Odżelazianie Wody: Metody i Sprawozdanie
- Szczegóły
Woda to jeden z najcenniejszych zasobów naturalnych - niezbędna do życia na ziemi i prawidłowego funkcjonowania istot żywych. Z uwagi na rozwój cywilizacyjny i wdrażanie nowoczesnych, wyrafinowanych technologii przemysłowych, jakość zasobów wodnych ulega gwałtownemu pogorszeniu.
W wodzie surowej zaczęły pojawiać się nowe zanieczyszczania, substancje toksyczne tj.: metale ciężkie, pestycydy, farmaceutyki, mikroplastiki i inne, które stanowią poważne zagrożenia dla zdrowia ludzkiego jak i środowiska. Priorytetem w tym zakresie jest zachowanie bezpieczeństwa dostaw wody pitnej dla społeczeństwa.
Uzdatnianie wody jest również wymagane, gdy jej twardość przekracza dopuszczalne normy, co może prowadzić do osadzania się kamienia kotłowego czy korozji instalacji. Uzdatnianie wody przemysłowej jest niezbędne, gdy zawiera ona zanieczyszczenia, które mogą wpłynąć negatywnie na procesy produkcyjne lub jakość wytworzonych produktów.
Metody Uzdatniania Wody
Wśród najbardziej efektywnych metod uzdatniania wody przemysłowej można wymienić między innymi procesy fizyczne, chemiczne oraz biologiczne.
- Filtracja mechaniczna, ultrafiltracja czy odwrócona osmoza to przykłady procesów fizycznych, które pozwalają na usunięcie zanieczyszczeń stałych oraz zmniejszenie zawartości soli mineralnych.
- W przypadku konieczności eliminacji mikroorganizmów stosuje się metody dezynfekcji, takie jak ozonowanie, promieniowanie UV czy chlorowanie.
Aby zapewnić wysoką jakość wody uzdatnionej do celów przemysłowych, niezbędne jest regularne monitorowanie jej parametrów fizykochemicznych oraz mikrobiologicznych. W Polsce obowiązują normy PN oraz europejskie normy EN, które określają dopuszczalne wartości poszczególnych parametrów w zależności od rodzaju przemysłu.
Przeczytaj także: Rodzaje złóż do odżelaziania wody
Proces Odżelaziania
Odżelazianie wody dokonuje się na kilka sposobów np. przez napowietrzanie lub wapnowanie.
Żelazo występuje w wodzie w formie rozpuszczonej jako Fe2+, a następnie utlenia się tlenem z powietrza do Fe(OH)3. Związki żelaza wytrącają się w wodzie, a następnie osadza się je i filtruje. Dalszy proces przebiega jak wyżej.
Inną metodą jest przepuszczanie wody przez odpowiednio uformowanego złoża manganowego.
Dezynfekcja Wody
Dezynfekcja ma na celu zniszczenie bakterii i mikroorganizmów zawartych w wodzie. Ozon ma silne własności utleniające i dezynfekcyjne. Ozon (O3) powstaje w wyniku rozbicia cząsteczki tlenu. Ozon otrzymuje się z tlenu w specjalnych generatorach poprzez wyładowania elektryczne lub promieniowanie UV. W dolnych warstwach atmosfery znajduje się niewielka ilość ozonu (2 - 6%) i dopiero w wyższych warstwach jego stężenie wzrasta.
Ozonowanie wody polega na wprowadzeniu ozonu do wody w celu utlenienia zanieczyszczeń i dezynfekcji. Ozon jest silnym utleniaczem, który skutecznie usuwa zanieczyszczenia organiczne, bakterie i wirusy.
Przeczytaj także: Jak wybrać skuteczne odżelazianie wody?
Usuwanie Gazów z Wody
Odgazowanie ma na celu usunięcie gazów rozpuszczonych w wodzie, np. dwutlenek węgla. Rozpuszczony w wodzie dwutlenek węgla jest agresywnym dwutlenkiem węgla. Powoduje korozję metali. Ponadto rozpuszcza CaCO3 , np. w rurociągach, przez co wzrasta zawartość soli. Rozpuszczalność gazów maleje ze wzrostem temperatury, można je usunąć przez ogrzewanie wody.
Zapobieganie Powstawaniu Kamienia Kotłowego
Kamień kotłowy jest złym przewodnikiem ciepła. Powoduje straty energii i przegrzewanie się urządzeń. Kamień powstaje w wodzie wrzącej. W skład kamienia mogą wchodzić inne substancje, np. związki żelaza, glinu, krzemionka i substancje organiczne.
Znanych jest wiele metod zapobiegania tworzeniu się osadów w instalacjach, ale nie ma metody uniwersalnej. Najbardziej rozpowszechnione są metody chemiczne. Niektóre metody przynoszą bardzo dobre efekty, ale niestety wszystkie posiadają również i wady.
Kamień kotłowy można usunąć metodą chemiczną, roztwarzając go w roztworach kwasów np. HCl, H3PO4 itp. Usuwanie kamienia prowadzi się najczęściej z HCl. Prowadzi się ją w podwyższonej temperaturze ok. 60 - 800C.
Magnetyczne Uzdatnianie Wody
Dużym zainteresowaniem w ciepłownictwie i przemyśle cieszy się fizyczna metoda magnetycznego uzdatniania wody w celu zapobiegania powstawaniu osadów kamienia wodnego w instalacjach grzewczych. Szeroko opisana w literaturze i wciąż kontrowersyjna.
Przeczytaj także: Skuteczne odżelazianie wody: kompleksowy przegląd
Wody użytkowane przez odbiorców domowych a także przemysłowych, są roztworami różnych substancji chemicznych. Przenikając przez warstwy ziemi woda rozpuszcza znajdujące się tam liczne sole mineralne tworząc ich roztwory. Obecne w wodzie gazy ułatwiają przechodzenie do roztworu soli trudno rozpuszczalnych.
W wyniku podgrzania wody następuje ulatnianie gazów - zostaje wówczas zachwiana równowaga energetyczna, prowadząca do wytrącania soli - głównie węglanu wapnia i magnezu. Następuje stopniowe zmniejszanie przekroju rur aż do całkowitego zaniku drożności.
Przede wszystkim, obecność kamienia na powierzchniach wymiany ciepła w kotłach, wymiennikach oraz rurociągach ze względu na jego około 20-krotnie mniejsze od stali przewodnictwo cieplne, powoduje to wzrost zużycia ciepła i związane z tym ogromne straty ekonomiczne i ekologiczne. Tylko warstwa kamienia kotłowego o grubości 1 mm powoduje straty rzędu 8 - 10% dostarczanego ciepła.
Ponadto, osad na powierzchni urządzeń grzewczych jest przyczyną przegrzewania ścianek, prowadząc do częstych awarii urządzeń.W instalacjach osady kamienia powodują także wzrost oporów przepływu i w związku z tym generują dodatkowe straty energii elektrycznej na tłoczenie wody. Osady kamienia są także przyczyną obecności w wodzie zanieczyszczeń mechanicznych, niszczących armaturę ciepłowniczą.
Wiedza na temat wpływu pola magnetycznego na wodę zdobyta w drodze własnych badań laboratoryjnych firmy Infracorr oraz znajomość wyników prac naukowych na świecie jak i cech urządzeń konkurencyjnych, zaowocowały zbudowaniem urządzenia do magnetycznego uzdatniania wody. Wprowadzono go przed dwudziestu laty na rynek pod nazwą „magnetyzer” co wg.
Do przedstawienia wpływu pola magnetycznego na strumień przepływającej wody można posłużyć się wieloma teoriami naukowymi i wesprzeć badaniami różnych znanych ośrodków naukowych szczególnie z Norwegii, Belgii, USA, dawnego ZSRR, zawsze jednak okaże się, że zjawisko to do końca jest jeszcze nie rozpoznane przez naukę. Mimo to w praktyce przemysłowej nie odrzuca się wniosków płynących z doświadczeń eksploatacyjnych i laboratoryjnych oraz nie rezygnuje się z definiowania parametrów określających preparatywność magnetyczną wody dla doboru urządzeń.
Wyniki przeprowadzonych badań laboratoryjnych oraz eksploatacyjnych wskazały, że z wody poddanej działaniu pola magnetycznego w magnetyzerach wydzielają się osady w całej masie wody, a nie na metalowych ściankach instalacji i urządzeń. Tworzące się kryształy są drobne, pozbawione tendencji do konglomeracji i cementowania, a wytrącony osad jest delikatnym, łatwym do usunięcia mułem, a nie twardym kamieniem.
Stwierdzono również kruszenie złogów osadów wcześniej odłożonych, pozostających w kontakcie z „namagnesowaną” wodą.
Ustalono, że efekt magnetycznego uzdatniania w dużym stopniu zależy od składu chemicznego wody - głównie twardości ogólnej, węglanowej oraz od łącznej zawartości soli. Preparatywne magnetycznie są wody o znacznym udziale twardości węglanowej w całkowitej twardości wody. Najlepsze efekty otrzymuje się, gdy stosunek twardości węglanowej do ogólnej wynosi powyżej 70%. Czynnikiem mającym również wpływ na efekt uzdatniania wody jest odpowiednia szybkość przepływu przez pole magnetyczne.
Z tego względu, ważnym parametrem eksploatacyjnym jakim należy kierować się przy doborze urządzenia do magnetycznego uzdatniania wody jest natężenie przepływu wody w obiegu wodnym w którym przewiduje się jego montaż. Ustalono, że zjawisko nie zachodzi w wodzie stojącej. Dokonany podział służy wstępnej ocenie podatności wody na uzdatnianie magnetyczne.
Preparatywne magnetycznie są wody o znacznym udziale twardości węglanowej w całkowitej twardości wody, udział ten powinien stanowić co najmniej 70%. Zjawisko magnetycznego uzdatniania wody występuje tak powyżej jak i poniżej wartości uznanej za optymalną jednakże z mniejsza intensywnoscią.
Stwierdzono bowiem na podstawie badań własnych, że pole magnetyczne wytwarzane przez magnetyzery MI zmienia strukturę krystaliczną przede wszystkim węglanu wapnia.
pHs = (9,3 + A + B) - (C + D) - wartość ujemnego logarytmu stężenia jonów wodorowych, jakie powinno być w wodzie, aby w danej temperaturze osad węglanu wapnia nie wytrącał się, tj.
Analiza Fizykochemiczna Wody
Przeprowadzona analiza fizykochemiczna wykazała, że oceniana woda charakteryzuje się średnią twardością ogólną i średnim ogólnym zasoleniem. W celu określenia skłonności wody do wydzielania osadów, a także oszacowania jej działania korozyjnego, obliczono wartości indeksów nasycenia Langeliera IL i Ryznara IR w zakresie temperatur od 10 do 800C.
Na podstawie tych wartości można stwierdzić, że w niskich temperaturach woda przejawia agresywność korozyjną oraz do temp. ok. 400C jest nienasycona węglanem wapnia. Z punktu widzenia możliwości zastosowania metody magnetycznego uzdatniania do ochrony urządzeń i instalacji przed narastaniem kamienia należy ocenić również udział zasadowości „m” w ogólnej twardości wody.
Zasadowość „m” wynika głownie z twardości węglanowej, czyli związanej z obecnością w wodzie wodorowęglanów wapnia i magnezu. Im wyższa wartość stosunku „m”/tog, tym udział węglanu wapnia w wytrącającym się z wody osadzie jest większy i uzdatnianie magnetyczne powinno być bardziej skuteczne.
Dla analizowanej wody wskaźnik „m”/tog = 84,6%. Twardość wody w przeważającej mierze jest więc twardością węglanową i w osadzie powstającym z wody zasadniczą część stanowić będzie węglan wapnia. Pogląd taki potwierdza także bardzo mała zawartość w wodzie jonów siarczanowych.
Magnetycznemu uzdatnianiu sprzyja mała zawartość w wodzie jonów żelazowych, także inne właściwości wody mieszczą się w zakresie wymaganym dla skutecznej obróbki magnetycznej.
1.Oceniana woda posiada średnią twardość ogólną i średnie ogólne zasolenie. Odczyn wody jest słabo zasadowy.2.W niskich temperaturach woda przejawia działanie korozyjne i jest nienasycona węglanem wapnia. Powyżej temp. 400C woda nabiera właściwości osadotwórczych, przy czym w miarę wzrostu temp. skłonność do wytrącania osadów rośnie.3.Przeprowadzone badania fizykochemiczne wody surowej wykazały, że woda surowa jest podatna na uzdatnianie metodą magnetyczną.
Dla badań szczegółowych można przeprowadzić również test, który polega na mikroskopowej obserwacji zmiany struktury kryształów osadów wytrącających się z wody pod wpływem pola magnetycznego magnetyzera.
W tym celu ocenianą wodę poddano działaniu pola magnetycznego wytworzonego przez stos ferrytów mocowanych w magnetyzerach produkowanych seryjnie. Następnie w zlewkach zawierających badaną wodę uzdatnioną magnetycznie i surową umieszczono szkiełka mikroskopowe. Wody w obydwu zlewkach podgrzano do temperatury wrzenia i gotowano.
Na szkiełku z wody surowej obserwowane kryształki tworzą duże wyraźne zgrupowania konglomeratów będących zarodkami wytrącającego się osadu kamienia wodnego.Tego typu kryształy na powierzchniach wymiany ciepła będą tworzyć twardy, trudny do usunięcia osad.
Na szkiełku z wody uzdatnionej magnetycznie, kryształy uległy znacznej deformacji, straciły swą regularność, wymiary pojedynczych kryształków zmniejszyły się nawet o połowę. W wyniku utraty swojej regularności nie tworzą już dużych zgrupowań lecz rozłożone są równomiernie na całej powierzchni szkiełka, mają więc mniejszą zdolność osadzania się na powierzchniach wymiany ciepła, a tym samym pozostaną w obiegu wodnym w postaci mułu.
Magnetyczne uzdatnianie wody może być najkrócej scharakteryzowane jako zjawisko produkujące zarodki kryształów, skutkiem czego jest wytrącanie się drobnych osadów w całej masie wody. Zatem w instalacjach z zamontowanymi magnetyzerami nie odkłada się co prawda twardy osad na ściankach, ale w wodzie zbiera się delikatny szlam. Jest go tym więcej, im większa twardość wody.
Szlam ten w przypadku kotłów usuwa się w operacji odmulania kotła. Z instalacji c.o., c.w.u. i układów chłodzenia muliste osady można usunąć przez okresowe płukanie strumieniem wody pod ciśnieniem. Znacznie wygodniejszym i bardziej efektywnym rozwiązaniem jest zamontowanie do współpracy z magnetyzerem odmulacza.
Zalecane są odmulacze odmulacze siatkowo-inercyjne lub ich nowoczesna wersja - magnetoodmulacze zwane także filtroodmulnikami.Zastosowanie zestawu magnetyzer - magnetoodmulacz daje efekt synergetyczny magnetycznego uzdatniania oraz oczyszczania wody.
Szczególnego znaczenia nabiera obecność urządzenia do oczyszczania wody w starych systemach zasilających obiekty domowe i przemysłowe. Obecność w wodzie produktów korozji rur powoduje osadzanie tych zanieczyszczeń na stosie magnetyzera powodując obniżenie efektywności obróbki magnetycznej.
Zanieczyszczony ferromagnetykami stos nie wywołuje negatywnych skutków w instalacji lecz jego funkcja uzdatniania wody częściowo zmienia się w funkcję filtru magnetycznego. Dlatego też wskazane jest stosowanie w tych układach urządzeń o wysokiej skuteczności oczyszczania wody - filtrów magnetycznych oraz magnetoodmulaczy, które chronią tak magnetyzer, jak i instalacje przed zanieczyszczeniami ferromagnetycznymi.Zestaw: magnetyzer typu MI i magnetoodmulacz typu IOW daje wysokie efekty magnetycznego uzdatniania i oczyszczania wody.
W zestawie tym magnetoodmulacz, jako jedyny wśród innych tego typu urządzeń oczyszcza wodę na cztery sposoby.
Tabela: Wyniki analizy fizykochemicznej wody
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| pH | 7,64 |
| Twardość ogólna | 4,61 mval/dm3 |
| Zasadowość „p” | 0,00 mval/dm3 |
| Zasadowość „m” | 3,90 mval/dm3 |
| Zawartość Ca2+ | 3,59 mval/dm3 |
| Zawartość Mg2+ | 1,02 mval/dm3 |
| Zawartość Fe3+ | 0,01 mg/dm3 |
| Zawartość Cl- | 54,26 mg/dm3 |
| Zawartość So42- | 25,75 mg/dm3 |
| Sucha pozostałość | 318,40 mg/dm3 |
tags: #odzelazianie #wody #metody #sprawozdanie
