Vízkő és korrózió elleni védelem SBZ
A lakó- és kereskedelmi épületek változó üzemi körülményei miatt gyakran szükséges intézkedéseket hozni a vízkő és a korrózió ellen. A megfelelő vízkezelés sok problémát megoldhat. Ez a cikk megmutatja, hogy a megfelelő adagolószer kiválasztása és maga az adagolási technológia is döntő fontosságú a folyamat sikere szempontjából.
A lakosság migrációja a strukturálisan gyenge régiókból, az egy főre eső fogyasztás csökkenése és az egy háztartások felé irányuló tendencia komoly problémákat vet fel a vízellátás szempontjából: A csökkenő vízfogyasztás a csövekben lévő víz hosszabb visszatartási idejéhez vezet. Ez nemcsak a közüzemi vezetékeket érinti, hanem a részben üres lakóházak, a túlterhelt szállodák, az irodaházak, a kórházak és a nyugdíjas otthonok, valamint a kevéssé használt sportlétesítmények és az ipari létesítmények jelentősen túlméretezett használati vízvezetékeit is.
Ezen egészségügyi és esztétikai szempontok mellett a háznál hosszabb stagnálási idő technikai problémákhoz is vezethet. Kemény vízben például megnövekedett vízkő-lerakódások következhetnek be, ami megnövekedett energia-, tisztítási és javítási költségekhez vezet. A mészlerakódások főleg az ivóvíz felmelegítésekor keletkeznek.
A Legionella szaporodásának csökkentése érdekében nagy rendszereknél legalább 60 ° C hőmérsékletet kell fenntartani az ivóvízmelegítő kimeneténél, a DVGW W 551 munkalap szerint [10]. Még az olyan előmelegítési szakaszok esetében is, amelyekben a hengertartalom, beleértve az előmelegítési fokozatot is, ≥400 l, az előmelegítési szakasz teljes hengertartalmát naponta egyszer legalább 60 ° C-ra kell melegíteni. Ez a hőmérséklet kis rendszerek esetén is ajánlott. Ezek a hőmérsékletek magasabbak, mint a múltban használtak energiatakarékosságra. A magasabb hőmérséklet azonban magasabb meszesedési kockázatot jelent.
Lehetséges megoldások
A feltárt problémák többségét jól összehangolt vízkezeléssel lehet ellensúlyozni. Az ásványi anyagok adagolása sok esetben bevált. Fontos, hogy az adagolószer illeszkedjen a cső anyagához és a vízhez.
A horganyzott csővezetékek felületi korróziója, amely rozsdavíz képződéséhez vezet, ortofoszfát adagolással gátolható. A víz keménységétől függően szükséges az ortofoszfátok bizonyos arányú polifoszfáttal való összekeverése, mert különben az ortofoszfát az adagolás után azonnal kémiailag reagál a vízkeménység kalciumával, kalcium-foszfátot képez és kicsapódik az injekció beadásának helye közelében. A polifoszfát komponens késlelteti a kicsapódást és a hatóanyagot a telepítés végéig szállítja.
A polifoszfát komponens egy másik fontos funkciót tölt be. Védi a forró vizet a vízkőlerakódásoktól. Még a hőátadó felületeken található kis mennyiségű vízkő-lerakódás is csökkenő hőátadást és ezáltal nagyobb energiafelhasználást eredményezhet. Itt is különös figyelmet kell fordítani a hatóanyagok összetételére: A víz hőmérsékletétől és pH-jától függően a polifoszfátok hidrolizálódhatnak, vagyis ortofoszfátokká bomlanak, amelyeknek nincs keménységstabilizáló hatása. Ez különösen fontos, ha a melegvíz-területet magas hőmérsékleten üzemeltetik a Legionella szaporodásának csökkentése érdekében.
A rézből készült létesítményekben a foszfát adagolásának pozitív és negatív hatása is lehet a réz felszabadulására [2]. Ez a nyers víz minőségétől függ, és részletesen ellenőrizni kell. A rézkibocsátás minimalizálásának választott eszközei tehát a lúgosító szerek. Ehhez nagyon kifinomult hatóanyag-készítményekre van szükség, mivel egyrészt lúgosítás esetén a víz mész-szénsav egyensúlya mindig elmozdul, és így az oltás helyén kalcium-kicsapódás léphet fel, és a készítménynek is stabilnak kell maradnia.
A hatóanyagok hatása
Az ivóvíz kezelésére általában csak olyan termékek használhatók, amelyek szerepelnek a kezelési anyagok és fertőtlenítési módszerek jegyzékében a 2001. évi ivóvízről szóló rendelet 11. szakaszának megfelelően, és amelyek megfelelnek az ott meghatározott tisztasági követelményeknek. E felsorolás szerint az orto- vagy polifoszfátok megengedett hozzáadása 2,2 mg/l P (foszfor) számítva. Ez a határérték átalakítható a korábban megszokott PO4 3– (foszfát) vagy P2O5 értékekké. Csak részletek között van konverziós tényező. Az alábbiak érvényesek: P2-ben számított 2,2 mg/l megfelel a PO4 3-nak számított 6,7 mg/l-nek és P2O5-nek számítva 5,0 mg/l
Foszfátok
Nyersanyagként a természetben előforduló foszfátérceket (apatit) használják, amelyeket bányásznak, kémiailag átalakítanak, tisztítanak és szárítanak. A vízkezelésben kétféle foszfátot használnak: úgynevezett ortofoszfátokat és polifoszfátokat. Az ortofoszfátok az ortofoszforsav sói, amelyek kémiai képlete PO4 3– (2. ábra). A foszfát a só anionja, a foszfor és az oxigén elemeiből áll. A só megfelelő kationját egy fémion, például nátrium képezi.
A polifoszfátok ezen ortofoszfátok különböző lánchosszúságú polimerizációs termékei. A 3. ábra egy tri-foszfát (három foszforatomot tartalmazó lánc) példáját mutatja. A lánc azonban analóg módon folytatható, és így sokkal hosszabbá válhat, vagyis sokkal több foszforatomból állhat.
Ortofoszfátok
Az ortofoszfátoknak kiváló korróziógátló hatása van az olyan vasanyagokra, mint az öntöttvas, az acél és a horganyzott acél [3, 4]. A foszfát hatására a vas és a cink (vas-cink-foszfátok) stabil korróziós termékei képződnek, amelyek javítják a felületi réteget. A felső réteg kialakulásának javításával a vízbe kerülő korróziós termékek jelentős csökkentése lehetséges. Idővel stabil vasfoszfát védőréteg akár a meglévő rozsdarétegeken és rozsdacsomókon is növekedhet, és ellensúlyozza a rozsdavíz képződését.
Rézanyagok esetén is egyenletes felületi korrózió csökkenthető ortofoszfátok hozzáadásával [5]. Ebben az esetben azonban a kapcsolatok nem olyan egyértelműek, mint a vasalapú anyagokkal. [2] szerint a vízben lévő TOC (összes szerves szén) tartalma és összetétele befolyásolja a foszfát hatékonyságát. A vízben lévő szerves anyagok (humuszanyagok) a malachit kristályosodási kinetikájának lelassításával negatívan befolyásolhatják a külső réteg kialakulását a cső belső felületén. Ennek eredménye a magas rézkoncentráció a vízben. Ilyen körülmények fennállása esetén az állóvíz rézkoncentrációja csökkenthető ortofoszfát adagolásával.
Az ólom felszabadulása az ólomvonalakban ortofoszfát hozzáadásával is csökkenthető [6]. Azt azonban nem lehet megjósolni, hogy ez az intézkedés csökkenti-e az ólomtartalmat olyan mértékben, hogy az ivóvízről szóló rendelet szerinti határérték betartható legyen. Legalább a foszfát adagolás áthidaló intézkedésként szolgálhat a régi berendezés cseréjéig.
Polifoszfátok
A polifoszfátoknak kifejezett keménységstabilizáló hatása van. A [7] szerint 3,8 mol/m 3 (21 ° dH) teljes keménységig használhatók a kőképződés elleni védelemre. A polifoszfátok úgynevezett küszöbinhibitorokként működnek, azaz megakadályozzák a keménységkomponensek szubsztíchiometrikus mennyiségű kicsapódását. A küszöb-gátló és az edzők között nincs kémiai kötés, de a reakció kinetikáját befolyásolja: a mész (kalcit) kicsapódását a polifoszfát késlelteti, a környezeti feltételektől (pH-érték, hőmérséklet stb.) Függően, esetleg korlátlan ideig. . Raistrick [8, 9] szerint a küszöbhatás a következőképpen magyarázható:
A kalcitkristályban lévő Ca 2+ -ionok az egyenlő oldalú háromszögek sarkánál merőlegesek a háromszoros szimmetriatengelyre, a Ca-Ca távolságok 4,96 angströmp (0,496 nm). A polifoszfát láncszerű molekulája kapcsolódhat a kalcit rácssíkjaihoz, mivel a polifoszfátmolekulában az oxigénatomok közötti távolság 4,99 angström, tehát nagyjából megfelel a kalcitkristály Ca-Ca távolságának (4. ábra).
Polifoszfátok hidrolízise
Vízzel reagálva a polifoszfátok ortofoszfátokká bonthatók. Ezt a reakciót hidrolízisnek nevezzük. A reakció sebessége elsősorban a polifoszfát típusától (lánchossz), a víz hőmérsékletétől és pH-jától függ. Magas hőmérséklet és alacsony pH-érték növeli a reakció sebességét. Semleges pH-érték mellett és szobahőmérsékleten azonban a polifoszfátok hónapoktól évekig stabilak maradhatnak. Ezért nagyon fontos, hogy az adott alkalmazáshoz megfelelőt a rendelkezésre álló polifoszfátok sokasága közül válasszuk ki.
Az 5. ábrán látható például, hogy a Quantophos F4 termék polifoszfáttartalma csak kb. 25% -ban hidrolizálódik 8 órás tartózkodási idő után 70 ° C hőmérsékleten és 6,5 pH értéken. 48 óra elteltével is 50% polifoszfát van jelen, és ez 6,5-es pH-értéken van, ami az ivóvízről szóló rendelet szerint a legalacsonyabb megengedett pH-érték. A Quantophos F4-gyel végzett laboratóriumi vizsgálatok azt mutatták, hogy 1,3 mg/l foszfát kezdeti koncentrációnál (P-ként számolva) ez az arány elegendő ahhoz, hogy megakadályozzuk a vízkeménység 98–100% -ának meghibásodását 48 órán belül (6. ábra). Az 1,3 mg/l P a TrinkwV 2001 szerint a megengedett hozzáadásnak csupán 60% -ának felel meg.
A polifoszfátok részleges hidrolízise néha még kívánatos is, mivel a képződött ortofoszfátok korróziógátlóként működhetnek, a fentiek szerint. Az ivóvíz melegítésénél a tároló vízmelegítők hidrodinamikai tartózkodási ideje 19 és 24 óra közötti tartományban van családi házaknál és 2-7 óra között több családi háznál.
A foszfor létfontosságú
Az élelmiszer-ágazatban jóváhagyott foszfátok tápanyag-összetevője a foszfor. A kalcium-foszfát formájában lévő foszfor a csontok szerkezeti alkotóeleme. Ezenkívül a foszfor a sejtmembránok fontos része. A foszfor létfontosságú szerepet játszik a test energia-anyagcseréjében, kulcsfontosságú az energiatermelésben és -tárolásban [9]. Gyermekeknél a foszforhiány befolyásolja a növekedés késleltetését, a csontok és a fogak gyenge képződését és az angolkórt. A foszforhiány bármely életkorban fogyáshoz, csontvesztéshez és fáradtsághoz vezethet. A foszforhiány sokáig rejtve maradhat, mivel a foszfor mobilizálódik a csontokból, vagyis lebomlik. Hosszan tartó csökkent foszfor bevitel után az úgynevezett éhség csontlágyulás következik be. Állatkísérletek kimutatták, hogy szélsőséges esetekben a foszfor hiánya az erővesztés következtében halálhoz vezethet.
A Német Táplálkozási Társaság napi 700 mg foszforigényt feltételez felnőttek számára. A terhes és szoptató nőknek ennél egy kicsit többet kell enniük. Ennek az embercsoportnak 800–900 mg foszfort adnak referenciaértékként. A növekvő fiataloknak egy kicsit több foszforra is szükségük van.
Foszfát az élelmiszerekben
A foszfátokat sok ételhez stabilizáló és sűrítő anyagként adják. A 7. ábra a szokásos foszforszinteket mutatja a közös élelmiszerekben. Az ivóvízről szóló rendelet szerint az ivóvízhez legfeljebb 2,2 mg/l foszfátot számolva, foszforként számolva. Ez a mennyiség rendkívül kicsi az ételekben található foszfor mennyiségéhez képest.
Szemléltetésképpen: Ha az ember 60 g ömlesztett sajtot eszik meg, és 0,25 l tejet iszik hozzá, akkor az ömlesztett sajttal 566 mg foszfort és a tejjel együtt 261 mg foszfort vett be. Ahhoz, hogy ivóvízzel felszívja ezt a 827 mg foszfort, 376 liter kezelt vizet kell innia.
Adagolási technológia
A víz levezetésekor egy kontaktvízmérő méri az átfolyó víz mennyiségét. A kontaktvízmérő bizonyos időközönként impulzust küld egy elektronikusan vezérelt adagolószivattyúhoz (2 liter gyakori). Ez az impulzus adagolási löketet vált ki, amelynek során a hatóanyag meghatározott mennyiségét adagolják a vízcsőbe. Az adagolási technológia kiválasztásakor a tervezőnek figyelembe kell vennie, hogy nagyon hosszú csőszakasz szükséges e 2 liter befogadásához (8. ábra). Könnyen belátható, hogy 2 l-es impulzustávolságú DN 25 csővezeték esetén is csak 4 m-es csővezetéken történik az adagolási löket. Más szavakkal, 4 m távolságban egy adagolószer dugója nyomul át a csőrendszeren. Az optimalizált adagolási technika ezért különösen fontos.
A BWT medo adagolási technológiájában léptetőmotoros rendszert alkalmaznak (9. ábra). Minden adagolási löket 48 külön lépésre van felosztva. Ennek eredményeként a hatóanyag egyenletesen keveredik az adagolás során. Ez biztosítja, hogy az adagolószerek optimálisan fejleszthessék hatásukat a védőréteg kialakulása és a mész stabilizálása szempontjából. A léptetőmotoros technológiának köszönhetően az adagolószivattyú nagyon kis impulzusintervallummal kombinálható kontaktvízmérőkkel. Például a BWT Quantophos hatóanyagok kombinálhatók egy BWT Medo-II adagolószivattyúval 30 m 3/h vízmennyiségig, kontaktvízmérővel 0,25 l impulzusintervallummal.
Az ásványi adag a korróziós károk és a kőképződés elkerülése érdekében a lakó- és kereskedelmi épületek ivóvíz-rendszereiben a választott módszer, különösen akkor, ha a csőanyag, a pH-érték és a víz összetétele kedvezőtlen kombinációval rendelkezik, és a nehézfémekre vonatkozó ivóvíz-rendelet jelenlegi határértékeit egyébként nem tartják be. lenne. A megfelelő adagolószer kiválasztása és maga az adagolási technológia is döntő jelentőségű a folyamat sikere szempontjából (10. ábra). Fontos, hogy az adagolás automatizált legyen, és az adagolószert folyamatosan adják hozzá. A dózis helyes beállítása vízelemzéssel bármikor meghatározható.
[1] Umweltbundesamt, Kinder-Umwelt-Survey 2003/2006, ivóvíz - elemtartalom a gyermekes háztartásokból származó háztartási ivóvízben Németországban; C. Schultz és mtsai.
[2] Jürgen Dartmann, Thorsten Dorsch, Klaus Johannsen: A pH-változás és a foszfátadagolás hatása az ivóvízvezetékek rézkorróziójára, 2006
[3] DIN EN 12502 Fémanyagok korrózióvédelme. Utasítások a korrózió valószínűségének becslésére a vízelosztó és tároló rendszerekben. 3. rész: Befolyásoló tényezők melegen horganyzott vasanyagokhoz. Berlin: Beuth Verlag, 2005. március
[4] Dr. rer. nat. Johann Wilhelm Erning, Szövetségi Anyagkutató és Vizsgálati Intézet: Korrózióvédelem adalékanyagok révén. Berlin: 19. Mülheim Víztechnikai Szeminárium, 2005. március 1
[5] DIN EN 12502 Fémanyagok korrózióvédelme. Utasítások a korrózió valószínűségének becslésére a vízelosztó és tároló rendszerekben. 2. rész: Befolyási tényezők rézre és rézötvözetekre. Berlin: Beuth Verlag, 2005. március
[6] DIN 50930 Fémanyagok korróziója a csővezetékek, tartályok és készülékek belsejében, ha vízkorróziónak vannak kitéve, 6. rész: Az ivóvíz minőségének hatása. Berlin: Beuth Verlag, 2001. augusztus
[7] VDI 6001, szaniter rendszerek felújítása - ivóvíz, 1. lap. Berlin: Beuth Verlag, 2004. július
[8] M.N. Elliot, skálakontroll küszöbkezeléssel, sótalanítás; 8, 221-236, 1970
[9] Egészségügyi Világszervezet: Tápanyagok az ivóvízben, 2005
[10] DVGW W 551 munkalap, ivóvízmelegítő és ivóvízvezeték rendszerek; Technikai intézkedések a Legionella növekedésének csökkentésére; Ivóvízberendezések tervezése, építése, üzemeltetése és felújítása. Bonn: wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH, 2004. április