POLITECHNIKA WARSZAWSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA

Sprawozdanie z laboratorium uzdatniania wody

do celów przemysłowych.

Temat: Odmineralizowanie wody

Skład grupy:

Emilia Hołownia

Jakub Ledkiewicz

Karol Lipiński

Paulina Miklińska

Aleksandra Sacewicz

Michał Szkielonek

Grupa: ZWR1

1. Wstęp teoretyczny

Odmineralizowanie wody polega na całkowitym lub częściowym usunięciu rozpuszczonych w niej soli (magnezu, wapnia, potasu, sodu).

Można tego dokonać w procesach:

· odwróconej osmozy

· wymiany jonowej

· destylacji

Wielkością opisującą stopień odmineralizowania wody jest przewodność elektrolityczna wody wyrażona suchą pozostałością. Woda zdemineralizowana wykorzystywana jest w wielu dziedzinach gospodarki, między innymi w przemyśle farmaceutycznym, kosmetycznym, elektronicznym, energetycznym i spożywczym. Najpopularniejszą w technice metodą do odmineralizowania wody jest, obok odwróconej osmozy, wymiana jonowa.

Wymiana jonowa polega na usunięciu z wody określonych jonów i wprowadzenia na ich miejsce innych jonów, osadzonych w jonitach.

Jonity zdolne do wymiany kationów nazywamy kationitami, a jonity zdolne do wymiany

anionów nazywamy anionitami.

• Kationity wymieniają swe jony wodorowe na kationy metali znajdujące się w wodzie powodując wzrost kwasowości wody.

• Znajdujące się w wodzie aniony zatrzymywane są na powierzchni anionitu, a równoważna ilość jonów wodortlenowych przechodzi do wody.

W praktyce zależnie od potrzeb i wymagań można stosować schematy technologiczne uzyskując częściowe lub całkowite odmineralizowanie. Ma to związek z gospodarką parową, gdzie wymagania stawiane wodzie odmineralizowanej różnią się pod względem dopuszczalnej zawartości krzemionki.

1. Cel i zakres ćwiczenia

Celem ćwiczenia było określenie stopnia odmineralizowania wody przy użyciu jonitów przy określonych parametrach.

Zakres ćwiczenia obejmował przeprowadzenie prób technologicznych w układzie trójstopniowej wymiany jonowej, pozwalającej na całkowite odmineralizowanie badanej wody. Jakość wody badanej, odpowiadała wymaganiom stawianym wodzie do picia i potrzeb gospodarczych

.

1. Wykonanie ćwiczenia

W próbce surowej wody przeznaczonej do badań oznaczono:

• pH,

• twardość ogólną,

• zasadowość,

• kwasowość,

• chlorki,

• krzemionkę

• przewodność.

Wodę przepuszczono przez kationit silnie kwaśny w postaci wodorowej z prędkością 5 m/h , a otrzymaną wodę poddano analizie. Wodę po kationicie przepuszczono następnie przez złoże wypełnione słabo zasadowym anionitem z tą samą prędkością i również wykonano oznaczenia. Kolejnym etapem było przepuszczenie wody przez anionit silnie zasadowy (w celu usunięcia krzemionki) i wykonano oznaczenia.

Otrzymane wyniki zestawiono w tabeli 1.

Tabela 1. Wyniki badań nad odmineralizowaniem wody metodą wymiany jonowej.

Oznaczenia	Jednostka	Woda surowa	Woda po kationicie wodorowym	Woda po anionicie słabo zasadowym	Woda po anionicie silnie zasadowym
pH	___	7,14	2,69	4,85	9,15
Twardość ogólna	mval/l	4,5	___	___	___
Zasadowość	mval/l	2,65	___	0,2	0,1
Kwasowość ogólna	mval/l	0,35	4,35	1,05	___
Kwasowość mineralna	mval/l	___	3,55	___	___
Wolny CO2	mg/l	15,4	191,4	46,2	___
Krzemionka	mg/l	17,2	17,2	17,2	0,5
Przewodność	mg/l	774	1208	6	6

1. Omówienie wyników badań

Odczyn wody po kationicie wodorowym spadł do wartości pH 2,69. Spowodowane jest

Faktem, że jony metali są zatrzymywane na powierzchni ziaren kationitu, a jony wodorowe

przechodzą do wody powodując wzrost jej kwasowości. Po kationicie wodorowym twardość w badanej wodzie jak i zasadowość ogólna spadły do zera. Świadczy to o dobrze zregenerowanym kationicie. Widoczny jest wzrost kwasowości spowodowany pojawieniem sie silnych kwasów mineralne powstałych w wyniku zamiany jonów wapnia i magnezu na jony wodorowe. Pojawiła się kwasowość mineralna. Można zauważyć, że po kationicie ilość wolnego CO₂ znacznie wzrosła. Wynika to z poniższej reakcji:

2KtH+Ca(HCO₃) -> Kt₂Ca+2H₂O+2CO₂

Zarówno ilość chlorków jak i krzemionki nie zmieniła się po kationicie. Zaobserwowano wzrost przewodności po kationicie. Jest to spowodowane obecnością soli wpływających na zasolenie wody (chlorki, siarczany).

Po anionitach zarówno słabo jak i silnie zasadowym odczyn wzrósł. Spowodowane jest to tym, iż kationy, które nie zostały wymienione na kationicie, a wpływają na zasolenie wody łączą się z grupami OH^- tworząc wodorotlenki, co jest równoważne ze wzrostem odczynu i zasadowości. Wartość przewodności po anionicie słabo zasadowym zmalał do poziomu 6 μS/cm. Obniżenie tej wartości związana jest z usunięciem soli wpływających na zasolenie wody (chlorki, siarczany). Obniżenie poziomu zawartości krzemionki zaobserwowano dopiero po anionicie silnie zasadowym, ponieważ na słabo zasadowym anionicie zatrzymywane są tylko aniony mocnych kwasów.

1. Wnioski

Porównując otrzymane w laboratorium wyniki z zaleceniami ogólnymi dla wody kotłowej możemy stwierdzić, że wodę uzdatnioną nie można wykorzystać w kotłach parowych ze względu na zbyt niskie pH. Wszystkie pozostałe parametry świadczą o całkowitym odmineralizowaniu. Uzdatniona woda jest najbardziej odpowiednia do kotłów >44bar,<68 bar (tabela 2.) ze względu na wymaganą wartość zasadowości i zbliżonym odczynie pH. Ilość krzemionki oraz wartość przewodności spełniają wymagania dotyczące wody przeznaczonej na potrzeby gospodarki parowej.

Analizowana metoda uzdatniania wody przyniosła wymagany efekt.

W celu całkowitego usunięcia rozpuszczonych soli należy zmniejszyć prędkość filtracji a tym

samym wydłużyć czas kontaktu wody z materiałem filtracyjnym. Można także zastosować tzw. buforową kolumnę wypełnioną mieszaniną silne kwaśnego kationu i silnie zasadowego anionitu, co w efekcie daje maksymalne usuniecie soli z wody. Stosując złoża mieszane, możemy zmniejszyć pH do obojętnego oraz uzyskać wodę o przewodności poniżej 1mS/cm.

Tabela 2. Wymagania dla wody kotłowej zależne od ciśnienia roboczego.