Uzdatnianie wody - Odgazowanie (1).doc

Przedmiot: Uzdatnianie wody

Temat ćwiczenia:  Odgazowanie wody

WPROWADZENIE

W naturalnych wodach powierzchniowych dwutlenek węgla pochodzi głównie z atmosfery lub procesów mineralizacji substancji organicznych, w wodach podziemnych natomiast z procesów geochemicznych. Pochłanianie dwutlenku węgla z atmosfery obserwuje się przede wszystkim w morzach, a bardzo rzadko w wodach powierzchniowych rzecznych, które zawierają dwutlenek węgla zwykle w większych ilościach, niż wymaga tego stan rów­nowagi w atmosferze. Dlatego w wodach rzecznych obserwuje się na ogól proces odwrotny - wydzielanie dwutlenku węgla do atmosfery. Na zmniejszanie zawartości dwutlenku węg­la w wodach naturalnych mają ponadto wpływ również procesy, w których dwutlenek węg­la wchodzi w reakcje chemiczne (np. rozpuszczanie skal węglanowych) lub zużywany jest w procesie fotosyntezy przez roślinność wodną. Zawartość dwutlenku węgla w wodach na­turalnych zmienia się w bardzo szerokich granicach - od kilku mg/1 (rzeki i jeziora) do kil­kuset, a nawet kilku tysięcy mg/1 (wody mineralne).

Gazowy dwutlenek węgla rozpuszczony w wodzie, nazywany wolnym dwutlenkiem węgla, tylko w niewielkim stopniu reaguje z wodą, tworząc zdysocjowany kwas węglowy. Sumaryczna zawartość wolnego dwutlenku węgla oraz związanego dwutlenku węgla sta­nowi ogólny dwutlenek węgla. Związany dwutlenek węgla znajduje się w wodzie pod pos­tacią wodorowęglanów HCO3- i węglanów CO2. Postać, w jakiej dwutlenek węgla wystę­puje w wodach naturalnych, zależy od ich odczynu. Ilustrują to dane zamieszczone w tabeli 1.

Praktycznie można przyjąć, że przy pH < 4 dwutlenek węgla w wodzie występuje całkowicie w postaci gazowej, a przy wzroście pH > 8,3 zanika wolny CO2 i pojawia się CO2 związany w postaci wodorowęglanowej i węglanowej.

Tabela 1 Występowanie różnych form dwutlenku węgla w zależności od pH wody

Cześć wolnego dwutlenku węgla, niezbędna do utrzymania w roztworze rozpuszczo­nego wodorowęglanu wapniowego w myśl równania

Ca(HCO3)2 ® CaCO3 + H2O + CO2

nazywa się dwutlenkiem węgla równowagi węglanowo-wapniowej lub po prostu przyna­leżnym dwutlenkiem węgla. W miarę zwiększania się w wodzie stężenia wodorowęglanów (twardości węglanowej) ilość niezbędnego dwutlenku węgla przynależnego wzrasta. Część wolnego dwutlenku węgla, która stanowi nadmiar w stosunku do dwutlenku węgla przyna­leżnego, nazywa się agresywnym dwutlenkiem węgla i ten dwutlenek węgla wykazuje agresywne działanie w stosunku do betonu i metali. Z tych względów obecność tego nad­miaru dwutlenku węgla w wodach naturalnych jest niepożądana. Z higienicznego punktu widzenia dwutlenek węgla nie ma większego znaczenia w ocenie wód podziemnych, nato­miast jeżeli chodzi o wody powierzchniowe, daje niekiedy pewne wskazówki co do stopnia zanieczyszczenia wody substancjami organicznymi oraz procesów w niej zachodzących.

Zasadowość wody jest to zdolność wody do zobojętniania kwasów mineralnych. Właś­ciwość tę nadają wodzie obecne w niej wodorowęglany, węglany, wodorotlenki oraz wy­stępujące w niewielkich ilościach krzemiany, borany i fosforany.

Stabilność, korozyjność i agresywność wody

Stabilność i korozyjność wody to wskaźniki ważne przy ocenie przydatności wody do ce­lów przemysłowych, jak również przy dystrybucji wody do picia i potrzeb gospodarczych. Woda naturalna odznacza się często niekorzystnymi własnościami agresywnymi i korozyj­nymi. Własności te powodowane są przede wszystkim obecnością jonów i związków nie­organicznych występujących w różnych stosunkach ilościowych uzależnionych od charak­teru i pochodzenia hydrogeochemicznego wody. W procesach uzdatniania wód naturalnych metodami chemicznymi (np. przez koagulację, wymianę jonową, chlorowanie) obserwuje się często potęgowanie agresywności i korozyjności, związane z wprowadzeniem czynni­ków zmieniających skład wody i naruszających stan równowagi węglanowo-wapniowej lub zwiększających zawartości szkodliwie oddziałujących jonów.

Niszczące działanie wody sprowadza się do agresywnego wpływu na beton oraz koro­zyjnego oddziaływania na metale, głównie żelazo i stal. Agresywność w stosunku do beto­nu polega przede wszystkim na reakcjach zachodzących między tzw. agresywnym dwutlen­kiem węgla oraz węglanem wapnia i węglanem magnezu, w rezultacie których następuje związanie CO2 i utworzenie rozpuszczalnych wodorowęglanów, naruszających strukturę i własności mechaniczne atakowanego tworzywa. Korozyjne działanie na metale obejmuje złożone procesy elektrochemiczne. Żaden ze składników wody nie pozostaje obojętny w stosunku do metalu i może przyspieszać lub opóźniać jego korozję. Nawet woda destylowana, szczególnie w wysokich temperaturach, powoduje korozją i to w tym większym stopniu, im wyż­sza jest temperatura, albowiem pH wody maleje ze wzrostem temperatu­ry, jak to widać na wykresie zależ­ności pH wody od temperatury (rys. 1). Spadek pH wody ze wzrostem tem­peratury jest szczególnie znaczny w zakresie temperatur od 0°C do 100°C. Od 100° do 200°C pH spada już nieznacznie, a powyżej 200° praktycznie już się dalej nie zmienia.O szybkości korozji decyduje wzajemny stosunek zawartych w wodzie składników ochronnych i korozyjnych. Wpływ składu wody na szybkość korozji metali według Chandlera przestawiono w tabeli 2.

Rys. 1. Zależność pH wody destylowanej od temperatury

Coraz częściej zwraca się uwagę na zwiększone własności korozyjne wód zanieczysz­czonych. Jest to związane z wyższą od przeciętnych zawartością soli mineralnych, których ilość ulega dodatkowo podwyższeniu w wyniku uzdatniania wody znacznymi dawkami ko­agulantów. Jednocześnie następuje zwykle obniżenie odczynu wody i indeksu nasycenia oraz wzrost zawartości wolnego, a nawet pojawienie się agresywnego dwutlenku węgla. Z innych czynników wpływających na intensywność procesów korozji wymienić można:

a.              Szybkość przepływu - wzrost szybkości do pewnej wartości powoduje przyspie­szenie korozji w związku ze zwiększeniem dostępu tlenu do metalu. Dalsze zwiększenie szybkości przepływu może zmniejszyć korozję ze względu na pasywację metalu i tworze­nie się warstw tlenków w przypadku intensywnego dopływu tlenu. Duża szybkość przepły­wu powoduje ponownie wzrost intensywności korozji wskutek mechanicznego uszkadza­nia strumieniami wody warstw ochronnych.

Tabela 2. Wpływ składu wody na szybkość korozji metali według Chandlera