Změkčování vody - Water softening
Změkčování vody je odstraňování vápníku , hořčíku a některých dalších kovových kationtů ve tvrdé vodě . Výsledná měkká voda vyžaduje pro stejné úsilí méně mýdla , protože mýdlem není zbytečné spojování s ionty vápníku. Měkká voda také prodlužuje životnost instalatérských prací snížením nebo vyloučením usazování vodního kamene v potrubí a tvarovkách. Změkčování vody se obvykle dosahuje pomocí vápenatých změkčovacích nebo iontoměničových pryskyřic, ale stále častěji se toho dosahuje pomocí nanofiltrací nebo membrán reverzní osmózy .
Odůvodnění
Přítomnost určitých kovových iontů, jako je vápník a hořčík, zejména ve formě hydrogenuhličitanů , chloridů a síranů ve vodě, způsobuje řadu problémů.
Tvrdá voda vede k hromadění vodního kamene , který může zanášet vodovodní potrubí a podporovat galvanickou korozi . V zařízeních na změkčování vody v průmyslovém měřítku může tok odpadní vody z procesu opětovné generace vysrážet vodní kámen, který může interferovat s kanalizačními systémy.
Kluzký pocit spojený s praním v měkké vodě je způsoben slabší přitažlivostí mýdla k vodným iontům, když byla voda zbavena minerálního obsahu. Povrch lidské kůže má lehký náboj, se kterým má mýdlo tendenci se spojovat, což vyžaduje větší úsilí a větší množství vody k odstranění. Tvrdá voda obsahuje ionty vápníku nebo hořčíku, které při reakci s mýdlem tvoří nerozpustné soli a zanechávají povlak nerozpustných stearátů na povrchu vany a sprchy, běžně nazývaný mýdlová pěna .
Metody
Nejběžnější způsoby odstraňování tvrdosti vody se spoléhají na iontoměničovou pryskyřici nebo reverzní osmózu . Další přístupy zahrnují způsoby srážení a sekvestraci přidáním chelatačních činidel.
Metoda iontoměničové pryskyřice
Konvenční zařízení na změkčování vody určené pro použití v domácnosti závisí na iontoměničové pryskyřici, ve které se „ionty tvrdosti“ - hlavně Ca 2+ a Mg 2+ - vyměňují za ionty sodíku . Jak je popsáno ve standardu NSF / ANSI 44 , iontoměničová zařízení snižují tvrdost nahrazením hořčíku a vápníku (Mg 2+ a Ca 2+ ) ionty sodíku nebo draslíku (Na + a K + ). “
Iontoměničové pryskyřice jsou organické polymery obsahující aniontové funkční skupiny, na které se dvojmocné kationty (Ca 2+ ) vážou silněji než jednomocné kationty (Na + ). Anorganické materiály zvané zeolity také vykazují iontoměničové vlastnosti. Tyto minerály jsou široce používány v pracích prostředcích . K dispozici jsou také pryskyřice pro odstranění uhličitanových, hydrogenuhličitanových a síranových iontů, které jsou absorbovány, a hydroxidových iontů, které se uvolňují z pryskyřice.
Když byly všechny dostupné ionty Na + nahrazeny ionty vápníku nebo hořčíku, musí být pryskyřice znovu nabita eluováním iontů Ca 2+ a Mg 2+ pomocí roztoku chloridu sodného nebo hydroxidu sodného , v závislosti na typu použité pryskyřice. U aniontových pryskyřic se při regeneraci obvykle používá roztok hydroxidu sodného ( louh ) nebo hydroxidu draselného. Odpadní vody eluované z iontoměničové kolony obsahující nežádoucí vápenaté a hořečnaté soli jsou typicky vypouštěny do kanalizace .
Dobíjení obvykle trvá následující kroky:
Zpětné proplachování
Voda je směrována přes pryskyřici v opačném směru jako normální tok a výstup je odeslán do odpadu k likvidaci. Tento 10minutový proces vyplavuje pevné látky a rozšiřuje pryskyřičné lože.
Remíza solanky
Voda je směrována tryskovým čerpadlem , které vytahuje slanou vodu z nádrže solanky , než voda a solanka projdou pryskyřičným ložem v normálním směru, pokud jde o souběžný proud , nebo v opačném směru, pokud je protiproud . Výstup tohoto typického 30minutového procesu se odvádí vypouštěcí hadicí.
Opláchněte
Odběr solanky se zastaví, ale voda nadále proudí od vstupu k výstupu a postupně proplachuje solanku z lože pryskyřice. Proplachovací voda teče pomalu několik minut, poté rychlejší rychlostí až hodinu. V určitém okamžiku se zásobník solanky znovu naplní čerstvou vodou.
Změkčování vápna
Změkčování vápna je proces, při kterém se vápno přidává do tvrdé vody, aby byla měkčí. Má několik výhod oproti metodě iontové výměny, ale hodí se hlavně pro komerční aplikace zpracování.
Chelatační činidla
Chelátory se používají při chemické analýze jako změkčovače vody a jsou složkou mnoha komerčních produktů, jako jsou šampony a konzervační látky . Kyselina citronová se používá ke změkčení vody v mýdlech, výrobcích osobní hygieny a pracích prostředcích . Běžně používaným syntetickým chelátorem je kyselina ethylendiamintetraoctová (EDTA), která může existovat jako tetrasodná nebo disodná sůl. Vzhledem k obavám o toxicitu pro životní prostředí a vodní prostředí, které se týkají rozšířeného používání EDTA ve výrobcích pro domácnost a osobní péči, se stále častěji používají alternativy, jako je fytát sodný / kyselina fytová , diacetát glutamátu tetrasodného a trisodný ethylendiamin disukcinát.
Metoda praní sody
Při tomto způsobu se voda se nechá reagovat s vypočítaným množstvím pracího sody (Na 2 CO 3 ), který převádí na chloridy a sírany vápníku a hořčíku do příslušných uhličitanů, které si vysráží.
CaCl 2 + Na 2 CO 3 -> CaCO 3 + 2NaCl
MgSO 4 + Na 2 CO 3 -> MgCO 3 + Na 2 SO 4
Destilace a dešťová voda
Protože Ca 2+ a Mg 2+ existují jako netěkavé soli, lze je odstranit destilací vody. Destilace je ve většině případů příliš drahá. Dešťová voda je měkká, protože se přirozeně destiluje během vodního cyklu odpařování, kondenzace a srážení.
Reverzní osmóza
Reverzní osmóza využívá aplikovaný tlakový gradient přes semipermeabilní membránu k překonání osmotického tlaku a odstranění molekul vody z roztoku ionty tvrdosti. Membrána má dostatečně velké póry, které umožňují průchod molekul vody; ionty tvrdosti jako Ca 2+ a Mg 2+ se do pórů nevejdou. Výsledný přívod měkké vody neobsahuje ionty tvrdosti, aniž by byly přidávány další ionty. Membrány jsou typem vodního filtru, který vyžaduje pravidelné čištění nebo údržbu.
Destilace a reverzní osmóza jsou nejpoužívanějšími dvěma nechemickými metodami změkčování vody.
Nechemická zařízení
Někteří výrobci tvrdí, že elektrická zařízení, která vyrábějí, mohou ovlivnit interakci minerálů s vodou, takže se minerály neváží na povrchy. Jelikož tyto systémy nepracují při výměně iontů, jako to dělají tradiční změkčovače vody, jednou z výhod pro uživatele je vyloučení nutnosti přidávat do systému sůl. Takové systémy neodstraňují minerály ze samotné vody. Spíše mohou změnit pouze následné účinky, které by jinak měla minerální voda. Tyto systémy nespadají pod pojem „změkčování vody“, ale spíše na „úpravu vody“.
Podobné požadavky na magnetickou úpravu vody se nepovažují za platné. Například při vědeckém testování magnetického zařízení nebylo zjištěno žádné snížení tvorby vodního kamene.
Alternativy k iontoměničovým změkčovačům vody
Odstranění nebo nahrazení minerálů v tvrdé vodě se nazývá změkčování vody. Alternativní úpravě vody se říká úprava vody, při které minerály zůstávají ve vodě, ale jsou změněny, takže netvoří vodní kámen. Přestože Spojené státy mají standardy pro měření minerálů ve vodě, nemají standardy pro měření schopnosti vody vytvářet vodní kámen. Místo toho vědci používají německý protokol DVGW-W512.
Dešťová voda obsahuje rozpuštěný oxid uhličitý získaný z atmosféry. Část rozpuštěného oxidu uhličitého reaguje s vodou za vzniku kyseliny uhličité , která zůstává v roztoku. Minerály obsahující vápník a hořčík tvoří při působení kyseliny uhličité rozpustné hydrogenuhličitany. Voda obsahující tyto minerály je známá jako „tvrdá voda“.
Když se v instalatérském systému ohřívá tvrdá voda, oxid uhličitý vychází z roztoku a z hydrogenuhličitanů se stávají uhličitany, které jsou mnohem méně rozpustné. Uhličitany se vážou na instalatérské povrchy a poskytují očkovací krystaly pro další růst krystalů, které se vytvářejí jako tvrdý kámen.
Zařízení pro fyzickou úpravu vody (PWT) způsobují, že se tvoří mikroskopické minerální krystaly, které zůstávají suspendovány, když tečou s vodou, a zároveň působí jako zárodky pro další růst krystalů. Při zahřívání vody budou na těchto semenech místo vodovodního systému krystalizovat minerály. Z rozpuštěných minerálů se stanou nerozpustné pevné částice v suspenzi, které procházejí systémem bez vazby na vodovodní povrchy.
WateReuse Association sponzorovala výzkum alternativ k změkčovače vody iontovýměnných. Práce byla provedena Arizonskou státní univerzitou a HDR Engineering . Testovali čtyři nové technologie a všechny vedly ke snížení škálování, jak je shrnuto v tabulce:
| Léčba | Normalizovaná tvorba stupnice |
|---|---|
| Žádné ošetření | 1,00 |
| Elektromagnetická úprava vody | 0,57 |
| Elektricky indukované srážení | 0,50 |
| Kapacitní deionizace | 0,17 |
| Výměna iontů | 0,06 |
| Krystalizace s podporou šablony | 0,04 |
Krystalizace s podporou šablony
Studená voda prochází nádrží obsahující malé polymerní kuličky s povrchy vystavujícími očkovací krystaly pro rozpuštěné minerály. Na těchto semenech rostou krystaly, které se odlomí, zatímco jsou stále mikroskopické velikosti. Když tyto drobné částice procházejí ohřívačem vody, dochází k dalšímu růstu krystalů spíše na částicích než na ohřívači vody. Tento proces se nazývá templátová asistovaná krystalizace (TAC) nebo nukleační asistovaná krystalizace (NAC). Polymerní kuličky jsou polyfosfáty o velikosti od 0,5 do 2,0 um.
Zdravé efekty
CDC doporučuje omezit celkovou denní příjem sodíku až 2300 mg denně, ačkoliv průměrný Američan spotřebuje 3,500 mg za den. Protože množství sodíku přítomného v pitné vodě - ani po změkčení - nepředstavuje významné procento denního příjmu sodíku, považuje EPA sodík v pitné vodě za nepravděpodobné, že by měl nepříznivé účinky na zdraví.
U těch, kteří mají dietu s omezeným příjmem sodíku, odstraní systém reverzní osmózy pro pitnou vodu a vodu na vaření sodík spolu s dalšími přítomnými nečistotami. Chlorid draselný lze také použít jako regenerační prostředek místo chloridu sodného, i když je to nákladnější. U lidí s poruchou funkce ledvin však může zvýšená hladina draslíku nebo hyperkalemie vést ke komplikacím, jako je srdeční arytmie .
Vysoká úroveň tvrdosti vody v domácnosti může také souviset s vývojem ekzému v raném věku.
Zásah do životního prostředí
Změkčená voda (měřeno jako index zbytkového uhličitanu sodného ), ve které byly vápník a hořčík částečně nahrazeny sodíkem, není vhodná pro zavlažování, protože má tendenci vyvolávat vývoj alkalických půd . Pro tuto aplikaci se místo tradičního změkčování vody často používají nechemická zařízení.