Захист від накипу та корозії SBZ
Через мінливі умови експлуатації в житлових та комерційних будівлях часто доводиться вживати заходів для захисту від вапняного нальоту та корозії. Правильна обробка води може вирішити багато проблем. Ця стаття показує, що вибір правильного дозуючого агента, а також сама технологія дозування мають вирішальне значення для успіху процесу.
Еміграція населення із структурно слабких регіонів, падіння споживання на душу населення та тенденція до одиноких домогосподарств створюють серйозні проблеми для водопостачання: Падіння споживання води призводить до збільшення часу утримання води в трубопроводах. Це позначається не тільки на лініях загального постачання, але і на значно великих лініях водопостачання частково порожніх багатоквартирних будинків, малолюдних готелів, адміністративних будівель, лікарень та будинків для престарілих, а також мало використовуваних спортивних та промислових об'єктів.
На додаток до цих аспектів здоров'я та естетики, більший час застою в установці будинку також може призвести до технічних проблем. Наприклад, у жорсткій воді може призвести до збільшення відкладень вапняного нальоту, що призводить до збільшення витрат енергії, очищення та ремонту. Відкладення вапна виникають головним чином при нагріванні питної води.
Щоб зменшити ріст легіонели, на виході з водонагрівача питної води у великих системах необхідно підтримувати температуру щонайменше 60 ° C згідно з робочим листом DVGW W 551 [10]. Навіть у випадках стадій попереднього нагрівання, в яких вміст балона, включаючи стадію попереднього нагрівання, становить ≥400 л, весь вміст балона в стадії попереднього нагрівання повинен бути нагрітий щонайменше до 60 ° C один раз на день. Ця температура також рекомендується для невеликих систем. Ці температури вищі, ніж у минулому для економії енергії. Однак більш висока температура означає більший ризик кальцифікації.
Можливі рішення
Більшості виявлених проблем можна подолати добре скоординовану очистку води. Дозування мінералів зарекомендувало себе у багатьох випадках. Важливо, щоб дозуючий засіб відповідало матеріалу труби та воді.
Корозійну поверхню оцинкованих трубопроводів, яка призводить до утворення іржі, може бути загальмована дозуванням ортофосфату. Залежно від жорсткості води, необхідно змішувати ортофосфати з певною часткою поліфосфату, оскільки в іншому випадку ортофосфат буде хімічно вступати в реакцію з кальцієм твердості води відразу після дозування, утворюючи фосфат кальцію та осад поблизу місця ін’єкції. Поліфосфатний компонент затримує осадження і транспортує діючу речовину до кінця установки.
Поліфосфатний компонент бере на себе ще одну важливу функцію. Він захищає ділянку гарячої води від відкладень вапняного нальоту. Навіть незначна кількість вапняних відкладень на поверхнях теплопередачі може призвести до зменшення тепловіддачі і, отже, до більших витрат енергії. Тут також слід звернути особливу увагу на склад діючих речовин: Залежно від температури та рН води, поліфосфати можуть гідролізуватися, тобто вони розкладаються до ортофосфатів, які не мають ефекту стабілізації твердості. Це особливо важливо, якщо зона гарячої води працює при підвищених температурах, щоб зменшити ріст легіонели.
Для установок, виготовлених з міді, дозування фосфату може мати як позитивний, так і негативний вплив на виділення міді [2]. Це залежить від якості необробленої води і потребує детальної перевірки. Отже, засобами вибору для мінімізації виділення міді є лужні речовини. Для цього необхідні дуже складні препарати активних інгредієнтів, оскільки, з одного боку, вапняно-вуглекислий баланс води завжди зміщується у разі залуження, і, отже, осадження кальцію може відбуватися в районі місця ін'єкції, і препарат також повинен залишатися стабільним.
Вплив активних інгредієнтів
Загалом для очищення питної води можуть використовуватися лише ті продукти, які перелічені у списку речовин для очищення та методів дезінфекції відповідно до розділу 11 Постанови про питну воду 2001 року та відповідають вимогам до чистоти, зазначеним там. Згідно з цим переліком, допустиме додавання ортофосфатів або поліфосфатів становить 2,2 мг/л, розраховане як Р (фосфор). Це граничне значення можна перетворити на загальноприйняті раніше значення PO4 3– (фосфат) або P2O5. Існує лише коефіцієнт перерахунку між цими деталями. Застосовується наступне: 2,2 мг/л, розраховані як P, відповідають 6,7 мг/л, розраховані як PO4 3–, і 5,0 мг/л, розраховані як P2O5
Фосфати
В якості сировини використовують природні фосфатні руди (апатит), які видобувають, хімічно перетворюють, очищають та сушать. Для обробки води використовують два типи фосфатів: так звані ортофосфати та поліфосфати. Ортофосфати - це солі ортофосфорної кислоти з хімічною формулою PO4 3– (рис. 2). Фосфат є аніоном солі і складається з елементів фосфору та кисню. Відповідний катіон солі утворюється іоном металу, наприклад натрієм.
Поліфосфати - це продукти полімеризації цих ортофосфатів з різною довжиною ланцюга. На малюнку 3 показаний приклад трифосфату (ланцюга з трьома атомами фосфору). Однак ланцюг може продовжуватися аналогічно і, таким чином, стає набагато довшим, тобто він може складатися з набагато більше атомів фосфору.
Ортофосфати
Ортофосфати мають чудовий антикорозійний ефект на залізні матеріали, такі як чавун, сталь та оцинкована сталь [3, 4]. Під впливом фосфату утворюються стійкі продукти корозії заліза та цинку (залізо-цинк-фосфати), які покращують поверхневий шар. Завдяки поліпшенню формування верхнього шару можливе значне зменшення продуктів корозії, що потрапляють у воду. З часом стійкий захисний шар фосфату заліза може навіть проростати на існуючих шарах іржі та іржі та протидіяти утворенню іржавої води.
Навіть із мідними матеріалами рівномірну корозію поверхні можна зменшити додаванням ортофосфатів [5]. Однак у цьому випадку взаємозв'язки не такі чіткі, як із чорними матеріалами. Згідно з [2], вміст і склад TOC (загального органічного вуглецю), що присутній у воді, впливає на ефективність фосфату. Органічні речовини у воді (гумінові речовини) можуть негативно впливати на утворення зовнішнього шару на внутрішній поверхні труби, уповільнюючи кінетику кристалізації малахіту. Результат - висока концентрація міді у воді. Якщо ці обставини існують, концентрацію міді у стоячій воді можна зменшити шляхом дозування ортофосфату.
Вивільнення свинцю також можна зменшити в лініях свинцю, додавши ортофосфат [6]. Однак не можна передбачити, чи зменшить цей захід вміст свинцю до такої міри, що можна дотримуватись граничної величини згідно з Постановою про питну воду. Принаймні дозування фосфату може служити мостиком, поки не буде замінена стара установка.
Поліфосфати
Поліфосфати мають виражену стабілізуючу твердість дію. Відповідно до [7], їх можна використовувати до загальної твердості 3,8 моль/м 3 (21 ° dH) для захисту від утворення каменів. Поліфосфати діють як так звані порогові інгібітори, тобто запобігають випаданню осаджень компонентів твердості в субстехіометричних кількостях. Між пороговим інгібітором та затверджувачами немає хімічного зв’язку, але на кінетику реакції впливає: осадження вапна (кальциту) затримується поліфосфатом, залежно від умов навколишнього середовища (значення рН, температури тощо), можливо необмежено довго . Згідно з Рейстріком [8, 9], пороговий ефект можна пояснити наступним чином:
Іони Ca 2+ у кристалі кальциту перпендикулярні потрійній осі симетрії в кутах рівносторонніх трикутників, відстані Ca-Ca становлять 4,96 ангстрем (0,496 нм). Подібна ланцюгом молекула поліфосфату може прикріпитися до гратчастих площин кальциту, оскільки в молекулі поліфосфату відстань між атомами кисню становить 4,99 ангстрем і, таким чином, приблизно відповідає відстані Са-Са до кристалу кальциту (рис. 4).
Гідроліз поліфосфатів
Реагуючи з водою, поліфосфати можуть розщеплюватися на ортофосфати. Ця реакція називається гідролізом. Швидкість реакції залежить насамперед від типу поліфосфату (довжина ланцюга), температури та рН води. Високі температури та низьке значення рН збільшують швидкість реакції. Однак при нейтральному значенні рН та при кімнатній температурі поліфосфати можуть залишатися стабільними протягом місяців-років. Тому дуже важливо, щоб серед безлічі доступних поліфосфатів був обраний правильний для конкретного застосування.
З малюнка 5 видно, наприклад, що вміст поліфосфату у продукті Quantophos F4 гідролізується лише приблизно на 25% після 8 годин перебування при температурі 70 ° C та значенні рН 6,5. Навіть через 48 годин 50% поліфосфату все ще присутній, і це при значенні рН 6,5, найнижчому допустимому значенні рН згідно з Постановою про питну воду. Лабораторні випробування на квантофосі F4 показали, що при початковій концентрації 1,3 мг/л фосфату (розрахованого як Р) цієї пропорції достатньо, щоб запобігти виходу з ладу 98-100% жорсткості води протягом 48 годин (рис. 6). 1,3 мг/л Р відповідають лише 60% допустимого додавання згідно TrinkwV 2001.
Частковий гідроліз поліфосфатів іноді навіть бажаний, оскільки ортофосфати, які утворюються, можуть діяти як інгібітори корозії, як описано вище. При нагріванні питної води тривалість гідродинамічного перебування в накопичувальних водонагрівачах становить від 19 до 24 годин для одноквартирних будинків та від 2 до 7 годин для багатоквартирних будинків.
Фосфор життєво важливий
Харчовим компонентом фосфатів, затверджених у харчовій галузі, є фосфор. Фосфор у формі фосфату кальцію є структурним компонентом кісток. Крім того, фосфор є важливою частиною клітинних мембран. Фосфор відіграє життєво важливу роль в енергетичному обміні організму; він має вирішальне значення у виробництві та зберіганні енергії [9]. У дітей дефіцит фосфору впливає на затримку росту, погане формування кісток і зубів, рахіт. Дефіцит фосфору може призвести до втрати ваги, втрати кісткової тканини та втоми в будь-якому віці. Дефіцит фосфору може залишатися прихованим протягом тривалого часу, оскільки фосфор мобілізується з кісток, тобто розщеплюється. Після тривалого зниженого споживання фосфору відбувається так зване розм’якшення кісток голодом. Експерименти на тваринах показали, що в крайніх випадках нестача фосфору може призвести до смерті через втрату сили.
Німецьке товариство харчування передбачає щоденну потребу близько 700 мг фосфору для дорослих. Вагітним жінкам, які годують груддю, слід їсти трохи більше. Для цієї групи людей в якості еталонного значення наводиться від 800 до 900 мг фосфору. Молодняку, який зростає, також потрібно трохи більше фосфору.
Фосфат в їжі
Фосфати додаються до багатьох продуктів харчування як стабілізатори та загусники. На рисунку 7 показано звичайний рівень фосфору в звичайних продуктах харчування. Згідно з Постановою про питну воду, до питної води можна додавати максимум 2,2 мг/л фосфату, розрахованого як фосфор. Ця кількість надзвичайно мала в порівнянні з кількістю фосфору, що міститься в їжі.
Для ілюстрації: Якщо людина з’їдає 60 г плавленого сиру і випиває разом з ним 0,25 л молока, вона прийняла 566 мг фосфору з плавленим сиром і 261 мг з молоком. Щоб засвоїти ці 827 мг фосфору через питну воду, йому доведеться випити 376 літрів очищеної води.
Технологія дозування
Коли вода відводиться, контактний водомір вимірює кількість води, що протікає. Контактний лічильник води подає імпульс до електронно керованого дозуючого насоса з певним інтервалом (2 літри є загальними). Цей імпульс викликає інсульт дозування, завдяки якому певна кількість активного інгредієнта дозується у водопровід. Однак, вибираючи технологію дозування, планувальник повинен врахувати, що для розміщення цих 2 літрів потрібен дуже довгий відрізок труби (рис. 8). Неважко помітити, що навіть на трубопроводі DN 25 з інтервалом імпульсів 2 л, дозуючий хід відбувається лише на 4-метровому трубопроводі. Іншими словами, на відстані 4 м через систему труб проштовхується пробка дозуючого агента. Тому оптимізована технологія дозування є особливо важливою.
У технології дозування medo від BWT використовується система крокових двигунів (рис. 9). Кожен інсульт дозування розділений на 48 окремих етапів. Як результат, активний інгредієнт рівномірно змішується під час дозування. Це гарантує, що дозуючі речовини можуть оптимально розвивати свій ефект з точки зору формування захисного шару та стабілізації вапна. Завдяки технології крокового двигуна дозуючий насос можна поєднувати з контактними лічильниками води з дуже малим інтервалом імпульсів. Наприклад, активні інгредієнти BWT Quantophos можна поєднувати з дозуючим насосом BWT Medo-II до обсягу витрати води 30 м 3/год з контактним лічильником води з інтервалом імпульсів 0,25 л.
Дозування мінеральних речовин для уникнення корозійних пошкоджень та утворення каменів у системах питної води в житлових та комерційних будівлях є методом вибору, особливо якщо є несприятливе поєднання матеріалу труб, значення рН та складу води, а в даний час не дотримуються граничні значення Положення про питну воду для важких металів було б. Вибір правильного дозуючого агента, а також сама технологія дозування мають вирішальне значення для успіху процесу (рис. 10). Важливо, щоб дозування було автоматизовано, а дозуючий засіб додавали постійно. Правильне встановлення дозування можна визначити в будь-який час за допомогою аналізу води.
[1] Umweltbundesamt, Kinder-Umwelt-Survey 2003/2006, питна вода - вміст елементів у побутовій питній воді з домогосподарств з дітьми в Німеччині; К. Шульц та співавт.
[2] Юрген Дартман, Торстен Дорш, Клаус Йоганнсен: Вплив зміни рН та дози фосфату на корозію міді в трубах питної води, 2006 р.
[3] DIN EN 12502 Захист від корозії металевих матеріалів - Інструкції з оцінки ймовірності корозії в системах розподілу та зберігання води - Частина 3: Вплив факторів для оцинкованих гарячим способом оцинкованих матеріалів. Берлін: Beuth Verlag, березень 2005 р
[4] Доктор вип. нац. Йоганн Вільгельм Ернінг, Федеральний інститут досліджень та випробувань матеріалів: Захист від корозії за допомогою добавок. Берлін: 19-й семінар водних технологій у Мюльхаймі, 1 березня 2005 р
[5] DIN EN 12502 Захист від корозії металевих матеріалів - Інструкції з оцінки ймовірності корозії у системах розподілу та зберігання води - Частина 2: Впливні фактори для міді та мідних сплавів. Берлін: Beuth Verlag, березень 2005 р
[6] DIN 50930 Корозія металевих матеріалів у внутрішній частині трубопроводів, контейнерів та апаратів під впливом корозії від води, Частина 6 Вплив на якість питної води. Берлін: Beuth Verlag, серпень 2001 р
[7] VDI 6001, оновлення санітарних систем - питна вода, аркуш 1. Берлін: Beuth Verlag, липень 2004 р
[8] М.Н. Елліот, контроль накипу шляхом порогової обробки, опріснення; 8, 221-236, 1970
[9] Всесвітня організація охорони здоров’я: Поживні речовини в питній воді, 2005
[10] Робочий лист DVGW W 551, системи опалення питної води та трубопроводи питної води; Технічні заходи щодо зменшення зростання легіонели; Планування, будівництво, експлуатація та оновлення установок питної води. Бонн: wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH, квітень 2004