 0,74 mg/l. Wzrost ilości jonów chlorkowych może spowodować  zwiększenie  korozyjności  uzdatnianej  wody,  a  w  niektórych przypadkach  ich  ilość  może  przekroczyć  maksymalną  dopuszczalną  zawartość chlorków w wodzie pitnej (250 mg/l).
W początkowej fazie procesu wymiany jonowej zawartość  chlorków  w  wodzie  uzdatnionej  wzrasta  dodatkowo  z  powodu  jonów chlorkowych wymienionych z wodorowęglanami zawartymi w wodzie surowej.Ten typ  wymiany  zanika  wraz  z  usunięciem  wodorowęglanu  z  żywicy. W  razie  konieczności  tę  wodę  początkową  można  doprowadzić  do  ścieków. Regenerację  przeprowadza  się  roztworem  NaCI  w  proporcji  125  g  NaCI  na  1  litr żywicy  w  układzie  przeciwprądowym,  w  celu  uzyskania  niskiej  szczątkowej zawartości azotanów. Stężenie roztworu NaCI może być większe (250-300g NaCI/1 l żywicy) 
w  zależności  od  tego  jak  niską  szczątkową  zawartość  azotanów  chcemy uzyskać.

IMAC Hp555

Często  się  zdarza,  że  woda  zawiera  więcej  siarczanów  niż  azotanów.  W  takich przypadkach konieczne staje się zastosowanie żywicy Imac HP555. Imac HP555 jest silnie  zasadową  żywicą  anionitową.  Ze  względu  na  inne  grupy  funkcyjne  i  swoją strukturę, żywica ta posiada następujące powinowactwa do anionów:

HCO3. < CL.  <  SO4.<  NO3.

Zmiana porządku powinowactwa daje w rezultacie zupełnie inny wzorzec
poślizgu. Żywica Imac HP555 w porównaniu z Imac HP441:
  • pozostawia niewielką ilość siarczanów,
  • siarczany przebijają się wcześniej niż azotany,
  • pozostaje pewna ilość wodorowęglanów,
  • poślizg chlorków jest znacznie niższy (poniżej 1 50 mg/l przez większą część
  • cyklu),
  • zawartość azotanów po przebiciu nie będzie wyższa w wodzie wypływającej,
  • w porównaniu z ich zawartością w wodzie dopływającej.
Żywica  Imac  HP555  usuwa  azotany  preferencyjnie  w  stosunku  do  siarczanów. W przypadku wody zawierającej więcej siarczanów niż azotanów pozostawi pewną ilość  siarczanów.  Zdolność  wymienna  żywicy  Imac  HP555  zależy  od  stosunku zawartości  siarczanów  do  azotanów  w  wodzie  dopływającej.  Zdolność  ta  będzie spadać wraz ze wzrostem stosunku SO/NO  w wodzie uzdatnianej.