1. Zarys teorii.

Dekarbonizacja – jest to proces polegający na usunięciu z wody twardości węglanowej w wyniku wytrącania trudno rozpuszczalnych związków wapnia oraz częściowo magnezu.

Skuteczność dekarbonizacji zależy od rodzaju i ilości występujących w wodzie soli, zastosowanych chemikaliów oraz od fizycznych warunków prowadzenia procesu.

Wybór metody zależy od przeznaczenia uzdatnianej wody. Oczyszczanie wody przez dekarbonizację umożliwia często równoczesne usunięcie zanieczyszczeń mechanicznych, koloidalnych, skuteczne odżelazianie i odmanganianie wody, a nawet twardości magnezowej i zanieczyszczeń organicznych.

Zmniejszenie twardości węglanowej uzyskuje się przez:

• dekarbonizację chemiczną: wapnem lub kwasem

• dekarbonizację termiczną

• dekarbonizację wymieniaczami jonowymi

Zmiękczanie wody, polegające na usuwaniu jej twardości spowodowane zawartością związków wapnia oraz magnezu, realizowane jest w wymienniku jonitowym. Najczęściej wykorzystywanymi jonitami są żelowe kationity silnie kwaśne w formie sodowej. Jako regeneranta używa się 8÷10% roztwór chlorku sodowego. Wypieranie z kationitu jonów sodowych w czasie zmiękczania przez jony wapniowe i magnezowe przebiega prawie stechiometrycznie w myśl reakcji:

2RSO₃Na + Ca⁺² → Ca(RSO₃)₂ + 2Na⁺

Niestety regeneracja zablokowanego przez jony wapnia i magnezu kationitu przez roztwory chlorku sodowego nie przebiega już stechiometrycznie, a wymaga 2÷3 krotnego nadmiaru reagenta.

Oprócz zużycia soli na obsługę wymienników jonitowych zużywana jest woda:

na spulchnianie złoża przed regeneracją,

na płukanie jonitu po regeneracji aż do ustalenia się twardości resztkowej wody zmiękczonej, na przygotowanie solanki o stężeniu 8÷10% NaCl.

1. Obliczenia.

Woda surowa

1. Oznaczenie pH.

pH wody surowej wynosiło 7,87

1. Oznaczenie przewodności elektrolitycznej.

K = 0,475cm^-1

κ₁ = 639μS/cm t₁ = 19,2°C

κ₁ = 640μS/cm t₁ = 19,3°C

κ_śr = 639,5μS/cm t_śr = 19,25°C

κ_τ = K * κ_sr [μS/cm]

κ_τ = 0, 475 * 639, 5 = 303, 76 μS/cm

$$\kappa_{20} = \frac{\kappa_{\tau}}{1 + \alpha*\left( t - 20 \right)}\text{\ \ }\left\lbrack \mu S/cm \right\rbrack$$

α = 0, 02 * t

α = 0, 02 * 19, 25 = 0, 385

$$\kappa_{20} = \frac{303,76}{1 + 0,385*\left( 19,25 - 20 \right)} = 427,08\ \mu S/cm$$

1. Oznaczenie zasadowości.

Pierwsza próba V=3,4ml

Druga próba V=3,4ml

$$\mathrm{"m"} = \frac{V*0,1*10^{3}}{100}\ \left\lbrack mval/\text{dm}^{3} \right\rbrack$$

$$\mathrm{"m"} = \frac{3,4*0,1*10^{3}}{100} = 3,4\ mval/\text{dm}^{3}$$

1. Oznaczenie twardości całkowitej metodą wersenianowi.

Pierwsza próba V_wer=32,5ml

Druga próba V_wer=32,7ml

$$t_{0} = \frac{V_{\text{wer}}*n_{\text{wer}}*10^{3}}{100*28}\ \left\lbrack mval/\text{dm}^{3} \right\rbrack$$

n_wer = 0,56mg CaO/cm³

$$t_{0} = \frac{32,6*0,56*10^{3}}{100*28} = 6,52\ mval/\text{dm}^{3}$$

W I na KtmNa

1. Oznaczenie pH.

pH wody surowej wynosiło 7,69

1. Oznaczenie przewodności elektrolitycznej.

K = 0,475cm^-1

κ₁ = 662μS/cm t₁ = 19,8°C

κ₁ = 659μS/cm t₁ = 19,9°C

κ_śr = 660,5μS/cm t_śr = 19,85°C

κ_τ = K * κ_sr [μS/cm]

κ_τ = 0, 475 * 660, 5 = 313, 7 μS/cm

$$\kappa_{20} = \frac{\kappa_{\tau}}{1 + \alpha*\left( t - 20 \right)}\text{\ \ }\left\lbrack \mu S/cm \right\rbrack$$

α = 0, 02 * t

α = 0, 02 * 19, 85 = 0, 3397

$$\kappa_{20} = \frac{313,7}{1 + 0,397*\left( 19,85 - 20 \right)} = 333,56\ \mu S/cm$$

1. Oznaczenie zasadowości.

Pierwsza próba V=3,4ml

Druga próba V=3,3ml

$$\mathrm{"m"} = \frac{V*0,1*10^{3}}{100}\ \left\lbrack mval/\text{dm}^{3} \right\rbrack$$

$$\mathrm{"m"} = \frac{3,35*0,1*10^{3}}{100} = 3,35\ mval/\text{dm}^{3}$$

4. Oznaczenie twardości całkowitej metodą wersenianowi.

Pierwsza próba V_wer=0ml

Druga próba V_wer=0ml

Brak twardości całkowitej, woda całkowicie zmiękczona.

W II na KtsH

1. Oznaczenie pH.

pH wody surowej wynosiło 3,21

1. Oznaczenie przewodności elektrolitycznej.

K = 0,475cm^-1

κ₁ = 656μS/cm t₁ = 19,8°C

κ₁ = 660μS/cm t₁ = 19,9°C

κ_śr = 658μS/cm t_śr = 19,85°C

κ_τ = K * κ_sr [μS/cm]

κ_τ = 0, 475 * 658 = 312, 55 μS/cm

$$\kappa_{20} = \frac{\kappa_{\tau}}{1 + \alpha*\left( t - 20 \right)}\text{\ \ }\left\lbrack \mu S/cm \right\rbrack$$

α = 0, 02 * t

α = 0, 02 * 19, 85 = 0, 397

$$\kappa_{20} = \frac{312,55}{1 + 0,397*\left( 19,85 - 20 \right)} = 332,34\ \mu S/cm$$

1. Oznaczenie zasadowości.

Pierwsza próba V=0ml

Druga próba V=0ml

Brak zasadowości.

1. Oznaczenie twardości całkowitej metodą wersenianowi.

Pierwsza próba V_wer=13,2ml

Druga próba V_wer=13,3ml

$$t_{0} = \frac{V_{\text{wer}}*n_{\text{wer}}*10^{3}}{100*28}\ \left\lbrack mval/\text{dm}^{3} \right\rbrack$$

n_wer = 0,56mg CaO/cm³

$$t_{0} = \frac{13,25*0,56*10^{3}}{100*28} = 2,65\ mval/\text{dm}^{3}$$

1. Oznaczenie kwasowości.

Kwasowość mineralna

Pierwsza próba V=1,8ml

Druga próba V=1,8ml

$$Kwm = \frac{V*0,05*10^{3}}{100}\ \left\lbrack mval/\text{dm}^{3} \right\rbrack$$

$$Kwm = \frac{1,8*0,05*10^{3}}{100} = 0,9\ mval/\text{dm}^{3}$$

Kwasowość ogólna

Pierwsza próba V=4,0ml

Druga próba V=3,9ml

$$Kwog = \frac{V*0,05*10^{3}}{100}\ \left\lbrack mval/\text{dm}^{3} \right\rbrack$$

$$Kwog = \frac{3,95*0,05*10^{3}}{100} = 2,0\ mval/\text{dm}^{3}$$

Ditlenek węgla

[CO₂] = Kwog − Kwm  [mval/dm³]

[CO₂] = 2 − 0, 9 = 1, 1 mval/dm³

1. Wnioski.

Na kationicie silnie kwaśnym nastąpiła całkowita wymiana jonów Ca²⁺ i Mg²⁺ związanych z anionami silnych i słabych kwasów, a więc nastąpiło usunięcie zarówno twardości węglanowej, jak i niewęglanowe, zgodnie z reakcjami:

2KtNa + Ca(COH₃)₂ = Kt₂Ca + 2NaHCO₃

2KtNa + Mg(COH₃)₂ = Kt₂Mg + 2NaHCO₃

Jest to zgodne z założeniami teoretycznymi.

Na kationicie słabo kwaśnym nastąpiło usunięcie z wody wapnia i magnezu związanych z anionami wodorowęglanowymi, pozostawiając te powodujące twardość niewęglanową, zgodnie z reakcjami:

2KtsH + Ca(HCO₃)₂ = Kt₂Ca + 2H₂O + 2CO₂

2KtsH + Mg(HCO₃)₂ = Kt₂Mg + 2H₂O + 2CO₂

KtsH + NaHCO₃ = KtNa + H₂O + CO₂

Jest to zgodne z założeniami teoretycznymi.