Leonardo da Vinci Project
Udržitelný rozvoj v průmyslových prádelnách Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3
Zdroje a příprava vody
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
1
Obsah Role vody během pracího procesu Tvrdost vody Vliv tvrdosti vody na prací proces a na textilie Těžké kovy Vliv těžkých kovů na prací proces a na textilie
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
2
Cíle Po zvládnutí této kapitoly budete:
Umět popsat vlastnosti vody Vědět a umět vysvětlit úlohu vody během pracího procesu Vědět co znamená tvrdost vody Vědět jaký efekt má tvrdost vody na prací proces Vědět jaký efekt má tvrdost vody na prané prádlo Znát, které těžké kovy se vyskytují v pracím procesu Schopni diskutovat vliv těžkých kovů na prací proces
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
3
Voda - vlastnosti
bezbarvá kapalina chemický vzorec H2O úhlově uspořádaná molekula nepravidelné rozložení náboje dipól
interakce s jinými dipóly nebo ionty vodíkové vazby polární rozpouštědlo
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
4
Role vody během pracího procesu Role vody Rozpouštědlo - pro špínu rozpustnou ve vodě - pro detergent
Přenos energie na textilie - mechanickou energií (pohybem lázně) - tepelnou energií (zahříváním lázně)
Transport - detergentů do textilií - špíny z textilií
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
5
Látky rozpuštěné ve vodě Přírodní voda obsahuje v různých množstvích rozpuštěné látky. Jsou to převážně: -
oxid uhličitý, dusík a oxid siřičitý ze vzduchu soli vápníku, hořčíku a železa stopy jiných alkalických sloučenin chloridy, sírany, forsfáty, křemičitany kyselé sloučeniny z půdy. Bakterie
Tyto látky mohou negativně působit v různých částech prádelny. Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
6
Látky rozpuštěné ve vodě Vápenaté a hořečnaté soli mohou ničit mýdlo, inaktivovat povrchově aktivní činidla; Kyslík a oxid uhličitý způsobují korozi ve vařáku a potrubí; Sloučeniny železa zabarvují textilie atp. Tyto látky se tedy musí v maximální možné míře odstraňovat. - pečlivá analýza vodního zdroje je nutná k rozhodnutí, která metoda je v konkrétním případě nejvhodnější k jejich odstraňování.
Hlavním zdrojem potíží je tvrdost vody.
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
7
Požadavky na stav vody pro prádelny
Čistá voda bez zápachu Nulová tvrdost nebo tvrdost přibližující se nule Minimální obsah kovů / Fe, Mn, Cu -
Fe < 0,1 mg/l; Mn < 0,03 mg/l; Cu < 0,05 mg/l bez Fe (max. 0,1 mg/L) Fe max. 0,1 mg/l (tedy žádné Fe)
pH mezi 6 – 9,5
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
8
Definice tvrdosti vody I Tvrdost vody – množství iontů alkalických zemin v milimolech na litr vody Co jsou kovy alkalických zemin? Skupina kovů alkalických zemin (2. skupina v periodické tabulce prvků): -
Berylium Hořčík Vápník Stroncium Barium Radium
Nejdůležitější prvky s ohledem na tvrdost vody
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
9
Definice tvrdosti vody II
Míra tvrdosti vody: Stupeň tvrdosti 1 mmol CaO/l = 56 mg CaO/l = 5.6 °d 1 °d = 10 mg CaO/l = 0.18 mmol CaO/l °d = N ěmecký stupeň tvrdosti °e = Anglický stupeň tvrdosti °f = Francouzský stupeň tvrdosti
Modul 1 „Voda v prádelnách”
1 °d = 1.25 °e = 1.79 °f
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
10
Stupnice tvrdosti
mmol/L
°d
WH I
0 - 1,3
0-7
0 – 5,6
0 – 3,9
WH II
1,3 - 2,5
7 - 14
5,6 – 11,2
3,9 – 7,82
WH III
2,5 - 3,8
14 - 21
11,2 -16,8
7,82 – 11,73
WH IV
> 3,8
> 21
> 16,8
> 11,73
Modul 1 „Voda v prádelnách”
°e
°f
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
11
Tvrdost vody podle původu Původ
z jezer z řek pramenitá voda podzemní voda vodovodní voda
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Tvrdost měkká měkká měkká až tvrdá měkká až tvrdá měkká až tvrdá
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
12
Tvrdost vody
Tvrdost vody je způsobena rozpuštěnými anorganickými solemi - vápníku, hořčíku - železa a manganu jako hydrogen- a normální uhličitany - sírany a chloridy.
Existují dva typy tvrdosti: - Přechodná (karbonátová) tvrdost - Trvalá (nekarbonátová) tvrdost
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
13
Celková tvrdost vody
Celková tvrdost = Přechodná tvrdost + Trvalá tvrdost
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
14
Přechodná tvrdost vody Přechodná (karbonátová) tvrdost je způsobena přítomností hydrogenuhličitanů lze ji odstranit zahřátím. Po zahřátí se část oxidu uhličitého vypaří, hydrogenuhličitany se přemění na špatně rozpustné normální uhličitany a ty koagulují ve formě vloček (vytváří tzv. kotelní kámen).
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
15
Trvalá tvrdost vody Trvalá (nekarbonátová) tvrdost - nelze odstranit zahříváním. - Ostatní soli kovů alkalických zemin (chloridy, sírany, …) jsou dobře rozpustné.
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
16
Přechodná a trvalá tvrdost Přechodná tvrdost (karbonátová tvrdost) - Ca-/Mg-hydrogenuhličitany - Při t > 60 °C: srážení hydrogenuhli čitanů ve formě uhličitanů - Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2
Trvalá tvrdost (Nekarbonátová tvrdost ) - Ca-/Mg- sírany - Ca-/Mg- chloridy - Ca-/Mg- dusičnany
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
17
Vliv tvrdosti vody na účinnost praní
60
Detergent 1
Washing efficiency [%]
50
Detergent 2
40
Detergent 3
30
20
10
0 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
o
water hardness[ d]
Účinnost praní se vždy snižuje s rostoucí tvrdostí vody bez ohledu na použití různých typů detergentu.
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
18
Tvrdost vody a potřebné dávkování pracího prostředku
120
washing efficiency [%]
100 80 60
koncetrace pracího prostředku 2 [g/dm3] koncetrace pracího prostředku 5 [g/dm3]
40 20 0 0
5
10
15
20
25
30
35
water hardness [od]
V případě vyšší tvrdosti vody je nutné výrazně zvýšit koncentraci detergentu. Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
19
Anorganický kotelní kámen I
T > 60 °C srážení uhličitanu vápenatého a hořečnatého
Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2 Uhličitan vápenatý
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
20
Anorganický kotelní kámen II Zbytky uhličitanu vápenatého a hořečnatého vedou k - šednutí prádla, - vysoký obsah popela - mechanické poškození vláken (jako výsledek působení hran mikrokrystalů) - usazeniny na stěnách trubek a elektrických topných hadech (usazeniny kotelního kamene) způsobují - ucpávání trubek - poškozování elektrických topných hadů
Viz obrázky na dalších obrazovkách Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
21
Anorganický kotelní kámen III
původní Modul 1 „Voda v prádelnách”
S usazeninami kotelního kamene Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
22
Anorganický kotelní kámen IV
Topný had s usazeninami kotelního kamene Mikrokrystaly Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
23
Anorganické inkrustace Za přítomnosti mýdel nebo detergentů na bázi mýdla tvoří ionty vápníku a hořčíku s mýdlem nerozpustné soli mýdla usazeniny vysráženého mýdla snížená koncentrace látek aktivních v praní v prací lázni vyšší spotřeba detergentu Prostoupení částic špíny do prádla během srážení způsobuje šednutí vytvoření hydrofobního filmu na povrchu vláken snížený příjem vody prádlem
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
24
Těžké kovy Neexistuje obecná definice co jsou to těžké kovy. Obvykle mluvíme o: Železu (Fe), mědi (Cu), olovu (Pb), zinku (Zn), niklu (Ni), cadmiu (Cd), chromu (Cr) Degradace těžkých kovů znamená silnou zátěž pro životní prostředí Zdroje těžkých kovů: voda, koroze potrubí a zásobníků, parní potrubí, textilní zboží, akumulace těžkých kovů v textiliích.
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
25
Těžké kovy ve vodě Přítomnost v původním zdroji vody Koncentrace těžkých kovů v povrchové vodě může kolísat v rozsahu několika řádů v krátkých časových intervalech v závislosti na podmínkách, Zvláště škodlivé pro prací proces jsou ionty Fe2+, Mn2+, Cu2+ Jedinou uspokojivou metodou je upravovat vodu tak, aby se odstranilo železo a mangan, což obvykle zahrnuje: - provzdušňování a filtraci - případně s dávkováním chemikálií po provzdušňování.
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
26
Těžké kovy ve vodě Koroze potrubí a nádrží Velmi měkká voda z veřejného zdroje nebo měkčená voda jsou relativně korozívní To může vést k napadení železného potrubí a zásobníků, zvláště tehdy, když voda také obsahuje rozpuštěné plyny.
Prevence zásobníky a potrubí se mohou upravovat křemičitanem sodným (vodním sklem) a tím zabránit odlupování rzi ve formě vloček. Odpovídající množství je 15 mg/dm3,
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
27
Těžké kovy Železo z parního potrubí skvrny železa na prádle mohou být způsobeny částicemi železité rzi vyfouknutými ze zkorodovaného parního potrubí na prádlo během praní tato potíž se někdy vyskytuje poté, co starý systém byl narušen instalací nového stroje Řešení náhrada starého systému je pravděpodobně jedinou cestou k odstranění těchto potíží
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
28
Těžké kovy v textilním zboží Textilní zboží někdy obsahuje těžké kovy, které se pak přenášejí do praní Těžké kovy mohou rušit prací a bělicí proces, Těžké kovy se vyskytují ve špíně a padajícím prachu (Cd, Pb, Zn, Mn, Fe a Ni). Mohou se vyskytovat také v barvivech (Cr, Ni, Cu, and Co). Některé nebarvené vlny při prvém převzetí fakticky obsahují železo, Vlna je náchylnější k malým stopám železa ve vodě ve srovnání s bavlnou a lnem, Vlna má schopnost akumulovat železo z jednoho praní do druhého.
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
29
Důsledky přítomnosti těžkých kovů na praní a bělení ukládání na textilie, žloutnutí textilií, katalytický rozklad peroxidů (destrukce bělícího procesu) depolymerace celulózy.
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
30
Důsledky přítomnosti těžkých kovů na praní a bělení Ukládání těžkých kovů na textilie. Ionty těžkých kovů (Fe2+, Mn2+) se za přítomnosti alkálií oxidují a ukládají se na textilie. 2 Fe(HCO3)2 + H2O + ½ O2 → 2 Fe(OH)3 ↓ + 4 CO2 ↑ 2 Mn (HCO3)2 + 2 H2O + O2 → 2 Mn(OH)4 ↓ + 4 CO2 ↑ Mn(OH)4 → MnO2 + 2 H2O
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
31
Důsledky přítomnosti těžkých kovů na praní a bělení Žloutnutí textilií Obecné nažloutlé zabarvení může vznikat následujícími cestami: - přítomností železa, manganu a mědi v původním zdroji vody, - železo z praného materiálu
Skvrnité žluté zabarvení může vznikat: - ze spláchnutí železné rzi do vody, - ze železa z parního potrubí
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
32
Důsledky přítomnosti těžkých kovů na praní a bělení Katalytický rozklad peroxidů během bělení za přítomnosti iontů přechodných kovů (zvláště Fe3+, Mn2+ a Cu2+) Prevence - vodný roztok peroxidu vodíku se musí stabilizovat komplexačními činidly, čímž se izolují kationty přechodných kovů
Depolymerace celulózy Katalytický rozklad působený ionty kovů může urychlovat bělení a rozklad peroxidu během praní a bělení a způsobovat depolymeraci celulózy, Přítomnost kovových částic pocházejících z člunkových stavů může dokonce vést ke vzniku oxycelulózy, což později vede k proděravění textilie. Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
33
Vliv iontů železa v ve vodě na máchání na žloutnutí bavlněných textilií 34
yellowing index [%]
32 30 28 26 24 22 20 18 16
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
Fe concentration [g/l]
Žloutnutí textilie je způsobeno vyšší koncentrací iontů železa ve vodě.
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
34
Změny ve žloutnutí bavlněné textilie prané ve vodě o různé tvrdosti
Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
35
Vliv koncentrace iontů Mn4+ na účinnosti praní 100
účinnost praní [%]
90 80 70 60 50 40
Koncentrace pracího prostředku 2g/l
30 20
Koncentrace pracího prostředku 5g/l
10 0 0
5
10
15
20
25
30
koncentrace Mn4+ [mg/l]
Účinnost praní je také ovlivňována obsahem iontů Mn. Stejná úroveň účinnosti praní se udrží výrazným zvýšením koncentrace detergentu. Modul 1 „Voda v prádelnách”
Kapitola 3 „Zdroje a příprava vody”
36
