DEDURIZAREA SI DEMINERALIZAREA APEI

Calitatea apei necesara fiecarui tip de folosinta este o problema de mare actualitate si se poate spune ca, in prezent, este factorul care decide orientare alimentarilor cu apa. In afara faptului ca aceasta calitate trebuie sa corespunda perfect cerintelor consumatorilor, ea este aceea care stabileste si categoria de sursa de apa ce poate fi folosita, precum si tehnologia de tratare necesara atingerii indicatorilor de calitate solicitati, factori determinanti in alcatuirea unui sistem de alimentare cu apa.

Pentru a inlatura inconvenientele prezentate, apele naturale necesare in diferite domenii industriale sunt supuse unor tratamente de purificare si corectare a calitatilor, care comporta urmatoarele etape:

- limpezire

- dezinfectare

- degazare

- demanganizare

- deferizare

- desiliciere

- dedurizare

- demineralizare

Cele mai importante operatii de purificare a apelor industriale sunt dedurizarea si demineralizarea.

Continutul total de saruri de calciu si magneziu constituie duritatea totala a apei,care este media dintre duritatea temporara si duritatea permanenta.

a) duritatea temporara e data de bicarbonatul de Ca si Mg care pot fi eliminati prin fierberea apei,producand o pierdere de CO2,si da loc formarii de carbonati foarte putin solubili care precipita:

bicarbonat de calciu Ca(HCO 3 ) 2

bicarbonat de magneziu Mg(HCO 3 ) 2

Prin fierberea apei, bicarbonatii se descompun, dupa reactiile:

Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 +H2O

Mg(HCO3)2 = MgCO3 + CO2 + H2O

b) duritatea permanenta : nu se elimina prin fierbere si e data de alte saruri de calciu si magneziu(solfati si cloruri) care raman dizolvate in solutie:

sulfat de magneziu MgSO 4

sulfat de calciu MgSO 4

clorura de calciu CaCl 2

clorura de magneziu MgCl 2

Suma duritatilor temporara si permanenta formeaza duritatea totala a apei DT .

DT = Dt + Dp

Duritatea apei se exprima in grade germane. Un grad german corespunde la 10 mg CaO/l ( totalitatea sarurilor de calciu si magneziu este socotita in echivalenti de CaO).

1. Duritatea apei de spalat

Toti detergentii din comert contin mari cantitati de substante anticalcar(aprox.20- 30%) pentru ca fara spalarea,mai ales cea automata,ar fi imposibila. Cu toate acestea rufele raman deseori dure si cu depozite acumulate pe fibre,fie deoarece substantele adaugate nu reusesc sa clateasca perfect depunerile de pe tesaturi. Utilizand apa dedurizata nu se evita doar aceste inconveniente dar de fapt este demonstrate ca este posibila economia unui procent notabil de detergent cosumat doar in apa dura.

2. Duritatea apei pentru aparate electrocasnice

Toate aparatele electrocasnice care folosesc apa,in special masinile de spalat rufe si de spalat vase,sufera de pe urma efectului apei dure si datorita efectului produselor anticalcar partile cele mai afectate sunt evident cele mai delicate si costisitoare(serpentine,pompe,etc). Inca o data apa dedurizata evita aceste daune,si in ce priveste serpentinele,evita consumul energetic.

3. Duritatea apei in igiena personala

Amestecul de sapun cu apa dura produce putina spuma,viceversa cu apa dedurizata,chiar si rece,se produce imediat spuma abundenta:din acest motiv prima recomandare facuta unui utilizator nou de apa dedurizata este aceea de a utilize putin detergent,urmarind de fapt ca obiceiurile normale fac dificila faza de clatire. Cu apa dedurizata economia de detergent poate ajunge la 75%,ceea ce semnifica ca anumit procent de detergent folosit este,cu apa dura, literalmente pierdut.

1.1 Procedee de durizare a apei

Prin dedurizarea apei se inteleg operatiile de indepartare a ionilor de calciu si de magneziu.

Procedeul termic. Pentru apele cu duritate temporara mare, aceasta se inlatura prin incalzirea apei aproape de fierbere. Bicarbonatii se descompun si precipitatele se depun ca namol:

Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O

Procedee chimice. Tratandu-se apa cu diferiti reactivi chimici, se poate inlatura aproape total duritatea apei.

1.2 Procedeeul de dedurizare cu schimbatori de ioni

Substantele care pot schimba cationii se numesc cationiti sau schimbatori de cationi, iar acele care pot schimba anionii se numesc anioniti sau schimbatori de anioni. Schimbtorii de ioni sunt substane, insolubile n ap sau n ali solveni, capabile s adsoarb din soluiile de electrolii cu care vin n contact, ionii pozitivi sau negativi, n schimbul eliberrii unei cantiti echivalente de ali ioni cu aceeai sarcin electric. n funcie de natura scheletului unui schimbtor de ioni acesta poate fi anorganic (zeolitic) sau organic.

n general schimbtorii de ioni se utilizeaz sub form acid (cationii) RH sau bazic (anionii) ROH. Reaciile generale de schimb ionic sunt:

deci soluia care conine M+ devine o soluie acid, care conine ioni H+;

soluia care conine X- are un caracter bazic.

Schimbul ionic fiind cantitativ, se poate obtine o apa dedurizata complet, dar care va avea loc o reactie bazica cu atat mai mare, cu cat duritatea temporara a apei brute a fost mai mare. De aceea in practica se trateaza mai intai apa cu lapte de var pentru inlaturarea duritatii temporare si apoi se trece prin coloana cu permutit de sodiu. Cand toti ionii de sodiu din permutit au fost inlocuiti cu ioni de calciu si magneziu, permutitul devine inactiv, si se impune regenerarea lui. Regenerarea se realizeaza prin tratarea permutitului cu o solutie de NaCl 10-15 % :

CaP + 2NaCl = Na2P + CaCl2

MgP + 2NaCl = Na2P + MgCl2

Rasinile ionice pot avea in structura lor ca ion de schimb H+ sau Na+ (se noteaza HR sau NaR ). Pentru dedurizarea apei se utilizeaza rasini ionice in forma NaR si au

loc aceleasi reactii ca in cazul folosirii permutitului de sodiu:

2NaR + Ca(HCO3)2 = CaR2 + 2NaHCO3

2NaR + MgSO4 = MgR2 + Na2SO4

In industrie dedurizarea apei cu schimbatori de ioni se realizeaza in filtre cilindrice verticale construite din tabla de otel antiacid, umplute cu un strat de rasina cationica, avnad ca suport un strat de pietris. Operatia de dedurizare cuprinde urmatoarele etape : afanarea cationului, regenerarea, spalarea si dedurizarea.

Schema instalatiei pentru dedurizarea apei cu schimbatori de ioni.

1- coloana de cationit

2- strat de nisip

Regenerarea cationului este operatia prin care cationul isi recapata capacitatea de schimb. Regenerarea se realizeaza cu o solutie de NaCl 10-15% cand se urmareste ca ionul de schimb sa fie Na+, sau cu H2SO4 sau HCl 1-4%, cand ionul de schimb trebuie sa fie H+. Reactiile care au loc sunt:

CaR2 + 2NaCl = 2NaR + CaCl2

MgR2 + 2NaCl = 2NaR + MgCl2

Dedurizarea apei se realizeaza prin trecerea apei dure prin filtrul cu cationit cu o viteza reglata in functie de gradul de incarcare al filtrului. Din practica s-a constatat ca dedurizarea este mai eficienta cand sensul de circulatie al apei dure prin filtru este invers sensului de circulatie al solutiei de regenerare si al apei de spalare.

Prezenta substantelor organice, ca si ionilor de Fe2+ si Mn2+ influenteaza negativ actiunea clorului, deoarece maresc consumul de clor si dau produsi de reactie care confera apei miros si gust neplacut.

Ionii de calciu se indeparteaza sub forma de carbonat, iar cei de magneziu sub forma de hidroxid, Ca(OH)2 si MgCO3 fiind partial solubili.

2.1 Demineralizarea apei

Prin demineralizare se intelege operatia de indepartarea completa a anionilor si cationilor dizolvati in apa. Demineralizarea apei se poate realiza prin procedee fizice si chimice.

Procedee fizice:

Cel mai simplu procedeu de demineralizare consta in evaporarea apei in vaporizatoare si condensarea vaporilor. Procedeul este cunoscut sub denumirea de distilare a apei.

Procedee chimice:

Demineralizarea totala a apei se poate realiza prin schimb ionic utilizand rasini schimbatoare de ioni. Operatia de demineralizare se poate realiza intr-o instalatie alcatuita din doua fibre, unul cu cationit puternic acid si celalalt cu anionit puternic bazic, sau dintr-un singur filtru cu strat mixt, format dintr-un cationit puternic acid amestecat cu un anionit puternic bazic. Demineralizarea apei se realizeaza trecand apa bruta printr-un filtru cu cationit, unde are loc schimbul cationic. Rasina cedeaza ionii de hidrogen si retine in schimb alti cationi in apa, conform reactiilor:

2HR + Ca(HCO3)2 = CaR2 + 2CO2 + 2H2O

2HR + HCl = RCl + H2O

2HR + H2SiO3 = CaR2 + 2H2O

Schema instalatiei pentru demineralizarea apei cu schimbatori de ioni.

1- filtru cu cationit RH

2- filtru cu anionit ROH

3- degazor

Apa care iese din filtrul cu cationit este acida ; ea contine acizi minerali formati in urma schimbului ionic si dioxidul de carbon provenit din duritatea temporara.

Apa trecuta prin filtrele cu schimbatori de cationic si anioni este realizata total si neutral ( pH = 7 ). Regenerarea rasinilor se realizeaza prin spalarea filtrului cationic cu o solutie de H2SO4 4% :

CaR2 + H2SO4 = 2HR + CaSO4

MgR2 + H2SO4 = 2HR + MgSO4

si a celui anionic cu o solutie de NaOH sua Na2CO3 5%

R2SO4 + 2NaOH = 2ROH + Na2SO4

RCl + NaOH = ROH + NaCl

In tehnica moderna, demineralizarea apei se realizeaza in cea mai mare parte cu schimbatori de ioni.

n general, calitatea apei demineralizat precum si a procesului devdemineralizare se controleaz prin conductivitatea electric. Astfel,conductivitatea electric a apei potabile este de 1000 S/cm, conf. STAS 1342/1991, iar a apei demineralizate mai mica de 10S/cm.

CONCLUZII

Apa este una din materiile prime cele mai des folosite in industria chimica; o alta utilizare fiind ce de agent termic. Datorita proceselor care au loc apa utilizata in industria chimica trebuie sa indeplineasca anumite conditii de calitate dintre care cele mai importante sunt duritatea apei si gradul de mineralizarea al acesteia. Exista mai multe procedee de indepartarea a duritatii apei si substantelor minerale dizolvate in apa. Dintre cele mai cunoscute sunt dedeurizarea apei prin procedeul var-soda, precum si procedeul cu schimbatorii de ioni, acesta fiind mai modern. Demineralizarea apei se realizeaza prin procedeul cu schimbatori de ioni, acesta fiind un procedeu modern prin care se indeparteaza din apa toti anioni si cationii.

R

H

+

M

+

H

+

R

M

+

R

O

H

X

-

R

X

O

H

-

+

+