Защита срещу варовик и корозия SBZ
Поради променящите се условия на работа в жилищни и търговски сгради, често е необходимо да се вземат мерки за защита срещу варовик и корозия. Правилното пречистване на водата може да реши много от проблемите. Тази статия показва, че изборът на правилния дозиращ агент и самата технология на дозиране са от решаващо значение за успеха на процеса.
Емиграцията на населението от структурно слаби региони, намаляването на потреблението на глава от населението и тенденцията към единични домакинства създават сериозни проблеми за водоснабдяването: Падащото потребление на вода води до по-дълги времена на задържане на водата в тръбопроводите. Това засяга не само линиите за обществено снабдяване, но и значително големите битови водопроводи на частично празни жилищни сгради, недопълнени хотели, офис сгради, болници и домове за възрастни хора, както и на малко използвани спортни съоръжения и индустриални съоръжения.
В допълнение към тези здравословни и естетически аспекти, по-дългите времена на стагнация в инсталацията на къща също могат да доведат до технически проблеми. Например в твърда вода могат да се получат увеличени отлагания от варовик, което води до увеличени разходи за енергия, почистване и ремонт. Варови отлагания се получават главно при нагряване на питейната вода.
За да се намали растежа на легионела, трябва да се поддържа температура от най-малко 60 ° C на изхода на бойлера за питейна вода в големи системи в съответствие с работен лист DVGW W 551 [10]. Дори в случай на етапи на предварително нагряване, при които съдържанието на цилиндъра, включително етапа на предварително нагряване е ≥400 l, цялото съдържание на цилиндъра в етапа на предварително нагряване трябва да се нагрява до най-малко 60 ° C веднъж на ден. Тази температура се препоръчва и за малки системи. Тези температури са по-високи от тези, използвани в миналото за спестяване на енергия. По-високите температури обаче означават по-висок риск от калциране.
Възможни решения
Повечето от идентифицираните проблеми могат да бъдат преодолени с добре координирано пречистване на водата. Дозировката на минерали се е доказала в много случаи. Важно е дозиращият агент да е съобразен с материала на тръбата и водата.
Корозионната повърхност на поцинкованите тръбопроводи, която води до образуване на ръжда, може да бъде инхибирана с дозировка на ортофосфат. В зависимост от твърдостта на водата е необходимо ортофосфатът да се смеси с определено съотношение на полифосфат, тъй като в противен случай ортофосфатът ще реагира химически с калция от твърдостта на водата веднага след дозиране, образува калциев фосфат и се утаява в близост до мястото на инжектиране. Полифосфатният компонент забавя утаяването и транспортира активната съставка до края на инсталацията.
Полифосфатният компонент поема друга важна функция. Той предпазва зоната с топла вода от варовикови отлагания. Дори малко количество варовик върху повърхностите за пренос на топлина може да доведе до намален топлообмен и по този начин до по-висока консумация на енергия. И тук трябва да се обърне специално внимание на състава на активните съставки: В зависимост от температурата и рН на водата полифосфатите могат да хидролизират, т.е. те се разлагат до ортофосфати, които нямат ефект на стабилизиране на твърдостта. Това е особено важно, ако зоната с гореща вода се експлоатира при повишени температури, за да се намали растежа на легионела.
В инсталации, изработени от мед, дозировката на фосфат може да има както положителен, така и отрицателен ефект върху отделянето на мед [2]. Това зависи от качеството на суровата вода и трябва да се провери подробно. Следователно средствата за избор за минимизиране на отделянето на мед са алкализиращи агенти. За това са необходими много усъвършенствани препарати с активни съставки, тъй като от една страна балансът на варо-въгленовата киселина на водата винаги се променя в случай на алкализиране и по този начин може да се получи утаяване на калций в областта на мястото на инжектиране и препаратът също трябва да остане стабилен.
Влияние на активните съставки
По принцип за пречистване на питейна вода могат да се използват само продукти, които са изброени в списъка на пречистващите вещества и методите за дезинфекция в съответствие с раздел 11 от Наредбата за питейната вода от 2001 г. и които отговарят на изискванията за чистота, посочени там. Съгласно този списък допустимото добавяне на орто- или полифосфати е 2,2 mg/l, изчислено като P (фосфор). Тази гранична стойност може да бъде преобразувана в предишните общи стойности PO4 3– (фосфат) или P2O5. Между тези подробности има само коефициент на преобразуване. Прилага се следното: 2,2 mg/l, изчислено като P, съответства на 6,7 mg/l, изчислено като PO4 3– и 5,0 mg/l, изчислено като P2O5
Фосфати
Като суровини се използват естествено срещащи се фосфатни руди (апатит), които се добиват, химически се преобразуват, почистват и изсушават. При пречистването на водата се използват два вида фосфати: така наречените ортофосфати и полифосфати. Ортофосфатите са соли на ортофосфорната киселина с химическа формула PO4 3– (фиг. 2). Фосфатът е анионът на солта и се състои от елементите фосфор и кислород. Съответният катион на солта се образува от метален йон, например натрий.
Полифосфатите са продукти на полимеризацията на тези ортофосфати с различна дължина на веригата. Фигура 3 показва пример за три-фосфат (верига с три фосфорни атома). Въпреки това, веригата може да бъде продължена по същия начин и по този начин да стане много по-дълга, т.е.може да се състои от много повече фосфорни атоми.
Ортофосфати
Ортофосфатите имат отличен антикорозионен ефект върху железни материали като чугун, стомана и поцинкована стомана [3, 4]. Под въздействието на фосфат се образуват стабилни продукти на корозия на желязо и цинк (желязо-цинкови фосфати), които подобряват повърхностния слой. Чрез подобряване на образуването на горния слой е възможно значително намаляване на продуктите от корозия, които попадат във водата. С течение на времето стабилен защитен слой от железен фосфат може дори да расте върху съществуващите слоеве ръжда и ръжда и да противодейства на образуването на вода от ръжда.
Дори и с медни материали, равномерната корозия на повърхността може да бъде намалена чрез добавяне на ортофосфати [5]. В този случай обаче връзките не са толкова ясни, колкото при черните материали. Според [2] съдържанието и съставът на TOC (общ органичен въглерод), присъстващ във водата, влияе върху ефективността на фосфата. Органичните вещества във водата (хуминови вещества) могат да повлияят отрицателно на образуването на външния слой на вътрешната повърхност на тръбата, като забавят кинетиката на кристализация на малахита. Резултатът е висока концентрация на мед във водата. Ако тези обстоятелства съществуват, концентрацията на мед в застоялата вода може да бъде намалена чрез дозиране на ортофосфат.
Отделянето на олово също може да бъде намалено в оловните линии чрез добавяне на ортофосфат [6]. Не може обаче да се предвиди дали тази мярка ще намали съдържанието на олово до такава степен, че да може да се спази граничната стойност съгласно Наредбата за питейната вода. Поне дозата на фосфата може да служи като мост, докато старата инсталация не бъде заменена.
Полифосфати
Полифосфатите имат подчертан ефект на стабилизиране на твърдостта. Според [7] те могат да се използват до обща твърдост от 3,8 mol/m 3 (21 ° dH) за защита срещу образуване на камъни. Полифосфатите действат като така наречените прагови инхибитори, т.е. те предотвратяват утаяването на строители на твърдост в субстехиометрични количества. Няма химическа връзка между праговия инхибитор и изградителите на твърдост, но кинетиката на реакцията се влияе: утаяването на вар (калцит) се забавя от полифосфат, в зависимост от условията на околната среда (рН стойност, температура и т.н.), вероятно за неопределено време . Според Raistrick [8, 9] праговият ефект може да се обясни по следния начин:
Йоните Ca 2+ в калцитния кристал са перпендикулярни на тройната ос на симетрия в ъглите на равностраните триъгълници, като разстоянията Ca-Ca са 4,96 ангстрема (0,496 nm). Подобната на верига молекула на полифосфата може да се прикрепи към решетъчните равнини на калцита, тъй като в молекулата на полифосфата разстоянието между кислородните атоми е 4,99 ангстрема и по този начин приблизително съответства на разстоянието Са-Са на калцитния кристал (фиг. 4).
Хидролиза на полифосфати
Реагирайки с вода, полифосфатите могат да се разградят до ортофосфати. Тази реакция се нарича хидролиза. Скоростта на реакцията зависи преди всичко от вида на полифосфата (дължината на веригата), температурата и рН на водата. Високите температури и ниската стойност на pH увеличават скоростта на реакцията. При неутрална стойност на pH и при стайна температура обаче полифосфатите могат да останат стабилни в продължение на месеци до години. Следователно е много важно подходящият за конкретното приложение да бъде избран от множеството налични полифосфати.
От Фигура 5 може да се види, например, че съдържанието на полифосфат в продукта Quantophos F4 се хидролизира само около 25% след време на престой от 8 часа при температура 70 ° С и стойност на рН 6,5. Дори и след 48 часа, 50% полифосфат все още присъства и това при стойност на рН 6,5, най-ниската допустима стойност на рН съгласно Наредбата за питейната вода. Лабораторните тестове с Quantophos F4 показват, че при първоначална концентрация от 1,3 mg/l фосфат (изчислено като P) тази пропорция е достатъчна, за да се предотврати пропадането на 98 до 100% от твърдостта на водата в продължение на 48 часа (фиг. 6). 1,3 mg/l P отговарят само на 60% от допустимото добавяне според TrinkwV 2001.
Частична хидролиза на полифосфатите понякога е дори желателна, тъй като образуващите се ортофосфати могат да действат като инхибитори на корозията, както е описано по-горе. При нагряване на питейна вода, хидродинамичното време на престой в бойлерите за съхранение е в диапазона от 19 до 24 часа за еднофамилни къщи и 2 до 7 часа за многофамилни къщи.
Фосфорът е жизненоважен
Хранителният компонент на одобрените в хранителния сектор фосфати е фосфорът. Фосфорът под формата на калциев фосфат е структурният компонент на костите. Освен това фосфорът е важна част от клетъчните мембрани. Фосфорът играе жизненоважна роля в енергийния метаболизъм на тялото; той е от решаващо значение за производството и съхранението на енергия [9]. При децата липсата на фосфор ги засяга чрез забавен растеж, лошо формиране на костите и зъбите и рахит. Недостигът на фосфор може да доведе до загуба на тегло, загуба на кост и умора на всяка възраст. Дефицитът на фосфор може да остане скрит за дълго време, тъй като фосфорът се мобилизира от костите, т.е.разгражда се. След продължителен намален прием на фосфор настъпва така нареченото гладно омекотяване на костите. Експериментите с животни показват, че в екстремни случаи липсата на фосфор може да доведе до смърт поради загуба на сила.
Германското общество по хранене приема дневна нужда от около 700 mg фосфор за възрастни. Бременните и кърмещите жени трябва да ядат малко повече. За тази група хора като референтна стойност са дадени 800 до 900 mg фосфор. Отглеждащите младежи също се нуждаят от малко повече фосфор.
Фосфат в храната
Фосфатите се добавят към много храни като стабилизатори и сгъстители. Фигура 7 показва обичайните нива на фосфор в обикновените храни. Съгласно Наредбата за питейната вода към питейната вода може да се добавят максимум 2,2 mg/l фосфат, изчислен като фосфор. Това количество е изключително малко в сравнение с количествата фосфор, открити в храната.
За илюстрация: Ако човек яде 60 g топено сирене и изпие 0,25 l мляко с него, той е приел 566 mg фосфор с топеното сирене и 261 mg с млякото. За да усвои тези 827 mg фосфор чрез питейна вода, той ще трябва да изпие 376 литра пречистена вода.
Технология на дозиране
Когато водата се изтегли, контактният водомер измерва количеството вода, преминаваща през. Контактният водомер изпраща импулс към електронно управлявана дозираща помпа на определен интервал (често се срещат 2 литра). Този импулс предизвиква инсулт на дозиране, при което определено количество от активната съставка се дозира във водопровода. При избора на технология на дозиране обаче, специалистът по планиране трябва да отбележи, че е необходим много дълъг участък на тръбата, за да побере тези 2 литра (фиг. 8). Лесно е да се види, че дори при тръбопровод DN 25 с импулсен интервал от 2 l, измервателният ход се извършва само на 4 m тръбопровод. С други думи, на разстояние 4 м, запушалка на дозиращия агент се изтласква през тръбната система. Следователно оптимизираната техника на дозиране е особено важна.
В технологията за дозиране на medo от BWT се използва стъпков двигател (фиг. 9). Всеки инсулт на дозиране е разделен на 48 отделни стъпки. В резултат на това активната съставка се смесва равномерно по време на дозирането. Това гарантира, че дозиращите агенти могат оптимално да развият своя ефект по отношение на образуването на защитен слой и стабилизиране на вар. Благодарение на технологията на стъпковия двигател, дозиращата помпа може да се комбинира с контактни водомери с много малък импулсен интервал. Например, активните съставки BWT Quantophos могат да се комбинират с дозираща помпа BWT Medo-II до обем на водата 30 m 3/h с контактен водомер с импулсен интервал от 0,25 l.
Дозировката на минерала за избягване на корозионни повреди и образуване на камъни в системи за питейна вода в жилищни и търговски сгради е методът на избор, особено ако има неблагоприятна комбинация от материал на тръбата, рН стойност и състав на водата и настоящите гранични стойности на Наредбата за питейната вода за тежки метали не са спазени би било. Изборът на правилния дозиращ агент и самата технология на дозиране са от решаващо значение за успеха на процеса (фиг. 10). Важно е дозирането да е автоматизирано и дозиращото средство да се добавя непрекъснато. Правилната настройка на дозата може да бъде определена по всяко време чрез анализ на водата.
[1] Umweltbundesamt, Kinder-Umwelt-Survey 2003/2006, питейна вода - съдържание на елементи в битова питейна вода от домакинства с деца в Германия; C. Schultz et al.
[2] Юрген Дартман, Торстен Дорш, Клаус Йохансен: Влияние на промяната на рН и дозата на фосфатите върху корозията на медта в тръбите за питейна вода, 2006 г.
[3] DIN EN 12502 Защита от корозия на метални материали - Инструкции за оценка на вероятността от корозия в системите за разпределение и съхранение на вода - Част 3: Влиятелни фактори за горещо поцинковани железни материали. Берлин: Beuth Verlag, март 2005 г.
[4] Д-р обратно нат. Йохан Вилхелм Ърнинг, Федерален институт за изследване и изпитване на материали: Защита от корозия чрез добавки. Берлин: 19-ти семинар по водни технологии в Мюлхайм, 1 март 2005 г.
[5] DIN EN 12502 Защита от корозия на метални материали - Инструкции за оценка на вероятността от корозия в системите за разпределение и съхранение на вода - Част 2: Влиятелни фактори за мед и медни сплави. Берлин: Beuth Verlag, март 2005 г.
[6] DIN 50930 Корозия на метални материали във вътрешността на тръбопроводи, контейнери и апарати при излагане на корозия от вода, Част 6 Влияние върху качеството на питейната вода. Берлин: Beuth Verlag, август 2001 г.
[7] VDI 6001, обновяване на санитарни помещения - питейна вода, лист 1. Берлин: Beuth Verlag, юли 2004 г.
[8] М.Н. Elliot, Контрол на скалата чрез прагова обработка, обезсоляване; 8, 221-236, 1970
[9] Световна здравна организация: Хранителни вещества в питейната вода, 2005 г.
[10] Работен лист DVGW W 551, отопление на питейна вода и тръбопроводни системи за питейна вода; Технически мерки за намаляване на растежа на легионела; Планиране, изграждане, експлоатация и обновяване на инсталации за питейна вода. Бон: wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH, април 2004 г.