Zdroje a příprava vody

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

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 Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 2

Cíle Po zvládnutí této kapitoly budete: Umět popsat vlastnosti vody Vědět a umět vysvětlit úlohu vody během pracího procesu Vědět co znamená tvrdost vody Vědět jaký efekt má tvrdost vody na prací proces Vědět jaký efekt má tvrdost vody na prané prádlo Znát, které těžké kovy se vyskytují v pracím procesu Schopni diskutovat vliv těžkých kovů na prací proces Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 3

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 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 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 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 5

Látky rozpuštěné ve vodě Přírodní voda obsahuje v různých množstvích rozpuštěné látky. Jsou to převážně: - oxid uhličitý, - dusík a oxid siřičitý ze vzduchu - soli vápníku, hořčíku a železa - stopy jiných alkalických sloučenin - chloridy, sírany, forsfáty, křemičitany - kyselé sloučeniny z půdy. - Bakterie Tyto látky mohou negativně působit v různých částech prádelny. Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 6

Látky rozpuštěné ve vodě Vápenaté a hořečnaté soli mohou ničit mýdlo, inaktivovat povrchově aktivníčinidla; 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 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 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) - Fe max. 0,1 mg/l (tedy žádné Fe) ph mezi 6 9,5 Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 8

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 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 9

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 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 10

Stupnice tvrdosti mmol/l d e f WH I 0-1,3 0-7 0 5,6 0 3,9 WH II 1,3-2,5 7-14 5,6 11,2 3,9 7,82 WH III 2,5-3,8 14-21 11,2-16,8 7,82 11,73 WH IV > 3,8 > 21 > 16,8 > 11,73 Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 11

Tvrdost vody podle původu Původ Tvrdost z jezer z řek pramenitá voda podzemní voda vodovodní voda měkká měkká měkká až tvrdá měkká až tvrdá měkká až tvrdá Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 12

Tvrdost vody Tvrdost vody je způsobena rozpuštěnými anorganickými solemi - vápníku, hořčíku - železa a manganu jako hydrogen- a normální uhličitany - sírany a chloridy. Existují dva typy tvrdosti: - Přechodná (karbonátová) tvrdost - Trvalá (nekarbonátová) tvrdost Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 13

Celková tvrdost vody Celková tvrdost = Přechodná tvrdost + Trvalá tvrdost Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 14

Přechodná tvrdost vody Přechodná (karbonátová) tvrdost je způsobena přítomností hydrogenuhličitanů 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). Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 15

Trvalá tvrdost vody Trvalá (nekarbonátová) tvrdost - nelze odstranit zahříváním. - Ostatní soli kovů alkalických zemin (chloridy, sírany, ) jsou dobře rozpustné. Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 16

Přechodná a trvalá tvrdost Přechodná tvrdost (karbonátová tvrdost) - Ca-/Mg-hydrogenuhličitany - Při t > 60 C: srážení hydrogenuhli čitanů ve formě uhličitanů - Ca(HCO 3 ) 2 CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Trvalá tvrdost (Nekarbonátová tvrdost ) - Ca-/Mg- sírany - Ca-/Mg- chloridy - Ca-/Mg- dusičnany Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 17

Vliv tvrdosti vody na účinnost praní 60 Washing efficiency [%] 50 40 30 20 10 Detergent 1 Detergent 2 Detergent 3 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 water hardness[ o d] Účinnost praní se vždy snižuje s rostoucí tvrdostí vody bez ohledu na použití různých typů detergentu. Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 18

Tvrdost vody a potřebné dávkování pracího prostředku 120 100 washing efficiency [%] 80 60 40 20 koncetrace pracího prostředku 2 [g/dm3] koncetrace pracího prostředku 5 [g/dm3] 0 0 5 10 15 20 25 30 35 water hardness [ o d] V případě vyšší tvrdosti vody je nutné výrazně zvýšit koncentraci detergentu. Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 19

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 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 20

Anorganický kotelní kámen II Zbytky uhličitanu vápenatého a hořečnatého vedou k - šednutí prádla, - 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 Viz obrázky na dalších obrazovkách Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 21

Anorganický kotelní kámen III původní S usazeninami kotelního kamene Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 22

Anorganický kotelní kámen IV Topný had s usazeninami kotelního kamene Mikrokrystaly Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 23

Anorganické inkrustace Za přítomnosti mýdel nebo detergentů na bázi mýdla tvoří ionty vápníku a hořčíku s mýdlem nerozpustné soli mýdla usazeniny vysráženého mýdla snížená koncentrace látek aktivních v praní v prací lázni vyšší spotřeba detergentu Prostoupení částic špíny do prádla během srážení způsobuje šednutí vytvoření hydrofobního filmu na povrchu vláken snížený příjem vody prádlem Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 24

Těžké kovy Neexistuje obecná definice co jsou to těžké kovy. Obvykle mluvíme o: Železu (Fe), mědi (Cu), olovu (Pb), zinku (Zn), niklu (Ni), cadmiu (Cd), chromu (Cr) Degradace těžkých kovů znamená silnou zátěž pro životní prostředí Zdroje těžkých kovů: voda, koroze potrubí a zásobníků, parní potrubí, textilní zboží, akumulace těžkých kovů v textiliích. Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 25

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 Fe 2+, Mn 2+, Cu 2+ 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 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 26

Těžké kovy ve vodě Koroze potrubí a nádrží Velmi měkká voda z veřejného zdroje nebo měkčená voda jsou relativně korozívní To může vést k napadení železného potrubí a zásobníků, zvláště tehdy, když voda také obsahuje rozpuštěné plyny. Prevence zásobníky a potrubí se mohou upravovat křemičitanem sodným (vodním sklem) a tím zabránit odlupování rzi ve formě vloček. Odpovídající množství je 15 mg/dm 3, Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 27

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 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 28

Těžké kovy v textilním zboží Textilní zboží někdy obsahuje těžké kovy, které se pak přenášejí do praní Těžké kovy mohou rušit prací a bělicí proces, Těžké kovy se vyskytují ve špíně a padajícím prachu (Cd, Pb, Zn, Mn, Fe a Ni). Mohou se vyskytovat také v barvivech (Cr, Ni, Cu, and Co). 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 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 29

Důsledky přítomnosti těžkých kovů na praní a bělení ukládání na textilie, žloutnutí textilií, katalytický rozklad peroxidů (destrukce bělícího procesu) depolymerace celulózy. Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 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) 3 + 4 CO 2 2 Mn (HCO 3 ) 2 + 2 H 2 O + O 2 2 Mn(OH) 4 + 4 CO 2 Mn(OH) 4 MnO 2 + 2 H 2 O Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 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 Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 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 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 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 33

Vliv iontů železa v ve vodě na máchání na žloutnutí bavlněných textilií 34 32 yellowing index [%] 30 28 26 24 22 20 18 16 0 0,1 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 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 34

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

Vliv koncentrace iontů Mn 4+ na účinnosti praní 100 90 účinnost praní [%] 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Koncentrace pracího prostředku 2g/l Koncentrace pracího prostředku 5g/l 0 5 10 15 20 25 30 koncentrace Mn4+ [mg/l] Účinnost praní je také ovlivňována obsahem iontů Mn. Stejná úroveň účinnosti praní se udrží výrazným zvýšením koncentrace detergentu. Modul 1 Voda v prádelnách Kapitola 3 Zdroje a příprava vody 36