Uzdatnianie Wody Metodą Wapnowania: Procesy i Alternatywy

Szczegóły: Opublikowano: 24. March 2026

Pod pojęciem twardości wody należy rozumieć właściwość polegającą na zużywaniu pewnych ilości mydła bez wytworzenia piany podczas wytrząsania próby wody. Właściwość tą wodzie naturalnej nadają jony wapnia, magnezu, żelaza, manganu, glinu, cynku oraz inne ciężkie kationy, które tworzą z mydłem dodawanym do wody nierozpuszczalne mydła wapniowe, magnezowe i inne nie tworzące piany podczas wytrząsania. Piana zaczyna się wytwarzać dopiero wtedy, gdy nastąpi całkowite ich strącenie. Ilość zużytego przez wodę mydła do chwili pojawienia się piany charakteryzuje stopień twardości wody. W wodach naturalnych dominują przeważnie sole wapnia oraz magnezu. Inne kationy metali ciężkich występują w znikomych ilościach. Stąd też twardość wody naturalnej zależy głównie od zawartości jonów Ca+2 i Mg+2 w badanej wodzie.

Twardość wody surowej nazywana jest twardością ogólną (Two). Ze względu na ilość i jakość znajdujących się w wodzie jonów właściwość tę można podzielić:

Według kationów na:
- wapniową, wywołaną rozpuszczalnymi solami wapnia,
- magnezową, wywołaną solami magnezu,
Według anionów na:
- węglanową (tzw. przemijająca, nietrwała), określa ona zawartość wodorowęglanów, węglanów i wodorotlenków wapnia i magnezu,
- niewęglanową (tzw. trwała), odpowiada ona różnicy między twardością ogólną i twardością węglanową, określa zawartość takich jonów jak Cl-, S-2 i innych rozpuszczalnych soli wapnia i magnezu.

Nazwa „trwałość przemijająca” wynika z faktu, iż wodorowęglany są nietrwałe termicznie i podczas ogrzewania przekształcają się do nierozpuszczalnych w wodzie węglanów, które wytrącają się z roztworu. Natomiast chlorki, siarczany i azotany są trwałe i pozostają również po przegotowaniu wody.

Twardość wody podaje się w tzw. stopniach twardości wody (niemieckich, francuskich, angielskich i in.) lub w milivalach (miligramorównoważnikach) jonów wapnia i magnezu w 1 dm3 wody.

Z przyjętej konwencji wynika, iż 1 stopień twardości odpowiada 10 mg CaO/dm3, a w takim razie 1 mval/dm3 jest równy 2,8 °tw. Z zależności tej często korzysta się podczas przeliczania twardości wody (w mval/dm3) na stopnie twardości i odwrotnie. Typowa twardość wody użytkowej wynosi ok. 180 mg CaCO3/dm3. Twardość wody nie ma znaczenia zdrowotnego.

Przeczytaj także: Technologie oczyszczania wody: Przegląd

W gospodarstwie domowym twardość wody jest niepożądana, ponieważ wymaga stosowania większych ilości mydła, gdyż powoduje wytrącenie trudno rozpuszczalnych soli kwasów tłuszczowych i metali odpowiedzialnych za twardość wody. Poza tym powoduje twardnienie jarzyn podczas ich gotowania. Twardość wody ma wpływ na jej napięcie powierzchniowe. Czym większe napięcie powierzchniowe wody, tym trudniej zwilża ona wszelkie powierzchnie, na skutek czego trudniej jest czyścić zabrudzone powierzchnie. Różne gałęzie przemysłu wymagają stosowania wody miękkiej. Szczególnie woda przeznaczona do zasilania kotłów nie powinna być twarda, gdyż powstający kamień kotłowy znacznie zwiększa straty cieplne i stwarza niebezpieczeństwo wybuchu.

Sposób zmiękczania wody należy rozpatrywać w każdym przypadku indywidualnie, tzn. w zależności od twardości wody surowej i od wymaganego stopnia zmiękczania.

Metody Uzdatniania Wody

Wśród metod uzdatniania wody wyróżnia się:

Metody termiczne
Metody strąceniowe
Metody jonitowe
Metody membranowe

Wytrącający się węglan wapnia jest trudno rozpuszczalny, natomiast węglan magnezu jest dość dobrze rozpuszczalny w wodzie i dopiero przy pH wynoszącym ok. 11 magnez wytrącany jest w wyniku jego hydrolizy jako trudno rozpuszczalny wodorotlenek. Wraz ze wzrostem temperatury i czasu ogrzewania zwiększa się skuteczność rozpadu wodorowęglanów wapnia i magnezu. W czasie ogrzewania wody mogą wytrącać się z niej innej sole. Nastąpi to wówczas, gdy zostanie przekroczony ich iloczyn rozpuszczalności w danej temperaturze. Metoda ta nie znajduje szerszego zastosowania w przygotowaniu wody dla potrzeb energetyki.

Dekarbonizacja Wapnem

Inną metodą usuwania twardości węglanowej jest proces dekarbonizacji wapnem. Jest to metoda polegająca na usuwaniu z wody twardości węglanowej w wyniku wytrącania trudno rozpuszczalnych związków wapnia oraz częściowo magnezu. Uzyskuje się to dawkując do wody wapno w postaci mleka lub wody wapiennej.

Przeczytaj także: Grupa Azoty Puławy - oczyszczanie wody

W procesie tym, oprócz węglanu wapnia, usuwane są pewne ilości węglanu magnezu zaokludowanego i zaadsorbowanego na węglanie wapnia. Powyższe reakcje są niepożądane w procesie dekarbonizacji wody przeznaczonej do celów chłodniczych, ponieważ w ich wyniku następuje głównie zmiana twardości niewęglanowej magnezowej na niewęglanową wapniową oraz dodatkowo wytrąca się Mg(OH)2. Dekarbonizację wapnem stosuje się w oczyszczaniu wód wykorzystywanych do chłodzenia oraz jako wstępny proces oczyszczania wody o podwyższonej twardości węglanowej. Przy zmiękczaniu wody zasilającej kotły proces ten może być prowadzony na zimno i na gorąco.

Metoda Wapno-Soda

Metodą strąceniową zapewniającą usunięcie twardości wody oraz zawartości CO2 jest metoda wapno-soda. lub też dodawaniu wodorotlenku wapnia, który wiąże dwutlenek węgla - powoduje wytrącenie węglanu wapnia i wodorotlenku magnezu i zmianę twardości niewęglanowej magnezowej na twardość niewęglanową wapniową. Powstający MgCO3, w wyniku hydrolizy, rozkłada się do trudno rozpuszczalnego Mg(OH)2.

Zmiękczanie Ługiem Sodowym i Sodą

Inną metodą strąceniową jest zmiękczanie ługiem sodowym i sodą. W metodzie tej NaOH odgrywa rolę Ca(OH)2. W wyniku tej reakcji w wodzie pozostaje jedynie twardość niewęglanowa wapniowa, którą usuwa soda. Metoda ta jest zalecana do zmiękczania wód, w których twardość węglanowa jest nieznacznie większa od twardości niewęglanowej lub dla wód, w których twardość wapniowa jest równa dwukrotności twardości węglanowej. Omawiana metoda jest bardziej kosztowna od metody wapno-soda, przy zbliżonej efektywności zmiękczania.

Zmiękczanie Wody Fosforanami Sodu

Wśród metod strąceniowych najskuteczniejszym jest zmiękczanie wody fosforanami sodu. Dodanie do wody tych związków powoduje wytrącenie bardzo trudno rozpuszczalnych fosforanów wapnia i magnezu. Jako reagenty zmiękczające stosuje się Na3PO4, Na2HPO4 i NaH2PO4. Zapewnienie pH na poziomie > 10,5, poprzez dodanie do wody, oprócz fosforanów, wodorotlenku sodu, pozwala na praktycznie całkowite zmiękczenie wody. Ze względu na dość wysoką cenę fosforanów oraz fakt, iż w wyniku zmiękczania wody o znacznej twardości węglanowej powstaje NaHCO3, omawianą metodę stosuje się jako tzw.

Nanofiltracja

Aby zmiękczyć wodę, można także zastosować proces nanofiltracji. Koszty eksploatacyjne tego procesu są znacznie mniejsze niż koszty procesów odwróconej osmozy czy elektrodializy. Skuteczność usuwania jonów wapnia i magnezu zależy od rodzaju membrany nanofiltracyjnej i jest odwrotnie proporcjonalna do wartości cut-off membrany.

Przeczytaj także: Przewodnik po uzdatnianiu wody szkłem

Systemy Impuls jako Alternatywa dla Zmiękczania Wody

Nowoczesną alternatywą dla urządzeń zmiękczających wodę może być urządzenie o nazwie Impuls. Jest to elektroniczny system uzdatniania wody, zabezpieczający instalację wodną i urządzenia przed osadzaniem się kamienia wapiennego i rdzy. Technologia Impuls pozwala na uzdatnianie wody bez dodawania do niej jakichkolwiek odczynników czy soli. Wśród problemów powodowanych przez kamień wapienny należy wyróżnić m. in.: straty energii podczas wszystkich procesów wymiany ciepła, wzrost kosztów serwisowych urządzeń pracujących z wodą, spadek ciśnienia wody spowodowany zwężaniem się przekrojów rur, konieczność stosowania agresywnych preparatów oraz spadek opłacalności w produkcji wody przemysłowej.

W wodzie użytkowej związki wapnia krystalizując tworzą rozgałęzione struktury, które łatwo łączą się i budują trwałą, kamienną powłokę. Technologia Impuls powoduje zmianę tej krystalizacji w oparciu o naturalny proces elektroforezy. Powstające kryształki przybierają kształt igieł i nie są zdolne do budowania zwartych struktur. Im więcej takich kryształków powstaje, tym jest mocniejszy efekt ochronny. Wówczas kamień jest wypłukiwany z systemu wodociągowego jako nieszkodliwy pył.

Impuls jest systemem, który zmienia naturalną równowagę między krystalizacją a rozpuszczaniem się kamienia. Monokrystaliczna powłoka nie może wzrastać, ponieważ jej proces powstawania jest zakłócony. Natomiast naturalne rozpuszczanie się kamienia nadal trwa a krystaliczny osad w rurociągach ulega redukcji. Dzięki tej metodzie rozpuszczanie się osadu w uzdatnionej wodzie przebiega szybciej niż jego narastanie. Odbywa się to w naturalny, powolny i bezpieczny sposób, a rury z czasem oczyszczają się z kamienia. Proces ten można przedstawić za pomocą poniższej reakcji:

Ca(HCO3)2 ------- Impuls ------> CaCO3 (monokryształ) + CO2 + H2O

Wszędzie tam, gdzie twarda woda ma kontakt z metalowymi rurami, pojawia się problem utleniania miedzi lub żelaza. To z kolei prowadzi do poważnego problemu jakim jest korozja rur. Technologia ImpulsTech generuje zjawisko elektroforezy, dzięki czemu na wewnętrznych powierzchniach rur metalowych powstaje cienka monowarstwa węglanowa. W zależności od materiału rury może to być węglan miedzi, żelaza lub cynku. Powstała węglanowa powłoka szczelnie przylega do powierzchni metalu i chroni go przed dalszym utlenieniem i korozją.

Istnieje wiele powodów dlaczego technologia z urządzeń serii ImpulsTech jest dobra i warto ją stosować. Wśród nich można wyróżnić: został zaprojektowany tak, aby instalacja nie musiała być wykonywana przez wyspecjalizowanego hydraulika. Urządzenie to można łatwo zainstalować samodzielnie w czasie 10 - 15 minut. Instalacja nie wymaga żadnych narzędzi i nie ma potrzeby rozcinania rur. Dla optymalnego uzdatniania wody najlepiej jest zainstalować ją w pobliżu wodomierza lub na głównej rurze doprowadzającej wodę. Uzwojenia zespołu impulsowego mogą być umieszczone po lewej lub po prawej stronie albo też pod urządzeniem elektronicznym, zgodnie z instrukcją obsługi. może być montowany pionowo, poziomo lub też pod innym kątem. Jeśli brakuje miejsca na rurze, można go również zainstalować na ścianie. pracuje z antenami impulsowymi z miedzi, które są przeznaczone do nawinięcia na rury. Materiał anten wykonany jest z wysokiej jakości stopu co przekłada się na bardzo dobry transfer impulsu. Każdy zespół impulsów powinien poddawać działaniu obszar co najmniej o długości średnicy poszczególnych rur gdzie urządzenia serii Impuls są zainstalowane. Impuls nie powinien być ani za słaby ani za silny do tego celu służą w większych jednostkach różnego rodzaju nastawy. W celu zapewnienia właściwego działania Impuls wprowadził na rynek serię urządzeń dla rur od 1/4” do 120”

Twardość Wody - Klasyfikacja

W zależności od stopnia twardości wody można wyróżnić wodę bardzo miękką, miękką, średnio-twardą, twardą oraz bardzo twardą.

Woda	mg CaCO3/dm3	mmol/dm3	mval/dm3	oTw (dh)
Bardzo miękka	0 - 85	0 - 0,89	0 - 1,78	0 - 5
Miękka	85 - 170	0,89 - 1,78	1,78 - 3,57	5 - 10
Średnio twarda	170 - 340	1,78 - 3,57	3,57 - 7,13	10 - 20
Twarda	340 - 510	3,57 - 5,35	7,13 - 10,7	20 - 30
Bardzo twarda	> 510	> 5.35	> 10,7	> 30

tags: #uzdatnianie #wody #stracenie #wapnem #proces