Dekarbonizacja wody to proces przydatny zarówno w przemyśle, jak i w lokalach gastronomicznych. Dzięki dekarbonizacji można zredukować twardość węglanową, a co za tym idzie skutecznie walczyć z kamieniem kotłowym.
Spis treści:
Czym jest dekarbonizacja wody?
Dekarbonizacja wody polega na całkowitej lub częściowej redukcji twardości węglanowej i jest zaliczana do metod zmiękczania wody. Proces ten jest wykorzystywany w wielu gałęziach przemysłu. Dekarbonizację obejmuje m.in. uzdatnianie wody dla gastronomii, uzdatnianie wody dla piekarni i cukierni, produkcja wody kotłowej i wody przeznaczonej do ciepłowni, a także uzdatnianie wody dla browarnictwa i przemysłu spożywczego.
Ponieważ każdy przypadek jest nieco inny, dobór optymalnych metod uzdatniania wody najlepiej skonsultować z ekspertem.
Czym jest twardość węglanowa?
Choć twarda woda nie stanowi zagrożenia dla zdrowia, powoduje duże straty związane z większym zużyciem energii, a także negatywnie wpływa na stan techniczny instalacji oraz podłączonych do niej maszyn i urządzeń.
Na twardość ogólną wody składa się twardość węglanowa (przemijającą, nietrwałą) oraz twardość niewęglanowa (nieprzemijająca, trwała).
Twardość węglanową wody generuje obecność wodorowęglanów wapnia oraz magnezu. Podczas ogrzewania wody obie sole rozkładają się do postaci nierozpuszczalnych węglanów według następujących reakcji:
- Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O
- Mg(HCO3)2 → MgCO3 + CO2 + H2O
Twardość węglanowa jest nazywana przemijającą, ponieważ można ją usunąć podgrzewając wodę do odpowiednio wysokiej temperatury. Powstający w wyniku zachodzącej reakcji, kamień w wodzie gromadzi się w postaci twardego mineralnego osadu, który stanowi spory problem w kontekście technicznym i ekonomicznym. Aby spowodować straty energii sięgające nawet 10 proc. wystarczy zaledwie jeden milimetr osadu. Zjawisko to jest szczególnie szkodliwe dla pracy bojlerów, kotłów grzewczych i wszelkiego rodzaju grzałek.
Przeciwieństwem twardości węglanowej jest twardość niewęglanowa (trwała, nieprzemijająca), wywoływana zazwyczaj przez siarczany oraz nieco rzadziej, chlorki wapnia i magnezu, które wytrącają się z wody w postaci kamienia gipsowego. Podgrzewanie wody okazuje się nieskuteczne w procesie usuwania twardości niewęglanowej.
Dokładny stopień twardości wody najłatwiej poznać sprawdzając na stronie internetowej dostawcy lub, jeśli ciecz pochodzi z prywatnego ujęcia, zlecając profesjonalne badania wody. Pomiar ogólnego stopnia twardości wody można również wykonać samodzielnie za pomocą dedykowanych testerów.
Metody dekarbonizacji wody
Dekarbonizację stosuje się w przemyśle – m.in., aby otrzymać wodę do wieży chłodniczych, wodę chłodniczą oraz wodę technologiczną stosowaną (głównie w branży spożywczej i browarniczej), a także w gastronomii – w celu uniknięcia kamienia kotłowego w piecach konwekcyjno-parowych oraz uzyskania wody o parametrach optymalnych do parzenia kawy. W zależności od przeznaczenia uzdatnionej kranówki, dekarbonizacja wody może się odbywać na kilka sposobów. Przy doborze optymalnej metody warto się zatem kierować wytycznymi np. sugerującymi jaka woda do kawy jest najlepsza.
- Dekarbonizacja termiczna
- Dekarbonizacja chemiczna (z udziałem wapna lub kwasu)
- Dekarbonizacja na zasadzie wymiany jonowej
Termiczna dekarbonizacja termiczna
W procesie dekarbonizacji termicznej węglany rozkładają się pod wpływem temperatury oscylującej w przedziale i 90-100 Celsjusza zgodnie z następującymi reakcjami:
- Ca(HCO33)2 → CaCO3 + CO2 + H2O
- Mg(HCO3)2 → MgCO3 + CO2 + H2O
- MgCO3 + H2O → Mg(OH)2 + CO2
Dekarbonizację termiczną przeprowadza się w specjalnych reaktorach, a cały proces trwa od kilku do kilkudziesięciu minut. W taki sposób można przygotować wodę do zasilania kotłów o niskim i średnim ciśnieniu. Niekiedy dekarbonizacja termiczna stanowi proces wstępny przygotowujący wodę do jej dalszego zmiękczania metodą strąceniową lub jonitową.
Dekarbonizacja wody wapnem
Dekarbonizacja wody wapnem polega na dawkowaniu wody wapiennej lub mleka wapiennego, podczas gdy w reaktorze zachodzi strącanie i usuwanie osadu. Dodany do wody wodorotlenek wapniowy najpierw wchodzi w reakcję z dwutlenkiem węgla, a dopiero później z wodorowęglanem wapniowym, zgodnie z następującymi reakcjami:
- CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3+ H22O
- Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O
Czas trwania tego procesu jest zróżnicowany i zależy twardości wody przeznaczonej na dekarbonizację, stężenia związków organicznych, temperatury, a nawet sposobu mieszania wody z reagentem. Na zimno dekarbonizacja wody wapnem może trwać nawet kilka godzin, natomiast w temperaturze 100°C zaledwie 10 minut.
Skuteczność dekarbonizacji wapnem zależy od parametrów wody surowej, dlatego w niektórych przypadkach zalecam stosowanie innych metod.
Piotr Pisarski
Dekarbonizacja wody wapnem jest stosowana m.in. do przygotowania wód chłodniczych oraz jako proces wstępny do oczyszczania wody z podwyższonej twardości węglanowej przed dalszym procesem zmiękczania wody.
Dekarbonizacja wody kwasem
W żargonie uzdatniania wody dekarbonizację kwasem nazywa się również szczepieniem kwasem. W tej metodzie do wody dodawany jest mocny kwas mineralny (solny lub siarkowy), przez co dochodzi do zamiany twardości węglanowej na równoważną twardość niewęglanową, zgodnie z następującymi reakcjami:
- Ca(HCO2)2 + 2HCl → CaCl2 + 2CO2 + 2H2O
- Mg(HCO3)2 + 2HCl → MgCl2 + 2CO2 + 2H2O
Metoda dekarbonizacji kwasem jest stosowana wyłącznie do uzdatniania wody chłodniczej dodatkowej lub obiegowej. Bardzo ważne w tym przypadku jest skrupulatne monitorowanie dawek kwasu. Zbyt duża ilość tego związku może wywoływać korozyjność wody.
Przypominam, że w reakcji dekarbonizacji kwasem powstaje dwutlenek węgla, który należy usunąć przed wprowadzeniem wody chłodzącej do obiegu.
Piotr Pisarski
Dekarbonizacja z udziałem wymiany jonowej
W dekarbonizacji wody na zasadzie wymiany jonowej wykorzystywane są jonity słabo kwaśne z wodorowym jonem wymiennym, co przebiega według następujących reakcji:
- 2KtH + Ca(HCO3)2 → Kt2Ca + 2H2O +2CO2
- 2KtH + Mg(HCO3)2 → Kt2Mg + 2H2O + 2CO2
Należy pamiętać, że jest to zapis uproszczony, w którym K oznacza kationit. Dla wymieniaczy wodorowych dołączony jest wodorowy jon wymienny K1H, a dla wymieniaczy sodowych KtNa.
Dekarbonizacja wody na zasadzie wymiany jonowej jest stosowana przy dużym stężeniu węglanów wapnia i magnezu.
Jeśli twardość węglanowa i niewęglanowa są porównywalne lub w przypadku, gdy twardość niewęglanowa jest większa, sugeruję całkowite zmiękczenie wody na silnie kwaśnym kationicie sodowym.
Piotr Pisarski
Przed filtrami do dekarbonizacji, wykorzystującym w działaniu wymianę jonową, należy zastosować wstępną filtrację wody. W tym celu stosuje się mechaniczne filtry narurowe, które zatrzymują zanieczyszczenia stałe, które mogą zagrażać komponentom instalacji. Brak odfiltrowania zanieczyszczeń mechanicznych może doprowadzić do spadku skuteczności w działaniu oraz do awarii.
Dekarbonizacja wody – podsumowanie
Dekarbonizacja wody jest jednym z najważniejszych etapów uzdatniania wody w gastronomii oraz w przemyśle spożywczym. W zależności od wybranej metody można uzyskać w ten sposób – m.in. wodę idealną do parzenia kawy, albo produkcji pieczywa. Warto natomiast pamiętać, że każdy przypadek jest nieco inny, dlatego dobór optymalnej technologii warto powierzyć ekspertom.