Ochrana proti vodnému kameňu a korózii SBZ
Z dôvodu meniacich sa prevádzkových podmienok v bytových a komerčných budovách je často potrebné prijať opatrenia na ochranu pred vodným kameňom a koróziou. Mnoho problémov môže vyriešiť správne ošetrenie vody. Tento článok ukazuje, že výber správneho dávkovacieho prostriedku a tiež samotná technológia dávkovania majú rozhodujúci význam pre úspech procesu.
Vysťahovalectvo obyvateľstva zo štrukturálne slabých regiónov, klesajúca spotreba na obyvateľa a tendencia k jednotlivým domácnostiam spôsobujú vážne problémy s dodávkou vody: Klesajúca spotreba vody vedie k dlhším retenčným časom pre vodu v potrubí. To ovplyvňuje nielen verejné zásobovacie vedenia, ale aj výrazne nadrozmerné domáce vodovodné potrubia čiastočne prázdnych bytových domov, preplnených hotelov, administratívnych budov, nemocníc a domovov dôchodcov, ako aj málo využívaných športových zariadení a priemyselných zariadení.
Okrem týchto zdravotných a estetických aspektov môže dlhšia doba stagnácie v inštalácii domu viesť aj k technickým problémom. Napríklad v tvrdej vode môže dôjsť k zvýšenému usadzovaniu vodného kameňa, čo vedie k zvýšeným nákladom na energiu, čistenie a opravy. Strata vápna nastáva hlavne pri ohreve pitnej vody.
Aby sa znížil rast legionely, musí sa vo veľkých systémoch podľa pracovného listu DVGW W 551 [10] udržiavať na výstupe z ohrievača pitnej vody teplota najmenej 60 ° C. Aj v prípade predhrievacích stupňov, kde je obsah zásobnej nádrže vrátane predhrievacej fázy ≥ 400 l, musí byť celý obsah zásobnej nádrže v predhrievacej fáze zahriaty na najmenej 60 ° C raz denne. Táto teplota sa odporúča aj pre malé systémy. Tieto teploty sú vyššie ako tie, ktoré sa v minulosti používali na šetrenie energie. Vyššie teploty však znamenajú vyššie riziko vápenatenia.
Možné riešenia
Väčšine zistených problémov je možné čeliť dobre koordinovanou úpravou vody. Dávkovanie minerálov sa v mnohých prípadoch osvedčilo. Je dôležité, aby dávkovacie činidlo zodpovedalo materiálu potrubia a vode.
Koróziu povrchu pozinkovaných potrubí, ktorá vedie k tvorbe hrdzavej vody, je možné potlačiť dávkovaním ortofosfátu. Podľa tvrdosti vody je potrebné ortofosforečnany zmiešať s určitým podielom polyfosfátu, pretože inak ortofosforečnan okamžite po podaní dávky chemicky reaguje s vápnikom tvrdosti vody, vytvorí fosforečnan vápenatý a vyzráža sa v blízkosti miesta vpichu. Polyfosfátová zložka oneskoruje zrážanie a transportuje účinnú látku na koniec zariadenia.
Polyfosfátová zložka preberá ďalšiu dôležitú funkciu. Chráni oblasť s horúcou vodou pred usadeninami vodného kameňa. Aj malé množstvo vodného kameňa na povrchoch prenášajúcich teplo môže viesť k zníženiu prenosu tepla a tým k vyššiemu výdaju energie. Aj tu je potrebné venovať osobitnú pozornosť zloženiu účinných látok: V závislosti od teploty a pH vody môžu polyfosfáty hydrolyzovať, to znamená, že sa rozkladajú na ortofosforečnany, ktoré nemajú žiadny stabilizačný účinok. To je obzvlášť dôležité, ak je oblasť s horúcou vodou prevádzkovaná pri zvýšených teplotách, aby sa znížil rast legionely.
V zariadeniach vyrobených z medi môže mať dávka fosfátu pozitívny aj negatívny vplyv na uvoľňovanie medi [2]. Závisí to od kvality surovej vody a je potrebné ju podrobne skontrolovať. Prostriedkami voľby na minimalizáciu uvoľňovania medi sú preto alkalizačné látky. Na to sú potrebné veľmi prepracované prípravky účinných látok, pretože na jednej strane sa vápnikovo-uhličitá rovnováha vody v prípade alkalizácie vždy posúva a tak môže v oblasti vpichu dôjsť k vyzrážaniu vápnika a prípravok musí tiež zostať stabilný.
Vplyv aktívnych zložiek
Na úpravu pitnej vody sa vo všeobecnosti môžu používať iba výrobky, ktoré sú uvedené v zozname ošetrovacích látok a dezinfekčných metód v súlade s oddielom 11 nariadenia o pitnej vode z roku 2001 a ktoré zodpovedajú tam uvedeným požiadavkám na čistotu. Podľa tohto zoznamu je prípustné pridanie ortofosforečnanov alebo polyfosforečnanov 2,2 mg/l, počítané ako P (fosfor). Túto medznú hodnotu je možné previesť na predtým bežné hodnoty PO4 3– (fosfát) alebo P2O5. Medzi týmito podrobnosťami existuje iba konverzný faktor. Platí nasledujúce: 2,2 mg/l vypočítané ako P zodpovedajú 6,7 mg/l vypočítané ako PO4 3– a 5,0 mg/l vypočítané ako P2O5
Fosfáty
Ako suroviny sa používajú prirodzene sa vyskytujúce fosfátové rudy (apatit), ktoré sa ťažia, chemicky konvertujú, čistia a sušia. Pri úprave vody sa používajú dva typy fosfátov: takzvané ortofosfáty a polyfosfáty. Ortofosforečnany sú soli kyseliny ortofosforečnej s chemickým vzorcom PO4 3– (obr. 2). Fosfát je anión soli a pozostáva z prvkov fosfor a kyslík. Zodpovedajúci katión soli je tvorený iónom kovu, napríklad sodíkom.
Polyfosfáty sú polymerizačné produkty týchto ortofosforečnanov s rôznymi dĺžkami reťazca. Obrázok 3 zobrazuje príklad trifosfátu (reťazec s tromi atómami fosforu). Reťazec však môže pokračovať rovnakým spôsobom a môže sa tak stať oveľa dlhším, to znamená, že môže pozostávať z oveľa viac atómov fosforu.
Ortofosforečnany
Ortofosforečnany majú vynikajúci antikorózny účinok na železné materiály, ako je liatina, oceľ a pozinkovaná oceľ [3, 4]. Pod vplyvom fosfátu sa vytvárajú stabilné produkty korózie železa a zinku (železo-zinok-fosfáty), ktoré zlepšujú povrchovú vrstvu. Zlepšením tvorby vrchnej vrstvy je možné významné zníženie koróznych produktov, ktoré vstupujú do vody. Stabilná ochranná vrstva fosforečnanu železitého môže časom narásť aj na existujúcich vrstvách hrdze a hrudiek hrdze a pôsobiť proti tvorbe hrdzavej vody.
Aj pri medených materiáloch možno rovnomernú povrchovú koróziu znížiť pridaním ortofosforečnanov [5]. V tomto prípade však vzťahy nie sú také jasné ako pri železných materiáloch. Podľa [2] ovplyvňuje obsah a zloženie TOC (celkový organický uhlík) prítomný vo vode účinnosť fosfátu. Organické látky vo vode (humínové látky) môžu mať negatívny vplyv na tvorbu vonkajšej vrstvy na vnútornom povrchu potrubia spomalením kinetiky kryštalizácie malachitu. Výsledkom sú vysoké koncentrácie medi vo vode. Ak existujú tieto okolnosti, je možné koncentráciu medi v stojatej vode znížiť dávkovaním ortofosfátu.
Uvoľňovanie olova možno tiež znížiť v olovených linkách pridaním ortofosfátu [6]. Nedá sa však predpovedať, či toto opatrenie zníži obsah olova do takej miery, že bude možné dodržať limitnú hodnotu podľa vyhlášky o pitnej vode. Aspoň dávka fosfátu môže slúžiť ako premostenie, kým sa nevymení stará inštalácia.
Polyfosfáty
Polyfosfáty majú výrazný stabilizačný účinok. Podľa [7] sa na ochranu pred tvorbou kameňa môžu použiť až do celkovej tvrdosti 3,8 mol/m 3 (21 ° dH). Polyfosfáty pôsobia ako takzvané prahové inhibítory, to znamená, že zabraňujú vyzrážaniu zložiek tvrdosti v podstechiometrických množstvách. Medzi prahovým inhibítorom a tvrdidlami nie je žiadna chemická väzba, ale kinetika reakcie je ovplyvnená: zrážanie vápna (kalcit) je polyfosforečnanom oneskorené, v závislosti od podmienok prostredia (hodnota pH, teplota atď.), Možno na neurčito. . Podľa Raistricka [8, 9] možno efekt prahu vysvetliť takto:
Ióny Ca2 + v kryštáli kalcitu sú kolmé na trojnásobnú os symetrie v rohoch rovnostranných trojuholníkov, pričom vzdialenosti Ca-Ca sú 4,96 angstromov (0,496 nm). Reťazcovitá molekula polyfosfátu sa môže pripojiť k mriežkovým rovinám kalcitu, pretože v molekule polyfosfátu je vzdialenosť medzi atómami kyslíka 4,99 angstromov, a teda zhruba zodpovedá vzdialenosti Ca-Ca kryštálu kalcitu (obr. 4).
Hydrolýza polyfosfátov
Reakciou s vodou sa môžu polyfosfáty štiepiť na ortofosforečnany. Táto reakcia sa nazýva hydrolýza. Rýchlosť reakcie závisí hlavne od typu polyfosfátu (dĺžka reťazca), teploty a pH vody. Vysoké teploty a nízka hodnota pH zvyšujú reakčnú rýchlosť. Pri neutrálnej hodnote pH a pri izbovej teplote však môžu polyfosfáty zostať stabilné niekoľko mesiacov až rokov. Je preto veľmi dôležité, aby ten pravý pre konkrétnu aplikáciu bol vybraný z množstva dostupných polyfosfátov.
Z obrázka 5 je napríklad zrejmé, že obsah polyfosfátov vo výrobku Quantophos F4 je hydrolyzovaný iba asi z 25% po 8 hodinách zdržania pri teplote 70 ° C a hodnote pH 6,5. Aj po 48 hodinách je stále prítomných 50% polyfosforečnanov, a to pri hodnote pH 6,5, čo je najnižšia prípustná hodnota pH podľa nariadenia o pitnej vode. Laboratórne testy s Quantophos F4 ukázali, že pri počiatočnej koncentrácii 1,3 mg/l fosfátu (počítané ako P) je tento podiel dostatočný na to, aby zabránil zlyhaniu 98 až 100% tvrdosti vody počas 48 hodín (obr. 6). 1,3 mg/l P zodpovedá iba 60% povoleného prídavku podľa TrinkwV 2001.
Čiastočná hydrolýza polyfosforečnanov je niekedy dokonca žiaduca, pretože ortofosforečnany, ktoré tvoria, môžu pôsobiť ako inhibítory korózie, ako je opísané vyššie. Pri ohreve pitnej vody sú hydrodynamické doby zdržania v akumulačných ohrievačoch vody v rozmedzí od 19 do 24 hodín pre rodinné domy a 2 až 7 hodín pre rodinné domy.
Fosfor je životne dôležitý
Nutričnou zložkou fosfátov schválených v potravinárskom priemysle je fosfor. Fosfor vo forme fosforečnanu vápenatého je štrukturálnou zložkou kostí. Fosfor je navyše dôležitou súčasťou bunkových membrán. Fosfor hrá zásadnú úlohu v energetickom metabolizme tela, je rozhodujúci pri výrobe a ukladaní energie [9]. U detí ovplyvňuje nedostatok fosforu spomalenie rastu, zlú tvorbu kostí a zubov a rachitídu. Nedostatok fosforu môže v každom veku viesť k úbytku hmotnosti, úbytku kostnej hmoty a únave. Nedostatok fosforu môže zostať skrytý dlho, pretože fosfor sa mobilizuje z kostí, to znamená, že sa odbúrava. Po dlhšom zníženom príjme fosforu dochádza k takzvanému hladovaniu kostí hladu. Pokusy na zvieratách preukázali, že v extrémnych prípadoch môže nedostatok fosforu viesť k smrti v dôsledku straty sily.
Nemecká spoločnosť pre výživu predpokladá dennú potrebu okolo 700 mg fosforu pre dospelých. Tehotné a dojčiace ženy by mali jesť o niečo viac. Pre túto skupinu ľudí sa ako referenčná hodnota uvádza 800 až 900 mg fosforu. Rastúci mladí ľudia tiež potrebujú trochu viac fosforu.
Fosfát v potravinách
Fosfáty sa pridávajú do mnohých potravín ako stabilizátory a zahusťovadlá. Obrázok 7 zobrazuje obvyklú hladinu fosforu v bežných potravinách. Podľa nariadenia o pitnej vode sa do pitnej vody môže pridať maximálne 2,2 mg/l fosfátu, počítaného ako fosfor. Toto množstvo je v porovnaní s množstvom fosforu v potravinách extrémne malé.
Na ilustráciu: Ak človek zje 60 g taveného syra a vypije s ním 0,25 l mlieka, prijal 566 mg fosforu s taveným syrom a 261 mg s mliekom. Aby mohol týchto 827 mg fosforu absorbovať pitnou vodou, musel by vypiť 376 litrov upravenej vody.
Dávkovacia technológia
Pri odčerpávaní vody meria kontaktný vodomer množstvo pretečenej vody. Kontaktný vodomer vysiela v určitom intervale impulz do elektronicky riadeného dávkovacieho čerpadla (bežné sú 2 litre). Tento impulz spúšťa dávkovací zdvih, pričom sa do vodného potrubia dávkuje definované množstvo aktívnej zložky. Pri výbere technológie dávkovania by si však plánovač mal uvedomiť, že na uchovanie týchto 2 litrov je potrebný veľmi dlhý úsek potrubia (obr. 8). Je ľahké vidieť, že aj pri potrubí DN 25 s rozstupom impulzov 2 l prebieha dávkovací zdvih iba na potrubí 4 m. Inými slovami, vo vzdialenosti 4 m pretláča potrubný systém zátka s dávkovacím prostriedkom. Optimalizovaná technika dávkovania je preto obzvlášť dôležitá.
V technológii dávkovania medo od BWT sa používa systém krokových motorov (obr. 9). Každý dávkovací zdvih je rozdelený do 48 jednotlivých krokov. Vďaka tomu je účinná látka počas dávkovania rovnomerne primiešaná. To zaisťuje, že dávkovacie látky môžu optimálne rozvíjať svoj účinok z hľadiska tvorby ochrannej vrstvy a stabilizácie vápna. Vďaka technológii krokového motora je možné dávkovacie čerpadlo kombinovať s kontaktnými vodomermi s veľmi malým intervalom impulzov. Napríklad účinné látky BWT Quantophos je možné kombinovať s dávkovacím čerpadlom BWT Medo-II až do objemového prietoku vody 30 m 3/h s kontaktným vodomerom s intervalom impulzov 0,25 l.
Dávkovanie minerálov, aby sa zabránilo poškodeniu koróziou a tvorbe kameňov v systémoch pitnej vody v obytných a komerčných budovách, je metódou voľby, najmä ak existuje nepriaznivá kombinácia materiálu potrubia, hodnoty pH a zloženia vody a ak nie sú inak dodržané súčasné limitné hodnoty vyhlášky o pitnej vode pre ťažké kovy. bolo by. Pre úspech procesu je rozhodujúci výber správneho dávkovacieho prostriedku a tiež samotná technológia dávkovania (obr. 10). Je dôležité, aby sa dávkovanie automatizovalo a dávkovacie činidlo sa pridávalo kontinuálne. Správne nastavenie dávky je možné kedykoľvek určiť analýzou vody.
[1] Umweltbundesamt, Kinder-Umwelt-Survey 2003/2006, pitná voda - obsah prvkov v domácej pitnej vode z domácností s deťmi v Nemecku; C. Schultz a kol.
[2] Jürgen Dartmann, Thorsten Dorsch, Klaus Johannsen: Vplyv zmeny pH a dávky fosfátu na koróziu medi v potrubiach s pitnou vodou, 2006.
[3] DIN EN 12502 Ochrana proti korózii kovových materiálov - Pokyny na odhad pravdepodobnosti korózie vo vodovodných a akumulačných systémoch - Časť 3: Ovplyvňujúce faktory pre žiarovo pozinkované železné materiály. Berlín: Beuth Verlag, marec 2005
[4] Dr. rer. nat. Johann Wilhelm Erning, Federálny inštitút pre výskum a testovanie materiálov: Ochrana proti korózii pomocou prísad. Berlín: 19. seminár o vodných technológiách v Mülheime, 1. marca 2005
[5] DIN EN 12502 Ochrana proti korózii kovových materiálov - Pokyny na odhad pravdepodobnosti korózie vo vodovodných a akumulačných systémoch - Časť 2: Vplyvné faktory pre meď a zliatiny medi. Berlín: Beuth Verlag, marec 2005
[6] DIN 50930 Korózia kovových materiálov vo vnútri potrubí, zásobníkov a prístrojov vystavených korózii spôsobenej vodou, časť 6 Vplyv na kvalitu pitnej vody. Berlín: Beuth Verlag, august 2001
[7] VDI 6001, obnova sanitárnych zariadení - pitná voda, list 1. Berlín: Beuth Verlag júl 2004.
[8] M.N. Elliot, Scale Control by Threshold Treatment, Desalination; 8, 221-236, 1970
[9] Svetová zdravotnícka organizácia: Živiny v pitnej vode, 2005
[10] Pracovný list DVGW W 551, ohrev pitnej vody a potrubné systémy na pitnú vodu; Technické opatrenia na zníženie rastu legionely; Plánovanie, výstavba, prevádzka a obnova zariadení na pitnú vodu. Bonn: wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH, apríl 2004