POLITECHNIKA WARSZAWSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA

PRZEDMIOT: UZDATNIANIE WODY DO CELÓW PRZEMYSŁOWYCH

TEMAT SPRAWOZDANIA: ODKWASZANIE WODY

PROWADZĄCY: WYKONAŁA:

Prof. nzw. dr hab. inż. Jolanta Podedworna Grupa: ZWIOŚ 1

Dr inż. Monika Żubrowska - Sudoł Zespół 1:

Olszewski Łukasz

Pyrcz Carlos

Stochowska Joanna Usarek Diana

Zapałowski Piotr

Warszawa, 2011r.

1. WSTĘP TEORETYCZNY

Odkwaszanie wody to proces polegający na usuwaniu z wody składników kwaśnych, między innymi dwutlenku węgla, który w wodach naturalnych, powierzchniowych pochodzi głównie z atmosfery lub procesów mineralnych , natomiast w wodach podziemnych z procesów geochemicznych. Znane są różne formy występowania dwutlenku węgla w wodzie. Dwutlenek węgla występuje w postaci wolnej (jako CO₂ równowagi i CO₂ agresywny) oraz związanej (CO₂ wodorowęglanowy (HCO₃) i CO₂ węglanowy (
)). Postać w jakiej CO₂ występuje w wodach zależy od ich pH. Praktycznie można przyjąć , że przy pH < 4 CO₂ w wodzie występuje całkowicie w postaci gazowej. Przy wzroście pH > 8,3 zanika CO₂ wolny i pojawia się CO₂ związany w postaci węglanów. Część CO₂ wolnego, która stanowi nadmiar w stosunku do CO₂ równowagi nazywa się CO₂ agresywnym. Ta postać dwutlenku węgla wykazuje agresywne działanie w stosunku do betonu i metali. Agresywny dwutlenek węgla można usuwać z wody metodami fizycznymi jak i chemicznymi. Istota pierwszej z nich polega na przejściu CO₂ obecnego w wodzie do powietrza w wyniku kontaktu tych dwóch mediów , co uzyskuje się w urządzeniach ciśnieniowych lub otwartych. Podczas kontaktu wody z powietrzem atmosferycznym następuje wyrównanie ciśnień cząstkowych gazów w tych dwóch fazach. Metody chemiczne stosowane są głównie gdy skuteczność metod fizycznych jest mała, lub gdy CO₂ jest bardzo mało. Do chemicznego wiązania CO₂ stosuje się najczęściej wapno palne lub hydratyzowane, które wiąże dwutlenek węgla. Związanie CO₂ agresywnego można uzyskać również, stosując filtrację wody przez złoże filtracyjne z masy dofiltr oraz grysiku marmurowego. Stabilność i korozyjność wody to wskaźniki ważne przy ocenie przydatności wody do celów przemysłowych. Jednym z czynników decydujących o stabilności wody jest ilość obecnego CO₂ w wodzie. Woda stabilna, to woda pozbawiona właściwości rozpuszczania ani wytrącania węglanu wapniowego.

2. CEL I ZAKRES ĆWICZENIA

Cel ćwiczenia stanowiło zapoznanie się z technologią odkwaszania wody, przy wykorzystaniu filtru z masą aktywną oraz jednoczesne przebadanie przebiegu procesu usuwania dwutlenku węgla z wody przefiltrowanej przez złoże filtracyjne z ustaloną prędkością, kolejno: 3, 5, 8 m/h.

Zakres ćwiczenia obejmował:

- ocenę wody surowej oraz określenie stopnia osiągnięcia celu ćwiczenia,

- przeprowadzenie procesu odkwaszania wody w określonych warunkach przebiegu procesu filtracji,

- analizę właściwości wody przed i po uzdatnianiu.

3. METODYKA

Proces odkwaszania wody przeprowadzany był na filtrze z masą aktywną ( wysokość złoża 110cm, średnica złoża d=40mm). Filtrowano wodę przez złoże filtracyjne z określoną prędkością: 3, 5 , 8 m/h. Po odrzuceniu pierwszej porcji filtratu, której ilość odpowiadała podwójnej objętości kolumny w następnej przefiltrowanej porcji wody oznaczane zostały następujące parametry:

- pH,

- zasadowość,

- twardość ogólna,

- twardość węglanowa,

- twardość magnezowa,

- CO₂ wolny,

- CO₂ agresywny,

- kwasowość ogólna.

Agresywny dwutlenek węgla został oznaczony przy wykorzystaniu metody z użyciem marmuru ( zastosowanie 5 - dobowego czasu kontaktu marmuru z badaną wodą). W butelce z doszlifowanym korkiem umieszczono 2-3 g marmuru a następnie unikając strat dwutlenku węgla, napełniono ją badaną wodą. Tak przygotowaną próbkę umieszczono na 5 dób w ciemnym pomieszczeniu. Po upływie 5 dni oznaczono zasadowość ogólną próbki wody z marmurem. Zawartość agresywnego dwutlenku węgla(X) obliczono według wzoru:

Gdzie:

4. OTRZYMANE WYNIKI

Otrzymane wyniki zostały przedstawione w formie tabelarycznej (tab. 4.1) i graficznej (rys. 4.1-4.5).

Tabela 4.1. Wyniki badań odkwaszania wody w filtrze z masą aktywną.

Oznaczenia	Jednostki	Woda surowa	Woda po złożu filtrowana z prędkością [m/h]
						3	5	8
pH	-	5,73	6,90	6,62	6,22
Zasadowość	mval/l	3,2	9,8	9,6	8,3
Twardość ogólna	mval/l	5,4	12,1	11,3	10,2
Twardość węglanowa	mval/l	4,1	6,8	7,3	6,3
Twardość magnezowa	mval/l	1,3	5,3	4,0	3,9
CO2 wolny	mg/l	334,4	79,2	118,8	140,8
CO2 agresywny	mg/l	88,0	-35,2	17,6	52,8
Kwasowość ogólna	mval/l	7,6	1,8	2,7	3,2

Rysunek 4.1. pH wody a) surowej, b) w zależności od zmiany prędkości filtracji.

Rysunek 4.2. Zasadowość wody a) surowej, b) w zależności od zmiany prędkości filtracji.

Rysunek 4.3. Twardość ogólna a) w wodzie surowej b) w zależności od prędkości filtracji.

5. ANALIZA WYNIKÓW

Woda surowa:

Poddawana badaniom woda surowa charakteryzowała się odczynem kwaśnym równym 5,73, spowodowanym znaczną obecnością rozpuszczonego dwutlenku węgla oraz niewielką ilością węglanów znajdujących się w wodzie. Łączna ilość jonów wapnia i magnezu, wynosząca 5,4 mval/l świadczy o średniej twardości wody surowej.

Woda po złożu filtrowana z różną prędkością:

Im dłuższy czas kontaktu wody z masą aktywną, tym zwiększa się odczyn, zasadowość oraz twardość wody zgodnie z reakcjami:

Wraz ze wzrostem czasu kontaktu wody z masą odkwaszającą (o składzie MgO i CaCO₃) następuje wzrost zasadowości zależny od ilości związanego CO₂ agresywnego oraz wytworzeniem wodorowęglanów wapnia i magnezu. Przyrost twardości ogólnej zależy od kontaktu wody ze złożem im dłuższy czas kontaktu tym wytrąca się więcej węglanów powodujących przyrost twardości ogólnej. Przy wydłużonym czasie filtracji obserwujemy obniżenie zawartości dwutlenku węgla a co za tym idzie wywołanej jego obecnością kwasowości ogólnej. Zmniejszenie prędkości filtracji do 3m/h prowadzi co całkowitego usunięcia CO₂ agresywnego.

6. WNIOSKI

Zastosowane podczas badań złoże filtracyjne pozwoliło na odkwaszenie wody w wyznaczonym stopniu. Dla prędkości filtracji równej 3m/h nie wykryto w wodzie agresywnego CO₂. Zmniejszenie stężenia CO₂ agresywnego do wartości poniżej 4 mg/l , odczynu pomiędzy 6,5 - 9,5 wskazuje na przydatność złoża do odkwaszania. Cel ćwiczenia, odkwaszenie wody, został zrealizowany. Jednakże zaobserwowany wzrost twardości ogólnej wody spowodowany wydłużeniem czasu kontaktu z masą odkwaszającą oraz wytrąceniem się węglanów nie jest zjawiskiem pożądanym z punktu widzenia zastosowania wody do celów przemysłowych. Woda do zasilania kotłów grzewczych i instalacji chłodniczych musi być miękka, tj. pozbawiona składników powodujących tworzenie się kamienia kotłowego.

Rysunek 4.4. Zawartość wolnego CO₂ : a) w wodzie surowej niefiltrowanej przez złoże filtrowe, b) w zależności od prędkości filtracji.

Rysunek 4.5. Kwasowość ogólna a) wody surowej niefiltrowanej przez złoże filtrowe, b) w zależności od prędkości filtracji.

---