Protecție împotriva calcarului și coroziunii SBZ
Datorită schimbării condițiilor de funcționare în clădirile rezidențiale și comerciale, este adesea necesar să se ia măsuri de protecție împotriva calcarului și coroziunii. Tratarea adecvată a apei poate rezolva multe dintre probleme. Acest articol arată că selectarea agentului de dozare corect și tehnologia de dozare în sine sunt de o importanță decisivă pentru succesul procesului.
Emigrația populației din regiunile structurale slabe, scăderea consumului pe cap de locuitor și tendința către gospodării unice reprezintă probleme serioase pentru alimentarea cu apă: Scăderea consumului de apă duce la timpi de retenție mai mari pentru apa din conducte. Acest lucru afectează nu numai liniile publice de aprovizionare, ci și liniile de apă menajere semnificativ supradimensionate ale clădirilor de apartamente parțial goale, hoteluri supraaglomerate, clădiri de birouri, spitale și case de bătrâni, precum și facilităților sportive și instalațiilor industriale puțin utilizate.
Pe lângă aceste aspecte de sănătate și estetice, timpii mai mari de stagnare într-o instalație de casă pot duce și la probleme tehnice. În apele dure, de exemplu, pot rezulta depozite crescute de calcar, ceea ce duce la creșterea costurilor de energie, curățare și reparații. Depunerile de var apar mai ales atunci când apa potabilă este încălzită.
Pentru a reduce creșterea Legionella, trebuie menținută o temperatură de cel puțin 60 ° C la ieșirea încălzitorului de apă potabilă în sisteme mari, în conformitate cu fișa de lucru DV 55W W 551 [10]. Chiar și în cazul etapelor de preîncălzire în care conținutul cilindrului, inclusiv etapa de preîncălzire este ≥400 l, întregul conținut al cilindrului din etapa de preîncălzire trebuie încălzit la cel puțin 60 ° C o dată pe zi. Această temperatură este recomandată și pentru sistemele mici. Aceste temperaturi sunt mai mari decât cele utilizate în trecut pentru a economisi energie. Cu toate acestea, temperaturile mai ridicate înseamnă un risc mai mare de calcificare.
Solutii posibile
Majoritatea problemelor identificate pot fi contracarate prin tratarea bine coordonată a apei. Dozarea mineralelor s-a dovedit în multe cazuri. Este important ca agentul de dozare să fie adaptat la materialul conductei și la apă.
Coroziunea la suprafață a conductelor galvanizate, care duce la formarea apei de rugină, poate fi inhibată cu o doză de ortofosfat. În funcție de duritatea apei, este necesar să se amestece ortofosfatul cu o anumită proporție de polifosfat, pentru că altfel ortofosfatul va reacționa chimic cu calciul durității apei imediat după dozare, va forma fosfat de calciu și va precipita în vecinătatea locului de injectare. Componenta polifosfat întârzie precipitațiile și transportă ingredientul activ până la sfârșitul instalației.
Componenta polifosfat are o altă funcție importantă. Protejează zona de apă caldă de depunerile de calcar. Chiar și o cantitate mică de depuneri de calcar pe suprafețele de transfer de căldură poate duce la un transfer de căldură redus și, astfel, la o cheltuială mai mare de energie. Și aici ar trebui acordată o atenție specială compoziției ingredientelor active: În funcție de temperatura și pH-ul apei, polifosfații se pot hidroliza, adică se descompun în ortofosfați, care nu au efect de stabilizare a durității. Acest lucru este deosebit de important dacă zona de apă caldă este operată la temperaturi ridicate pentru a reduce creșterea Legionella.
În instalațiile din cupru, dozarea fosfatului poate avea atât un efect pozitiv, cât și un efect negativ asupra eliberării cuprului [2]. Acest lucru depinde de calitatea apei brute și trebuie verificat în detaliu. Mijloacele de alegere pentru minimizarea eliberării cuprului sunt, prin urmare, agenți de alcalinizare. Pentru aceasta, sunt necesare preparate de ingrediente active foarte sofisticate, întrucât, pe de o parte, echilibrul var-acid carbonic al apei este întotdeauna deplasat în cazul alcalinizării și astfel pot apărea precipitații de calciu în zona locului de injectare și preparatul trebuie să rămână, de asemenea, stabil.
Influența ingredientelor active
În general, pentru tratarea apei potabile pot fi utilizate numai produse care sunt enumerate în lista substanțelor de tratat și a metodelor de dezinfecție în conformitate cu secțiunea 11 din Ordonanța privind apa potabilă din 2001 și care îndeplinesc cerințele de puritate specificate acolo. Conform acestei liste, adăugarea admisibilă de ortofosfați sau polifosfați este de 2,2 mg/l calculată ca P (fosfor). Această valoare limită poate fi convertită în valorile comune anterioare PO4 3– (fosfat) sau P2O5. Există doar un factor de conversie între aceste detalii. Se aplică următoarele: 2,2 mg/l calculat ca P corespund cu 6,7 mg/l calculat ca PO4 3– și 5,0 mg/l calculat ca P2O5
Fosfați
Minereurile fosfat naturale (apatita) sunt utilizate ca materii prime, care sunt exploatate, transformate chimic, curățate și uscate. Două tipuri de fosfați sunt folosiți în tratarea apei: așa-numiții ortofosfați și polifosfați. Ortofosfații sunt săruri ale acidului ortofosforic cu formula chimică PO4 3– (Fig. 2). Fosfatul este anionul sării și este format din elementele fosfor și oxigen. Cationul corespunzător al sării este format dintr-un ion metalic, de exemplu sodiu.
Polifosfații sunt produse de polimerizare ale acestor ortofosfați cu lungimi de lanț diferite. Figura 3 prezintă un exemplu de trifosfat (un lanț cu trei atomi de fosfor). Cu toate acestea, lanțul poate fi continuat în același mod și astfel poate deveni mult mai lung, adică poate consta din mai mulți atomi de fosfor.
Ortofosfați
Ortofosfații au un efect anticoroziv excelent asupra materialelor din fier precum fonta, oțelul și oțelul galvanizat [3, 4]. Sub influența fosfatului, se formează produse corozive stabile de fier și zinc (fier-zinc-fosfați) care îmbunătățesc stratul de suprafață. Prin îmbunătățirea formării stratului superior, este posibilă o reducere semnificativă a produselor de coroziune care intră în apă. În timp, un strat de protecție stabil al fosfatului de fier poate crește chiar și pe straturile existente de rugină și bulgări de rugină și poate contracara formarea apei de rugină.
Chiar și în cazul materialelor din cupru, coroziunea uniformă a suprafeței poate fi redusă prin adăugarea de ortofosfați [5]. În acest caz, însă, relațiile nu sunt la fel de clare ca și în cazul materialelor feroase. Conform [2], conținutul și compoziția TOC (carbon organic total) prezent în apă influențează eficacitatea fosfatului. Substanțele organice din apă (substanțe humice) pot afecta negativ formarea stratului exterior pe suprafața interioară a țevii prin încetinirea cineticii de cristalizare a malachitului. Rezultatul este concentrații mari de cupru în apă. Dacă există aceste circumstanțe, concentrația de cupru în apa stagnantă poate fi redusă prin dozarea ortofosfatului.
Eliberarea plumbului poate fi redusă și în liniile de plumb prin adăugarea de ortofosfat [6]. Cu toate acestea, nu se poate prezice dacă această măsură va reduce conținutul de plumb într-o asemenea măsură încât valoarea limită conform Ordonanței privind apa potabilă poate fi respectată. Cel puțin doza de fosfat poate servi drept măsură de legătură până când vechea instalație este înlocuită.
Polifosfați
Polifosfații au un efect pronunțat de stabilizare a durității. Conform [7], acestea pot fi utilizate până la o duritate totală de 3,8 mol/m 3 (21 ° dH) pentru a proteja împotriva formării pietrei. Polifosfații acționează ca așa-numiții inhibitori ai pragului, adică acestea împiedică constructorii de duritate să precipite în cantități sub-stoichiometrice. Nu există o legătură chimică între inhibitorul de prag și factorii de duritate, dar cinetica reacției este influențată: precipitarea varului (calcitului) este întârziată de polifosfat, în funcție de condițiile ambientale (valoarea pH-ului, temperatura etc.), posibil pe termen nelimitat . Potrivit lui Raistrick [8, 9], efectul prag poate fi explicat după cum urmează:
Ionii Ca 2+ din cristalul de calcit sunt perpendiculari pe axa de simetrie triplă la colțurile triunghiurilor echilaterale, distanțele Ca-Ca fiind de 4,96 Angstromi (0,496 nm). Molecula în formă de lanț a polifosfatului se poate atașa la planurile de rețea ale calcitului, deoarece în molecula de polifosfat distanța dintre atomii de oxigen este de 4,99 Angstromi și, astfel, aproximativ corespunde distanței Ca-Ca a cristalului de calcit (Fig. 4).
Hidroliza polifosfaților
Prin reacția cu apă, polifosfații pot fi descompuși în ortofosfați. Această reacție se numește hidroliză. Viteza reacției depinde în primul rând de tipul de polifosfat (lungimea lanțului), temperatura și pH-ul apei. Temperaturile ridicate și valoarea scăzută a pH-ului măresc viteza de reacție. Cu toate acestea, la o valoare neutră a pH-ului și la temperatura camerei, polifosfații pot rămâne stabili timp de luni până la ani. Prin urmare, este foarte important ca cea potrivită pentru o anumită aplicație să fie selectată din multitudinea de polifosfați disponibili.
Din Figura 5 se poate observa, de exemplu, că conținutul de polifosfat al produsului Quantophos F4 este hidrolizat doar cu aproximativ 25% după un timp de ședere de 8 ore la o temperatură de 70 ° C și o valoare a pH-ului de 6,5. Chiar și după 48 de ore, 50% polifosfat este încă prezent și acesta la o valoare a pH-ului de 6,5, cea mai mică valoare admisibilă a pH-ului conform Ordonanței privind apa potabilă. Testele de laborator cu Quantophos F4 au arătat că la o concentrație inițială de 1,3 mg/l fosfat (calculată ca P) această proporție este suficientă pentru a preveni ca 98 până la 100% din duritatea apei să cedeze peste 48 de ore (Fig. 6). 1,3 mg/l P corespund doar 60% din adiția permisă conform TrinkwV 2001.
Hidroliza parțială a polifosfaților este uneori chiar de dorit, deoarece ortofosfații care se formează pot acționa ca inhibitori de coroziune, așa cum s-a descris mai sus. La încălzirea apei potabile, timpul de ședere hidrodinamic în încălzitoarele de apă de stocare este cuprins între 19 și 24 de ore pentru casele unifamiliale și 2 până la 7 ore pentru casele multifamiliale.
Fosforul este vital
Componenta nutrițională a fosfaților aprobați în sectorul alimentar este fosforul. Fosforul sub formă de fosfat de calciu este componenta structurală a oaselor. În plus, fosforul este o parte importantă a membranelor celulare. Fosforul joacă un rol vital în metabolismul energetic al organismului; este crucial în producerea și stocarea energiei [9]. La copii, lipsa fosforului îi afectează prin creșterea retardată, formarea slabă a oaselor și a dinților și rahitismul. Deficitul de fosfor poate duce la pierderea în greutate, pierderea osoasă și oboseală la orice vârstă. O deficiență a fosforului poate rămâne ascunsă mult timp, deoarece fosforul este mobilizat din oase, adică este descompus. După un aport redus prelungit de fosfor, are loc așa-numita înmuiere a oaselor foamei. Experimentele pe animale au arătat că, în cazuri extreme, lipsa fosforului poate duce la moarte din cauza pierderii puterii.
Societatea germană de nutriție își asumă o necesitate zilnică de aproximativ 700 mg de fosfor pentru adulți. Femeile însărcinate și care alăptează ar trebui să mănânce puțin mai mult. Pentru acest grup de persoane, 800 până la 900 mg de fosfor sunt date ca valoare de referință. Tinerii în creștere au nevoie, de asemenea, de puțin mai mult fosfor.
Fosfat în alimente
Fosfații sunt adăugați la multe alimente ca stabilizatori și agenți de îngroșare. Figura 7 prezintă nivelurile obișnuite de fosfor din alimentele obișnuite. Conform Ordonanței privind apa potabilă, la apa potabilă se pot adăuga maximum 2,2 mg/l fosfat, calculat ca fosfor. Această cantitate este extrem de mică în comparație cu cantitățile de fosfor găsite în alimente.
Pentru a ilustra: Dacă o persoană mănâncă 60 g de brânză procesată și bea cu ea 0,25 l de lapte, a luat 566 mg de fosfor cu brânza procesată și 261 mg cu lapte. Pentru a absorbi acești 827 mg de fosfor prin apa de băut, el ar trebui să bea 376 litri de apă tratată.
Tehnologie de dozare
Când apa este extrasă, un contor de apă de contact măsoară cantitatea de apă care curge. Contorul de apă de contact trimite un impuls către o pompă de dozare controlată electronic la un anumit interval (2 litri sunt obișnuiți). Acest impuls declanșează o lovitură de dozare, prin care o cantitate definită de ingredient activ este dozată în conducta de apă. Cu toate acestea, la alegerea tehnologiei de dozare, planificatorul ar trebui să rețină că este necesară o secțiune foarte lungă a țevii pentru a menține acești 2 litri (Fig. 8). Este ușor de văzut că, chiar și cu o conductă DN 25 cu un interval de impuls de 2 l, o cursă de măsurare are loc doar pe o conductă de 4 m. Cu alte cuvinte, la o distanță de 4 m, un dop de agent de dozare împinge prin sistemul de țevi. Prin urmare, tehnologia de dozare optimizată este deosebit de importantă.
Un sistem cu motor pas cu pas este utilizat în tehnologia de dozare medo de la BWT (Fig. 9). Fiecare cursă de dozare este împărțită în 48 de etape individuale. Acest lucru asigură faptul că ingredientul activ este amestecat uniform în timpul dozării. Acest lucru asigură faptul că agenții de dozare își pot dezvolta în mod optim efectul în ceea ce privește formarea stratului protector și stabilizarea varului. Datorită tehnologiei motorului pas cu pas, pompa dozatoare poate fi combinată cu apometre de contact cu un interval de impulsuri foarte mic. De exemplu, ingredientele active BWT Quantophos pot fi combinate cu o pompă dozatoare BWT Medo-II până la un debit volumic de apă de 30 m 3/h cu un contor de apă de contact cu un interval de impuls de 0,25 l.
O dozare minerală pentru a evita deteriorarea coroziunii și formarea de piatră în sistemele de apă potabilă din clădirile rezidențiale și comerciale este metoda aleasă, mai ales dacă există o combinație nefavorabilă de material pentru țevi, valoarea pH-ului și compoziția apei și valorile limită actuale din Ordonanța privind apa potabilă pentru metalele grele nu sunt respectate. va fi. Selecția agentului de dozare corect și, de asemenea, tehnologia de dozare în sine sunt de o importanță decisivă pentru succesul procesului (Fig. 10). Este important ca dozarea să fie automatizată și ca agentul de dozare să fie adăugat continuu. Setarea corectă a dozei poate fi determinată în orice moment printr-o analiză a apei.
[1] Umweltbundesamt, Kinder-Umwelt-Survey 2003/2006, apă potabilă - conținut de element în apa potabilă menajeră din gospodăriile cu copii din Germania; C. Schultz și colab.
[2] Jürgen Dartmann, Thorsten Dorsch, Klaus Johannsen: Influența unei modificări a pH-ului și a dozajului de fosfat asupra coroziunii cuprului în conductele de apă potabilă, 2006
[3] DIN EN 12502 Protecția împotriva coroziunii materialelor metalice. Instrucțiuni pentru estimarea probabilității de coroziune în sistemele de distribuție și stocare a apei. Partea 3: Factori de influență pentru materialele din fier zincat la cald. Berlin: Beuth Verlag, martie 2005
[4] Dr. rer. nat. Johann Wilhelm Erning, Institutul Federal pentru Cercetarea și Testarea Materialelor: Protecția împotriva coroziunii prin aditivi. Berlin: al 19-lea seminar Mülheim privind tehnologia apei, 1 martie 2005
[5] DIN EN 12502 Protecția împotriva coroziunii materialelor metalice. Instrucțiuni pentru estimarea probabilității de coroziune în sistemele de distribuție și stocare a apei. Partea 2: Factori influenți pentru cupru și aliaje de cupru. Berlin: Beuth Verlag, martie 2005
[6] DIN 50930 Coroziunea materialelor metalice în interiorul conductelor, containerelor și aparatelor atunci când este expusă la coroziunea apei, partea 6 Influența asupra calității apei potabile. Berlin: Beuth Verlag, august 2001
[7] VDI 6001, renovarea instalațiilor sanitare - apă potabilă, fișa 1. Berlin: Beuth Verlag iulie 2004
[8] M.N. Elliot, Controlul scalei prin prag, Desalinizare; 8, 221-236, 1970
[9] Organizația mondială a sănătății: nutrienți în apa potabilă, 2005
[10] Fișa de lucru DV 55W W 551, sisteme de încălzire a apei potabile și conducte de apă potabilă; Măsuri tehnice pentru reducerea creșterii Legionella; Planificarea, construcția, exploatarea și renovarea instalațiilor de apă potabilă. Bonn: wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH, aprilie 2004