Mineralne i gazowe domieszki wód naturalnych Domieszki wód nat. różnią się stanem skupienia (gaz, ciało stałe, ciecz) jak i pochodzeniem (autoktoniczne, antropogeniczne) i dzielą się na domieszki mineralne i organiczne. Dom. mineralne i org. mogą występować w postaci rozpuszczonej lub nierozpuszczonej ( tzn. w postaci koloidów i zawiesin). Rodzaj i postać, w jakiej występują ma wpływ na cechy fiz., chem. biologiczne wody, na dobór metody uzdatniania. Spośród rozpuszczonych nieorganicznych domieszek wód naturalnych na 1 miejscu należy wymienić tzw. jony podstawowe: Ca²⁺ , Mg²⁺ , Na⁺ w mniejszych ilościach K⁺. Towarzyszą im aniony HCO₃^- , SO^2- ₄, Cl^- w mniejszych ilościach krzemionka.

Występują w stężeniach rzędu dziesiątek lub setek mg/l. Składnikami pochodzącymi (w sensie ilościowym) są różne formy N nieorganicznego (amonowy, azotynowy, azotanowy) Fe, Al., Mn i inne metale w ilościach mg i μg (mikro) w litrze

Rozpuszczone gazowe domieszki wód naturalnych To przede wszystkim składniki powietrza (O₂,N₂,CO₂), produkty przemian chem. i biochem. zachodzących w środowisku wodnym (np. CH₄,H₂S). Obecne są one najczęściej w ilościach rzędu od10-tych części do 10-ek mg/l.

Stopień zmineralizowania wody uzależniony jest od ilości rozpuszczonych soli. Jest on ważnym kryterium służącym do klasyfikacji wód naturalnych - zarówno podziemnych i powierzchniowych. Opierając się na kryterium mineralizacji wyodrębnia się dwie kategorie wód:: wody słodkie o suchej pozostałości do 100 mg/l, wody mineralne o suchej pozostałości powyżej 100 mg/l

Podział wody oparty na kryterium mineralizacji jest niezwykle istotny z punktu widzenia uzdatniania wody do picia oraz dla większości zastosowań przemysłowych. Zmniejszenie stopnia zmineralizowania wody wymaga stosowania specjalnych niekiedy bardzo kosztownych procesów uzdatniania.

TWARDOŚĆ WODY - kiedyś definiowano jako zdolność wody do zużywania pewnej ilości mydła bez tworzenia piany. Właściwość tę powodują rozpuszczone w wodzie sole wapnia i magnezu. Suma zawartości jonów Ca²⁺ i Mg²⁺ występujących we wszystkich możliwych połączeniach nazywa się twardością ogólną wody. Twardość ogólna dzieli się na tw. wapniową powodowaną obecnością jonów wapnia i na tw. magnezową spowodowaną przez jony magnezowe, stąd: T_og=T_Ca²⁺ + T_Mg²⁺

Ponadto wyróżnia się tw. węglanową wody, która jest wywołana przez HCO₃^-, CO₃^2-, OH^- wapnia i magnezu oraz tw. niewęglanową powodowaną przez inne związki wapnia i magnezu (SO₄^2-,Cl^-, NO₃^-) T_og=T_w + T_nw gdy Z_og>T_og to T_nw=0 T_w=Z_og

W wodach, w których nie występują węglany i wodorowęglany sodu i potasu twardość węglanowa jest równa zasadowości węglanowej. Natomiast, jeśli w wodzie występują NaHCO₃ i KHCO₃, to wówczas zasadowość wody jest większa od twardości ogólnej i woda nie ma twardości węglanowej, a w wodzie tej nie występuje tzw. zasadowość alkaliczna. Zasadowość alkaliczna stanowi różnicę między zasadowością ogólną a jej twardością ogólną. Obecnie twardość najczęściej wyraża się w mg CaCO₃/l lub mval/l 1⁰_n = 2,8 mval/l 1 mval =50 mgCa CO₃/l

Woda miękka100-200, średnio twarda 200-350, twarda 350-550, bardzo twarda>550 mg Ca CO₃/l

W wodach naturalnych Ca²⁺ i Mg²⁺ występują w szerokim przedziale stężeń (50-1000 mg Ca CO₃/l) zwykle dominują w wodach związki wapnia nad zw. Mg. Obecność jonów Ca²⁺ i Mg²⁺ stwarzają korzystne warunki rozwoju procesu korozji w przewodach wodociągowych i urządzeniach, natomiast wody twarde łatwo tworzą osady powodując stopniowe zmniejszanie przepustowości przewodów i zmianę przewodności cieplnej powierzchni urządzeń pokrytych tzw. kamieniem. Twardość wody ma b. istotne znaczenie dla gałęzi przemysłu zarówno dla produkcji, chłodzenia jak i zasilania kotłów. Twardość wapniową łatwiej usunąć..

Kamień powoduje: zmianę naprężeń w kotle między kamieniem i ścianką. Może rozsadzić urządzenie, spadek przewodnictwa cieplnego, może dojść poprzez korozję do perforacji, niszczenie ścian, wrzery.

DOMIESZKI GAZOWE Dwutlenek węgla w wodach naturalnych, powierzchniowych pochodzi głównie z atmosfery lub procesów mineralizacji substancji organicznych. Natomiast w wodach podziemnych z procesów geochemicznych. Zawartość CO₂ w wodach naturalnych zmienia się w bardzo szerokich granicach od kilku mg/l (rzeki, jeziora) do x*10 mg/l w wodach podziemnych. W pH powyżej 8,3 nie ma węgla

Postacie CO₂ w wodach są następujące:

CO₂ ogólny

CO₂ wolny CO₂ związany

CO₂ agresywny CO₂ równowagi Jako HCO^-₃ jako CO^2-₃

Postać, w jakiej CO₂ występuje w naturalnych wodach zależy od pH. Praktycznie, przy pH<4 CO₂ występuje całkowicie w postaci gazowej, przy pH>8,3 zanika wolny, CO₂ i pojawia się, CO₂ związany w postaci wodorowęglanowej i węglanowej.

Część CO₂ wolnego, która stanowi nadmiar w stosunku do CO₂ równowagi nazywa się CO₂ agresywnym. Ta postać CO₂ wykazuje agresywne działanie w stosunku do betonu i metali. Istnieje zależność w wodzie pomiędzy CO₂ ,zasadowością lub kwasowością oraz pH. (w wodach naturalnych zasadowość węglanowa wywołana przede wszystkim kwaśnymi węglanami) (kwasowość wód nat. wywołana obecnością CO₂)

PROCES CHEMICZNEGO I TERMICZNEGO STRĄCANIA. Metody strąceniowe polegają na przewodnictwie soli rozpuszczonych w wodzie w związki trudno rozpuszczalne wypadające z wody w formie osadów.W technologii wody procesy strąceniowe stosuje się przede wszystkim do częściowego zmiękczania wody.Proces strącania może być prowadzony metodami: termicznymi, chemicznymi

STRĄCENIOWE METODY TERMICZNE - zmiękczanie przez strącanie metodami termicznymi polega na podgrzaniu wody w wyniku, czego narusza się równowagę węglanową i wytrącają się trudno rozpuszczalne węglan wapnia i wodorotlenek magnezu wg. reakcji:

Metoda termiczna nadaje się do zmiękczania wód o dużej twardości wyłącznie węglanowej, a także do wstępnego zmiękczania przed innymi zabiegami uzdatniania wody. Metoda termicznego zmiękczania ma zastosowanie w zakładach przemysłowych dysponujących dużą ilością pary wymagającej kondensacji.

STRĄCENIOWE METODY CHEMICZNE Zmiękczanie przez strącanie metodami chemicznymi obejmuje: dekarbonizację (strącanie za pomocą wapnia), strącenie met. wapno-soda, str. met. ług-soda, str. fosforanami

METODA WAPNO-SODA jest najbardziej rozpowszechnioną metodą strąceniową. Dodatek wapna powoduje usuwanie z wody twardości węglanowej, soda wytrąca sole powodujące twardość niewęglanową zgodnie z reakcjami np.:

Dawkę sody należy ustalić doświadczalnie z warunku, że Z_og>T_og ewentualnie orientacyjnie z zależności

Twardość szczątkowa wody uzdatnianej zależy od temperatury procesu. Przy prowadzeniu procesu na zimno (ok.10⁰c) twardość pozostała wynosi 1,4-1,8mval/l, a przy temperaturze 70⁰c 0,7mval/l. Szybkość przebiegu procesu na gorąco jest również znacznie większa.

ZMIĘKCZANIE PRZEZ STRĄCANIE METODĄ ŁUG-SODA jest bardziej kosztowna od metody wapno-soda przy podobnej efektywności procesu. Stosuje się ją, gdy zawartość soli wapniowych jest dwa razy większa od zawartości soli powodujących twardość węglanową.

ZMIĘKCZANIE FOSFORANAMI pozwala na uzyskanie mniejszej twardości pozostałej od dwóch poprzednich metodach. Przy zastosowaniu fosforanu trójsodowego reakcje przebiegają następująco:

zalety: usuwa twardość węglanową i niewęglanową, zapewnia 2-3 większą szybkość procesu zmiękczania niż np. met. wapno-soda, nie wymaga też ścisłego dozowania fosforu, którego nadmiar nie tylko nie szkodzi, ale nawet jest pożądany, usuwać bowiem może kamień krzemianowy zgodnie z reakcją:

Mimo przytoczonych zalet met. fosforanowa nie ma zastosowania do zmiękczania wody surowej (fosforany drogie). Natomiast nadaję się do usuwania twardości resztkowej, pozostałej po zmiękczaniu wstępnym innymi metodami np. po met. wapno-soda. Fosforanami można także usunąć resztkową twardość wody kotłowej w samym kotle. Strącający się wówczas osad nie tworzy kamienia, lecz opada w postaci mułu. Muł ten usuwa się z kotła w czasie odmulania kotła.

DEKARBONIZACJA WODY KWASEM Może być stosowana wyłącznie przy obróbce wody chłodzącej. Proces ten polega na zmianie twardości węglanowej na twardość niewęglanową wg reakcji:

W reakcji z kwasem solnym najczęściej używanym do dekarbonizacji powstają sole Ca²⁺ i Mg²⁺ bardzo dobrze rozpuszczalne. Obecność CaCl₂ i MgCl w wodzie nawet w dużych ilościach nie grozi wydzielaniem się ich w postaci osadów.

Przykładem stosowania dekarbonizacji w technice jest uzdatnianie tą metodą wody uzupełniającej ubytki w sieci ciepłowniczej. Uzdatnianie wynika z wymagań stawianych wodzie uzupełniającej. Są one następujące: t_w <=0,7 mval/l, zawiesiny <= 5 mg/l, O₂ <=0,1mg

RÓWNOWAGA REAKCJI WYMIANY JONOWEJ zależy od powinowactwa jonitu do jonów biorących udział w procesie. Reakcja przebiega zawsze w kierunku zastąpienia jonitów o wyższym powinowactwie do jonitu aż do ustalenia się stanu równowagi.

Równowagi wymiany jonowej maga być wyznaczone za pomocą współczynnika separacji - określa uprzywilejowanie przez jonit jednego z przeciw jonów znajdujących się w roztworze

- molowość składnika A w fazie jonitu

- molowość składnika B w fazie jonitu

- molowość składnika B w fazie roztworu
- molowość składnika A w fazie roztworuJeżeli jonit jest bardzo selektywny w stosunku do jonitu A, współczynnik separacji przybiera wartość >1,jeżeli do jonitu B przybiera wartość ujemną Równowagę wymiany jonowej określa współczynnik selektywności:
Z- wartościowość jonu, ZA- jonu A, ZB -jonu B
S_A/B nie jest stały, zależy od temperatury i stężenia, usieciowania jonitu. Dlatego też dość często stan równowagi przedstawia się jak tzw. krzywe wymiany jonowej. Krzywa wymiany jonowej to zależność stężenie danego jonu w fazie jonitu do stężenia danego jonitu w roztworze. Prosta 1 oznacza, że sorpcja określanych jonów zachodzi proporcjonalnie do ich stężenia w roztworze, a ich stężenia wyrażone w układach równoważnikowych dla fazy roztworu i fazy jonitu są sobie równe. Badane rodzaje jonów mają identyczne powinowactwo do jonitu, a ich współczynnik selektywności jest równy.Krzywa wypukła 2- oznacza, ze dolne jony wykazują wyższe powinowactwo do jonitu od innych jonów. Stężenie w fazie jonitu wyrażone w ułamkach równoważnikowych są wyższe niż w fazie roztworu.Krzywa wklęsła 3 - dane jony wykazują niższe powinowadztwo do jonitu od innych jonów. Stężenie ich w fazie jonitu jest niższe niż w fazie roztworu.Zmiękczanie wody na jonitach można uzyskać stosując:- kationit silnie kwaśny pracujący w cyklu sodowym - kationit wodorowy silnie kwaśny + kationit sodowy pracuje w układzie równoległym- kationit wodorowy słabo kwaśny + kationit sodowy pracujący w układzie szeregowym Jonity pozwalają obniżyć twardość wody do wartości poniżej 0,05 mval/lProcesy membranowe: techniki pozwalające na separacje zanieczyszczeń na poziomie molekularnym lub jonowym. Są to procesy nowe, a ich szybki rozwój obserwuje się w ostatnich 20 latach. Procesy te wykorzystywane są najczęściej do odsalania wody, rzadziej do zmiękczania wody oraz usuwania z niej substancji organicznych (w tym związków refrakcyjnych oraz prekursorów halogenowych połączeń chloro organicznych), jak również bakterii a nawet wirusów. W technologii uzdatniania wody wykorzystuje się następujące metody membranowe:- mikrofiltracja (MF) do usuwania zawiesin (<1μm) i części koloidów (klarowanie wody)- ultrafiltracja (UF) do usuwania zawiesin (<1μm) wszystkich koloidów, bakterii, pewnej ilości rozpuszczonych związków organicznych (makrocząsteczek)- monofiltracja (NF) do zmiękczania i częściowego odsalania (usuwania wszystkich zanieczyszczeń poza solami jednowartościowymi np. NaCl- odwrócona osmoza (RO), elektrodializa (EDR) do usuwania wszystkich zanieczyszczeń i domieszek zawartych w wodzie, w tym także gazowych (produktem jest woda odmineralizowana)Koszty procesu: zależą od membrany (pory) i ciśnienia. Techniki membranowe wykorzystują różne zjawiska do separacji poszczególnych składników:- procesy mikrofiltracji - bazuje na mechanizmie sitowym, a siłą napędową tych procesów jest rozkład ciśnienia po obu stronach membrany. - ultra i nanofiltracja - bazuje na mechanizmie dyfuzyjno -sitowym.

- odwrócona osmoza - polega na dyfuzji cząstek wody przez półprzepuszczalną membranę pod wpływem ciśnienia wyższego od ciśnienia osmotycznego.

- elektrodializa - opiera się na dyfuzji jonowej

Czynnikiem decydującym o uzyskiwanym stopniu separacji jest rodzaj membrany oddziaływają na przepływ jonów lub cząstek przez membrane. Membrana jest cienką przegrodą pozwalającą na selektywny transport masy

MEMBRANY DO ODWRÓCONEJ OSMOZY I FILTRACJI MEMBRANOWEJ

Membrany - selektywna bariera oddzielająca dwie fazy o różnych stężeniach. Można je sklasyfikować zgadnie z pochodzeniem, morfologią, strukturą i sposobem wytwarzania.

Membrany biologiczne - (komórkowe, plazma) są niezbędne do życia, ponieważ procesy transportu mas miedzy komórkami a otoczeniem, zachodzą wyłącznie prze membrany komórkowe.

Membrany syntetyczne stałe mogą być wykonane z materiałów organicznych lub nieorganicznych.

Pod względem morfologicznym: porowate - zastosowane głównie w ultrafiltracji mikrofiltracji, nieporowate - z ładunkiem (stosowane w nanofiltracji i elektrodializie) i bez ładunku (stosowane w odwróconej osmozie)

Wiele membran może być wytwarzane jako syntetyczne i asymetryczne tzw. o właściwościach jednakowych lub zmiennych się wraz z grubością membrany (np. średnica porów) Membrany asymetryczne można wytworzyć jako kompozytowe tzn. wytworzone z wielu polimerów (złożone asymetrycznie) lub poprzez inwersie fazową, tzn. wytworzone z jednego polimeru (tzn. integralnie asymetryczne)

Do oczyszczania wody stosuje się membrany: octanowo - celulozowe (CA), poliamidowe (PA), polisulfonowe(PS)

CA - pierwotnie stosowane membrany. Pracują pod stałym ciśnieniem. Ulegają hydrolizie co sprzyja uszkodzeniu membrany. Szybkość tego procesu zwiększa się wraz z temperaturą wody. Optymalne pH 5-6, stąd przed ich zastosowaniem wymagana jest korekcja pH. Są one odporne na przeciętne stężenia utleniaczy (chlor, chloroaminy), ulegają biodegradacji, co pociąga za sobą konieczność chlorowania roztworu zasilającego. (~0,5mg/l)

PA - coraz częściej stosowane. Mogą pracować pod wysokim ciśnieniem. Użytkowane są w postaci modułów spiralnych. Prędkość filtracji jest dużo większa niż w CA. Efekty oczyszczania wody są przez to lepsze i przy użyciu mniejszej energii. Duża wytrzymałość mechaniczna oraz odporność na działanie środowiska o pH 4-11. Temperatura ich pracy nie powinna przekraczać 40⁰C. Nie ulegają biodegradacji, są jednak czułe na utleniacze. To powoduje że chlor zawarty w wodzie zostaje usunięty (dodatek Na₂SO₃ lub sorpcja na GWA)

PS - są bardziej odporne na działanie chloru niż membrany CA oraz odporność chemiczną równą lub lepszą niż membrana PA. Stopień oczyszczania wody jest porównywalny z membraną PA przy bardziej ekonomicznym zużyciu energii. Prędkość filtracji jest porównywalna do standardowych membran CA. Pracują przy temperaturze wody nie wyższej niż 80⁰C. Wymagają wcześniejszego zmiękczania wody- kationów wielowartościowych.

Membrany nieorganiczne (metalowe, szklane, węglowe, ceramiczne) Zalety: wysoka odporność termiczna i chemiczna, długim okresem trwałości, brakiem starzenia się, możliwością wstecznego płukania Wady: duża łamliwość, wysokie koszty inwestycyjne

Membrany do elektrolizy (selekcja jonów przenikających przez membranę, w przestrzeni miedzy elektrodami jest włożona membrana.

Membrany pod względem chemicznym podobne są do żywic jonowymiennych. Składają się z polimerowej sieci z wbudowanymi w jej strukturę grupami jonowymi zdolnymi do dysocjacji. W membranach kationowych najczęściej stosuje się grupy: SO₃^2-,-COO^-, PO₃^3-, AsO₃^2-, -SeO₃^-

W membranach anionowych grupy: RNH₂⁺, -R₃N⁺, =R₂N⁺, -R₃P⁺, -R₂S⁺

Membrany do elektrolizy powinny charakteryzować się: wysoką selektywnością w stosunku do jednego rodzaju jonów, małą opornością elektryczną, dużą opornością mechaniczną i chemiczną

Podział membran ze względu na metody wytwarzania:

-membrana heterogeniczna (różny skład)- składają się z okrągłych cząstek żywić jonowych osadzonych w sieci polimerowej. W skutek różnych stopni pęcznienia żywicy jonowej polimeru mają często niewielką stabilność mechaniczną.

- membrany homogeniczne - są to usieciowane polielektrony otrzymane w procesach polimeryzacji lub polikondensacji. Charakteryzują się równomiernym wkładem nośnika ładunków w membranie, mają oporność elektryczną, dużą stabilność mechaniczną.

KONSTRUKCJA MODUŁU: Podstawowym elementem każdej instalacji membranowej jest moduł np. techniczny układ membran. Przy konstrukcji membrany należy pogodzić sprzeczne ze sobą parametry: równomierny wpływ na membranę (brak martwych przestrzeni), stabilność chemiczna, mechaniczna i termiczna, duża gęstość upakowania, niski koszt wytwarzania, tani sposób wymiany membran, dobre możliwości oczyszczania, małe straty ciśnienia.

Rodzaje modułów: I. z membranami o przekroju kołowym: moduł rurowy, moduł kapilarny, moduł z włóknami pustymi

II. z membranami płaskimi: moduł płytowy, moduł spiralny, moduł poduszkowy

Wszystkie moduły są modułami o trzech końcach, można w nich zastosować jeden z trzch wariantów strumienia.

Praktyczne zastosowanie procesów membranowych:

ODSALANIE WODY - usuwanie soli z wody metodą membranowa jest obecnie jednym z najistotniejszych sposobów pozyskiwania wody pitnej np. z wód morskich lub wody do celów przemysłowych (odmineralizowanie).

Schemat typowego membranowego układu do odsalania wody składa się ze wstępnego i końcowego oczyszczania oraz właściwego odsalania. Zakres wstępnego przygotowania wody zależy od jakości wody zasilającej oraz od warunków pracy membrany natomiast końcowego przygotowania wody do specyfiki wymagań odbiorcy wody odsolonej. Uzdatnianie końcowe wody odsalanej musi być realizowane w przypadku jej wykorzystania do celów komunalnych.

Urządzenia odsalające zawierają moduły membranowe do procesów odwróconej osmozy (dominuje ze względu na koszty) Zużycie energii w metodzie odwróconej osmozy kształtuje się na poziomie 5,26 kWh/m³ elektro 10,5, metoda termiczna 23,7-36,8 kWh/m³

Do odsalanie wód słonych metodą odwróconej osmozy stosuje się przeważnie instalacje jednostopniowe, a w przypadku wód morskich lub mocno zasadowych instalacje dwu- lub wielostopniowe.

Obecnie w instalacjach metody odwróconej osmozy wykorzystuje się moduły spiralne. Nie wymagają one obecności głębokiego wstępnego przygotowania wody zasilającej umożliwiają stosunkowo łatwe czyszczenie membran gwarantują dobrą efektywność ekonomiczną.

Wstępne przygotowanie wody jest wymagane przede wszystkim w celu zabezpieczenia systemu membran przed foulingiem lub przedłużenia żywotności membrany i zaplanowanych procesów eksploatacyjnych. Wymagania odnośnie wstępnego przygotowania mogą być niewielkie. Np. filtr do wód głębinowych lub rozbudowane obejmujące koagulacje, sedymentacji jest dla wód powierzchniowych.

Do zmiękczania wód podziemnych jak również powierzchniowych przydatne w skali technologicznej jest metoda nanofiltracji. Właściwości separacyjne membran do NF opierają się na możliwości oddzielenia jonów dwu wartościowych od jednowartościowych oraz zatrzymywania substancji organicznych o masie cząsteczkowej ponad 300

Odgazowanie wody: Woda zawiera przede wszystkim składniki powietrza (O₂, N₂, CO₂, H₂S i inne), przy czym CO₂ dodatkowo może pochodzić z rozkładu kwaśnych węglanów. W przypadku obecności w wodzie jonów agresywnych, które powodują korozję konieczne jest ich usunięcie w trakcie procesów uzdatniania wody.

ODGAZOWANIE MECHANICZNE: polega na odpędzeniu rozpuszczonych gazów, czemu sprzyjają rozwinięcie powierzchni zwiększającej szybkość wymiany masy pomiędzy fazą ciekłą i gazową. Uzyskać to można przez: rozpylanie wody, intensywne mieszanie, przedmuchiwanie powietrzem Powyższymi metodami można skutecznie usuną z wody CO₂ i H₂S Mniejsze gazy wypierane są z wody przez tle zawarty w powietrzu. W celu maksymalnego rozwinięcia powierzchni w desorberach CO₂, stosuje się wypełnienia pierścieniami Raschiga lub specjalnymi kształtkami wytworzonymi z tworzywa.

Równanie kinetyki wymiany gazów ma postać:
;d_c - zmiana stężenia gazu w wodzie w czasie dt, K_L - całkowity współczynnik przenikania masy, c_t c_s - stężenie gazu w wodzie odpływającej i dopływającej do reaktora

TERMICZNE ODGAZOWYWANIE WODY: podstawowa metoda usuwania z wody rozpuszczonych gazów w układach przemysłowych. Jest to proces desorpcji przebiegających w wyniku: tworzenia się pęcherzyków gazu i ich konwekcji z fazy wodnej do fazy gazowej, dyfuzji gazu przez graniczną powierzchnie faz. Pozwala na usunięcie z niej gazów do wartości poniżej 0,1 mg gazu /l

Rozpuszczalność danego gazu w wodzie jest uzależnione od ciśnienia i temperatury wody (prawo Henriego)

Przy podgrzewaniu wody obniża się ciśnienie cząstkowe rozpuszczonych w niej gazów, w skutek czego maleje również i ich rozpuszczalność w wodzie. W tym stanie prężność pary wodnej równa jest ciśnieniu panującemu nad wodą, a ciśnienie cząstkowe gazów i ich rozpuszczalność spada do zera.

Temperaturę wrzenia konieczną do przeprowadzenia odgazowania osiąga się w odgazowywaczach dwoma sposobami: przez ogrzewanie wody parą w przeciw prądzie, przez wprowadzenie do odgazowywacza wody przegrzanej.

W celu przyspieszenia desorpcji niezbędne jest maksymalne rozwiniecie powierzchni rozdziału miedzy parą a wodą oraz zmniejszenia grubości warstwy wrzącej wody. Wykorzystuje się do tego celu różne sposoby: rozdeszczenie i rozbryzgiwanie, przepływ wody przez złoże, harbotaż (przepływ przez wodę pary)

USUWANIE CO₂: Odgazowywanie polega na chemicznym wiązaniu CO₂ nazywa się często ODKWASZANIEM.

Do sposobu wiązania CO₂ zalicza się:

1.Filtrowanie wody przez rozkruszony marmur CaCO₃+CO₂+H₂O->Ca(HCO₃)₂ 2,3g na 1g

(wzrasta twardość węglanowa wody ok. 0,46 val/dm³ na każde 10g związanego CO₂ w 1 m³ wody, zasadowość oraz pH)

2.Filtrowanie przez filtr wypełniony materiałem alkalicznym (np. masa „magno”) MgO+2CO₂+H₂O->Mg(HCO₃)₂ 1,06g na 1g

(wzrasta twardość węglanowa wody, zasadowość HCO₃, i pH wody)

3.Wiązanie CO₂ za pomocą wody wapiennej Ca(OH)₂+CO₂->CaCO₃↓+H₂O Wytrąca się osad

Sody: Na₂CO₃+H₂O+CO₂->2NaHCO₃+H₂O

Ługu: NaOH+CO₂->NaHCO₃

(wzrasta zasadowość i pH wody, nie rośnie twardość)

Generalnie chemiczne wiązanie CO₂ stosuje się w celu stabilizacji wód podziemnych, infiltracyjnych oraz wód oczyszczonych.

W przypadku uzdatniania wody do celów technologicznych (PRZEMYSŁOWYCH) CO₂ usuwany jest chemicznie w procesie dekarbonizacji wody wapnem i zmiękczania w metodą „wapno soda”

Stosowanie metody filtracji przez złoże alkaliczne do wiązania CO₂ wymaga uzupełnienia złoża w czasie eksploatacji. Czas kontaktu wody ze złożem (V_f) dla każdego rodzaju wypełniacza oraz stężenie CO₂ w wodzie powinno być ustalone doświadczalnie.

Na ogół V_f =< 5 m/h, a wysokość złoża h =< 2 m

KOROZJA I METODY JEJ ZAPOBIEGANIA

Korozja proces niszczenia metali na jego powierzchni wywołane chemicznym, elektrochemicznym lub mikrobiologicznym oddziaływaniem otaczającego metal środowiska

Procesy korozji cechują 2 zjawiska: niszczenie metalu zaczyna się od powierzchni, z czasem posuwa się w głąb, korozji towarzyszy pojawienie się na powierzchni wżerów wypełnionych produktami korozji (najczęściej są to tlenki lub wodorotlenki metalu)

Ze względu na objawy korozji dzieli się na;

- równomierną - cała powierzchnia ulega bardziej mniej agresywnemu działaniu korozji

- miejscowa - atakuje tylko niektóre odcinki metalu) tzw. korozja wżerowa lub punktowa

- naprężeniowa - przejawia się ona jako korozja międzykrystaliczno i trans krystaliczna - występowanie drobnych pęknięć biegnących wzdłuż granic ziaren lub kryształów.

W zależności od czynników powodujących korozję oraz warunków rozróżnia się korozję: chemiczną, elektrochemiczną, mikrobiologiczną

Korozja chemiczna - spowodowana jest działaniem na metal gazów suchych lub środowisk ciekłych niezdolnych do przewodzenia prądu elektrycznego. Przykładem jest działanie utleniające tlenu na metale w podwyższonej temperaturze

Korozja elektrochemiczna- wywołana jest działaniem elektronów, najczęściej roztworów wodnych. Jest wynikiem tworzenia się dużej liczby lokalnych ogniw elektrycznych na powierzchniach metalowych miedzy różnymi chemicznie składnikami metalu lub tez niejednorodnych strukturalnie częściami fazy metalicznej.

Korozja mikrobiologiczna - związana jest z działaniem mikroorganizmów obecnych w układzie woda - powierzchnia metalu. W środowisku instalacji wodnych korozja mikrobiologiczna przebiega przede wszystkim w instalacjach wodociągowych, ale także w instalacjach chłodniczych, przemysłowych. Wywoływana jest działaniem bakterii, a także między innymi organizmami żywymi glonami, pierwotniakami, które mogą osiedlać się na metalowych powierzchniach instalacji zmieniając warunki natleniania powierzchni stykających się z wodą. Bakterie nie powodują bezpośrednio niszczenia metalu, jednak produkty ich metabolizmu wprowadzają także zmiany w środowisku, które przyczyniają się do zapoczątkowania bądź przyspieszenie procesów korozji, biorąc pod uwagę jej elektrochemiczny charakter. Do najważniejszych rodzajów bakterii, które wpływają na przebieg korozji metali należy: bakterie żelazowe, redukujące siarkę

Bakterie żelazowe utleniają Fe(II) do Fe(III). Rozwijają się w obecności tlenu i najczęściej spotykane są na wewnętrznych powierzchniach przewodów i zbiorników wodociągowych. Tlen pobierany jest przez bakterie z wody powodując powstawanie warunków nierównomiernego natlenienia powierzchni metali, co w efekcie prowadzi do miejscowej korozji.

Reakcje warunkujące korozję żelaza przebiegają następująco: reakcja anodowa: Fe⁰->Fe²⁺+2e

Reakcja katodowa: O^2-+H₂O+4e->4OH^-

Powodują wytworzenie uwodnionych nierozpuszczalnych tlenków Fe³⁺ tworzących wraz z bakteriami śluzowatą narośl mogące osiągąć znacznie rozmiary 4Fe²⁺+O⁺₂+(n+4)H₂O→ 2Fe₂O₃ nH₂O+8H⁺

Osady te tworzą warstwy stanowiące barierę dla dyfuzji tlenu do powierzchni metali w wyniku, czego w miejscach tych ustalają się warunki beztlenowe mogące z kolei stanowić odpowiednie warunki dla rozwoju bakterii redukujących siarczany.

Bakterie redukujące siarczany - wstępują w warunkach beztlenowych przy pH=7, korozja stymulowana przez te bakterie ma na ogół charakter wżerowy. Produkty korozji są czarne, luźno przylegają do powierzchni metalu i wydzielają silny zapach H₂S (produkt metabolizmu bakterii) SO₂^2-+8H⁺+2e->S^2-4H₂O

czynników powodujące korozję należą: woda i para wodna wraz ze znajdującymi się w nich zanieczyszczeniami, kwasy i zasady, tlen, CO₂ agresywny, prądy błądzące

W środowisku wodnym przebiega korozja elektrochemiczna. W korozji tego typu korodowany metal jest anodą, warstewka tlenu lub innych nierówności powierzchni jest katodą - elektrolitem jest woda

W wyniku redukcji jony niszczącego metalu przechodzą do roztworu, a w miejscu uszkodzenia powstaje wżer korozyjny. Jony Fe²⁺ w wyniku hydrolizy tworzą się Fe(OH)₂ lub utlenione sa do tlenku Fe₂O₃ Anoda:Fe²⁺+2OHFe(OH)₂ 4Fe(OH)₂+2H₂O+O₂->4Fe(OH)₃

Na katodzie O₂ łączy się z tymi elektronami w wyniku hydrolizy powstaja wodorotlenki Katoda:0,5O₂+2e->O₂^2-; O^2-+H₂O->2OH^-

1

---