Zdroje a příprava vody

Transkript

1 Leonardo da Vinci Project Udržitelný rozvoj v průmyslových prádelnách Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 1

2 Obsah Role vody během pracího procesu Tvrdost vody Vliv tvrdosti vody na prací proces a na textilie Těžké kovy Vliv těžkých kovů na prací proces a na textilie Vlivy procesu, vlivy typů textilií na spotřebu vody Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 2

3 Cíle Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 3

4 Role vody během pracího procesu Role vody Rozpouštědlo - pro špínu rozpustnou ve vodě - pro detergent Přenos energie na textilie - mechanickou energií (pohybem lázně) - tepelnou energií (zahříváním lázně) Transport - detergentů do textilií - špíny z textilií Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 4

5 Voda - vlastnosti bezbarvá kapalina chemický vzorec H 2 O úhlově uspořádaná molekula nepravidelné rozložení náboje dipól interakce s jinými dipóly nebo ionty vodíkové vazby polární rozpouštědlo Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 5

6 Voda látky Přírodní voda obsahuje v různých množstvích rozpuštěné látky. Jsou to převážně: oxid uhličitý, dusík a oxid siřičitý ze vzduchu a soli vápníku, hořčíku a železa se stopami jiných alkalických a kyselých sloučenin z půdy. Tyto látky mohou negativně působit v různých částech prádelny. Vápenaté a hořečnaté soli mohou ničit mýdlo, inaktivovat povrchově aktivní činidla; kyslík a oxid uhličitý způsobují korozi ve vařáku a potrubí; sloučeniny železa zabarvují textilie atp. Tyto látky se tedy musí v maximální možné míře odstraňovat. Pečlivá analýza vodního zdroje je nutná k rozhodnutí, která metoda je v konkrétním případě nejvhodnější k jejich odstraňování. Hlavním zdrojem potíží je tvrdost vody. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 6

7 Požadavky na stav vody pro prádelny Čistá voda bez zápachu Nulová tvrdost nebo tvrdost přibližující se nule Minimální obsah kovů / Fe, Mn, Cu - Fe < 0,1 mg/l; - Mn < 0,03 mg/l; - Cu < 0,05 mg/l bez Fe (max. 0,1 mg/l) ph mezi 6 9,5 Bez významného efektu: těžké kovy z detergentů, ze stroje a z textilií Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 7

8 Voda - Složky Jako výsledek svého původu voda obsahuje huminové kyseliny těžké kovy a sloučeniny alkalických kovů hydrogenuhličitany chloridy, sulfáty, fosfáty, silikáty bakterie rozpuštěné plyny (kyslík, oxid uhličitý) Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 8

9 Definice tvrdosti vody I Tvrdost vody množství iontů alkalických zemin v milimolech na litr vody Co jsou kovy alkalických zemin? Skupina kovů alkalických zemin (2. skupina v periodické tabulce prvků): - Berylium - Hořčík - Vápník - Stroncium - Barium - Radium Nejdůležitější prvky s ohledem na tvrdost vody Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 9

10 Definice tvrdosti vody II Míra tvrdosti vody: Stupeň tvrdosti 1 mmol CaO/l = 56 mg CaO/l = 5.6 d 1 d = 10 mg CaO/l = 0.18 mmol CaO/l d = Německý stupeň tvrdosti e = Anglický stupeň tvrdosti f = Francouzský stupeň tvrdosti 1 d = 1.25 e = 1.79 f Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 10

11 Tvrdost vody Tvrdost vody je způsobena rozpuštěnými anorganickými solemi, zvláště vápníku, hořčíku, železa a manganu jako hydrogen- a normální uhličitany, sírany a chloridy. Existují dva typy tvrdosti: - Přechodná (karbonátová) tvrdost je způsobena přítomností hydrogenuhličitanů a lze ji odstranit zahřátím. Po zahřátí se část oxidu uhličitého vypaří, hydrogenuhličitany se přemění na špatně rozpustné normální uhličitany a ty koagulují ve formě vloček (vytváří tzv. kotelní kámen). - Trvalá (nekarbonátová) tvrdost tu nelze odstranit zahříváním. Ostatní soli kovů alkalických zemin (chloridy, sírany, ) jsou dobře rozpustné. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 11

12 Přechodná a trvalá tvrdost Přechodná tvrdost (karbonátová tvrdost) - Ca-/Mg-hydrogenuhličitany - Při t > 60 C: srážení hydrogenuhličitanů ve formě uhličitanů - Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2 Trvalá tvrdost (Nekarbonátová tvrdost ) - Ca-/Mg- sírany - Ca-/Mg- chloridy - Ca-/Mg- dusičnany Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 12

13 Celková tvrdost vody Celková tvrdost = Přechodná tvrdost + Trvalá tvrdost Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 13

14 Vliv tvrdosti vody na účinnost praní 60 Was hing efficiency [%] Detergent 1 Detergent 2 Detergent wate r hardne s s [ o d] Účinnost praní se vždy snižuje s rostoucí tvrdostí vody bez ohledu na použití různých typů detergentu. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 14

15 Tvrdost vody a potřebné dávkování pracího prostředku was hing efficiency [%] koncetrace pracího pros tředku 2 [g/dm3] koncetrace pracího pros tředku 5 [g/dm3] wate r hardne s s [ o d] V případě vyšší tvrdosti vody je nutné výrazně zvýšit koncentraci detergentu. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 15

16 Tvrdost vody podle původu Původ z jezer z řek pramenitá voda podzemní voda vodovodní voda Tvrdost měkká měkká měkká až tvrdá měkká až tvrdá měkká až tvrdá Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 16

17 Stupnice tvrdosti mmol/l d e f WH I 0-1, ,6 0 3,9 WH II 1,3-2, ,6 11,2 3,9 7,82 WH III 2,5-3, ,2-16,8 7,82 11,73 WH IV > 3,8 > 21 > 16,8 > 11,73 Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 17

18 Anorganický kotelní kámen I T > 60 C srážení uhličitanu vápenatého a hořečnatého Ca(HCO 3 ) 2 CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Uhličitan vápenatý Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 18

19 Anorganický kotelní kámen II Sraženiny uhličitanu vápenatého a hořečnatého vedou k tomu, že zbytky na prádle způsobují - šednutí, - vysoký obsah popela - mechanické poškození vláken (jako výsledek působení hran mikrokrystalů) usazeniny na stěnách trubek a elektrických topných hadech (usazeniny kotelního kamene) způsobují - ucpávání trubek - poškozování elektrických topných hadů Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 19

20 Anorganický kotelní kámen III původní S usazeninami kotelního kamene Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 20

21 Anorganický kotelní kámen IV Topný had s usazeninami kotelního kamene Mikrokrystaly Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 21

22 Organický kotelní kámen Za přítomnosti mýdel nebo detergentů na bázi mýdla tvoří ionty vápníku a hořčíku s mýdlem nerozpustné soli mýdla Následek usazeniny vysráženého mýdla Snížená koncentrace látek aktivních v praní v prací lázni Vyšší spotřeba detergentu Prostoupení částic špíny do prádla během srážení Šednutí Vytváření hydrofobního filmu na povrchu vláken Snížený příjem vody prádlem Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 22

23 Těžké kovy Zdroje těžkých kovů: voda, koroze potrubí a zásobníků, parní potrubí, textilní zboží, akumulace těžkých kovů v textiliích. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 23

24 Těžké kovy ve vodě Přítomnost v původním zdroji vody Koncentrace těžkých kovů v povrchové vodě může kolísat v rozsahu několika řádů v krátkých časových intervalech v závislosti na podmínkách, Zvláště škodlivé pro prací proces jsou ionty Fe2+, Mn2+, Cu2+, Jedinou uspokojivou metodou je upravovat vodu tak, aby se odstranilo železo a mangan, což obvykle zahrnuje provzdušňování a filtraci, případně s dávkováním chemikálií po provzdušňování. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 24

25 Těžké kovy ve vodě Koroze potrubí a nádrží Velmi měkká voda z veřejného zdroje nebo měkčená voda jsou relativně korozívní a mají tendenci napadat železné potrubí a zásobníky, zvláště tehdy, když voda také obsahuje rozpuštěné plyny. Prevence zásobníky a potrubí se mohou upravovat křemičitanem sodným (vodním sklem) v množství odpovídajícím 15 mg/dm 3, a tím zabránit odlupování rzi ve formě vloček. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 25

26 Těžké kovy Železo z parního potrubí skvrny železa na prádle mohou být způsobeny částicemi železité rzi vyfouknutými ze zkorodovaného parního potrubí na prádlo během praní tato potíž se někdy vyskytuje poté, co starý systém byl narušen instalací nového stroje řešení náhrada starého systému je pravděpodobně jedinou cestou k odstranění těchto potíží Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 26

27 Těžké kovy v textilním zboží Textilní zboží někdy obsahuje těžké kovy, které se pak přenášejí do praní a mohou rušit prací a bělicí proces, Je to způsobeno přítomností těžkých kovů ve špíně a padajícím prachem (Cd, Pb, Zn, Mn, Fe a Ni). Mohou se vyskytovat také v barvivech (Cr, Ni, Cu, and Co). Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 27

28 Akumulace těžkých kovů v textiliích Některé nebarvené vlny při prvém převzetí fakticky obsahují železo, Vlna je náchylnější k malým stopám železa ve vodě ve srovnání s bavlnou a lnem, Vlna má schopnost akumulovat železo z jednoho praní do druhého. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 28

29 Důsledky přítomnosti těžkých kovů na praní a bělení ukládání na textilie, žloutnutí textilií, katalytický rozklad peroxidů, depolymerace celulózy. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 29

30 Důsledky přítomnosti těžkých kovů na praní a bělení Ukládání těžkých kovů na textilie. Ionty těžkých kovů (Fe 2 +, Mn 2 +) se za přítomnosti alkálií oxidují a ukládají se na textilie. 2 Fe(HCO 3 ) 2 + H 2 O + ½ O 2 2 Fe(OH) CO 2 2 Mn (HCO 3 ) H 2 O + O 2 2 Mn(OH) CO 2 Mn(OH) 4 MnO H 2 O Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 30

31 Důsledky přítomnosti těžkých kovů na praní a bělení Žloutnutí textilií Obecné nažloutlé zabarvení může vznikat následujícími cestami: - přítomností železa, manganu a mědi v původním zdroji vody, - železo z praného materiálu Skvrnité žluté zabarvení může vznikat: - ze spláchnutí železné rzi do vody, - ze železa z parního potrubí, - z akumulace železa. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 31

32 Důsledky přítomnosti těžkých kovů na praní a bělení Katalytický rozklad peroxidů během bělení za přítomnosti iontů přechodných kovů (zvláště Fe3+, Mn2+ a Cu2+) Prevence vodný roztok peroxidu vodíku se musí stabilizovat komplexačními činidly, čímž se izolují kationty přechodných kovů Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 32

33 Důsledky přítomnosti těžkých kovů na praní a bělení Depolymerace celulózy Katalytický rozklad působený ionty kovů může urychlovat bělení a rozklad peroxidu během praní a bělení a způsobovat depolymeraci celulózy, Přítomnost kovových částic pocházejících z člunkových stavů může dokonce vést ke vzniku oxycelulózy, což později vede k proděravění textilie. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 33

34 Vliv iontů železa v ve vodě na máchání na žloutnutí bavlněných textilií yellowing index [%] ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Fe concentration [g/l] Žloutnutí textilie je způsobeno vyšší koncentrací iontů železa ve vodě. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 34

35 Změny ve žloutnutí bavlněné textilie prané ve vodě o různé tvrdosti Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 35

36 Vliv koncentrace iontů Mn 4+ na účinnosti praní úč inno s t praní [%] Koncentrace pracího prostředku 2g/l Koncentrace pracího prostředku 5g/l konce ntrace Mn4+ [mg/l] Účinnost praní je také ovlivňována obsahem iontů Mn. Stejná úroveň účinnosti praní se udrží výrazným zvýšením koncentrace detergentu. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 36

37 Demineralizace Princip demineralizace Technologie výměny iontů Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 37

38 Zdroje vody a tvrdost vody Ne všechny zdroje vody poskytují vodu dobré kvality pro praní. Například voda v blízkosti rašeliniště obsahují huminové látky, které způsobují žluté, dokonce až nahnědle-žluté zabarvení praných textilií. Většina prádelen má svoje vlastní velké studny na vodu, ale tato voda není vhodná pro praní, protože její obsah Fe nebo Mn je až stokrát vyšší. Ve snaze šetřit vodu některé prádelny chytají dešťovou vodu ze střech a pevných povrchů do velkých kontejnerů a následně ji používají na praní. Dešťová voda vždy obsahuje rozpuštěné kyselé plyny (NOx, CO2), které mohou posunout ph až na hodnotu 3,5. Největšími nepříteli vody pro praní jsou zcela rozpustné minerální soli. Jejich vysoký obsah zcela znemožňuje praní. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 38

39 Tvrdost vody je v různých oblastech různá V síti zásobující vodou je většinou upravovaná voda ze zásobníků a tvrdost této vody je mezi 0,7 až 1,3 mmol/l (4-7 d) a jako taková je považována za měkkou vodu. Je-li podíl studniční vody větší, roste tvrdost vody až na 1,3 3,75 mmol/l (7 21 d) a taková voda je považována za tvrdou. Nemálo studní poskytuje vodu o tvrdosti více než 3,75 mmol/l (21 d) a to je velmi tvrdá voda. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 39

40 Technologie výměny iontů V prádelnách existuje pouze jediná technologie úpravy vody, a to je technologie výměny iontů. Tento postup je - spolehlivý, - technicky propracovaný, - ekonomicky přijatelný. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 40

41 Princip technologie výměny iontů Voda se čistí filtrací přes zásobník obsahující malé granule syntetické pryskyřice. Tyto granule jsou chemicky upravovány tak, aby adsorbovaly buď pozitivně nabité kationty (katex) nebo negativně nabité anionty (anex). Během úpravy vody se ionty Ca a Mg nahrazují kationtem Na. Tento proces výměny iontů čistí vodu tak dlouho, dokud nejsou všechna místa schopná výměny iontů využita; v tomto bodě je iontoměnič vyčerpán a musí se regenerovat použitím chemikálií. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 41

42 Schéma procesu demineralizace vody Neupravená voda Ventil Po vyčerpání kapacity se ionotoměnič musí regenerovat pomocí NaOH a kyseliny Zásobník výměníku iontů Demineralizovaná voda Schéma demineralizace vody Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 42

43 Příklady automatické katexové jednotky obvykle používané v průmyslových prádelnách Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 43

44 Kapacita iontové výměny Kapacita iontové výměny je velmi důležitým indikátorem iontové výměny. Ta je definována jako množství iontů vyměněných v jednom litru iontoměniče. Je vyjádřena v molech nebo gramech CaO na jeden litr. Objem iontoměniče se navrhuje podle kapacity. Příklad: Purolite C-100 kapacita je 2 mol/litr katexu. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 44

45 Regenerace of měniče kationtů Když se pryskyřice vyčerpá, musí se provést její regenerace použitím roztoku chloridu sodného. Na+ má vyšší afinitu ke katexovým funkčním skupinám než Ca a Mg. Na-ionty nahrazují v ionexové mřížce ionty Ca a Mg a zaujímají jejich místa. Katex je regenerován a je schopen znovu pracovat. Teoretická spotřeba regeneračního činidla odpovídá kapacitě měniče iontů, prakticky je však vyšší. Počet regeneračních cyklů je z praktického hlediska neomezený a životnost katexu je závislá na mechanické pevnosti jeho mřížky. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 45

46 Praktické aspekty Pro regeneraci se používá % roztok NaCl připravený v zásobníku se solankou. Sůl se používá většinou jako tablety nebo granule. Spotřeba NaCl se obvykle vyjadřuje na litr katexu Teoretická spotřeba: tvrdost 1 d a 1 m3 vody = 20,7 g NaCl Praktická spotřeba: g NaCl ( g v případě menších a starých typů zařízení) Počet cyklů regenerace je z praktického hlediska neomezený a životnost katexu je závislá na mechanické pevnosti jeho mřížky. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 46

47 Filtry pro výměnu iontů Staré filtry pro výměnu iontů jsou ocelové nebo litinové povrchově chráněné proti působení solanky. Tyto typy filtrů vyžadovaly ruční operaci. Operátor filtrů monitoroval množství upravené vody, její tvrdost, prováděl jejich regeneraci a vyplňoval formuláře zpráv. Moderní zařízení pro změkčování (tj. Kinetico, Earth Recources) pracují automaticky; postupy úpravy a regenerace jsou řízeny čidlem reagujícím na proteklé množství vody. Běžná kombinace jsou dva filtry a jeden zásobník se solankou. Filtry pracují střídavě Nádrže na solanku a filtry jsou vyrobeny z plastů, které jsou absolutně korozivzdorné. Z těchto materiálů jsou vyrobeny také potrubí, ventily atp. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 47

48 Voda dobré kvality pro prádelny U změkčené vody pro prádelny se neočekává žádné mikrobiologické znečištění. Bakterie by se mohly zachytit na filtrech a na granulích pryskyřice. V takovém případě se zařízení pro změkčování vody stávají zřejmým zdrojem kontaminace vody pro prádelny. Modul 1 Používání vody Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 48