CHEMIE A TECHNOLOGIE VODY

VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ

CHEMIE A TECHNOLOGIE VODY MODUL M04 VODA V PR MYSLU, ZEM D LSTVÍ A ENERGETICE

STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

©…

- 2 (38) -

Obsah

OBSAH 1 Úvod 5 1.1 Cíle ........................................................................................................5 1.2 Požadované znalosti ..............................................................................5 1.3 Doba pot ebná ke studiu .......................................................................5 1.4 Klí ová slova.........................................................................................5 2 Rozd lení vod podle použití .........................................................................6 2.1 Autotest .................................................................................................7 2.2 Shrnutí...................................................................................................7 3 Požadavky na kvalitu vody chladící, p ídavné, napájecí a kotelní ..........8 Kliknete-li myší do volného prostoru 3.1 Autotest .................................................................................................9 vpravo od obsahu, ten se Vám vybere 3.2 Shrnutí.................................................................................................10 (šed podbarví). Zmá knutím funk ní 4 Iontová vým na...........................................................................................11 klávesy F9 se pak celý obsah zaktua4.1 Vlastnosti iontom ni .......................................................................11 lizuje dle skute ných dat. 4.2 Rozd lení iontom ni .......................................................................12 4.3 Hodnocení iontom ni a zásady jejich provozu................................13 4.4 Autotest ...............................................................................................14 4.5 Shrnutí.................................................................................................15 5 Zm k ování vody........................................................................................16 5.1 Zm k ování vody iontom ni i............................................................16 5.2 Chemické postupy zm k ování ..........................................................16 5.2.1 Zm k ování vápnem a sodou................................................16 5.2.2 Zm k ování hydroxidem sodným a sodou ...........................17 5.2.3 Zm k ování fosfore nany.....................................................18 5.2.4 Zm k ování komplexony......................................................18 5.3 Inhibice tvorby kompaktních sraženin ................................................19 5.4 Autotest ...............................................................................................19 5.5 Shrnutí.................................................................................................20 6 Deionizace, desilikace, dekarbonizace a odplyn ní vody .......................21 6.1 Deionizace vody..................................................................................21 6.2 Desilikace vody...................................................................................21 6.3 Dekarbonizace vody............................................................................22 6.4 Odply ování vody...............................................................................22 6.5 Autotest ...............................................................................................22 6.6 Shrnutí.................................................................................................23 7 Korozívní ú inky vody a protikorozní opat ení ......................................24 7.1 Koroze betonu .....................................................................................24 7.1.1 Koroze oxidem uhli itým a vápenato-uhli itanová rovnováha24 7.1.2 Další látky p sobící korozi betonu .......................................26 7.2 Koroze kov ........................................................................................27 7.2.1 Protikorozní opat ení ............................................................27 7.3 Autotest ...............................................................................................28

- 3 (38) -

Modul 4 – Voda v pr myslu, zem d lství a energetice

7.4 Shrnutí ................................................................................................ 28 8 D licí metody na principu polopropustných membrán.......................... 29 8.1 Charakteristika membránových proces ............................................ 29 8.1.1 Rozd lení proces ................................................................ 29 8.1.2 Polopropustné membrány..................................................... 30 8.1.3 Tvar filtra ní p epážky a její uspo ádání.............................. 31 8.2 Ultrafiltrace......................................................................................... 32 8.3 Nanofiltrace ........................................................................................ 32 8.4 Reverzní osmóza ................................................................................ 33 8.5 Elektrodialýza..................................................................................... 34 8.6 Zhodnocení postup odsolení vod...................................................... 34 8.7 Autotest............................................................................................... 35 8.8 Shrnutí ................................................................................................ 35 9 Záv r ........................................................................................................... 36 10 Studijní prameny ....................................................................................... 37 10.1 Seznam použité literatury ................................................................... 37 10.2 Odkazy na další studijní zdroje a prameny......................................... 37 11 Klí ……………………………………………………………………….38

- 4 (38) -

Úvod

1

Úvod

1.1

Cíle

Cílem modulu .4 studijní opory k p edm tu Chemie a technologie vody je seznámit vás s požadavky na kvalitu r zných druh technologických vod, které obvykle vycházejí z korozívního p sobení vybraných látek obsažených ve vod nebo naopak jejich schopnosti tvo it inkrusty. Budeme se zabývat procesy vedoucími k eliminaci t chto problém . V n kterých p ípadech se jedná o nové technologie, které se však v posledních letech používají ve stále v tším m ítku.

1.2

Požadované znalosti

K pochopení p edkládané látky je t eba znalost základ hydrochemie v rozsahu Modulu .1 této studijní opory.

1.3

Doba pot ebná ke studiu

Dobu pot ebnou ke studiu tohoto modulu odhaduji p ibližn na 1 až 1,5 dne.

1.4

Klí ová slova

iontom ni e, zm k ování, dekarbonizace, deionizace, desilikace, odply ování, koroze železa a betonu, polopropustné membrány, mikrofiltrace, ultrafiltrace, nanofiltrace, reverzní osmóza, elektrodialýza

- 5 (38) -


2

Rozd lení vod podle použití

Zdrojem vody v pr myslové a zem d lské výrob i v energetice jsou vody p írodní, p íp. p edem upravené na kvalitu pitné vody. Mnohdy jsou však kvalitativní požadavky pro jednotlivé ú ely použití vody v t chto odv tvích výrazn odlišné od požadavk na kvalitu pitné vody a vyžadují speciální úpravu. Sledovaným ukazatelem vodního hospodá ství v t chto odv tvích je spefická spot eba vody, vztažená na jednotku produkce (výrobek), p íp. na jednotku vyrobené energie. V pr myslu je voda používána k t mto ú el m: a) Pro pot eby zam stnanc závodu (pitné ú ely, sociální za ízení, kuchyn apod.) - musí svojí kvalitou vyhovovat požadavk m na pitnou vodu. b) Pro výrobní procesy, jako tzv. voda technologická. Požadavky na kvalitu této procesní vody závisí na technologii výrobního procesu a jsou podle toho velice r znorodé. asto se k tomuto ú elu používá voda pitná, mnohdy i neupravená voda p írodní - podzemní i povrchová. V n kterých p ípadech je nutno vodu p edem upravit. Do této kategorie lze zapo ítat i vodu používanou k transportu materiál v závod , u níž bývají požadavky na kvalitu minimální a asto se pro tento ú el používá i voda odpadající z výrobního procesu. c) Ke chlazení jako voda chladicí. Podíl této vody z celkové spot eby závodu bývá n kdy výrazný. Je všeobecnou snahou p edevším tyto vody recirkulovat a tím snížit spot ebu vody v závod . Zdrojem chladící vody v pr to ných i cirkula ních systémech m že být voda pitná nebo vody p írodní, v etn povrchové. Požadovaná kvalita chladící vody závisí p edevším na teplot v cirkula ním okruhu. ím je tato teplota vyšší, tím vyšší jsou i kvalitativní nároky. d) Jako teplonosné medium ve form teplé vody nebo vodní páry, generované v kotlech. U t chto vod platí zásada, že s rostoucí teplotou a tedy i tlakem v kotli roste náro nost na jejich kvalitu. Tyto systémy bývají alespo áste n okruhovány, p i emž se dopl ují vodou p ídavnou, která ve sm si s recirkulátem tvo í vodu napájecí. Zdrojem p ídavné vody je voda pitná i p írodní, které však vyžadují tém vždy p edúpravu. e) Ostatní nespecifikované ú ely, jako je voda k hašení, kropení, zalévání apod. K t mto ú el m zpravidla dosta uje voda užitková bez zvláštních nárok na kvalitu, nikoliv však voda odpadní. V zem d lství je voda používána k t mto ú el m: a) Pro závlahy. Spot eba této vody, jejímž zdrojem jsou vody povrchové, je v celosv tovém m ítku p evažující. U nás je kvalita závlahových vod stanovena normativn ( SN 75 7143 Jakost vody pro závlahu). b) V živo išné výrob a p i zpracování rostlinných produkt . Tato výroba má do zna né míry charakter pr myslové výroby a tomu odpovídají i požadavky na kvalitu vody.

- 6 (38) -

Rozd lení vod podle použití

V energetice je voda používána jako: a) Látka, sloužící ve form páry k p em n tepelné energie na mechanickou a elektrickou (v generátorech elektráren). b) Teplovodní látka, sloužící k transportu tepelné energie (ve form teplé vody nebo páry). V tomto p ípad bývá asto odd len primární okruh od sekundárního. V primárním okruhu je voda v kotli p em n na v páru, která po p edání tepla ve vým níku je vracena jako kapalný kondenzát do kotle, kdežto v sekundárním okruhu je cirkulována teplá voda nebo pára o nižší teplot než v okruhu primárním a p edává teplo spot ebiteli. V sekundárním okruhu p sobí tedy voda jako látka chladící. Problematika kvality t chto vod je tedy analogická jako u pr myslu v bodech c) a d), i když v energetice se jedná asto o výkonov odlišná za ízení.

2.1

Autotest

1. Které typy pr myslových vod se asto recirkulují? a) voda pro pot eby zam stnanc b) voda chladicí c) voda technologická d) voda používaná jako teplonosné médium

2.2

Shrnutí

Zdrojem vody v pr myslové a zem d lské výrob i v energetice jsou vody p írodní, které mohou být upravené na kvalitu pitné vody. V n kterých p ípadech jsou kvalitativní požadavky v t chto odv tvích odlišné od požadavk na kvalitu pitné vody. Úprava takových vod vyžaduje použití speciálních technologií.

- 7 (38) -


3

Požadavky na kvalitu vody chladící, p ídavné, napájecí a kotelní

Požadavky na kvalitu t chto vod vycházejí z jejich p sobení, které je dvojího druhu: 1. N které látky obsažené ve vodách se vylu ují, zvlášt za zvýšených teplot, a vytvá ejí více i mén kompaktní nánosy, ucpávající rozvodná potrubí nebo tvo í v kotlích a vým nících tepla vrstvy, které brání p estupu tepla a mohou vést i k poškození za ízení. U ob hových vod mohou být i zdrojem rozvoje organizm (nap . as) s podobným negativním ú inkem na rozvodný systém. 2. Jiné látky p sobí korozívn na materiál kotl , rozvodných potrubí, p íp. dalších za ízení. Tento ú inek se zvyšuje s rostoucí teplotou. Kvalitativní požadavky na chladící, p ídavné, napájecí a kotelní vody, stanovené v tšinou normativn , se liší podle: •

ú elu použití

•

teploty a u kotl i provozního tlaku,

•

použitého za ízení, nap . u kotl jejich typu.

Na tvorb nános se podílejí p edevším vápenaté a ho e naté soli, v p írodních i pitných vodách se b žn vyskytující. Mírou obsahu Ca2+ a Mg2+ ve vodách je tzv. tvrdost vody. Postupy, kterými jsou tyto ionty z vody odstra ovány, se nazývají zm k ováním. Tvrdost vody se vyjad uje: a) jako sou et látkové koncentrace vápenatých a ho e natých iont c(Ca+ Mg) v mmol.l-1, b) v n meckých stupních (oN), což je vyjád ení v sou asné dob již nedoporu ované, avšak v technické praxi dosud b žn užívané. Tvrdosti 1 o N odpovídá 10 mg.l-1 CaO, neboli 0,178 mmol.l-1 (Ca+Mg) a naopak 1 mmol.l-1 (Ca+Mg) odpovídá 5,6 oN. Rozlišuje se tvrdost celková, stálá a p echodná. Celková tvrdost odpovídá sou tu látkových koncentrací Ca2+ + Mg2+. P echodná tvrdost (odstranitelná varem) je ta ást z celkové tvrdosti, která odpovídá obsahu hydrogenuhli itan a rovná se jejich polovi ní látkové koncentraci, nebo 1 mol Ca2+ nebo Mg2+ váže 2 moly HCO3-. Tato definice má smysl jen tehdy, jestliže c(Ca+Mg )> 2c(HCO3-), což je u p írodních vod tém pravidlem. Stálá tvrdost je rozdíl celkové a p echodné tvrdosti. Za nízkých a st edních tlak se v kotlích tvo í tyto více nebo mén kompaktní nánosy: •

tvrdý kámen - síran vápenatý CaSO4, k emi itan vápenatý CaSiO3,

•

m kký kámen - k emi itan ho e natý MgSiO3,

•

m kký kámen až kal - hydroxid ho e natý Mg(OH)2, fosfore nan vápenatý Ca3(PO4)2,

- 8 (38) -

Požadavky na kvalitu vody chladicí, p ídavné, napájecí a kotelní

•

m kký nános - zásaditý fosfát (apatit) 3Ca3(PO4)2.Ca(OH)2, fosfore nan ho e natý Mg3(PO4)2,

•

tvrdý a m kký kámen (podle podmínek) - uhli itan vápenatý.

Podmínky pro tvorbu nános jsou vedle teploty dány p edevším p ítomností Ca2+ a Mg2+, dále i anionty p ítomnými ve vod . Nebezpe né jsou zejména kompaktní, tvrdé nánosy, zatímco kalové ástice z stávají ve vod jako suspenze. Všeobecným požadavkem je odstran ní iont Ca2+ a Mg2+. U vysokotlakých kotl se požaduje i odstran ní k emi itan , nebo p i vysokých teplotách tvo í tvrdé nánosy i s ionty Na+ a Fe2+. K látkám zp sobujícím korozi kov pat í p edevším •

oxid uhli itý, který je p í inou chemické koroze a

•

kyslík, podporující výrazn ko depolarizátor.

korozi elektrochemickou, nebo p sobí ja-

Tab.3.1: P íklady p ípustné koncentrace látek tvo ících nánosy a p sobících korozi

použití vody

c(Ca+Mg) o

chladící bez recirkulace pro 80 - 400 C

3,5 mmol.l

p ídavná,vodní kotle a vodní tepelné sít napájecí, parní kotle vodotrubné 2,5 MPa

0,03 mmol.l 0,15-

napájecí, parní kotle vodotrubné 6,5-8 MPa napájecí, parní kotle vodotrubné pr to né MPa

<8

30 mol.l

O2

-1 -1

-1

50 g.l-1

5 mol.l-1

20 g.l-1

0,5 mol.l-1

10 g.l-1

Uvedené látky nejsou vy erpávajícím vý tem limitovaných složek chladících, p ídavných a napájecích vod, jsou však t mi nejd ležit jšími. O postupech pro jejich odstran ní je pojednáno níže.

3.1

Autotest

1. Jaké soli se p edevším podílejí na vzniku nános ? a) vápenaté a ho e naté b) sodné a draselné c) vápenaté a sodné d) sodné a ho e naté 2. Které látky ve vodách p edevším zp sobují korozi kov ? a) vápník a ho ík b) sodík

- 9 (38) -


c) oxid uhli itý d) kyslík

3.2

Shrnutí

Požadavky na kvalitu chladicích, kotelních, p ídavných a napájecích vod vycházejí z jejich p sobení, které m že být bu inkrustující, zp sobené p edevším solemi vápníku a ho íku, nebo korozívní, dané (v p ípad ú inku na kovový materiál kotl a teplosm nných systém ) zejména obsahem oxidu uhli itého a kyslíku.

- 10 (38) -

Zm k ování vody

4

Iontová vým na

Iontová vým na je technologie, která se používá k odstra ování iont z vody – nap . p i zm k ování, odstra ování t žkých kov nebo deionizaci. Její použití je vhodné tam, kdy se z vody odstra ují relativn nízké koncentrace iont , p iemž se upravují velké objemy vody.

4.1

Vlastnosti iontom ni

M ni e iont (ionexy) jsou vysokomolekulární látky, nesoucí na svém skeletu disociovatelné funk ní skupiny. P i disociaci t chto funk ních skupin se uvolují jednoduché ionty, zvané protiionty. Funk ní skupiny se p itom nabíjejí opa ným nábojem. Protiionty jsou ke zbytku ionexu, nesoucího funk ní skupiny, vázány nep íliš pevnými vazbami opa ných elektrických náboj a jsou za vhodných podmínek vym nitelné za jiné ionty, obsažené ve vodném roztoku, s nímž je ionex ve styku. Ionexy se d lí na: a) katexy, u nichž je protiiontem kation (nabitý kladn ), b) anexy, u nichž je protiiontem anion (nabitý záporn ). U katex bývají protiionty obvykle H+ nebo Na+, u anex OH- nebo Cl-. Podle druhu protiiontu se íká, že ionex pracuje v H+-cyklu nebo Na+-cyklu, resp. v OH--cyklu nebo Cl--cyklu. Jak bylo uvedeno, dochází k vým n protiiont ionexu za ionty v roztoku. U katexu dochází k vým n kationt , u anexu k vým n aniont , p i emž se vytvá í rovnováha mezi ionty vázanými na ionex a ionty ve vodném roztoku. Ozna me symbolem I skelet ionexu v etn funk ní skupiny bez protiiontu. Potom lze vyjád it vým nnou reakci, nap íklad mezi H+ (katex pracující v H+cyklu) a K+ (ionty ve vodném roztoku) takto: I-... H+ + K+ ←→ I-... K+ + H+

[4.1]

Rovnováhu mezi zú astn nými ionty H+ a K+, a to vázanými na katex i voln se pohybujícími v roztoku lze vyjád it rovnicí: K rk =

c( I ...K + ) ⋅ c( H + ) c( I − ...H + ) ⋅ c( K + )

[4.2]

kde c(I-...K+) a c(I-...H+) jsou látkové koncentrace iont K+ a H+, vázaných na katexu a c(K+) a c(H+) jsou látkové koncentrace t chto iont v roztoku. Krk je konstanta, vyjad ující tuto rovnováhu. Vzájemný pom r iont vázaných na ionex a jejich koncentrace v roztoku bude tím v tší, ím v tší bude afinita ionexu k tomuto iontu. Vzájemný pom r mezi afinitou dvou iont k ionexu vyjad uje konstanta Krk. ím je v tší, tím v tší bude podíl iont , které budou vym n ny. Podobn probíhá vým na aniont v anexu. Nap . vým nnou reakci protiiont OH- za ionty NO3- z roztoku lze vyjád it rovnicí:

- 11 (38) -


I+...OH- + NO3- ←→

I+...NO3- + OH-

[4.3]

Mezi zú astn nými ionty se vytvo í rovnováha, analogická rovnováze, vyjádené rovnicí [4.2]. Velikost rovnovážné konstanty závisí na afinit iont v i intom ni i, pro kterou platí následující pravidla: a) Afinita iontu k iontom ni i je tím v tší, ím je v tší nábojové íslo iontu. b) Afinita iontu k iontom ni i je tím v tší, ím je v tší polom r iontu (p i stejném náboji). Pro kationty platí afinitní ada: (H+) < Na+ < K+ < Mg2+ < Ca2+ < Fe2+ < Al3+ < Fe3+ Pro anionty platí afinitní ada: (OH-) < HCO3- < Cl- < Br- < I- < NO3- < SO42Umíst ní iont H+ a OH- v t chto adách souvisí s velikostí disocia ní konstanty funk ní skupiny (viz níže) a je platné pouze pro siln kyselé katexy a siln zásadité anexy, kdežto pro slab kyselé katexy je platné jen v alkalickém prost edí a pro slab zásadité anexy jen v kyselém prost edí. Slab kyselé katexy váží naopak v kyselém prost edí H+-ionty velice pevn , nebo s nimi tvo í málo disociované funk ní skupiny. Analogicky platí pro slab zásadité anexy, že v alkalickém prost edí váží pevn ionty OH-.

4.2

Rozd lení iontom ni

Ionexy se rozd lují na: a) Katexy siln kyselé. Mají funk ní skupiny -SO3- a pracují v H+ -cyklu nebo Na+-cyklu. Jsou ú inné bez omezení, tj. v kyselé i alkalické oblasti pH. b) Katexy slab kyselé. Mají funk ní skupiny -COOH a pracují v H+cyklu. Jsou ú inné jen v alkalicky reagujících roztocích, nebo v kyselém prost edí je potla ena disociace funk ní skupiny (COOH → -COO+ H+). V nedisociované form je funk ní skupina neú inná. c) Anexy siln zásadité jsou dvojího typu a pracují v OH--cyklu nebo v Cl--cyklu. Jsou ú inné bez omezení, tj. v kyselé i alkalické oblasti pH. Funk ní skupiny: I typ CH3  (+) -CH2-N - CH3 + OH CH3

II.typ CH3 (+) -CH2-N-CH2.CH2OH + OH CH3

- 12 (38) -

Zm k ování vody

d) Anexy slab zásadité mají funk ní skupiny tvo ené primárními, sekundárními nebo terciárními aminy: - NH3+

= NH2+

≡ NH+

Místo vodík jsou ve slab zásaditých anexech vázány asto na atom dusíku alkylové skupiny, nap . methylová -CH3. Slab zásadité anexy pracují v OH--cyklu a jsou ú inné jen v kysele reagujícím roztoku, nebo v zásaditém prost edí je potla ena disociace funk ní skupiny (nap . -NH3OH → -NH3+ + OH-). V nedisociované form jsou funk ní skupiny neú inné. Nosi i funk ních skupin syntetických ionex jsou polymerní makromolekuly na bázi polystyrenu, fenolformaldehydových prysky ic, polyakrylát , p íp. polyamidu. V tvení polymerních nosi ovliv uje fyzikální vlastnosti ionex i jejich vlastnosti chemické. Nap . s r stem v tvení se zvyšuje odolnost v i oxida ním inidl m, ale snižuje se p ístupnost k funk ním skupinám i vým nná kapacita.

4.3

Hodnocení iontom ni

a zásady jejich provozu

Užite ná vým nná schopnost, neboli užitková kapacita ionexu, se hodnotí po tem ekvivalent (mol z, kde z je náboj iontu v absolutní hodnot ) vym nitelných ionexem v jeho objemovém množství (l litru). Jestliže l litr ionexu vym ní a mol iont s jedním elektrickým nábojem, nap . Na+, Cl- nebo a/2 mol iont nesoucích dva elektrické náboje, nap . Ca2+, SO42-, potom je jeho užitková kapacita a mol/l. Použití iontom ni bývá v tšinou v kolon , kterou protéká voda, z níž má být ur itý ion (nebo více iont ) odstran n. Z kolony vytéká voda (eluát), ve které je koncentrace vym ovaného iontu podstatn snížena a naopak zvýšena koncentrace iontu, v jehož cyklu ionex pracuje. Ú innost tohoto odstran ní je vyjád ena distribu ním koeficientem D. Je-li nap . koncentrace kovu Men+ ve vod p ed iontovou vým nou c(Men+)p a po iontové vým n c(Men+)o, je hodnota distribu ního koeficientu D = c(Men+)p/c(Men+)o. Po vy erpání užitkové kapacity ionexu dojde v eluátu k prudkému zvýšení koncentrace vym ovaného iontu. V tomto stavu jsou protiionty ionexu již prakticky vym n ny, a proto nem že dále plnit svoji vým nnou funkci. Ješt p edtím, než je tohoto stavu dosaženo, je t eba ionex regenerovat, což se provádí jeho promytím regenera ním roztokem, voleným podle toho, v jakém cyklu ionex pracuje. P i regeneraci probíhají stejné d je jako p i vým n , ale opa ným sm rem (viz rovnice 4.1 a 4.3). Toho se dosáhne zvýšenou koncentrací protiiont obsažených v regenera ním roztoku. Zvýší-li se nap . ve vodném roztoku, který je ve styku s ionexem, koncentraci iont H+, tedy c(H+), musí se sou asn ve smyslu rovnice [4.2], vyjad ující iontovou rovnováhu, snížit pom r c(I-...K+)/c(I-...H+). Obdobn p i zvýšení koncentrace c(OH-) se v rovnovážném systému vyjád eném rovnicí [4.3] snižuje pom r c(I+ ...NO3-)/c(I+...OH-). K regeneraci se v tšinou používá: •

HCl nebo H2SO4 (5 - 10 %) u katex pracujících v H+-cyklu, - 13 (38) -


•

NaOH (3 - 5 %) u anex pracujících v OH--cyklu,

•

NaCl (5 - 10 %) u ionex pracujících v Na+ nebo Cl--cyklu.

Množství látky v regenera ním roztoku bývá cca 5 násobek užitkové kapacity. Z výše uvedeného vyplývá, že ionexy pracují v následujících fázích: 1. vým na iont - p i filtra ní rychlosti 5 až 10 m.h-1 , 2. praní ionexu vodou, 3. regenerace ionexu, 4. vymytí regenera ního inidla. Ionexy se prodávají pod r znými obchodními názvy, jako nap . Amberlite, Ostion, Wofatit, Zerolit, Lewatit aj. V kontinuálním procesu, který je moderní provozní variantou, postupuje upravovaná voda hmotou ionexu zdola nahoru. Ur itý podíl vy erpaného ionexu z dolní ásti kolony je p i tom pr b žn odvád n, regenerován mimo kolonu a pak vracen do její horní ásti. Tak pracuje kolona bez p erušení provozu a uspo í se i regenera ní inidlo, nebo ionex p ivád ný na regeneraci je pln vy erpán, zatímco p i odstavném zp sobu musí být regenerace provedena ješt p ed úplným vy erpáním ionexu.

4.4

Autotest

1. Jaký náboj nesou protiionty uvol ované disociací funk ních skupin na katexu? a) záporný b) žádný c) kladný i záporný, podle typu funk ní skupiny d) kladný 2. Na em závisí afinita iontu k iontom ni i? a) na nábojovém ísle iontu b) na nábojovém ísle iontom ni e c) na polom ru iontu d) na molekulové hmotnosti iontom ni e 3. V jaké oblasti pH pracují siln zásadité anexy? a) kyselé i zásadité b) pouze kyselé c) pouze zásadité d) pouze neutrální 4. Co je to eluát? a) voda p ivád ná na ionex

- 14 (38) -

Zm k ování vody

b) ionty zachycené ionexem c) voda odtékající z ionexu d) podíl vody vzniklý praním ionexu

4.5

Shrnutí

Ionexy) jsou vysokomolekulární látky, nesoucí na svém skeletu disociovatelné funk ní skupiny. P i jejich disociaci se uvol ují protiionty, které jsou za vhodných podmínek vym nitelné za jiné ionty, obsažené ve vodném roztoku, s nímž je ionex ve styku. Ionexy se d lí na siln a slab kyselé katexy a siln a slab zásadité anexy. O vým nné schopnosti ionexu vypovídá jeho užitková kapacita.

- 15 (38) -


5

Zm k ování vody

Pod pojmem zm k ování vody se rozumí snižování koncentrace vápníku a ho íku. Je požadováno p i úprav chladících, p ídavných, napájecích a kotelních vod, ale také pro n která použití v pr myslu. Ke zm k ování se používá iontová vým na a chemické postupy.

5.1

Zm k ování vody iontom ni i

Pro zm k ování vody, t.j. odstran ní Ca2+ a Mg2+, se používá siln kyselý katex v Na+-cyklu. Vým na Ca2+ probíhá podle rovnice: 2 (I-...Na+) + Ca2+ = 2I-...Ca2+ + 2 Na+

[5.1]

Obdobn jako Ca2+ probíhá i vým na Mg2+. Zbytková koncentrace c(Ca+Mg) v eluátu bývá v jednostup ovém procesu pod 0,025 mmol.l-1, závisí však i na koncentraci alkalických kov (Na+ a K+) v roztoku - ím je tato koncentrace vyšší, tím vyšší je i zbytková koncentrace Ca2+ a Mg2+ v upravované vod . Regenerace ionexu se provádí roztokem NaCl.

5.2

Chemické postupy zm k ování

Chemické zp soby zm k ování vody jsou založeny na dvou principech: •

tvorb ve vod málo rozpustných slou enin vápníku a ho íku, které se z vody odstra ují,

•

tvorb slou enin t chto prvk , které v upravované vod z stávají.

5.2.1

Zm k ování vápnem a sodou

Princip metody spo ívá v p ídavku hydroxidu vápenatého Ca(OH)2, který zp sobí zvýšení pH upravované vody a p evedení CO2 a HCO3- obsažených ve vod na CO32-. Tyto uhli itany vytvo í s Ca, který se má odstranit, málo rozpustnou sraženinu CaCO3, která se odstraní usazováním a filtrací. P ídavkem Ca(OH)2 probíhají reakce: CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O

[5.2]

2 HCO3- + Ca(OH)2 = CaCO3 + 2 H2O + CO32-

[5.3]

Uvedené reakce prob hnou pouze tehdy, jestliže je p ídavkem hydroxidu dosaženo pH, které je pot ebné pro p em nu CO2 a HCO3- na CO32-, což nastává ve v tší mí e p i pH nad cca 10,0 (Modul 2, Obr.2.2). Hodnota pH je pro srážení rozhodující, pon vadž ur uje p em nu forem CO2 na CO32-. Reakcí popsanou rovnicí [5.3] se ze 2 mol HCO3- uvolní 1 mol CO32-, který je k dispozici pro srážení Ca2+ v upravované vod . P i stechiometrických dávkách Ca(OH)2, vycházejících z t chto rovnic, prob hne srážení nejvýše áste n , pon vadž se nedosáhne pot ebného pH. Ke kvantitativnímu vysrážení je t eba p ebytek

- 16 (38) -

Zm k ování vody

dávky Ca(OH)2. P ípadný deficit uhli itanových iont se eší dávkováním rozpustného Na2CO3 (sody). Narozdíl od uhli itanu vápenatého je uhli itan ho e natý daleko rozpustn jší a k jeho srážení dochází až p i velkých koncentracích ho íku. Ve vod obsahující hydrogenuhli itany se alkalizací roztoku sráží hydroxiduhli itany prom nlivého složení. Nej ast ji se uvádí slou enina Mg4(CO3)3(OH)2.3H2O. Oblast existence této slou eniny leží p i pom rn vysokých koncentracích Mg (nad 1 až 10 mmol.l-1) v rozsahu pH od cca 7,0 do 9,0 až 10,0. Pro odstran ní ho íku z vody má nejv tší význam srážení Mg(OH)2, vyžadující pom rn vysoké pH. P i pH 11 je zbytková koncentrace Mg v roztoku 0,002 mmol.l-1. P i pH nad 10,0 se sráží hydroxid i v p ítomnosti uhli itan (p i jejich koncentraci pod 10 mmol.l-1). P írodní vody obsahují zpravidla vždy vápník i ho ík. Srážení vápníku jako CaCO3 je provázeno spolusrážením ho íku, p i emž se tvo í slou enina typu xCaCO3.yMgCO3 podle podmínek srážení, zejména podle pom ru Ca : Mg v upravované vod . V p ípad x = y se jedná o dolomit, známý jako hornina. P i absenci vápníku ve vod za t chto podmínek ke srážení ho íku nedochází. Odstran ní ho íku tímto zp sobem je ovšem neúplné. Dokonalé odstran ní ho íku vyžaduje vytvo ení podmínek pro srážení Mg(OH)2 jak je uvedeno v p edchozím odstavci. Rychlost tvorby sraženiny p i zm k ování vody je d j asový, závisející na teplot , hodnot pH a koncentraci složek sraženiny. Je urychlován p ítomností vysrážených ástic. Naopak polyfosfore nany a organické vysokomolekulární látky srážení inhibují. Za horka probíhají reakce rychleji a rozpustnost sraženin je menší. Odsazená voda po prob hnutí reakce se do iš uje na filtru z mramorové drti. Tab.5.1: Provozní parametry chemického zm k ování vody

reak ní doba zbytková konc. Ca+Mg

rozm r

za horka (80 oC)

za chladu

h

1-2

3–6

0,15 - 0,25

0,5

mmol.l

-1

Proces lze urychlit použitím spiraktoru, což je reaktor kuželového tvaru s kontaktní hmotou, kterou bývá písek nebo zrna vápence. Voda s chemikáliemi je p ivád na ke dnu nádrže, kde dochází k ví ivému pohybu kontaktní hmoty, na níž se vylu uje sraženina CaCO3, která tuto hmotu obaluje. Postupem vody vzh ru se rychlost proud ní v širší ásti nádrže snižuje. Spiraktory jsou navrhovány na dobu zdržení kolem 15 minut a jsou vhodné pro úpravu vod s nízkou koncentrací Mg2+.

5.2.2

Zm k ování hydroxidem sodným a sodou

Princip je podobný jako p i srážení vápnem a sodou. P ídavkem NaOH dojde k alkalizování roztoku, p i emž jsou formy oxidu uhli itého p evedeny na CO32-. P i dostate n vysokém pH nastane také srážení Mg(OH)2:

- 17 (38) -


CO2 + 2 NaOH = CO32- + 2 Na+ + H2O

[5.4]

HCO3- + NaOH = CO32- + Na+ + H2O

[5.5]

Mg2+ + 2 NaOH = Mg(OH)2 + 2 Na+

[5.6] 2-

P ídavkem Na2CO3 se vytvo í taková koncentrace CO3 , aby tyto ionty CO32v etn t ch, které se vytvo ily alkalizací vody dle rovnic [5.4] a [5.5], dosta ovaly k úplnému vysrážení Ca2+.

5.2.3

Zm k ování fosfore nany

P i srážení iont Ca2+ a Mg2+ alkalickými fosfore nany se tvo í nerozpustné slou eniny hydroxidfosfore nan vápenatý neboli hydroxylapatit 3Ca3(PO4)2.Ca(OH)2 (sou in rozpustnosti 10-57) a fosfore nan ho e natý Mg3(PO4)2 (sou in rozpustnosti 10-13). Zbytkové koncentrace kov alkalických zemin v roztoku se snižují s r stem pH. Vzhledem k nízké rozpustnosti vznikajících sraženin lze zm k ováním fosfore nany dosáhnout nižší zbytkové koncentrace Ca2+ a Mg2+ než p i jejich srážení jako uhli itany. Tab.5.2: Zbytkové koncentrace Ca2+ a Mg2+ v závislosti na podmínkách srážení

podmínky provozu

za horka (80 oC)

za chladu

0,03

0,1

zbytková konc.c(Ca+Mg), mmol.l-1

Zm k ování fosfore nanem se n kdy za azuje za zm k ování vápnem a sodou, nebo fosfore nany jsou pom rn drahé a také z hlediska ochrany životního prost edí mén p íznivé (eutrofizace vod). P i interní úprav se fosfore nany dávkují p ímo do kotl (nízkotlakých). P itom se sice vylou í sraženiny, které však nevytvá ejí kompaktní povlaky, ale z stávají v kalové suspenzi. Ke srážení se používá t chto solí: Na3PO4.10H2O, Na3PO4.12H2O, Na2HPO4.12 H2O a NaH2PO4.

5.2.4

Zm k ování komplexony

Komplexony jsou organické látky, tvo ící s Ca2+ a Mg2+ (ale i s t žkými kovy) cheláty, v nichž jsou kovy vázány pevnými vazbami v organické molekule, takže nedávají b žné reakce, nap . nesrážejí se jako uhli itany a hydroxidy. Slou eniny komplexon s Ca a Mg jsou ve vod dob e rozpustné. P íkladem je komplexon 3, což je disodná s l kyseliny etylendiamintetraoctové (zkrácen EDTA), dodávaná pro analytické ú ely pod názvem Chelaton 3, pro technologické ú ely pod názvem Syntron B. Jeho p ídavek do vody brání vylu ování nerozpustných slou enin vápníku a ho íku. Komplex s vápníkem má následující složení (složení komplexu s Mg je analogické): -

OOC.CH2 OOC.CH2

N.CH2.CH2.N Ca

CH2.COOCH2.COO

- 18 (38) -

2 Na+

Zm k ování vody

5.3

Inhibice tvorby kompaktních sraženin

N které látky tvo í po p idání do vody s ionty Ca2+ a Mg2+ sraženiny, které však nevytvá ejí kompaktní povlaky, ale z stávají v kalové suspenzi. Tento zp sob, zvaný sekvestrace, se používá p i úprav (zvané interní) kotelní vody, nebo se uvedené látky dávkují do chladících a horkovodních okruh . K sekvestra ním látkám pat í polyfosfore nany (polyfosfáty), nap . cyklotrifosfore nan sodný (NaPO3)3, nebo katena trifosfore nan sodný Na5P3O10. P sobení polyfosfát jako ochranných koloid spo ívá v tvorb monomolekulární vrstvy na krystalech CaCO3, která brání jejich aglomeraci do inkrust . Podobná vrstva se tvo í na st nách potrubí a brání inkrustaci. P ídavek polyfosfore nanu sodného v množství 1,5 až 3 g.m-3 brání vylu ování kotelního kamene až do koncentrace c(Ca+Mg) < 3 mmol.l-1. Ú inná doba stabilizace je úm rná dob p em ny – hydrolýzy – polyfosfát na ortofosfáty, které jsou proti tvorb inkrust neú inné. Rychlost hydrolýzy se zvyšuje s rostoucí teplotou, zvlášt nad 60 85 oC. Polyfosfáty rozpoušt jí i inkrusty již vytvo ené. K tomu se používá jejich zvýšených koncentrací (p es 10 g.m-3) a rozpoušt ní trvá týdny až m síce. Polyfosfáty stabilizují i hydroxidy železa a manganu, takže tyto se nevylu ují ve form vlo ek. Jinými sekvestra ní látkami jsou sodné soli kyseliny aminotrimetylenfosfonové N≡(CH2-PO3H2)3 nebo 1-hydroxyethandifosfonové CH3-C(OH)=(PO3H2)2, dávkované v množství 2,5 až 4 g.m-3. Protiinkrusta ní ú inek má také magnetická p edúprava vody. P sobením magnetického pole na zárode né krystaly sraženiny ve vod , proudící tímto polem, se m ní jejich struktura a nedochází pak k jejich spojování do kompaktních usazenin.

5.4

Autotest

1. Které látky se používají ke zvýšení pH p i chemickém zm k ování vody? a) soda b) hydroxid vápenatý a sodný c) fosfore nany d) komplexony 2. Jak je p i chemickém zm k ování z vody odstra ován vápník? a) jako uhli itan vápenatý b) jako hydrogenuhli itan vápenatý c) jako hydroxid vápenatý d) jako fosfore nan vápenatý 3. V jaké oblasti pH dochází p i chemickém zm k ování k odstra ování ho íku? a) kyselé b) neutrální

- 19 (38) -


c) zásadité d) odstra ování ho íku nezávisí na pH 4. V em spo ívá princip zm k ování komplexony? a) tvorba nerozpustné sraženiny, která se odfiltruje b) tvorba nerozpustné sraženiny, která z stává v suspenzi c) vyvázání Ca a Mg do chelátu, takže nepodléhají obvyklým reakcím d) vyvázání Ca a Mg do chelátu a jeho odfiltrování

5.5

Shrnutí

Zm k ování vody znamená odstra ování vápníku a ho íku. To je možné provést bu na ionexech nebo chemicky. Existuje celá ada proces chemického zm k ování. Nejb žn jší zp sob spo ívá ve zvýšení pH a vysrážení CaCO3 a Mg(OH)2. P i zm k ování komplexony jsou Ca a Mg vázány do chelát , ve kterých nepodléhají obvyklým srážecím reakcím. P i sekvestraci se do vody dávkují látky, které tvo í s Ca a Mg sraženiny, které z stávají v suspenzi a netvo í kompaktní povlaky.

- 20 (38) -

Deionizace, desilikace, dekarbonizace a odplyn ní vody

6


Použití vody k n kterých ú el m vyžaduje její mimo ádnou kvalitu, jako je tomu nap . u napájecích a kotelních vod vysokotlakých kotl (> 8 MPa) u nichž se vedle nízkých koncentrací Ca a Mg vyžadují nízké koncentrace k emi itan a solí v bec, a dále korozívních plyn CO2 a O2.

6.1

Deionizace vody

Odstran ní solí (disociovaných na ionty neboli ionizovaných) se nazývá deionizace. Pokud jsou do nich zahrnuty i soli málo ionizované (k emi itany), jedná se o demineralizaci. Deionizaci lze výhodn provést na m ni ích iont . Proces probíhá ve dvou stupních za sebou: 1. odstran ním kationt vým nou za H+, 2. odstran ním aniont vým nou za OH-. Pro zachycení kationt Men+ se použije siln kyselý katex v H+-cyklu. P i tom probíhá vým nný proces: n (I-...H+) + Men+ → nI-...Men+ + n H+

[6.1]

P íkladem je vým na K+ za H+ (viz rovnice [4.1]). Vým nu aniont lze provést siln zásaditým anexem v OH--cyklu, p i emž se zachytí i anionty slabých kyselin. Jinou možností je použití slab zásaditého anexu v OH--cyklu, na kterém se zachytí jen anionty silných kyselin (Cl-, SO42-), nikoliv anionty slabých kyselin (HCO3-, SiO32-), které nejsou disociovány v kyselém prost edí, vytvo eném p edchozí vým nou kationt za H+. Oxid uhli itý lze následn vyva it. Použití této dvoustup ové úpravy se slab zásaditým anexem má výhodu v jeho nižší cen oproti anexu siln zásaditému. Zbytková koncentrace solí po jednostup ové deionizaci bývá pod 0,2 mmol.l-1.

6.2

Desilikace vody

Desilikace je odstran ní k emi itan , p íp. hydratovaného oxidu k emi itého z vody, což je požadováno u napájecí vody parních kotl , pracujících p i vyšších tlacích. Nap . p ípustná koncentrace k emi itan , vyjad ovaná jako SiO2, je pro pr to né vodotrubné kotle 20 g.l-1. Desilikaci lze provést vým nou iont na siln zásaditém anexu nebo chemicky. Chemický zp sob spo ívá ve srážení k emi itanu hydroxidem vápenatým (dle Kopeckého) nebo CaSiO3 je ve vod málo rozpustný. Srážení se provádí v reaktoru v nasyceném roztoku Ca(OH)2 p i 80 oC. Po srážení vápnem následuje v druhém stupni saturace, to je sycení oxidem uhli itým (z kou ových plyn ), jehož p ídavek musí být proveden v množství, které je práv pot ebné pro vysrážení CaCO3, nesmí však být v p ebytku, aby nedocházelo k op tovnému rozpoušt ní CaCO3 na Ca(HCO3)2. Potom se voda p ivádí na filtr z mramorovou náplní. Pískový filtr není pro tento ú el vhodný, nebo u n j m že docházet k vyluhování oxidu k emi itého. - 21 (38) -


6.3

Dekarbonizace vody

Dekarbonizace je odstran ní vázané formy oxidu uhli itého, tedy uhli itan , z vody. Tento b žn používaný výraz není zcela výstižný, lépe by skute nosti odpovídal pojem dekarbonatace (karbonáty = uhli itany). Odstran ní uhli itan lze provést na siln zásaditém iontom ni i. Chemickým zp sobem k n mu dochází p i zm k ování vápnem, p i n mž jsou sráženy uhli itany ve form CaCO3 (viz. kapitola 5.2.1).

6.4

Odply ování vody

Z plyn rozpušt ných ve vod jsou pro jejich korozívní ú inky limitovány v napájecích a kotelních vodách koncentrace CO2 a O2. Nep ítomnost volného CO2 je u napájecích vod zaru ena krom limitované minimální hodnoty pH ješt p ípustnou koncentrací celkového (uhli itanového) CO2, ádov v mg.l-1. Rozpustnost plyn klesá s rostoucí teplotou. Proto je lze do zna né míry odstranit vyva ením. Zbytkové koncentrace kyslíku se odstraní u kotl do tlaku 6 MPa, ale nap . i u soustav úst edního vytáp ní p ídavkem si i itanu sodného, který reaguje s kyslíkem takto: 2 Na2SO3 + O2 = 2 Na2SO4

[6.2]

U vysokotlakých kotl se k odstran ní kyslíku používá hydrazin, p idávaný jako síran hydrazinia NH2.NH2.H2SO4, který reaguje s kyslíkem takto: NH2.NH2 + O2 = N2 + 2 H2O

[6.3]

Chemikálie používané pro odstran ní kyslíku se dávkují v ekvivalentovém p ebytku 50 až 200 %.

6.5

Autotest

1. V jakých cyklech pracují ionexy používané p i deionizaci? a) Na+ a OHb) Na+ a Clc) H+ a Cld) H+ a OH2. Jaké slou eniny se používají k odstran ní kyslíku z vody? a) hydrazin b) si i itan sodný c) síran sodný d) oxid uhli itý

- 22 (38) -


6.6

Shrnutí

Na napájecí vodu vysokotlakých kotl jsou vysoké požadavky, které vyžadují její speciální úpravu. Ta zahrnuje odstran ní solí – deionizaci – která se obvykle provádí na iontom ni ích, desilikaci (na ionexech nebo chemicky srážením vápnem), dekarbonizaci (na ionexech nebo chemicky zm k ováním) a odplyn ní – odstran ní CO2 a O2.

- 23 (38) -


7

Korozívní ú inky vody a protikorozní opatení

P i posuzování jakosti vody je asto d ležitým faktorem její korozívní ú inek, p i emž se rozlišuje korozívní p sobení na ocel, p íp. železo a na beton a stavební materiály.

7.1

Koroze betonu

7.1.1

Koroze oxidem uhli itým a vápenato-uhli itanová rovnováha

Koroze betonu a jemu podobných stavebních materiál p sobením oxidu uhliitého spo ívá v jeho reakci s uhli itanem vápenatým CaCO3, který je jejich sou ástí. Oxid uhli itý rozpouští CaCO3 dle rovnice [7.1]: CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2

[7.1]

V p írod se uhli itan vápenatý vyskytuje ve form vápence, který v krasových oblastech tvo í horninotvorné prost edí. V n m jsou p sobením CO2 ve srážkové vod vytvá eny rozpoušt ním vápence krasové útvary (jeskyn , závrty). Ve vod je CaCO3 málo rozpustný. Pro vodné roztoky platí vztah: c(Ca2+).c(CO32-) = Ks = 10-8,35 (p i 25 oC)

[7.2]

kde Ks je sou in rozpustnosti. V p ítomnosti CO2 se rozpustnost CaCO3 podstatn zvyšuje, nebo probíhá reakce [7.1]. Z rovnic [7.3] a [7.4] vyjad ujících rovnováhu forem kyseliny uhli ité (viz také Modul .2) a z rovnice [7.2] získáme eliminováním n kterých len vztah [7.5]: −

c ( H + ). c ( HCO3 ) = K1 = 10 −6, 4 c ( H 2 CO3 ) 2−

c ( H + ). c ( CO3 ) −

c ( HCO3 )

= K 2 = 10 −10, 3

c(H2CO3) = c(CO2 )r =

(p i 25 oC)

[7.3]

(p i 25 oC)

[7.4]

K2 ⋅ c(Ca 2+ ) ⋅ c( HCO3− ) 2 K1 ⋅ K 3

[7.5]

Za zjednodušujícího p edpokladu: 2.c(Ca2+) = c(HCO3- ) platí rovnice Tillmansova: c(CO2)r = konst. c(HCO3-)3

[7.6] -

Výše uvedený vztah mezi koncentrací volného CO2 a HCO3 , které jsou v rovnováze mezi sebou a také s CO32- a Ca2+ je znázorn n na Obr.7.1. Skute nost, že se jedná o rovnovážnou koncentraci CO2 se vyjad uje ozna ením (CO2)r. Tato rovnováha znamená, že p idáním CaCO3 do vodného roztoku, v n mž je - 24 (38) -

Korozívní ú inky vody a protikorozní opat ení

c(CO2) mmol.l-1

ustavena, nedochází v n m ke koncentra ní zm n žádné ze složek na rovnováze zú astn ných.

30 25 20 15 10 5 0

A E

D

B

0

5

C

10

C*

15

c(HCO3-) mmol.l-1

Obr.7.1: Zobrazení vápenato-uhli itanové rovnováhy

Plocha nad k ivkou vyjad ující vápenato-uhli itanovou rovnováhu zobrazuje stav, u n hož dochází p i styku vody s CaCO3 k rozpoušt ní uhli itanu dle rovnice [7.1]. P íkladem je stav znázorn ný na Obr.7.1 bodem A. Volný oxid uhliitý reaguje s CaCO3, p i emž úbytek 1 mmol CO2 odpovídá p ír stku 2 mmol HCO3-. Po dosažení rovnováhy je stav zobrazen bodem D na rovnovážné k ivce. Oxid uhli itý, který takto reagoval, se nazývá agresivní CO2 v i betonu ( AE ). Oxid uhli itý, který je v rovnováze vyjád ené rovnicí [7.5] resp. [7.6], se nazývá rovnovážný ( BC ) a diference mezi celkovým volným CO2 ( AC ) a rovnovážným CO2 se nazývá oxid uhli itý agresivní v i železu ( AB ). Plocha pod k ivkou uhli itanové rovnováhy zobrazuje nerovnovážný stav, p i n mž dochází k vylu ování CaCO3 ve smyslu rovnice [7.1], probíhající zprava doleva, až je dosaženo stavu rovnováhy. Voda, která má tyto vlastnosti, se nazývá inkrustující. Oxid uhli itý agresivní v i betonu (CO2)agr se stanoví Heyerovou zkouškou, spo ívají v p ídavku CaCO3 do zkoušené vody a stanovením koncentrace HCO3- (KNK4,5) p ed tímto p ídavkem a po p ídavku a ustavení rovnováhy. Agresivní CO2 reaguje s CaCO3 dle rovnice [7.1]. Polovina p ír stku látkové koncentrace HCO3- proto odpovídá látkové koncentraci agresivního oxidu uhliitého: (CO2)agr = 0,5.∆ (KNK4,5) [mmol.l-1]

[7.7]

Z rovnice [7.3] a [7.5] vyplývá: c( H + ) =

K2 ⋅ c(Ca 2+ ) ⋅ c( HCO3− ) KS

Logaritmováním rovnice [7.8] se získá vztah: - 25 (38) -

[7.8]


pHs = - log c(H+) = log

K2 - log c(Ca2+) - log c(HCO3-) KS

[7.9]

Rovnicí [7.9] je definováno tzv. satura ní pH (ozna ení pHs). Je to pH, které odpovídá koncentraci H2CO3, která je v rovnováze s reálnou koncentrací HCO3- ve vod (bod B na rovnovážné k ivce. Prakticky se pHs stanovuje p i Heyerov zkoušce zm ením pH po dosažení rovnováhy. Takto zjišt né pHs není p esn identické s pHs dle výše uvedené definice, nebo p i rozpoušt ní CaCO3 dle rovnice [7.1] se zvyšuje koncentrace HCO3- a dostáváme se do bodu D na rovnovážné k ivce. V hodnot pH je však tato diference zanedbatelná. Korozívní ú inek vody se hodnotí i podle Langelierova indexu Is definovaného jako rozdíl pH p vodního vzorku vody a pHs: Is = pH - pHs

[7.10]

pHs se vypo te dle rovnice [7.9] nebo se stanoví Heyerovou zkouškou. Je-li Is > 0, došlo k poklesu pH produkcí H2CO3 za sou asného vylu ování CaCO3 reakcí probíhající ve smyslu rovnice [7.1] zprava doleva - voda je inkrustující. Je-li Is < 0, došlo ke zvýšení pH úbytkem H2CO3 její reakcí s CaCO3 ve smyslu rovnice [7.1] probíhající zleva doprava a voda je tedy agresivní.

7.1.2

Další látky p sobící korozi betonu

Další, z hlediska koroze betonu závažnou látkou vyskytující se ve vodách, jsou sírany, nebo tvo í s pojivou složkou betonu - s hydratovaným hlinitanem trivápenatým – siln hydratovanou slou eninu zvanou ettringit, složení 3CaO.Al2O3.CaSO4.30H2O, jejíž rozpínající se molekuly rozrušují pevnost již utuhlého betonu. Ho ík ve zvýšených koncentracích vstupuje na místo vápníku v k emi itanech a hlinitok emi itanech vápenatých, a pon vadž ion Mg2+ má menší polom r než ion Ca2+, ztrácí beton pevnost. Také amoniak p sobí ve vysokých koncentracích (nad 80 mg.l-1) na beton agresivn , nebo reakcí s alkalickou složkou betonu je uvol ován NH3 a ten zvyšuje rozpustnost pojivých složek betonu. V p ípad , že se jedná o mén odolný beton a zna né množství proudící (náporové) vody v propustné p d , tedy v nejmén p íznivých podmínkách, je t eba pro zabrán ní koroze splnit tyto kvalitativní podmínky: pH > 7,0; KNK4,5 > 2,0 mmol.l-1; SO42- < 80 mg.l-1 ; Mg2+ < 200 mg.l-1; agresivní CO2 < 2,0 mg.l-1. P i KNK4,5 < 2,0 mmol.l-1 nesmí voda obsahovat žádný agresivní CO2. U odolných beton se p ipoušt jí koncentrace vyšší, nap . koncentrace SO42- v náporové vod až 500 mg.l-1. V odpadních vodách bývají obsaženy sulfidy, resp. sulfan, které jsou v p ítomnosti vzdušného kyslíku oxidovány mikrobiálním procesem za vzniku kyseliny sírové: S2- + 4 H2O = SO42- + 8 H+ + 8 e-

[7.11]

Tímto procesem je vysv tlována koroze stokových sítí, ke které dochází v míst styku hladiny odpadní vody s betonovým potrubím, kde se st ídají oxické a anoxické podmínky. - 26 (38) -

Korozívní ú inky vody a protikorozní opat ení

7.2

Koroze kov

Koroze kov m že být chemická nebo elektrochemická. K prvé pat í p sobení kyseliny uhli ité na železo, které probíhá podle rovnice: 2 Fe + 2 H2CO3 = 2 Fe2+ + 2 HCO3- + H2

[7.12]

astá je u kov koroze elektrochemická, spo ívající v tvorb elektrochemických lánk . Jejich vznik m že být vyvolán kontaktem dvou r zných kov s odlišnými standardními potenciály, p ípadn u stejného kovu odlišnostmi jeho struktury, nehomogenitou materiálu apod. Elektrochemickou korozi kov výrazn podporuje kyslík. Kyslík také v p ípad koroze železa oxiduje uvoln né ionty Fe2+ na Fe3+, hydrolyzující za vzniku Fe(OH)3, který tvo í známé rezavé inkrusty. Tento d j lze vyjád it rovnicí: 4 Fe2+ + 10 H2O + O2 = 4 Fe(OH)3 + 8 H+

7.2.1

[7.13]

Protikorozní opat ení

Boj proti korozi lze vést n kolika zp soby: 1. volbou odoln jšího materiálu, 2. vytvá ením ochranných povlak na kovových potrubích dávkováním protikorozních látek do vody – anodických a katodických inhibitor 3. katodovou ochranou, 4. úpravou vody. Volba odoln jšího materiálu se uplat uje nap . tam, kde je beton vystaven p sobení agresivní náporové vody. Pro odvád ní agresivních odpadních vod se používá potrubí z keramiky, které je však nákladné. B žn jší je budování kanalizace menších profil z plast (Novodur), což vyžaduje vzhledem k jejich malé pevnosti dodržení p edepsaných postup pro uložení. Um lohmotné materiály se uplat ují i p i rozvodu pitné vody. Nebezpe í zvýšené koroze jsou vystaveny chladicí okruhy s teplotou vody 60 až 100 oC (u tlakových i vyšší), za ízení kotl a okruhy horké vody a páry. Chladicí okruhy z ocelových potrubí jsou chrán ny dávkováním látek do vody, vytvá ejících ochranné povlaky z oxid na anodických místech (anodová ochrana) nebo na katodických místech (katodová ochrana). K anodickým inhibitor m pat í chromany, dusitany, polyfosfore nany, k emi itany; ke katodickým inhibitor m pat í soli kov (zvlášt zinku), polyfosfore nany a organické inhibitory. Katodické inhibitory se obvykle aplikují spole n s anodickými. Polyfosfáty (polyfosfore nany) s po tem P-atom 3 až 20 mají vedle protikorozního ú inku i ú inek sekvestra ní (brání vytvá ení kompaktních nános ). Katodová ochrana spo ívá v p ipojení mén ušlechtilého kovu ke kovovému potrubí, které je chrán no tím, že se stává katodou, ímž je na n m zabrán no anodickým d j m, spojených s rozpoušt ním kovu. Tohoto cíle lze dosáhnout i vložením nap tí na chrán né potrubí. Ochrana za ízení p ed korozí úpravou vody se uplat uje u kotl a teplovodních okruh odstran ním látek, zp sobujících korozi (O2, CO2) - viz Modul 2, kapitola 2.1 a kapitola 6.4 v tomto modulu. - 27 (38) -


7.3

Autotest

1. Na kterou složku betonu p sobí agresivn CO2 ve vod ?

a) Al2O3 b) Ca(HCO3)2 c) C3S d) CaCO3 2. V em spo ívají korozívní ú inky ettringitu v i betonu?

a) v uvol ování volné kyseliny sírové b) v rozpínavosti dané velkým po tem molekul krystalové vody c) v rozpoušt ní CaCO3 d) v náhrad Ca2+ kationem Mg2+

7.4

Shrnutí

ada látek b žn obsažených ve vod má korozívní ú inky v i betonu nebo železu a oceli. Na beton p sobí korozívn p edevším agresivní CO2, který reaguje s CaCO3 v betonu. Experimentáln se tato vlastnost vody hodnotí Heyerovou zkouškou a podle Langelierova indexu. K dalším látkám, p sobícím korozívn na beton, pat í sírany, ho ík, amoniak a sulfan. Železo podléhá chemické korozi, zp sobené CO2, a elektrochemické korozi, kterou významn podporuje molekulární kyslík. Protikorozní opat ení spo ívají ve volb odoln jšího materiálu, ve vytvá ení ochranných povlak na kovových potrubích, v katodové ochran , p ípadn v úprav vody.

- 28 (38) -

D licí metody na principu polopropustných membrán

8


8.1

Charakteristika membránových proces

8.1.1

Rozd lení proces

Základem t chto postup jsou polopropustné membrány, propoušt jící molekuly vody a pak jen další ástice ur ité velikosti (koloidní a rozpušt né) nebo ur itého elektrického náboje (podle typu membrány). Oproti filtraci na filtra ní p epážce se nejedná o prostý mechanický záchyt ástic v tších než je velikost pór membrány, ale i o p sobení adsorp ních, p ípadn i jiných sil, uplat ující se u ástic uvedené velikosti.V p írod jsou takovými membránami bun né blány organizm . Pro ú ely uvedené níže jsou vyráb ny um le. Polopropustné membrány jsou charakterizovány p edevším velikostí ástic, které je membrána schopna zachytit. Látky mají tendenci vyrovnat svoji koncentraci v celém roztoku, v n mž se nacházejí (pokud je v n které jeho ásti koncentrace rozdílná), za p edpokladu, že jim v tom nezabrání p epážka, jakou je nap íklad polopropustná membrána. P sobíme-li mechanickým tlakem na té stran membrány, kde se nachází koncentrovan jší roztok, potom proniká roztok na její druhou stranu a koncentrace ástic, které vzhledem ke své velikosti neprojdou, se v koncentrovan jším roztoku dále zvyšuje. Tento mechanický tlak musí p ekonat osmotický tlak, který p sobí v opa ném sm ru a je tím v tší, ím v tší je rozdíl látkových koncentrací na obou stranách membrány. V roztoku, který obsahuje ástice r zné velikosti, procházejí jen ty, jejichž velikost je tak malá, že jejich pr chodu membrána nezabrání. Mechanický tlak, pot ebný pro p ekonání osmotického tlaku, je tím v tší, ím menší ástice membrána zachytí. N kdy bývá k membránovým proces m za azována i mikrofiltrace, u níž však není filtra ní p epážkou polopropustná membrána. Mikrofiltrací se zachytí suspendované ástice. Jen nejjemn jší mikrofiltry zachytí ástice velikosti hrubé koloidní frakce. Podle typu filtra ní p epážky a použitého tlaku rozlišujeme následující tlakové membránové procesy: Tab.8.1: Tlakové membránové procesy

proces

velikost zachycených ástic

tlakový rozdíl

mikrofiltrace

> 0,1 m

100 - 400 kPa

ultrafiltrace

10 - 100 nm

500 - 1000 kPa

nanofiltrace

1 - 10 nm

2 - 4 MPa

reverzní osmóza

0,1 - 1 nm

3 - 6 MPa

Polopropustné membrány mohou být vyrobeny také na bázi ionex . Ty nesou na své polymerní struktu e bu kladné náboje (anexy) nebo náboje záporné - 29 (38) -


(katexy). Membránami anexového typu difundují vedle molekul vody jen vodíkové ionty a anionty, nebo kationty s výjimkou H+, vázaných na molekuly vody vodíkovými m stky, jsou odpuzovány kladnými náboji membrány. Podobné membrány katexového typu propoušt jí krom molekul vody jen kationty a z aniont pouze OH-, vázané rovn ž na molekuly vody vodíkovými vazbami. Kombinací membrán katexového a anexového typu vznikají membrány nepropustné pro ionty v bec, tedy pro soli, kyseliny i zásady. Hnací silou, která nutí ionty procházet ionexovou membránou, m že být elektrické nap tí, jehož p sobením p echázejí kationty ke katod (záporná elektroda) a anionty k anod (kladná elektroda), p i emž je provedena selekce iont podle charakteru membrány. V tomto p ípad se mluví o elektrodialýze.

8.1.2

Polopropustné membrány

Pro zajišt ní technicky p ijatelného a ekonomického provozu je t eba, aby m ly membrány tyto vlastnosti: •

vysokou rozd lovací schopnost (selektivitu),

•

velkou pr to nost (permeabilitu),

•

vysokou mechanickou pevnost,

•

chemickou a bakteriologickou odolnost,

•

odolnost v i išt ní,

•

dlouhou dobu životnosti,

•

nízkou cenu.

V praxi je t eba init kompromis, pon vadž n které nároky jsou protich dné. Nap . selektivní vlastnosti jsou tím lepší, ím je membrána ten í. P itom však ztrácí odolnost v i tlaku. Výkonnostní hranice membrán fungujících na tlakovém principu jsou dány: •

p ípustným pracovním tlakem,

•

chemickou odolností,

•

tepelnou stálostí,

•

osmotickým tlakem roztoku.

Jako materiál se používají: •

upravené p írodní látky (acetáty celulózy),

•

syntetické organické polymery (polyamid, polyakryláty, polypropylen, polyvinylchlorid, nylon, fluoroplasty aj.),

•

anorganické látky.

Podle struktury se rozd lují membrány pro tlakové separa ní procesy na asymetrické, symetrické a kompozitní. Symetrická membrána je tvo ena materiálem, který má po celé tlouš ce shodnou velikost a tvar pór . Membrány asymetrické jsou tvo eny aktivní vrstvou, zhotovenou na podp rné vrstv téhož materiálu s ádov v tší velikostí pór . Podp rná vrstva slouží ke zlepšení me- 30 (38) -


chanických vlastností filtra ní p epážky. Kompozitní membrána je tvo ena tenkou aktivní vrstvou a podp rnou vrstvou z jiného materiálu než je vrstva aktivní. Provozní použitelnost membrán se prodlužuje jejich regenerací. Zp sob regenerace membrány závisí na procesu v n mž je použita, na její kvalit (odolnosti) i kvalit zachycené disperze.

8.1.3

Tvar filtra ní p epážky a její uspo ádání

P i aplikaci tlakových membránových postup jsou membrány sestavovány do modul , což jsou jednotky sestávající z jedné nebo více membrán uspo ádaných v jednom tlakovém prostoru. Rozlišují se moduly •

tubulární,

•

vinuté

•

sestavené na principu dutých vláken.

V tubulárních modulech jsou membrány formovány do trubek o pr m ru ádov v mm a délce obvykle kolem 1 m, které jsou umíst ny na op rných porézních trubkách (nap .z keramiky) z jejich vnit ní nebo vn jší strany. Trubky jsou umíst ny v rou e, zpravidla z oceli, tvo ící modul. Vinutý modul je konstruován tak, že membrány, porézní materiál a d lící vrstvy jsou navinuty na perforovanou trubku. Surová voda proudí modulem axiáln pod tlakem. Po projití membránou se permeát dostává do porézní houbovité hmoty v níž protéká spirálovým pohybem dovnit modulu a je odvád n perforovanou trubkou, umíst nou v jeho st edu. Zakoncentrovaná sm s proudí dále axiáln mezi d lící st nou a membránou a je z modulu rovn ž odvád na. Vše je umíst no v tlakové rou e. Výhoda tohoto typu je kompaktní ešení. p ítok

koncentrát

membrána

permeát

d lící nepropustná vrstva Obr.8.1: Princip funkce vinutého modulu

Moduly z dutých vláken, vyráb ných obvykle z polyamidu, jsou konstruovány tak, že vlákna leží ve tvaru U v plášti, obklopena podp rným tkanivem. Oba volné konce každého vlákna jsou vtaveny do desti ky z um lé prysky ice. Roztok proniká do polopropustných vláken a je jejich kapilárním profilem odvád n do sb ra e permeátu. Koncentrát na povrchu vláken proudí radiáln a hromadí se vn op rné vrstvy a odtud je odvád n z modulu. Profil kapilár bývá ádov v desítkách m. Moduly z dutých vláken vyžadují k úprav vodu bez suspendovaných látek. Mén choulostivé jsou v tomto sm ru moduly vinuté a nejmén moduly tubulární.

- 31 (38) -


8.2

Ultrafiltrace

Ultrafiltrace je vhodná pro zachycení ástic od cca 5 nm do 0,1 m , což odpovídá molekulám o relativní molekulové hmotnosti Mr od 10 000 do 100 000. Je tedy vhodná pro išt ní koloidních roztok , nap . olejových emulzí, pro separaci hydroxid kov , vylou ených v koloidní form apod. Podobn jako u mikrofiltrace je principem separace screeningový efekt, tj. mechanické zachycení ástic v tších než je velikost pór . Nej ast ji jsou používány asymetrické membrány s velikostí pór 1 až 10 nm, sestávající z aktivní separa ní vrstvy tlouš ky 0,1 až 0,5 m a siln jší podp rné vrstvy tlouš ky 150 až 300 m. Ob vrstvy mohou sestávat ze stejného nebo r zného materiálu, zpravidla z polymer . Moduly jsou trubkové, vinuté nebo z dutých vláken. P i použití ultrafiltrace a nanofiltrace a v n kterých p ípadech i mikrofiltrace se uplat uje cirkula ní zp sob provozu. Filtrované medium je pod tlakem prohán no modulem, p i emž voda, p íp. v ní rozpušt né ástice velikosti menší než jsou póry membrány, procházejí touto jako permeát a jsou odvád ny. Suspenze, p íp.emulze je modulem nebo více za sebou azenými moduly cirkulována. Tím dochází k postupnému zakoncentrování látek v cirkulované sm si, která je dle pot eby odvád na. P i t chto procesech se uplat uje dynamický zp sob filtrace „cros flow“, u n hož jsou ástice suspenze unášeny prost edím. Jejich sm r pohybu není shodný se sm rem pohybu vody prostupující membránou a tím se snižuje nebezpe í ucpávání filtra ní p epážky. P esto je t eba membránu regenerovat. Membrány používané pro mikrofiltraci a ultrafiltraci v tubulárních modulech lze istit periodicky nárazovým proplachem, zpravidla zp tným nebo po delší dob provozu chemicky, proplachem roztokem HCl, p íp. roztokem detergentu. Novým zp sobem išt ní membrán tubulárních modul je išt ní pomocí plovoucích balon , které jsou protlá eny trubkou, uvnit které se pohybují ob ma sm ry. Tím se cykly mezi chemickým ist ním podstatn prodlužují. Výjime né k regeneraci membrán je použití tlakového vzduchu vhán ného do modulu v protism ru. Ultrafiltrace je použitelná pro išt ní ezných a chladících emulzí, zaolejovaných vod z kompresoroven a z mycích za ízení (mytí aut, stroj aj), odmaš ovacích lázní a oplachové vody, odpadní vody z elektrochemického lakování, tedy odpadních vod jejichž hlavní zne is ující složkou jsou nepolární extrahovatelné látky. Dále nachází použití i p i išt ní odpadních vod z textilního pr myslu, z prádelen, z výroby kosmetiky aj. Jiným p íkladem je použití ultrafiltru pro zachycení hydroxid t žkých kov v odpadních vodách strojírenského pr myslu, obsahující kovy (Cu, Zn, Pb, CrIII, Fe).

8.3

Nanofiltrace

Nanofiltrace je pom rn mladým oborem z tlakových membránových proces a stojí mezi utrafiltrací a reverzní osmózou. Je vhodná pro zachycení ástic velikosti p ibližn od 1 do 10 nm, odpovídající relativní molekulové hmotnosti Mr 200 až 20 000, tedy ady rozpustných organických slou enin, jako jsou cukry a áste n i soli.Tak umož uje sou asné zakoncentrování roztok organických látek a jejich áste né odsolení, nebo propustnost solí je výrazn vyš- 32 (38) -


ší než u reverzní osmózy. Membrány pro nanofiltraci se vyrábí jako tubulární, vinuté i deskové moduly. P íkladem je použití nanofiltrace pro išt ní odpadní vody z organických syntéz, charakterizovaných vedle vysokého organického zne ist ní se stovkami r zných slou enin, v mnoha p ípadech biologicky nerozložitelných, i zna nou koncentrací solí, jejichž p ítomnost podmi uje korozívní vlastnost t chto vod a tím zt žuje použití jiných metod jejich zpracování. Jiným p íkladem využití nanofiltrace je odsolení barviv, které p ítomností solí ztrácejí na kvalit . Nanofiltraci lze použít pro úpravu vod chladících v ží. Pon vadž ást vody se v chladící v ži odpa uje dochází ke zvyšování koncentrace solí ve vod v chladícím okruhu a tím k možnosti tvorby usazenin nebo naopak ke korozívním ú ink m. Tab.8.2: Požadavky na kvalitu ob hové vody chladících v ží

soli celkem karbonátová tvrdost nerozpušt nélátky

8.4

mg.kg-1 mmol.l mg.kg

-1

-1

< 5 000

pH

0,35 - 1,0 < 100

Cl

6,5 - 8,5

-

SO4

2-

mg.kg

-1

< 2 000

mg.kg

-1

< 600

Reverzní osmóza

Reverzní neboli vratná osmóza je tlakový membránový proces pro odd lení ástic v rozsahu 0,1 až 1 nm, to je v oblasti ástic s Mr pod 500. Nutná tlaková diference p ed a za membránou je 1 až 10 MPa, a to je zpravidla dva až t ikrát více než iní osmotický tlak v išt né kapalin . Separa ní mechanizmus a jeho ú innost je založena na rozdílech v rozpustnosti a difúzi rozpoušt dla i rozpušt ných látek membránou. V ideálním p ípad propouští membrána jen rozpoušt dlo. Membránu tvo í homogenní, to je neporézní polymerní matrice. Asymetrické membrány, které jsou ast ji používané než symetrické, se vyrábí z polymer . Polopropustná vrstva má tlouš ku cca 1 m, podp rná vrstva 20 50 m. Moduly jsou jednak z dutých vláken, jednak z vinutých membrán. Voda p ivád ná na za ízení nanofiltrace a reverzní osmózy musí být p edem zbavena suspendovaných látek. Vhodné je p ed azení mikrofiltrace. Porovnání mezi nanofiltrací a vratnou osmózou vyplývá z následujícího provozního p íkladu:

- 33 (38) -


Tab.8.3: Porovnání nanofiltrace a reverzní osmózy

za ízení

rozm r

nanofiltrace

reverzní osmóza

množství vody - p ítok

m3.h-1

144

66,2

množství permeátu

m3.h-1

115,2

53

množství koncentrátu

m3.h-1

28,8

13,2

soli v p ítoku

mg.l-1

1000

1000

soli v permeátu

mg.l-1

600

20

soli v koncentrátu

mg.l-1

2600

4950

kW

100

77

p íkon

8.5

Elektrodialýza

Využití bipolárních membrán, tj. membrán propoušt jících selektivn jen kationty nebo jen anionty, je možné zejména u elektrodialýzy. Pohyb iont je v tomto p ípad vyvolán vloženým stejnosm rným elektrickým nap tím. Vstupní roztok prochází mezi membránami, z nichž jedna je anexového a druhá je katexového typu. Ionty putují podle svého náboje ke katod , p íp. k anod a tím dochází k odsolení roztoku. Membrány p itom dle svého charakteru brání pr niku iont nabitých stejným elektrickým nábojem. Podle požadavk na kvalitu se navrhuje jedno- nebo vícestup ová dialyza ní linka, nejlépe v protiproudém uspo ádání. Vstupní roztoky musí vyhovovat náro ným podmínkám kvality, nebo tím p ímo ovliv ují životnost membrán. Je nutné odstranit nerozpustné a koloidní látky i látky s nízkým sou inem rozpustnosti, které by se v koncentrovaném roztoku vysrážely. Elektrodialýzu lze použít pro separaci elektrolyt od neelektrolyt , pro odsolování roztok (nap . pro výrobu pitné vody z vody brakické), pro zahuš ování solných roztok (nap . p i výrob NaCl z mo ské vody), v galvanotechnice k regeneraci galvanických lázní a išt ní oplachových vod s možností zp tného získání kov , pro regeneraci mo ících lázní nebo ve sklá ském pr myslu pro zpracování odpadních vod z leptání skla.

8.6

Zhodnocení postup odsolení vod

Vedle reverzní osmózy a elektrodialýzy mohou být pro odsolování použity postupy iontové vým ny, destilace (odpa ení) a vymrazování. a) Iontová vým na je vhodná p edevším pro odsolení roztok s nízkým obsahem solí. S p ibývajícím obsahem solí rostou u ní enormn náklady. Prakticky je použitelná pro koncentrace solí do 1 g.l-1. b) Elektrodialýza a reverzní osmóza jsou vhodné pro odsolení roztok s vysokým obsahem solí . Také u t chto proces je patrný nár st náklad s rostoucí koncentrací solí, nebo roste i spot eba elektrické energie, u - 34 (38) -


reverzní osmózy v souvislosti s nutností zvyšování provozního tlaku. V rozsahu koncentrace solí od 2 do 10 g.l-1 roste u obou postup spot eba elektrické energie od cca 1,0 do 10 kW.m-3. c) U destilace (odpa ení) nezávisí provozní náklady na obsahu solí. P i nízkých koncentracích je proto destilace zcela neekonomická. Je vhodná tam, kde se jedná o zakoncentrování již vysoko koncentrovaných roztok .

8.7

Autotest

1. Jaká vlastnost ástic rozhoduje o jejich záchytu na polopropustné membrán ?

a) velikost b) elektrický náboj c) polarita d) hmotnost 2. Na em závisí velikost osmotického tlaku?

a) na nadmo ské výšce b) na výšce vodního sloupce c) na charakteru zachycovaných ástic d) na rozdílu koncentrací látek na obou stranách membrány

8.8

Shrnutí

Polopropustné membrány propoušt jí molekuly vody a pak jen další ástice ur ité velikosti nebo ur itého elektrického náboje. P itom se uplat uje i p sobení adsorp ních, p ípadn i dalších sil. Membrány se rozd lují na symetrické, asymetrické a kompozitní. K membránovým proces m pat í mikrofiltrace, ultrafiltrace, nanofiltrace, reverzní osmóza a elektrodialýza.

- 35 (38) -


9

Záv r

Procesy, se kterými jste se seznámili studiem tohoto modulu, pat í k základním postup m, používaným ke speciální úprav r zných druh technologických vod, na které jsou kladeny vysoké nároky, a to zejména s ohledem na ochranu za ízení. Probrali jsme také princip korozívního p sobení vybraných látek, resp. mechanizmus tvorby nános .

- 36 (38) -

Studijní prameny

10 Studijní prameny 10.1 Seznam použité literatury [1]

Malý, J., Malá J. Chemie a technologie vody. NOEL 2000 s.r.o., Brno, 1996.

[2]

Pitter, P. Hydrochemie. Vydavatelství VŠCHT, Praha, 1999.

10.2 Odkazy na další studijní zdroje a prameny [3]

http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/applychem/watertreatme nt.html

- 37 (38) -


11

Klí

Správné odpov di k autotest m: 2.1

1b) a d)

3.1

1a), 2c) a d)

4.4

1d), 2a) a c), 3a), 4c)

5.4

1b), 2a), 3c), 4c)

6.5

1d), 2a) a b)

7.3

1d), 2b)

8.7

1a) a b), 2d)

- 38 (38) -

CHEMIE A TECHNOLOGIE VODY

Recommend Documents