dedurizare
10
In Romania, regimul chimic al apei pentru cazane de abur, apa calda si apa fierbinte este reglementat de catre Prescriptia Tehnica ISCIR PT C 2-2003, care stabileste cerintele tehnice minime obligatorii pentru asigurarea functionarii in siguranta a acestor echipamente. Intre acestea, este obligatorie alimentarea cu apa avand indici de calitate specifici, ce se pot obtine prin instalarea unei statii de dedurizare (sau, in cazul cazanelor acvatubulare sau cu temperaturi de functionare ridicate, a unei instalatii de demineralizare). Baza procesului de dedurizare a apei pe baza schimbului de ioni consta transformarea ionilor de calciu si magneziu din sarurile dizolvate in apa in ioni de natriu. Sarurile de natriu nu provoaca calcar nici in prezenta caldurii ! Baza functionarii chimice a instalatiei este caracteristica de schimbare a ionilor datorita rasinei cationice introduse. Aceasta caracteristica a rasinii se datoreaza grupurilor active cu valenta neutra instalate in compusul purtator sintetic neutru. Pe parcursul functionarii, rasina sintetica schimbatoare de ioni, incarcata cu natriu, va transforma permanent ionii de calciu si magneziu ai apei in ioni de natriu. Acest proces este dedurizarea propriu zisa, care continua pana cand grupele active ale rasinei contin natriu. Rasina schimbatoare de ioni se incarca pe parcursul functionarii cu ioni de calciu si magneziu iar aceasta se considera descarcata. Rasina descarcata trebuie regenerata. Pe parcursul regenerarii ionii de calciu si magneziu sunt indepartati de pe grupurile active ale rasinii, si se inlocuiesc cu ioni de natriu. Din cauza afinitatii diferite acest proces se poate realiza doar in cazul unui surplus semnificativ de natriu. In practica, pe parcursul regenerarii vom trece prin rasina schimbatoare de ioni o solutie de NaCl (saramura, preparata de statia de dedurizare in procesul de regenerare). Din aceasta solutie natriul se va atasa grupurilor active ale rasinii, calciul si magneziul eliminat se
Transcript of dedurizare
In Romania, regimul chimic al apei pentru cazane de abur, apa calda si apa fierbinte este reglementat de catre Prescriptia Tehnica ISCIR PT C 2-2003, care stabileste cerintele tehnice minime obligatorii pentru asigurarea functionarii in siguranta a acestor echipamente. Intre acestea, este obligatorie alimentarea cu apa avand indici de calitate specifici, ce se pot obtine prin instalarea unei statii de dedurizare (sau, in cazul cazanelor acvatubulare sau cu temperaturi de functionare ridicate, a unei instalatii de demineralizare).
Baza procesului de dedurizare a apei pe baza schimbului de ioni consta transformarea ionilor de calciu si magneziu din sarurile dizolvate in apa in ioni de natriu.
Sarurile de natriu nu provoaca calcar nici in prezenta caldurii !
Baza functionarii chimice a instalatiei este caracteristica de schimbare a ionilor datorita rasinei cationice introduse. Aceasta caracteristica a rasinii se datoreaza grupurilor active cu valenta neutra instalate in compusul purtator sintetic neutru.
Pe parcursul functionarii, rasina sintetica schimbatoare de ioni, incarcata cu natriu, va transforma permanent ionii de calciu si magneziu ai apei in ioni de natriu. Acest proces este dedurizarea propriu zisa, care continua pana cand grupele active ale rasinei contin natriu. Rasina schimbatoare de ioni se incarca pe parcursul functionarii cu ioni de calciu si magneziu iar aceasta se considera descarcata. Rasina descarcata trebuie regenerata. Pe parcursul regenerarii ionii de calciu si magneziu sunt indepartati de pe grupurile active ale rasinii, si se inlocuiesc cu ioni de natriu.
Din cauza afinitatii diferite acest proces se poate realiza doar in cazul unui surplus semnificativ de natriu. In practica, pe parcursul regenerarii vom trece prin rasina schimbatoare de ioni o solutie de NaCl (saramura, preparata de statia de dedurizare in procesul de regenerare). Din aceasta solutie natriul se va atasa grupurilor active ale rasinii, calciul si magneziul eliminat se ataseaza ionilor de clorura si impreuna in procesul de regenerare ajung in canalizare.
Pe langa calciu si magneziu apa mai contine si numeroase alte elemente. Daca dintre toate acestea continutul de fier (maxim 0,1 mg/l) si mangan (maxim 0,04 mg/l) este ridicat, rasina schimbatoare de ioni poate suferi defectiuni partial reversibile sau partial ireversibile.
Fierul si manganul daca sunt peste limita admisa acestia in timp se depun pe rasina iar acesteia ii va scadea capacitatea de schimb ionic.
De ce este necesara dedurizarea?
Depunerile se formeaza prin precipitarea carbonatilor continuti in apa, mai ales a carbonatilor de Calciu si Magneziu, ca urmare a cresterii temperaturii apei.
Slaba conductivitate termica a calcarului (de cca. 100 de ori mai mica decat a fierului si de cca. 600 de ori mai mica decat a cuprului) face ca el sa se comporte ca un izolant termic optim; in consecinta, pentru a obtine un acelasi randament termic, este necesara o temperatura mai ridicata a apei si deci un consum mai mare de combustibil. S-a calculat ca o depunere generalizata de calcar cu grosimea de 2 mm provoaca o crestere a consumului de combustibil cu 25%!
Depunerile calcaroase tind sa se formeze, in mare parte, pe suprafetele metalice de schimb termic (cazane, centrale termice murale, schimbatoare de caldura, boilere, rezistentelor masinilor de spalat, etc.); grosimea depunerilor este extrem de neuniforma, provocand variatii notabile ale temperaturilor in diferite puncte ale suprafetelor de schimb termic, ca si solicitari diferentiate ale metalului.
In afara unei durate mai mici de viata a instalatiei, ele duc si la necesitatea unor interventii mai frecvente pentru repararea si/sau inlocuirea componentelor instalatiei.
Exemple de depunere in tevi
In acelasi timp, aceste depuneri se formeaza si pe conductele instalatiilor de incalzire sau ale instalatiilor sanitare, ducand la reducerea sectiunii lor si deci la debite reduse si pierderi de presiune mari. In cazuri extreme, se ajunge chiar si la obturarea completa a tevilor.
Alte efecte datorate depunerilor sunt blocarea vanelor si a robinetelor, stimularea aparitiei fenomenelor corozive (in cazul conductelor de apa potabila aceasta poate duce la concentratii marite de cadmiu, cupru, plumb si zinc in apa), aparitia de sarcini electrice anormale.
In sfarsit, trebuie mentionate toate inconvenientele intalnite in ambientul “domestic”: utilizarea apei dure face hainele si parul aspre si opace, pielea este mai uscata, intrucat calcarul tinde sa obtureze porii (este de altfel in derulare un studiu al Universitatii din Nottingham cu privire la corelatia dintre apa dura si apartia exemelor la copii), gustul si aromele mancarurilor si bauturilor preparate cu apa dura sunt modificate si mai putin placute, este necesar sa se mareasca doza de detergent pentru spalat, etc. In legatura cu acest ultim aspect, trebuie semnalata o dezvoltare “ecologica” a fenomenului, intrucat utilizarea apei dedurizate permite sa se utilizeze si apoi sa se evacueze o cantitate mai mica de detergenti ce ar putea contine substante poluante (fosfati, etc).
Apa dedurizata poate avea deci numeroase utilizari atat in domeniul civil cat si in cel industrial, respectiv oriunde ea are posibilitatea de a provoca inconvenientele enumerate mai sus.
In domeniul civil se dedurizeaza (cel putin partial) chiar si apa potabila, fie pentru avantajele de tip “igienico-sanitar” (mirosul si moliciunea hainelor si a parului spalate cu apa dedurizata), cat si pentru a feri de depuneri instalatiile (masini de spalat, boilere, centrale termice, robinete, baterii, etc).
Trebuie totusi subliniat ca dedurizarea apei nu trebuie interpretata (asa cum se intampla deseori) ca o purificare sau o potabilizare a apei, intrucat cu exceptia duritatii, toate celelalte caracteristici raman neschimbate, inclusiv continutul total de saruri (se elimina calciul si magneziul, dar sunt inlocuite cu sodiu).
Treapta de tratare mecanica
Apa bruta intra in statie prin filtrele mecanice ,care retin particulele fine existente in apa.
Filtrele mecanice cu pat de nisip cuartos sunt destinate retinerii din apa a suspensiilor solide care dau turbiditate apei de tipul: nisip, mal, rugina, etc. Acest lucru se realizeaza la trecerea apei prin mediul
filtrant format din mai multe straturi de nisip cuartos cu diferite granulatii. Viteza optima de filtrare este cuprinsa intre 20 m3/m2/h si 40 m3/m2/h, astfel randamentul de filtrare este invers proportional cu viteza de filtrare si direct proportional cu dimensiunea filtrului. Procesul de spalare inversa a mediului filtrant este necesar cand caderea de presiune pe filtru atinge 0.8-1.0 bar si consta in spalarea inversa a patului filtrant de jos in sus, spalare in care impuritatile retinute sunt indepartate.
Acest proces este urmat de o scurta pauza de decantare pentru a permite patului de filtrare sa se aseze in pozitia corecta, sub actiunea gravitatiei.
Treapta de tratare chimica
Statia folosita pentru tratarea apei este o statie de tipul SML/SMH tip 2002
fabricata de Eurowater/Danemarca si realizeaza atat dedurizarea cat si dezalcalinizarea apei si este cu functionare automata programata pentru a initia procesul de regenerare in functie de cantitatea de apa dedurizata/dezalcalinizata.Instalatia cuprinde o treapta pentru reducerea alcalinitatii m a apei brute si o treapta pentru dedurizare.
Cele doua coloane ale statiei de dedurizare se regenereaza succesiv si proportional cu consumul de apa.
Dedurizarea este procesul prin care se elimină din apă calciul şi magneziul. Asa cum am aratat mai sus, aceste două elemente, în prezenţa bicarbonaţilor, sunt cauzele principale ale depunerilor calcaroase.
Dedurizarea se realizează prin trecerea apei prin straturi de răşini schimbatoare de ioni. Răşinile conţinute în coloane schimbă ionii de sodiu (Na+) cu care sunt încărcate cu ionii de calciu şi magneziu (Ca++ şi Mg++).
Echilibrul ionic al rasinilor
R-Na + Ca ↔ R-Ca + Na
rasina in forma sodiu calciu rasina in forma calciu (sodiu) , (regenerata) ,(epuizata).
Când răşinile se epuizează, adică sunt complet încărcate cu ioni de Ca++ şi Mg++ şi lipsite de ioni de Na+ pe care să-I schimbe, este necesară regenerarea lor.
Regenerarea reprezintă refacerea nivelului de Na+ în răşini; acesta este disponibil în regenerantul clorură de sodiu (NaCl), cunoscut şi drept sare de bucătărie. Schimbul se realizează cu ionii de Ca++ şi Mg++ acumulaţi anterior de răşini, care sunt evacuaţi ulterior în faza de spălare.
Saramura necesara regenerarii se prepara automat de catre statia de dedurizare plecând de la sare pastile.
Regenerarea rasinii epuizate implica patru cicluri :
1.AFANARE
Reprezinta operatia de eliminare la canal a impuritatilor acumulate in coloana.
Bobina nr.1 este aclansata si se observa un puternic curent de apa pe circuitul de evacuare a apei la canalizare.
2.INCARCAREA RASINII CU IONI DE SODIU
Este faza in care statia absoarbe saramura din vasul de saramura.Sarurile de magneziu si de calciu sunt evacuate la canal iar rasina se incarca cu ioni de sodiu.Bobinele nr 1 si 2 sunt aclansate.Apa curge la canalizare.
3.SPALAREA LENTA
Dupa ce toata cantitatea de saramura necesara a fost absorbita din vas,se efectueaza o spalare lenta pentru indepartarea sarurilor de calciu si magneziu din rasina precum si a surplusului de saramura.
Bobinele 1 si 2 sunt aclansate in continuare si apa trebuie sa curga la canalizare.
4.SPALAREA RAPIDA
In timpul acestui proces un curent rapid de apa recopmacteaza rasina din coloana de dedurizare si reumple vasul de saramura ,pregatind-ul pentru un nou ciclu.
De durata setata pentru operatia de spalare rapida depinde cantitatea de apa reintrodusa in vasul de saramura si in consecinta depinde si cantitatea de saramura ce va fi folosita la o noua operatie de regenerare.
Bobina nr.2 este aclansata ,drept urmare se va observa un curent puternic de apa la canalizare.
PERIOADA DE FUNCTIE
Dupa ce operatia de regenerare a fost terminata coloana trece automat in operare si poate deduriza apa .Ambele bobine sunt declansate.
▲ Statia de tratarea a apei contine in afara de coloana de deduruzare si coloana de dezalcalinizare.
Aceasta treapta reduce alcalinitatea m a apei brute,inaintea de a intra in treapta de dedurizare.
Treapta de dezalcalinizare este formata dintr-un filtru echipat cu rasina cationica slab acida ,avand grupe carboxilice-COOH .Aceasta rasina elimina din apa bicarbonatii,care formeaza alcalinitatea m a apei astfel:
2R-COOH +Ca(HCO3)2 → R-COO)2Ca +2H2O+ 2CO2
Din reactia de schimb ionic rezulta apa si dioxid de carbon.Pentru regenerare se foloseste o solutie slaba de acid clorhidric de cca 2%.In cazul regenerarii reactia care are loc este:
R-COO)2Ca+ 2HCl→ 2R-COOH+ CaCl2
La iesirea din filtrul cationic slab acid apa mai are o alcalinitate remananta m de cca 0.5mval/l si o duritate remanenta egala cu duritatea permanenta a apei plus 0.5mval/l.
Ciclurile de functionare a coloanei de dezalcalinizare sunt oarecum similare cu cele a coloanei de dedurizare.
1.AFANARE
Reprezinta operatia de eliminare la canal a impuritatilor acumulate in coloana.
Bobina nr.1 este aclansata si se observa un puternic curent de apa pe circuitul de evacuare a apei la canalizare.
2.REGENERAREA RASINII
Este faza in care statia absoarbe acid clorhidric din vasul de consum .Rasina incarcata cu carbonati este tratata cu acid clorhidric care trece prin ejectorul statiei unde se produce si diluarea la cca 2% .Bobinele nr 1 si 2 sunt aclansate.Apa acida curge la canalizare.
3. SPALAREA LENTA
Dupa ce toata cantitatea acid necesara a fost absorbita din vas,se efectueaza o spalare lenta pentru indepartarea sarurilor de calciu din rasina precum si a surplusului de acid.
Bobinele 1 si 2 sunt aclansate in continuare si apa trebuie sa curga la canalizare.
4.SPALAREA RAPIDA
In timpul acestui proces un curent rapid de apa recompacteaza rasina din coloana de dezalcalinizare.
De durata setata pentru operatia de spalare rapida depinde calitatea recompactarii.Bobina nr.2 este aclansata ,drept urmare se va observa un curent puternic de apa la canalizare.
Pe perioada de functie statia este dotata cu doua dispozitive de urmarire a fluxului de apa denumite rotametre.
Pentru ca din reactia de dezalcalinizare rezulta si CO2 este necesara inlaturarae lui din apa.Acest lucru se realizeaza cu ajutorul decarbonatorului care consta dintr-un turn umplut cu inele Raschig, peste cere apa se scurge si din sens invers se sufla aer.
Aerul necesar este obtinut cu ajutorul unei suflante de aer (ventilator) montat pe corpul decarbonatorului.Dioxidul de carbon este eliminat in afara spatiului printr-o conducta din pvc situata la partea superioara a decarbonatorului.
La intrarea in statie s-au prevazut baterii de filtre fine pentru ca eventualele scapari de cuart din filtrele mecanice sa nu afecteze buna functionare a vanelor cu cinci cicluri ale celor doua coloane.
