Úvod Filtrační technologie Tvrdost
Tvrdost
I přesto, že je termín tvrdost vody z hlediska moderní hydrochemie zastaralý a nepřesný, mezi širokou i odbornou veřejností je natolik vžitý, že se s ním setkáváme zcela běžně i dnes. Pojem tvrdá voda nebyl nikdy jednoznačně definován, obecně se však pod tímto označením rozumí koncentrace všech vícemocných kationtů kovů alkalických zemin. Především součet dvoumocných kationtů vápníku a hořčíku (Ca2+ / Mg2+). Přispět mohou také další prvky jako např. baryum, stroncium, mangan, železo a další.
Koncentrace všech minerálů obsažených ve vodě, včetně vápníku a hořčíku, závisí zejména na geologickém podloží čerpané vody. Obsah minerálů se tak může razantně lišit oblast od oblasti. Pakliže zdroj vody pochází z vápenatého podloží, bude se vyznačovat vyšší „tvrdostí“, než voda protékající žulovou horninou.
Negativní účinky tvrdé vody se projevují především jako tzv. vodní a kotelní kámen, který ulpívá v podobě pevného povlaku na povrchu rozvodů, armatur, zásobníků a všech částech instalovaných zařízení se kterými přijde voda do styku. Následkem je pak postupné snižování průtoku, výkonu a trvanlivosti spotřebičů, zvýšení el. spotřeby a v neposlední řadě zarůstání (inkrustace) potrubí. Žádoucí není ani velmi měkká voda, která bývá agresivní a urychluje korozi materiálů jí podléhajících.
Ze zdravotního hlediska je pro lidský organismus vyšší obsah vápníku a hořčíku spíše blahodárný, má ovšem také přímou souvislost s vysušováním pokožky a následnými problémy v podobě atopických ekzémů i dalších dermatologických onemocnění. Provedené studie o vlivu na zdraví člověka se ve výši koncentrace a vzájemném poměru Ca/Mg neshodují. Vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 83/2014 Sb. hodnotu koncentrace vápníku a hořčíku nestanovuje, pouze doporučuje a to v rozmezí 2-3,5 mmol/l.
Celková tvrdost vody se dělí na karbonátovou (přechodnou) a nekarbonátovou (trvalou/stálou). Konkrétní výše tvrdosti vody může být vyhodnocena rozbory v laboratoři, nebo také testery (kapátka/papírky/měřáky) k tomu určenými.
Karbonátová (přechodná) tvrdost je tvořena hydrogenuhličitanem vápenatým Ca(HCO3)2 a hydrogenuhličitanem hořečnatým Mg(HCO3)2. Tyto soli jsou ve vodě za normálních podmínek dobře rozpustné, ovšem při zvýšené teplotě se mění rovnováha mezi oxidem uhličitým, pH a hydrogenuhličitany a přetvářejí se na nerozpustný uhličitan vápenatý (CaCO3) a uhličitan hořečnatý (MgCO3). Tyto uhličitany se projevují jako tzv. „vodní kámen“, nebo také „kotelní kámen“, usazující se nejen na teplonosných plochách zařízení a potrubí. Vysrážením těchto látek koncentrace vápenatých a hořečnatých iontů ve vodě klesá (dekarbonizace) a tvrdost vody se tím logicky snižuje.
Ca(HCO3)2 --> CaCO3 + H2O + CO2 | Mg(HCO3)2 --> MgCO3 + H2O + CO2
Nekarbonátová (trvalá) tvrdost se změnou teploty nebo tlaku nemění a její soli se zahříváním nevysráží, zůstávají v rozpustné formě a dále přetrvávají ve vodě. Z tohoto důvodu je tvrdostí trvalou/stálou. Nekarbonátová tvrdost je tvořena jinými vápenatými a hořečnatými solemi, než hydrogenuhličitany. Jsou jimi především sírany (síran vápenatý CaSO4 a síran hořečnatý MgSO4), ale také chloridy, dusičnany a křemičitany. Vysrážení této tvrdosti se provádí pomocí hydroxidu vápenatého Ca(OH)2 a uhličitanu sodného Na2CO3, čímž vznikne nerozpustný uhličitan vápenatý CaCO3 a hydroxid hořečnatý Mg(OH)2.
MgSO4 + Ca(OH)2 --> CaSO4 + Mg(OH)2 | CaSO4 + Na2CO3 --> CaCO3 + Na2SO4
Celkovou tvrdost vody způsobují všechny soli vápníku a hořčíku.
Jednotkou tvrdosti je současnou normou stanovena hodnota, která vyjadřuje sumu vápníku a hořčíku v milimolech na litr (mmol/l). Můžeme se však setkat hned s několika dalšími jednotkami, které se sice stále používají, ale jsou dnes již spíše na ústupu. Jedná se o tzv. německé (°dH), anglické (°e), francouzské (°F) a americké (ppm) stupně. V České republice se můžeme stále ještě zcela běžně setkat s jednotkami v německých stupních.
|
|
mmol/l |
°dH |
°e |
°F |
ppm |
|
1 mmol/l |
1 |
5,61 |
7,02 |
10 |
100 |
|
1 °dH |
0,178 |
1 |
1,25 |
1,78 |
17,85 |
|
1 °e |
0,142 |
0,80 |
1 |
1,43 |
14,25 |
|
1 °F |
0,10 |
0,56 |
0,70 |
1 |
10 |
|
1 ppm |
0,01 |
0,056 |
0,07 |
0,1 |
1 |
Hodnocení tvrdosti vody se také rozděluje do kategorií a je spíše orientačního charakteru.
|
|
mmol/l |
°dH |
°e |
°F |
ppm |
|
Velmi měkká |
< 0,7 |
< 3,9 |
< 4,9 |
< 7 |
<70 |
|
Měkká |
0,7-1,25 |
3,9-7 |
4,9-8,8 |
7-12,5 |
70-125 |
|
Středně tvrdá |
1,26-2,5 |
7-14 |
8,9-17,6 |
12,6-25 |
126-250 |
|
Tvrdá |
2,51-3,75 |
14,1-21 |
17,7-26,3 |
25,1-37,5 |
251-375 |
|
Velmi tvrdá |
> 3,75 |
> 21 |
> 26,3 |
> 37,5 |
> 375 |
Ke snížení tvrdosti se používá destilace, iontová výměna, membránová technologie a srážení dávkováním různých sloučenin. K omezení účinků tvrdé vody pak dávkování inhibitorů tvrdosti (antiscalant) a magnetická úprava.
Mezi nejběžnější způsoby "změkčení" vody patří technologie iontové výměny, která je využívána již od roku 1920 jako jednoduché, účinné a relativně nízkonákladové použití v průmyslu, ale i v domácnostech.
Jedná se o proces, kdy voda protéká přes iontoměničový filtrační materiál v podobě drobných kuliček, které na sebe navazují ionty vápníku a hořčíku obsažené ve vodě a nahrazují je ionty prvku, který již iontoměnič nese na svém skeletu.
Iontoměnič, nebo také IONEX, který nese kladně nabité ionty se nazývá KATEX.
Iontoměnič se záporně nabitými ionty je ANEX.
Ionex určený pro „změkčování“ vody, může pracovat v Na+ cyklu, kde kationty Ca a Mg jsou zaměněny za kationty sodíku, nebo také v cyklu H+, kde se vymění za kationty vodíku. Hlavní výhody této technologie spočívají v minimálním vlivu na zvýšení korozivních účinků a na celkovou mineralizaci takto upravené vody, čímž jsou zachovány její senzorické vlastnosti.
Katexová náplň má svou určitou kapacitu, která je vyčerpána ve chvíli, kdy se jeho struktura 'přeplní' kationty Ca/Mg a nenese na svém skeletu již žádné ionty sodíku (popř. vodíku) pro výměnu. Takzvaná regenerace katexu v Na+ cyklu probíhá pomocí protiproudého proplachu solným roztokem NaCl (rozpuštěná regenerační tabletová sůl), jež vyplaví zachycené vápenaté a hořečnaté kationty do odpadu a nahradí je kationty sodíku. Po dokončení této regenerace je katex znovu připraven k použití.
Celková tvrdost vody je po průtoku nevyčerpanou/zregenerovanou katexovou náplní <0,1°dH. Lze ji však na výstupu ze změkčovacího zařízení zvýšit na požadovanou hodnotu částečným přimícháváním vstupní neupravené vody.
