Węgiel nieorganiczny w wodzie jest obecny pod postacią różnych związków. Ich usuwanie jest istotne głównie w kontekście różnych procesów przemysłowych. W celu redukcji stężenia węgla nieorganicznego stosuje się proces demineralizacji.
Spis treści:
- Węgiel nieorganiczny w wodzie – co warto widzieć?
- Czy węgiel nieorganiczny w wodzie należy usuwać?
- Technologie usuwania węgla nieorganicznego z wody
- Jak usunąć węgiel nieorganiczny z wody – podsumowanie
Węgiel nieorganiczny w wodzie – co warto widzieć?
Rozpuszczony węgiel nieorganiczny (ang. dissolved inorganic carbon, DIC) występuje we wszystkich wodach naturalnych na świecie[1]. Jego stężenie molowe waha się od mniej niż 20 μM w kwaśnych wodach miękkich do ponad 5000 μM w silnie zasadowych wodach twardych, ale w większości systemów mieści się w przedziale od 100 do 1000 µM.
DIC jest najpowszechniejszą formą węgla w wodzie i zazwyczaj obejmuje trzy główne składniki, takie jak wolny dwutlenek węgla, jon wodorowęglanowy i jonu węglanowy. Wodorowęglany i węglany stanowią podstawowe bufory w większości wód naturalnych i odpowiadają za jej zdolność do neutralizacji kwasów.
W większości wód naturalnych dominuje wolny dwutlenek węgla. Chociaż, podobnie jak inne gazy, łatwo przedostaje się do atmosfery, nawet wody powierzchniowe są zwykle przesycone tym związkiem w stosunku do powietrza. Na tę nierównowagę wpływa wiele czynników. Inne związki węgla nieorganicznego, które często spotyka się w wodzie to tlenek węgla, disiarczek węgla, a także diselenek węgla. Dwutlenek węgla w większości wód naturalnych szybko przekształca się do formy kwasu węglowego. Wraz ze zmianą pH wody, zmianie ulegają wartości wodorowęglanu, węglanu oraz kwasu węglowego.
W odniesieniu do węglanów i wodorowęglanów, w wodzie zazwyczaj przeważają związki wapnia, magnezu i żelaza, przy czym najbardziej znaną odmianą tych soli jest węglan wapnia, który odpowiada między innymi za kamień w wodzie. Obecność węglanów w wodzie jest związana z jej zasadowością. Woda będzie bardziej stabilna, jeśli stężenie węglanów jest wysokie. Jeśli chcieć zdefiniować równowagę wodorowęglanową, można by powiedzieć, że jest to stan, w którym woda zawiera precyzyjnie tą ilość wolnego dwutlenku węgla, która jest niezbędna do utrzymania jonów wodorowęglanowych w roztworze. Równowaga wodorowęglanowa jest także nazywana zamiennie równowagą hydrogeochemiczną. Obejmuje ona współdziałanie wody z dwutlenkiem węgla, węglanami rozpuszczonymi i nierozpuszczonymi w wodzie, raczej w formie wodorowęglanów.
Całkowity węgiel nieorganiczny w wodzie oznacza się stosując zazwyczaj pomiar TIC (ang. Total Inorganic Carbon)[2]. Jest to badanie niespecyficzne, więc za jego pomocą nie zostaną oznaczone konkretne związki chemiczne, tylko ich ogólne stężenie.
Czy węgiel nieorganiczny w wodzie należy usuwać?
Stężenie węgla nieorganicznego ma pomijalnie małe znaczenie w przypadku wody stosowanej do celów spożywczych i bytowych w gospodarstwach domowych. Nie istnieją też żadne wytyczne związane z jego stężeniami. Kontrola tego parametru przydaje się natomiast w przypadku niektórych sektorów przemysłowych. Ponieważ węgiel nieorganiczny w wodzie nadaje jej właściwości korozyjne, może tym samym negatywnie wpływać na pracę układów grzewczych i chłodniczych. Jeśli woda zwiera duże stężenie węgla nieorganicznego, wówczas wrasta jej przewodność oraz stopień twardości. Redukcja węgla nieorganicznego jest możliwa za sprawą demineralizacji.
Uzdatnianie wody do produkcji pary, podobnie jak uzdatnianie wody chłodniczej obejmuje szereg procesów fizykochemicznych. W kontekście usuwania węgla nieorganicznego, polecam zazwyczaj demineralizację wody, która prowadzi do usunięcia zawartych w niej soli i minerałów.
Piotr Pisarski
Technologie usuwania węgla nieorganicznego z wody
Jeśli zachodzi potrzeba demineralizacji wody, szczególną uwagę należy zwrócić na obecność dwutlenku węgla, a także zapewnienie właściwego pH wody. Proces demineralizacji wody polega na całkowitej redukcji stężenia rozpuszczonych w niej soli mineralnych, w związku z czym następuje również obniżenie jej przewodności. Woda poddana demineralizacji może być wykorzystywana w ramach procesów produkcyjnych i technologicznych. Optymalna technologia demineralizacji powinna być zaprojektowana na podstawie dokładnej fizykochemicznej analizy wody. W przypadku aplikacji przemysłowych, wybór nie zawsze wydaje się jednak oczywisty, dlatego warto w tym zakresie zasięgnąć opinii specjalisty.
Proces demineralizacji można przeprowadzać na drodze wymiany jonowej. W tym celu stosuje się specjalistyczne wyselekcjonowane żywice jonowymienne dobierane pod konkretne parametry wody oraz pożądaną wydajność instalacji lub system odwróconej osmozy.
Proces wymiany jonowej umożliwia całkowite usunięcie soli mineralnych z uzdatnianej wody i redukcję jej przewodności. W zależności od rodzaju i potrzeb instalacji przemysłowej, stosuje się dwa rodzaje filtrów – pojedyncze urządzenie wypełnione złożem mieszanym lub układ dwóch kolumn jonitowych, z których jedna wypełniona jest kationitem o odczynie silnie kwasowym, druga natomiast – anionitem zasadowym. W większości przypadków stosuje się bardziej złożone rozwiązania. Takie systemy demineralizacji wody najczęściej występują w zespole czterech butli (dwóch zestawów). Trzeba równiez pamiętać, że kationit i anionit regeneruje się osobno, więc każda para butli powinna mieć oddzielny zbiornik na regenerant.
Przemysłowa odwrócona osmoza o dużej wydajności również sprawdza się jako metoda usuwania węgla nieorganicznego z wody. Systemy z odwróconą osmozą występują w kilku różnych wersjach – z pompą wspomagającą, bez pompy oraz w obudowie (kompaktowa).
Usuwanie dużego stężenia węgla nieorganicznego na drodze demineralizacji powoduje pewną niestabilność w równowadze fizykochemicznej wody. Ta cecha może mieć spore znaczenie w niektórych zakładach przemysłowych. Im mniej węglanów, tym woda może stawać się bardziej korozyjna i mniej stabilna. W niektórych przypadkach jest to po prostu niepożądane choćby ze względu na linię produkcyjną i sprzęt, do którego zasilania niezbędna jest woda.
Jak usunąć węgiel nieorganiczny z wody – podsumowanie
Usuwanie węgla nieorganicznego z wody jest istotne przede wszystkim w odniesieniu do procesów przemysłowych. W zależności od przeznaczenia wody stosuje się różne technologie poprawy jej ogólnych parametrów fizykochemicznych. Aby usunąć węglowe związki nieorganiczne zazwyczaj wystarcza demineralizacja wody, którą można uzyskać między innymi na drodze odwróconej osmozy lub wymiany jonowej na specjalnie dobranych żywicach.
