Voda je jedna od najvažnijih osnovnih materija u prirodi. Osim što služi za održavanje biljnog, životinjskog, pa i ljudskog života na zemlji, ona je jedna od najvažnijih industrijskih sirovina, bilo u tehnoIoškom procesu, bilo kao pogonsko sredstvo u parnom pogonu.

Kemijski čista voda u prirodi ne postoji. I najčišća kišnica sadrži u sebi otopljene plinove i nečistoće iz atmosfere, kao npr. CO2, O2, N2, NH3, a iz atmosfere nad industrijskim mjestima i velikim gradovima apsorbira SO2, H2S, H2SO4, HCl, čađu i prašinu. U primorskim krajevima sadrži u sebi i morske soli, čiji sadržaj može iznositi i do 15 mg/1. Za vrijeme nevremena i oluja može doći do stvaranja ozona i dušične kiseline, koji se također otapaju u kišnici.

Najjače se otapa CO2 (1,713 volumnih dijelova u 1 volumenu vode), a zatim O2 (0,049 vol./vo H2O), te N2 (0,0235 vol./vol. H2O), računajući kod normalnih okolnosti. Zato kišnica u prosjeku sadrži 63,2% dušika, 35,0% kisika i 1,8% CO2. Vidimo da se količina CO2 u kišnici pošezdeseterostručila u odnosu na njenu količinu u atmosferi (0,03%!).

Opterećena ovim sastojinama, kišnica, kao dio tzv. kružnog toka vode u prirodi, poniranjem kroz gornje slojeve litosfere, prolazi kroz slojeve bogate humusnim tvarima i produktima raspadanja. Apsorbira H2S i daljnje količine CO2 i nosi ih u donje slojeve zemlje. Osobito se do te mjere obogaćuje slobodnom ugljičnom kiselinom, da na svome putu rastvara inače praktički u vodi netopive karbonate: npr. vapnenac, dolomit, magnezit, siderit, pretvarajući ih u topive bikarbonate.

Doc. inž. Veljko Korać

Sadržaj

Uvod
Uslovi kvaliteta napojne vode
Uslovi kvaliteta za tehnološke vode
Otpadne vode
Tvrdoća vode
Pregled kalcijevih i magnezijevih soli u vodi
Ugljična kiselina
Kemijska priprema vode u industriji
Mekšanje vode taloženjem pomoću kemikalija

Vapno
Soda
Lužina (NaOH)
Soli fosforne kiseline
Kontrola umekšane vode
p- i m- vrijednost
Natronski broj
Alkalni broj
Gustoća kotlovne vode
Odsoljavanje kotla
Načini mekšanja vode taložnim sredstvima
Vapno
Vapno – soda
Natrijeva lužina
Soda i natrijeva lužina
Vapno i natrijeva lužina

Soda
Vrste parnih pogona
Uslovi kvalitete za napojnu i kotlovnu vodu
Hladna dekarbonizacija sirove vode sa vapnom
Razdjeljivač sirove vode
Posuda za gašenje vapna
Tlačna posuda
Zasićivač vode vapnenice
Reaktor
Pješčani filtar
Magno-masa
Brzi i polubrzi reaktor
Kontrola rada brzog reaktora
Dekarbonizacija sirove vode u vrućem
Uređaj za pripremu i dodavanje vapnenog mlijeka
Kaskadni zagrijač
Taložni reaktor

Mekšanje pomoću vapna i sode
Mekšanje pomoću vapna i lužine
Mekšanje pomoću lužine
Mekšanje sa vapnom uz dodatak trifosfata
Mekšanje sa lužinom i sodom
Pregled kemijskih načina mekšanja vode i potrošak kemikalija
Ionski izmjenjivači
Građa i mehanizam izmjene
Dobivanje ionskih izmjenjivača
Polimerizacija kationskog izmjenjivača
Polimerizacija anionskog izmjenjivača
Ponašanje ionskih izmjenjivača
Način djelovanja ionskih izmjenjivača
Kationski izmjenjivači
Anionski izmjenjivači
Neke definicije i pojmovi za ionske mase
Kapacitet izmjene
Specifično opterećenje
Protočna brzina

Potrošak sredstva za regeneraciju
Definicije i pojmovi za postrojenja s ionskim filtrima
Opterećenje ionskog filtra
Ukupno opterećenje filtra
Primjena ionskih izmjenjivača u tehnologiji vode
Kontrola rada pojedinih filtara
Miješani filtar
Radni period filtra
Protuionsko djelovanje
Potrebne količine sredstva za regeneraciju
Potrošak NaCl
Potrošak kiseline
Potrošak alkalnog sredstva
Proračun potrebnih količina ionske mase
Proračun dimenzija filtra
Neki poznatiji tipovi ionskih izmjenjivača
Dobivanje dodatne napojne vode destilacijom
Otplinjavanje
Tlačni otplinjivač
Vakuum otplinjivač

Otplinjavanje kemijskim putem
Hidrazinhidrat
Kondicioniranje s amonijakom
Korozija u parnim postrojenjima
Djelovanje kisika
Djelovanje ugljične kiseline
Djelovanje neutralnih soli i alkalija
Djelovanje „raspadnute“ pare
Konzerviranje kotla
Suho konzerviranje
Mokro konzerviranje
Nastajanje taloga u kotlovnoj vodi
Stvaranje kotlovnog mulja
Stvaranje kamena kotlovca
Čišćenje kotla od kamenca

KEMIJSKA ISPITIVANJA VODE
Način prikazivanja rezultata analize vode
Ispitivanje sirove vode
Ispitivanje napojne ili općenito umekšane vode
Ispitivanje kotlovne vode
Ispitivanje kondenzata
Uzimanje uzorka vode
Ispitivanje mirisa i okusa
Ispitivanje boje i bistroće

Određivanje tvrdoće vode
Određivanje kalcija
Određivanje magnezija
Određivanje ugljične kiseline
Određivanje p-vrijednosti
Određivanje m-vrijednosti
Određivanje kisika
Određivanje klorida
Određivanje nitrita
Određivanje nitrata
Određivanje sulfata
Određivanje SiO2
Određivanje fosfata
Određivanje mehaničkih onečišćenja
Određivanje organskih tvari
Određivanje željeza
Određivanje mangana
Određivanje amonijaka
Određivanje hidrazina
Određivanje šećera
Određivanje gustoće vode
Određivanje isparnog ostatka i gubitka žarenjem
Određivanje ulja u vodi
Određivanje
Određivanje vodljivosti

KEMIJSKA ISPITIVANJA KEMIKALIJA
Ispitivanje vapna
Ispitivanje vode vapnenice
Ispitivanje karbonatne muteži
Određivanje gustoće vapnenog mlijeka
Ispitivanje sode
Istovremeno ispitivanje dodatka vapna i sode
Ispitivanje natrijeve lužine
Ispitivanje trinatrijeva fosfata
Ispitivanje kuhinjske soli
Ispitivanje kremenog pijeska

LITERATURA
KAZALO SLIKA

Uvod

Rastvaranje vapnenca odvija se ovako:

CaCO3 + CO2 + H2O ↔ CaCHCO3

Ha sličan način rastvaraju se u vodi u prisutnosti slobodne ugIjične kiseline i ostali karbonati, prelazedi u topive bikarbonate.

Topivi željezni bikarbonat može nastati i djelovanjem u vodi otopljene ugljične kiseline na pirit:

FeS2 + 2 CO2 + 2 H2O ↔ Fe(HCO3)2 + H2S + S

pri čemu se stvara sumporovodik.

Sumporovodik u podzemnim vodama češće potiče uslijed djelovanja ugljične kiseline na pirit prema gornjoj jednadžbi, nego uslijed raspadanja humusnih tvari.

Osim CO2 vidjeli smo da atmosferska voda sadrži i znatne količine kisika, koji na prolazu kišnice kroz zemljinu koru oksidira željezni sulfid, pretvarajući ga u topivi željezni sulfat:

FeS2 + 2 O2 → FeSO4 + S

Osim kao bikarbonat i sulfat, željezo može biti otopljeno u vodi i kao željezni humat, jer i humusne kiseline rastvaraju željezo u vodi na sličan način kao i ugljična kiselina.

Slični se procesi rastvaranja u vodi zbivaju i sa manganskim rudarima, tako da i mangan može biti otopljen u vodi u najrazličitijim spojevima.

Mnogo se teže rastvaraju graniti i ostalo vulkansko kamenje, koje se sastoji od otpornih silikata, pa su vode sa takvih terena mekane.

Međutim i oni se djelomično rastvaraju udruženim djelovanjem ugljične kiseline i mikroorganizama, a kadikad i djelovanjem podzemnih vrućih voda. Molekule silikata se dugotrajnim djelovanjem vode prvobitno otapaju u ultra malim količinama i vežu uslijed hidrolize slobodne disocilrali i OH-jone iz vode, stvarajući jako disocirane baze.

Na taj se način raspadaju u topive čestice osobito jednovalentni elementi kalijum i natrij, te dvovalentni kalijum i magnezij. Djelovanjem pak ugljične kiseline, koje ima gotovo u svakoj vodi, stvaraju se alkalni bikarbonati, karbonati odnosno silikati.

Voda na svome prolazu kroz zemljine slojeve nailazi osim na karbonate i silikate i na topive soli, kao što su npr. kuhinjska sol, glauberova sol i sulfati, koje sa lakoćom otapa, ovisno o njihovoj topivosti, u odgovarajućim uvjetima (temperatura i dužina otapanja).

Stepen i vrsta onečišćenja vode (sa kemijskog gledišta) ovise, kao što vidimo, o sastavu litosfere kroz koju ona prolazi. Zato su vode sa područja vapnenca, dolomita i gipsa tvrde, dok su sa područja granita, bazalta i ostalog vulkanskog kamenja vrlo mekane.

Voda stalno kruži u prirodi. Kada atmosferska voda u obliku oborina padne na zemlju, oko jedna trećina te vode se ponovno vraća u atmsferu uslijed evaporacije, jedna trećina odlazi u površinske vode (mora, jezera i tekuće vode), dok jedna trećina ponire u zemlju (bunarske vode i rijeke ponornice). Glavni vodeni rezervoar na zemljinoj kugli čine svjetska mora i velika jezera. Sva se površinska voda isparavao u atmosferu, gdje se uslijed djelovanja hladnih struja u određenim meteorološkim uslovima ponovno kondenzira, i u vidu oborina ponovno vraća na zemlju. Zahvaljujući toj ravnoteži kružnog toka vode u prirodi, nema bojazni od općeg potopa ili sve opće suše, što bi značilo kraj životu na zemlji.

Jedan se dio podzemnih voda u vidu izvora pojavljuje na površini zemlje, pri čemu se često mijenja njihova temperatura i uslovi pritiska. Kod toga dolazi prije svega do izlučivanja jednog dijela ugljične kiseli

Slika br.1 Tok vode u prirodi

Izostavljeno iz prikaza

ne, usled čega se jedan d10 topivih bikarbonata izlučuje kao netopivi karbonati

Ca(HO3)2 ↔ CaCO3 + H2O + CO2

Osim toga, se površinaka voda oksidativnim djelovanjem kisika iz zraka osiromašuje na željeznim i manganskim karbonatima, koji prelaze u netopive hidrokoloide odnosno okside, te se talože. Ako još tome dodamo da se površinske vode razrjedjuju i kišama, onda je razumljivo zašto au površinske vode općenito mekanije od dubinskih ili izvorskih voda. Dok temperatura površinskih voda varira od 0-30 °C, dotle podzemne vode karakterizira stalna temperatura od oko 10°C, ukoliko se dakako ne radi o podzemnim termalnira vodama.

Daleko bi nas odvelo, kada bi razmatrali geokemijsko porijeklo čitavog niza ostalih elemenata, koji mogu biti prisutni u prirodnim vodama. Činjenica je da avaka prirodna voda sadrži izvjesnu količinu onešišdenja, koja možemo uglavnom podijeliti u 3 grupe.

1. grubo dispergirana onečišćenja, koja mogu ili plivati ili lebdjeti ili tonuti u vodi, već prema odnosu njihove specifične težine prema specifičnoj težini vode. Ova se gruba onečišćenja uklanjaju iz vode običnom filtracijom nakon prethodnog bistrenja u taložnici.
2. koloidalno dispergirana onečišćenja kao što su npr. humini, ulja, masti i koloidalno dispergirana kremična kiselina i
3. molekularno dispergirana onečišćenja tj. prave otopine soli, kiselina, lužina i plinova.

Dok se koloidalna onečišćenje uklanjaju adsorpcijom (npr, uklanjanje ulja filtracijom preko aktivnog ugljena) ili koagulacijom kemijskim taložnim sredstvima, dotle se molekularna onečišćenja uklanjaju različitim fizikalnim i kemijskim metodama (taloženjem kemijskim sredstvima, jonskom izmjenom, destilacijom, to termičkim ili kemijskim otplinjavanjem).

Bit koagulacije sastoji se u tome, da se dodatkom kemijskih taložnih sredstava (najčešće aluminijskih ili željeznih soli) stvore talozi sa otopljenim tvarima u vodi (solima karbonatne tvrdoće). Ovi talozi nastaju polagano i adsorbiraju koloidalna onedišćenja. Onečišćenja većinom sadrže jedan negativni naboj, zbog kojeg se pojedine čestice međusobno odbijaju i koji spriječava njihovo taloženje.

Da bi se ovi koloidi istaložili, njihov se negativni naboj veže dodatkom koloida sa pozitivnim nabojem (npr. Al(OH)3, Fe(OH)3). Time se čestice obaju koloida adsorptivno međusobno vežu i koaguliraju u amorfan talog tzv. koagulat i mehanički za sobom povlače eventualno prisutne grubo suspendirane tvari. Sredstva za koagulaciju su prvenstveno oni metalni hidroksidi, koji, kao soli slabe baze i jake kiseline u vodenoj otopini hidroliziraju. To su npr. Al2(SO4)3, FeCl3, Na2AlO3 i dr.

Koagulaoija pomoću aluminijeva sulfata u vodi sa karbonatnom tvrđodom zbiva se po slijedećoj bruto-jednadžbi:

Al2(SO4)5 + 3 Ca(HCO3)2 → 2 Al(OH)3 + 3 CaSO3 + 6 CO2

Koagulacija pomoću aluminijevlh soli zahtijeva naročitu pažnju obzirom na pH otopine, kod koje se vrši koagulacija, jer se istaloženi Al(OH)3 zbog 3vog amfoternog karaktera prema kiselinama ponaša kao baza Al(OH)3, a prema bazama kao kiselina H3AIO3.

Stoga se koagulacija izvodi kod pH = 5,5 7,0, jer bi se inače talog aluminijeva hidroksida u lužnatijem modiju (PH-8) ponovno otopio.

Nastali talog aluminijeva hidroksida povlači za sobom i koagulira organska koloidna onečišćenja i čini ih sposobne za filtraciju. Ukoliko je voda siromašna na bikarbonatima, radi pospješenja koagulacije dodaju se i Ca(OH)2, NaOH ili Na2CO3 u tolikom omjeru prema aluminijevu sulfatu da budu zadovoljeni uvjeti obzirom na pH otopine.

Željezne su soli utoliko zahvalnije, jer je nastali talog Fe(OH)3 postojan i u veoma lužnatom mediju (iznad pH=8).

2 FeCl3 + 3 Ca(HCO3)2 → 2 Fe(OH)3 f 3 CaCl2 + 6 CO2

Ako se npr. mora provesti uklanjanje ulja iz kondenzata (koji dakako ne sadrži bikarbonata) kemijskim putem, radi pospješenja koagulacije dodaje se npr. natrijeva lužina:

FeCl3 + 3 NaOH → Fe(OH)3 + 3 NaCl .

Natrijev aluminat se pretežno upotrebljava za koagulaciju koloidalnih onečišćenja u vodama visoke karbonatne i magnezijeve tvrdoće uz visoki sadržaj slobodne ugljične kiseline:

2 Na2AlO3 + 3 Ca(HCO3)2 → 2 Al(OH)3 + 3 CaCO3 + 3 Na2CO3
2 Na2AlO3 + 6 Na2CO3 → 2 Al(OH)3 + 6 NaHCO3

Za koagulaciju koloidnih organskih onečišćenja u vodi, ovisno o njihovoj količini, potrebne su slijedeće količine kemikalija:

• Aluminijeva sulfata 10-20 g/m3
• Željezna klorida 10-30 g/m3
• Natrijeva aluminata 5-15 g/m3

Uslovi kvaliteta napojne vode

Vidimo, da ne samo što u prirodi nema kemijski čiste vode, već svaka površinska ili podzemna voda sadrži više ili manje otopljenih soli uglavnom su to kalcijske i magnezijske soli), mineralne i organske kiseline» netopive soli, organske tvari te mehaniška onečišćenja.

Stoga se prirodna voda rijetko kada kao takva može upotrijebiti u industriji. Kao napojna voda praktički nikada, dok se na tehnološku vođu, Kao industrijsku sirovinu stavljaju specifični zahtjevi, ovisno o grani industrije gdje se upotrebljava, pa je ovisno o njenu sastavu treba prethodno pripremiti.
S gledišta ekonomije i sigurnosti pogona napojna voda mora općenito zadovoljavati ovim uvjetima:

1) Ne smije sadržavati tvari, koje korozivno ajeluju na kotao. To su mineralne i organske kiseline, slobodni kisik, MgCl2, CaCl2 masti, ulja i dr. Dok kiseline npr. ugljična kiselina) nagrizaju kotlovni lim jednolično po cijeloj površini, dotle kisik nagriza metalne površine u dubinu stvara tzv. „kratere“. Masti i ulja su opasni zbog korozivnosti produkata, koji nastaju njihovim termičkim raspadanjem, dok se kalcijev i magnezijev hlorid u vodi kod viših temperatura raspadaju, i oslobađaju pri tome solnu kiselinu.

U šećeranama treba paziti da se u povratnom kondenzatu ne pojavi šećer, jer bi se on kod temperatura iznad 120°C raspao u huminsku kiselinu, a ova dalje u mravlju i octenu kiselinu, koje kod viših temperatura i pritisaka uzrokuju jaku koroziju. Zato se ovakav povratni kondenzat ni u kom slučaju ne može dodati napojnoj vodi, već se mora baciti. To zbog toga, jer se šećer ni kemijskim putem, a ni pomoću jonskih izmjenjivača ne može ukloniti iz vode.

Da bi se korozija uslijed djelovanja kiselina svela na najmanju mjeru, mora napojna voda sadržavati određenu količinu alkalnih tvari, tako da ima pH = 9.

2) Ne smije sadržavati soli, koje stvaraju kamen kotlovac. To su: CaC03, MgCO3, CaSO4, MgSO4, CaSiO3, MgSiO3, Mg(OH)2, Al2O3 i Fe2O3.

Stvaranje kamena kotlovca ovisno je o kemijskom sastavu kotlovne vode, produktu topivosti prisutnih soli, te o tlaku i temperaturi vode u kotlu. Naročito je opasan čisti amorfni silikatni kamenac, jer mu je toplinska vodljivost veoma mala:

λ = 0,2 kcal/m2.h2.°C.

Uslijed toga, ne samo što izlučivanje karaenca, naročito silikatnog, dovodi do povećanja potrošnje goriva zbog lošeg prijenosa topline, gdje se izlučio kamenac, nego može na tim mjestima doći i do lokalnog pregrijanja stijenki kotla. Dolazi do naglog vrenja vode, te povećanog pri tiska u kotlu, koji može uz eksploziju izazvati pucanje lima na pregrijanim mjestima.

3) U napojnoj vodi otopljene soli ne smiju smetati mirnom ključanju vode u kotlu. Uzrok penjenju može biti veća koncentracija svake fino diepergirane soli u vodi pri prelazu iz koloidalnog u grubo kristalično područje. Pretežno su to alkalne soli: NaCl, Na2SO4, NaOH, Na2CO3 i Na3PO4 te osobito organske tvari, Uslijed pjenjenja kotlovne vode stvara se nečista para, koja se bez štetnih posljedica ne može upotrijebiti. Danas je veći problem dobiti potpuno čistu paru (što je osobito važno kod visokotlačnih kotlova) nego odstraniti iz vode kalcijeve i magnezijeve soli tj. smekšati je.

Uslovi kvaliteta za tehnološke vode

Kao što inače dobra pitka voda ne mora biti prikladna za industrijske svrhe, tako i voda, kao industrijska sirovina u tehnološkom procesu može sadržavati sastojke, koje je čine neprikladnom za piće.

Način i stepen pripreme takve vode ovisit će o vrsti industrije u kojoj će služiti kao industrijska sirovina, i o karakteru nečistoća, koje sadrži.

U prehrambenoj industriji potrebna je općenito potpuno bistra, bez bojna i bakteriološki čista voda, bez tragova željeza i mangana, određene Pg-vrijednosti.

U pivarstvu npr. sastav vode uvjetuje organoleptička svojstva i kvalitet pive. Tako je npr. za proizvodnju svjetlog piva poželjna voda sa manjom karbonatnom tvrdoćom (npr. plzenjsko pivo) a više gipsa, koji povećava aciditet, dok tamno pivo (npr. minhensko) zahtijeva veću karbonatnu, a manju nekbarbonatnu tvrdoću, Voda ne smije sadržavati željeza, mangana ili amonijaka.

P industriji likera i ostalih alkoholnih pića potrebna je potpuno mekana voda, bez ostatne tvrdoće, jer su kalcijeve i magnezijeve soli netopive u alkoholu, te bi se taložile i stvorile mutež. Stoga se upotrebljava destilat ili pomoću jonskih izmjenjivača demineralizirana voda.

U proizvodnji konzerva škodljive su vode tek iznad 10° nj tvrdoće pogotovu ako au prisutni bikarbonati. Voda visoke karbonatne tvrdoće uzrokuje npr. kod kuhanja leguminoza (npr. graška, pasulja) utvrdnjavanje njihovih ljuski.

Šećerane trebaju općenito mekaniju vodu, dok industrija leda također treba vodu što niže karbona tvrdoće da bi se dobio proziran, a ne mutan led.

U tekstilnoj industriji je potrebna mekana voda i bez željeznih i manganskih soli te organskih onećišćenja. Kod proizvodnje sintetskih vlakana, potrebna je potpuno demineralizirana voda.

Industrija papira i celuloze troši oko 100 litara vode na 1 kg proizvedenog papira. Voda mora biti čista, bezbojna, bez željeza i mangama. Uz kololdno dispergirane organske nečistoće osobito smeta prisustvo magnezijeva klorida zbog njegovih higroskopskih svojstava, uslijed čega je otežano lijepljenje, močenje i bojadisanje papira. Visoka karbonatna tvrdoća povećava pak potrošak Ijepila.

U željezarama, koksarama i mnogim drugim industrijama, voda se upotrebljava u rashladne svrhe. Takva voda prije svega ne smije sadržavati alge i željeznih soli, kako ne bi došlo do začepljenja cjevovoda. Ta voda treba da je niske karbonatne tvrdoće, a ukoliko sadrži velike količine gipsa, može se i on izlučiti uslijed uzastopnog ugušćavanja povratne rashladne vode. Takva voda smije sadržavati najviše 6-10° nj karbonatne tvrdoče i 2100 g/nr5 gipsa (CaSO4 2 H2O) tj. 68° nj, jer mu je to kod temperature vode od 40°C granična vrijednost topivosti. Računa se da je za kondensaciju 1 kg izrađene pare u kondenzacjonim pogonima potrebno 1 kg rashladne vode. Osim spomenutih soli i onečišćenja, rashladna voda također ne smije sadržavati tvari, koje bi mogle izazvati koroziju u cjevovodima (kisik, agresivna uglj. kiselina).

Otpadne vode

U gusto naseljenim industrijskim gradovima otpadne vode iz tvornica predstavljaju danas već veliki problem i kao takve, u tehnologiji vode zauzimaju posve zasebno mjesto obzirom na specifične metode njihova prečišćavanja.

Otpadne industrijske vode sadržavaju čitav niz organskih i anorganskih onečišćenja, koja ne samo što u gradovima mogu uništiti kanalizacjonu mrežu, već često puta uništavaju i faunu u rijekama. Zato se prema najnovijim zakonskim propisima i kod nas, obzirom na snažan industrijski razvoj naše zemlje, otpadne, vode moraju obavezno prečistiti prije puštanja u riječne tokove.

Tako otpadne vode tekstilnih tvornica mogu sadržavati slobodni klor, klorno vapno ili sumporastu kiselinu. Koksare otpuštaju sa otpadnim vodama škodljive amonijeve soli i fenole, a galvanizerski pogoni slobodne kiseline i otrovne cijanide bakra, cinka i kroma. Naročito su škodljive otpadne vode tvornica celuloze i papira, koje sadrže čitav niz organskih onešišćenja kao npr. pentoze, heksoze, saharida, aldehida, furfurola, organskih kiselina (mravlje, octene) itd., koja su dospjela u otpadnu vodu izluživanjem drveta pomoću otopine npr. kalcijeva sulfita.

Ako je za proizvodnju 100 t celuloze na dan potrebno oko 21o tona drveta, nakon čije tehnološke prerade zaostaje 2o.o00 40.000 v? otpadne vode sa oko l10 tona otopljenih tvari, onda si možemo predstaviti koliko je problem otpadnih voda upravo u toj industriji, zbog zaštite faune u okolišnim rijekama od ogromne važnosti.

Što se otpadnih voda tiče, može se općenito reći, da koliko ili vrsta industrija, toliko ima i otpadnih voda specifičnih sastava, sa isto toliko specifičnih načina prečišćavanja. Zato je nemoguće u okviru prikaza načina pripreme pogonskih i tehnoloških voda, nešto više reći i o otpadnim vodama.

Naprotiv, načini pripreme bilo napojne vode ili vode, koju se misli upotrijebiti kao sirovinu u tehnološkom procesu, posve su u principu isti. 0 sastavu vode i njenoj primjeni ovisi na koji će se najrentabilniji način i do koje mjere ukloniti njene nečistoće. Često je slučaj da jedna te ista pripremljena voda (bilo kemijskim putem ili jonskim izmjenjivačima odnosno kombiniranim postupkom) bude upotrebljena i kao napojna voda i kao tehnološka voda.

Iako pitka voda zauzima također važno mjesto u tehnologiji vode, obzirom na specifične zahtjeve, koji se na nju postavljaju kao vodu za ljudsko uživanje, osobito sa bakteriološkog gledišta, ona neće biti predmet naših razmatranja. O njoj se brinu naročito specijalizirani stručnjaci-sanitarni kemičari. Neka uzgred bude 3pomenuto, da tvrdoća vode tj. količina kalcijevih i magnezijevih soli ne utiče na njenu kvalitetu kao pitku vodu. Bitno je da sadrži soli, jer voda bez soli (npr. destilirana voda) nije za piće, jer je bljutava, bez ikakva okusa. Važno je da ne sadrži željeznih soli, jer već 1 mg Fe u litri vode daje ovoj oduran okus po tinti. Okus vode najviše ovisi o njenoj temperaturi i količini prisutne slobodne ugljične kiseline tj. 0 njenom stepenu kiselosti, Podnošljiva je za piće i do pH = 9. Tvrda vodovodna ili bunarska voda utoliko je nezahvalna, jer kod pranja u kućanstvu i tekstilnoj industriji izaziva veći

Tvrdoća vode

Tvrdoća vode je rajera za sadržaj kalcijevih_i magnezijevih soli, koje čine t25V. „kamen kotlovac“. Zato i zovemo prirodnu vodu „tvrdom“ vodom, jer uparavanjem daje tvrdi kamen kotlovac. Prema tome, sadrži li neka voda više ili manje kalcijevih ili magnezijevih soli, ona može biti tvrđa ili mekša. Da bismo mogli mjeriti tvrdoću vode i uspoređivati različite vode različitih tvrdoća, ustanovljena je jedinica za tvrdoću vode, a to je: stupanj.

Pošto je njemački, francuski i engleski stupnjevi, dok se kod nas uobičajilo upotrebljavati njemački stupanj, koji je definiran ovako:

1° f (čitaj: jedan stupanj njemački) tvrdoće ima ona voda, koja u jednoj litri sadrži 10 mg CaO ili ekvivalentnu količinu tj. 7,19 mg MgO.

Kemijskoi analizom možemo ustanoviti koliko neka voda sadrži kalcijevih i magnezijevih soli izraženo u miligramima CaO i MgO u litri, a kako znamo i molekularne težine od CaO (=56) i MgO C=4o,3), možemo na temelju stehiometrijskih odnosa izračunati:

CaO : MgO = 56,0 : 4o,3 = 10 : 7,2.

Odatle slijedi, da na 1 težinski dio MgO dolazi = 1,4 težinska dijela CaO.

1° f (čitaj: jedan stupanj francuski) = 10 mg CaCO3/l, a 1° f (čitaj: 1 stupanj engleski) = 10 mg CaCO3/0,7 l odnosno 1 gram CaCO4 gallon.

Iz toga slijedi:

• 1° nj = 1,79° f = 1,25° e
• 1° f = 0,70° e = 0,56° nj
• 1° e = 0,80° nj= 1,43° f .

Iako se uobičajilo da se prvenstveno tvrdoća vode izražava u stupnjevima, dakle sadržaj kalcijevih i magnezijevih soli, to ne znači da ne možemo i ostale u vodi prisutne soli također izraziti npr. u njemačkim stupnjevima na temelju molekularnih odnosa, kao što smo i sadržaj MgO preračunali u ekvivalentnu količinu CaO.

Međutim, kako se u kvantitativnoj analizi vode napustio zastarjeli način izražavanja rezultata količinom radikala u mg/l (npr. CaO, MgO, CO2, SO3 itd.), već se izrazuju količinom milivala prisutnih katjona i anjona, jer su molekularno dispergirana onečišćenja u vodi potpuno disocirana, to se i tvrdoća vode može izraziti sa ovim internacjonalno jedinstvenim pojmom: milival.

Između ovog, u kemiji inače uobičajenog pojma, i njemačkog Btupn,1a postoji sliledeći odnos:

• 1° nj = 0,3567 mvala/l odnosno
• 1 mval/l = 2,8° nj.

Dakle, 0,3567 mvala bilo kojeg jona ili soli otopljene u vodi predočuje 1° nj tj. ekvivalentno Je 10 mg CaO/l.

To Je opet praktično kod izračunavanja alkalnih soli u vodi u količinama ekvivalentnim njemačkim stupnjevima. Kako se pak kod titracije vode obično upotrebljava 100 ml ispitivane vode, to je također:

1 mval = 1 ml 0,1 n HCl/100 ml ispitivane vode.

Ukupnu tvrdoću (skraćenos UT) sačinjavaju u vodi sadržane sve kalcijeve i magnezijeve soli, tj ne samo one, koje su vezane na ugljičnu kiselinu u obliku bikarbonata i karbonata, već i one, koje su vezane na sumpornu, solnu, dušičnu i kramičnu kiselinu.

Karbonatnu tvrdoću (KT) sačinjavaju svi kalcijevi i magnezijevi bikarbonati i karbonati kao dio ukupne tvrdoće, a izražava se također u mg/l CaO tj. u njemačkim stupnjevima. Kako se kod određivanja karbonatne tvrdoće titracijom sa 0,1 n HCl uz metiloranž oslobadja iz bikarbonata i kasbonata Ca(HCO3)2 + 2 HCl → CaCl2 + 2 HgO + 2 CO2 ova vezana ugljična kiselina, to je njen sadržaj u vodi, izražen u njemačkim stupnjevima, identičan sa visinom karbonatne tvrdoće. Time je određen tzv. alkalinitet sirove vode.

Može se desiti da sirova voda sadrži natrijeva bikarbonata dakle sol, koja sadrži vezanu ugljičnu kiselinu, ali ne stvara kamen kotlovac, već zaostaje u vodi kao mulj.

U tom će slučaju sadržaj ukupne vezane ugljične kiseline biti veći od ukupne tvrdoće vode. Tada se za vrijednost karbonatne tvrdoće (tj. zbir samo kalcijevih i magnezijevih karbonata i bikarbonata) uzima dobivena vrijednost ukupne tvrdoće, tj. KT = UT, a nekarbonatna tvrdoća = 0˚.

Natrijev bikarbonat u tom slučaju obara kalcijeve soli iz nekarbonatne tvrdoće kao kalcijev karbonat.

Duljim kuhanjem vode kod 90-100°C raspadaju se u vodi topivi kalcijevi i magnezijevi bikarbonati na teško topive karbonate i slobodnu ugljičnu kiselinus

Ca(HCO3)2 ↔ CaCO3 + O2 + H2O
Mg(HCO3)2 ↔ MgCO3 + O2 + H2O

Stoga se karbonatna tvrdoća prije zvala i prolazna tvrdoća, dok se tvrdoća, koja ostaje i nakon kuhanja zvala stalna tvrdoća.

Međutim ti izrazi nisu adekvatni, jer su kalcijevi i magnezijevi bikarbonati topivi u vodi obične temperature u prisutnosti slobodne ugljične kiseline, dok se kuhanjem izlučuju kao teško topivi karbonati, i to ne kvantitativno.

Nekarbonatnu tvrdoću (NT) čine preostale kalcijeve i magnezijeve soli tj. sulfati, kloridi, nitrati i silikati. Ona se izračunava obično iz razlike tj. NT = UI KT.

Pregled kaloijevih i magnezijevih soli, koje mogu doći otopljene u vodi

• Ukupna tvrdoća
• Prolazna tvrdoća
• Ca(CO3)2
• Mg(HCO3)2 Karbonatna tvrdoća
• Stalna tvrdoća
• CaCO3
• MgCO3
• CaSO4
• MgSO4
• CaCl2
• MgCl2
• Ca(NO3)2
• Mg(NO3)2
• CaSiO3
• MgSiO3 Nekarbonatna tvrdoća

Tumačenje:

Kako je količina CaCO3 i MgCO3 kao takvih u vodi veoma malena zbog njihove slabe topivosti (0,013 odnosno 0,094 g/l kod 20°C), to se karbonatna tvrdoća uglavnom podudara s prolaznom tvrdoćom. Nekarbonatna tvrdoća, prema tome, otprilike odgovara stalnoj tvrdoći.

Prema tablici, zbir karbonatne i nekarbonatne tvrdoće odgovara ukupnoj tvrđoći. Tako i jeste, ako u vodi, kao što smo malo prije kazali, nema prisutnih alkalijevih bikarbonata (NaHCO3 i eventualno KHCO3).

S druge pastrane, ukupna se tvrdoća sastoji od svih kalcijevih i magnezijevih soli.

Kalcijevu tvrdoću (CaT) sačinjavaju sve kalcijeve soli, a magnezijevu tvrdoću (MgT) sve magnezijeve soli.

Magnezijevu tvrdoću moramo poznavati. radi izračunavanja kemikalija za mekšanje vode. Ona se danas direktno obično ne određuje, već se izračunava iz razlike: MgT = UT CaT tj. iz razlike eksperimentalno određene ukupne i kalcijeve tvrdoće.

Ostatna tvrdoća (OT) je pojam za preostalu tvrdoću, koja zaostane u vodi nakon mekšanja vode kemijskim taložnim sredstvima.

Primjenom moderno g načina pripreme vode pomoću jonskih izmjenjivača, uvedena su dva nova pojma tvrdoće i anjonska i bazna tvrđoće.

Anjonska tvrdoća (AT) čini zbir anjona klorida (Cl-), sulfata (SO4-) i nitrata (NO3-), dakle anjona naineralnin kiselina, a izraSva se u ekvivalentnoj količini mg/l CaO tj. u njemačkim stupnjevima, bez obzira na koje su katjone ovi anjoni vezani.

• 10 mg/l odgovara 28/35,5 = 0,79° nj
• 10 mg/l SO4- odgovara 28/48 = 0,58° nj
• 10 mg/l NO3- odgovara 28/62 = 0,45° nj

Baznu tvrdoću (BT) čini zbir karbonatne tvrdoće, alkalijevih bikarbonata (ABK) i anjonske tvrdoće s

BT = KT + ABK + AT .

Soli, koje čine tvrdoću i alkalijeve soli

• Ukupna tvrdoća UT (°nj)
• Natrijeve i kalijeve soli (°nj)
• Kalcijeva tvrdoća CaT (°nj)
• Magnezijeva tvrdoća MgT (°nj)
• Alkalijevi bikarbonatna ABK (°nj) HCO3–
• Alkalijevi nekarbonatna ANK (°nj) SO4–, Cl-, NO3-
• Karbonatna tvrdoća
• bikarbonati tvrdoća KT (°nj) HCO3-
• nekabonati tvrdoća NT (°nj) SO4–, Cl-, NO3-
• Anjoni mineralnih kiselina (°nj)
• Anjonska tvrđoća AT (°nj)
• Bazna tvrdoća BT (°nj)

Ugljična kiselina

Svaka prirodna vola sadrži u većoj ili manjoj količini ugljična kiselinu u slobodnom ili vezanom obliku. Radi boljeg razumevanja otapanja i izlučivanja karbonata u vodi, te procesa tzv. dekarbonizaije vode (uklanlanja soli karbonatne tvrdoće) bilo pomoću vapna ili jonskim izmjenjivačima, potrebno je poznavati karakter ugljične kiseline i njeno ponašanje u vodi. Dovoljno je da u prilog tome kažemo, da dok kemijski čista voda kod 18°C rastvara svega 13 mg/l CaCO3, ista voda zagađena ugljičnim kiselinom rastvara 189o mg/l CaCO3.

Ako se u nekoj kemijski čistoj vodi otapa CO2-plin, tada se njegov veći dio ostati kemijski nepromijenjen, Samo mali dio se veže sa vodom u ugljičnu kiselinu.

CO2 + H2O ↔ H2CO3

Tek jedan jon nastale kiseline disociira dalje prema jednadžbama

H2CO3 ↔ H+ + HCO3- (1)
HCO3 H+ ↔ + CO3– (2)

U takvoj vodenoj otopini ugljične kiseline koncentracija CO2 jona je veoma malena, jer se disocijacija pretežno odvija prema jednadžbi br. 1 tj. do HCO3- jona, kojih je udio također malen i iznosi manje od 1% od ukupnog CO2 U vodi.

Ako je u vodi prisutan npr. CaCO3 i kao djelomično topiv disocira prema jednadžbi:

CaCO3 ↔ Ca++ + CO3– (3)

tako će CO” joni iz karbonata stupiti u reakciju sa H+ jonima ugljične kiseline (jednadžba br.2) stvarajući HCO^ jone, uslijed čega đe se poremetiti ravnotežno stanje u jednadžbi br. 3.

Da bi se ono ponovno uapostavilo, mora se otopiti još toliko kalcijeva karbonata, da bi njegov produkt topivosti (K) ostao konstantan:

(Ca++) (CO3–) → K = const.

tj. poprimio vrijednost, koju je imao u čistoj vodfenoj otopini bez ugljične kiseline. Zbog toga će se, uslijed amanjenja koncentracije CO3– jona morati povećati koncentracija Ca jona tj. otopit će se daljnje količine CaCO3.

Za CaCO3 : K = 0,87 10-8 g-mol/l kod 25°C.

[Ca++] = [CO–] = 0,932 . 10-4 g-mol/l.

Iz toga računski slijedi, da je topivost CaCO3 = 9,34 mg/l kod 25° C.

U kojem sve obliku može biti ugljična kiselina prisutna u vodi prikazuje nam slijedeća tabela

• Ukupna ugljična kiselina
• vezana ugljična kiselina
• slobodna ugljična kiseliua
• potpuno vezana (karbonatna) CO3–
• poluvezana (bikarbonatna) HCO3-
• pripadna CO2
• agresivna CO2
• (karbonatna) (bikarbonatna)

Vezana se ugljična kiselina sastoji pretežno od bikarbonata. Tek mali njen dio potpuno je vezan u tečno topivom CaCO3 i MgCO3, koji se stvaraju kod termičke dekarbonizacije vode ili kod dekarbonizacije sa vapnom.

Onaj dio slobodne ugljične kiseline, koji održava bikarbonate u otopini, zovemo pripadna ugljična kiselina, a preostali višak slobođne ugljične kiseline djeluje korozivno, te je zovemo agresivna ugljična kiselina.

Količina agresivne CO2, ka0 sastavnim dio ukupne slobodne CO2, ovisna je prema tome o količini hidrokarbonata u vodi. Tako tvrda voda i pored visokog postotka slobodne CO2 (u obliku pripadne CO2) ne mora djelovati korozivno, dok kod mekane vode može već i mala količina slobodne COg djelovati agresivno,

Na primjeru raspadanja bikarbonata uslijed termičke dekarbonizacije vode, najlakše možemo shvatiti sve oblike ugljične kiseline u vodi:

Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2.

Zagrijavanjem vode, koja sadrži Cai Mg-bikarbonate, dolazi do odvajanja pripadnog dijela slobodne CO2 iz vode, koja ih je održavala u otopini, kao i do odvajanja poluvezane CO2 iz bikarbonata. Uslijed toga su se oborili teško topivi karbonati. Reakcija će ovisno o temperaturi ići s lijeva na desno, dok se ne uspostavi novo stanje ravnoteže. CO2 biva otplinjen.

Ako voda kod kvalitativnog ispitivanja dodatkom fenolftaleina pocrveni, znak je da nema slobodne ugljične kiseline.

Iz slijedećeg se dijagrama mogu na jednostavan način, na bazi podataka karbonatne tvrdoće, naći približno tačne vrijednosti za slobodnu pripadnu CO2, bikarbonatnu CO2, ukupnu CO2 i pH-vrijednost.. Dijagram strogo vrijedi za vodu NT = 0° nj i t = 22°C, dok za ostale uvjete daje orijentacjone vrijednosti.

Odnos između KT, pH-vrednosti bikarbonatne i pripadne slobodne CO2 u vodi ravnotežnog stanja

Primer :

• Nađeno je KT = 20,5° nj
• NT = 0° nj

Tada je prisutno:

• slobodne pripadne CO2 : 131 mg/l
• bikarbonatne CO2 : 323 mg/l
• ukupne CO2 : 434 mg/l
• PH vrijednost: 6,94

Povećanjem nekarbonatne tvrdoće povećava se i sadržaj u vodi pripadne slobodne C09 linearno, te se u tom slučaju ova izračunava iz slijedeće jednadžbe:

pripadna slobodna CO2/22°C = UT x (KT)2 / 66 mg/l .

Kemijska priprema vode u industriji

Kao što smo već ranije spomenuli, od osnovnih komponenata, koje bilo da štetno djeluju u parnora pogonu, kao sastavni lio napojne odnosno kotlovne vode, bilo da su nepoželjne kao sastavni dio tehnološke vode, prvenatveno su kalcijeve i magnezijeve soli, odnosno plinovi CO2 i O2.

Općenito se priprema vode provodi:

1. termičkom dekarbonizacijom
2. taloženjem kalcijevih i magnezijevih soli pomoću kemikalija ili
3. filtriranjem preko jonakih izmjenjivača, te
4. otplinjavanjem.

Na koji će se od ovih načina provesti priprema vode, da li pojedinačno ili kombinirano ovisi o sastavu vodo, o njenoj primjeni, o osobinama parnog postrojenja odnosno industrijskog pogona, te o rentabilnosti upotrebljenog načina pripreme vode.

Tehnološki proces potpunog uklanjanja odnosno smanjenja kalcijevih odnosno magnezijevih soli u /odi na najmanju moguću mjeru nazivamo mekšanje vode.

Danas se voda može smeksati i do 0° nj tvrdoće. Kako se međutim uklanjanje jednog dijela karbonatne tvrdoće iz vode zagrijavanjem, tj. termička dekarbonizaoija, kao i otplinjavanje provode rijetko kada sami za sebe„ već 3.ao sastavni dio mekšanja vode bilo pomoću kemikalija bilo jonekim izm^enjivačima, to možemo ređi da se samo mekšanje vode u biti provodi na 2 osnovna načina:

1. kemijskim taložnim putem ili
2. pomoću jonskih izmjenjivača.

Mekšanje vode taloženjem pomoču kemikalija

Kod mekšanja vode kemijskim taložnim putem idemo za tim, da topive kalcijeve i magnezijeve soli prevedemo u njihov najnetopljivi oblik tj. kalcijeve soli u CaCO3, a magnezijeve soli u Mg(COH)2, te da ih kao nastale teško topive taloge uklonimo iz vode filtracijom.

Ovo se mekšanje može provesti djelomično ili potpuno. Ako želimo ukloniti samo soli karbonatne tvrdoće (dekarbonizacija), onda govorimo o delomičnom mekšanriu vode. Ono se može provesti u hladnom (kod 2o°C) i to kao zaseban tehnološki proces, npr. u svrhu pripreme rashladne vode. Ako treba iz vode ukloniti soli ukupne tvrdoće tj. i karbonatne i nekarbonatne tvrdoće, tada govorimo o potpunom mekšanju vode.

Iako mekšanje vode taloženjem pomoću kemikalija ima čitav niz loših strana, tako npr.: srazmjerno loši efekat umekšavanja (koji je ovisan o sastavu vode, suvišku kemikalija, vremenu i temperaturi reakcije), umekšana voda sadrži višak alkalijevih soli, koje mogu onečistiti paru i povisuju postotak odsoljavanja, svako odsoljenje kotla znači gubitak na toplini i povišenje pogonskih troškova, kvaliteta vode u mnogim slučajevima ne zadovoljava itd., ipak ćemo se opširnije osvrnuti na ovaj način mekšanja vode, jer se kod nas još uvijek u većini slučajeva voda mekša na klasičan način tj. taloženjem pomoću kemikalija.

Međutim, dekarbonizacija vode kemijskim taložnim putem (pomoću vapna) ima izuzetno važan značaj, bez obzira na gore iznesene nedostatke i provodi se često“ kao I stepen mekšanja uz naknadno potpuno mekšanje vode bilo taložnim putem, bilo neutralnom izmerenom ili demineralizacijom pomoću jonskih izmjenjivača.

To se radi osobito tamo, gdje je voda mehanički nečista, sadrži eventualno i koloidno dispergirana onečišćenja i željezo, što se sve može ukloniti dodatkom vapna. Osim svega, vapno je najjeftinije taložno sredstvo,

Taložna sredstva

Kao taložna aredstva najćešće se upotrebljavaju slijedeće kemikalije i vapno, soda, lužina i soli fosforne kiseline. Koje ćemo od ovih kemikalija upotrijebiti, to ovisi prvenstveno o sastavu vode i njenoj primjenite o ekonor ićnosti pojedinog postupka.

Vapno (CaOH)2)

Ono se upotrebljava ili kao „voda vapnenica“ tj. kao zasićena vapnena voda ili kao vapneno mlijeko gustoće 3 do 5° Be.

Kako je koeficijenat topivosti vapna u vodi negativan tj. CaO se lakše topi kod nižih temperatura (1,25 g/l kod 25°C) nego kod viših, to je primjena uređaja za dekarbonizaciju sa vodom vapnenicom ograničena (do 5o t/h kapaciteta). Naprotiv, primjena uređaja sa vapnenim mlijekom nije ograničena, te postoje uređaji za dekarbonizaciju i od 100o t/h dekarbonizirane vode.

U hladnom, vapno reagira sa kalcijevim solima karbonatne tvrdoće i slob. ugljenom kiselinom prema slijedećim jednadžbama:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2 CaCO3 + 2 H2O
CO2 slob. + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O

U tom će slučaju teoretski dodatak vapna biti slijedeći:

CaO (100%) = 10 (KT + CO2 slob. u °nj) mg/l ili g/m3 sirove vode.

Sa 10 množimo zato, jer smo kazali da je jednom stupnju njemačkom ekvivalentno 10 mg/l CaO.

U vrućem (iznad 8o°C), vapno reagira sa cjelokupnom karbonatnom tvrdoćom i sa solima magnezijeve nekarbonatne tvrdoće (tj. i sa cijelom magnezijevom tvrdoćom) prema slijedećim jednadžbama:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2 CaCO3 + 2 H2O
Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + MgCO2 + 2 H2O
MgCO3 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCO3
MgSO4 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaSO4
MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCl2

Teoretski dodatak vapna je slijedeći:

CaO (100%) = 10 (KT + MgT) g/nr5 termički dekarb. vode.

U ovom slučaju vapno ne reagira sa slob. CO2 iz vode, jer je ova već prethodnom termičkom dekarbonizacijom otplinjena.

I kod dekarbonizacije u hladnom i u toplom vidimo da dodatkom vapna smanjujemo ukupan sadržaj soli u vodi, jer se nastali talozi kalcijeva karbonata i magnezijeva hidroksida u reaktoru talože kao mulj i otpuštaju, a eventualni ostatak tih taloga se uklanja naknadnom filtracijom vode. Općenito možemo reči, da se vapno dodaje u suvišku samo onda, ako se provodi potpuno mekšanje vode kemijskim taložnim putem.

Ukoliko se provodi samo zasebna dekarbonizacija vode dli ova prethodi naknadnom mekšanju ili demineralizaciji vode pomoću jonskih izmjenjivača, vapno se dodaje u teoretskim količinama. Osobito treba paziti kod dekarbonizacije tehnološke vode u prehrambenoj industriji, da nam se ne bi u vodi pojavio suvišak vapna, jer 3e radi o vodi za ljudsko uživanje, koja dakako ne smije biti alkalična.

Soda (Na2CO3)

Upotrebljava se kao Na2CO3 anhydr. tj. kao kalcinirana soda bez kristalne vode, kod potpunog mekšanja vode, najčešće nakon dodatka vapna ili natrijeve lužine.

Prema tome reagira samo sa preostalim kalcijevim solima nekarbonatne tvrdoće i sa onim CaCl2 i CaSO4, koji nastaju kod reakcije vapna sa magnezijevim solima nekarbonatne tvrdoće:

CaSO4 + CagCO3 = CaCO3 + Na2SO4
CaCl2 + CaCO3 = CaCO3 + 2 CaCl

Kako 18,9 mg/l Na2CO3 odgovara 1° nj, to se teoretski dodatak sode izračunava prema slijedećoj jednadžbi:

Na2CO3 (100 %) = 18,9 x NT g/m3.

Budući da je soda kemijski vrlo slabo aktivna, to 3e dodaje u velikom suvišku i za razliku od dodatka vapna, voda se obogaćuje topivim alkalijevim solima Na2SO4, NaCl, Na2CO3 i NaOH.

Natrijeva lužina se u kotlu stvara uslijed hidrolitskog raspadanja sode i kod reakcije između suviška vapna i suviška sode.

Sama soda se rijetko kada upotrebljava za mekšanje, jer ne reagira sa karbonatnom tvrdoćom i slobodnom ugljičnom kiselinom, dok sa magnezijevim solima nekarbonatne tvrdoće daje prilično topivi MgCO3 :

MgSO4 + NagCO3 = MgCO3 + Na2SO4
MgCl2 + Na2CO3 = MgCO3 + 2 NaCl .

Eventualno se primjenjuje u slučajevima, kada je izrazito velika nekarbonatna tvrdoća i jako mala magnezijeva tvrdoća kod kotlova nižeg pritiska s time, da se kotlovni mulj vraća u reaktor.

U kotlu se naime, osim jednog dijela MgCO3 hidrolitski raspada i soda:

Mg++ + CO3-+ 2 H2O → Mg(OH)2 + H2O + CO2
2Na+ + CO3-+ 2 H2O → 2NaOH + H2O + CO2

Nastala natrijeva lužina reagira u reaktoru sa eventualno prisutnom karbonatnom tvrdoćom, pri čemu se sama regenerira natrag u sodu, dok sa solima magnezijeve tvrdoće daje teško topivi Mg(OH)2 (vidi poglavlje natrijeva lužina).

Iako je uređaj za mekšanje Jednostavniji, jer otpada poseban uređaj za dodatak vapna ili lužine, ovaj postupak mekšanja nije praktičan, jer ovisi o opredeljenju kotla tj. o količini povratnog muljja, osjetljiv je na stalnost sastava vode, para sadrži mnogo CO2 i visok je sadržaj alkalnih soli u vodi.

To je tzv. „Neckar“-postupak, koji shematski možemo prikazati ovako:

U kotla: Na2CO3 + 2H2O → 2NaOH + H2O + CO2

U reaktoru: Ca(HCO3)2 + NaOH → CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O

SLIKA br. 3

Lužina (NaOH)

Natrijeva lužina odnosno kaustična soda je skuplja od obične sode, ali je keraijski aktivnija, pa je potreban raniji suvižak, što op.ravdava upotrebu skuplje lužine. Osim toga, mokSanje je manje ovisno o temporaturi i vrera. nu reakcije.

Lužina reagira sa solima karbonatne i magnezijeve tvrdoće prema slijedećira jednađžbamas

Ca(HCO3)2 + 2 NaOH = CaCO, + Na2CO3 + 2 H2O
Mg(HCO3)2 + 4 NaOH = Mg(OH)2 + 2 Na2CO3 + 2 H2O
MgSO4 + 2 NaOH = Mg(OH)2 + Na2SO4
MgCl2 + 2 NaOH = Mg(OH)2 + 2 NaCl

Teoretski dodatak lužine je slijedeći :

NaOH (100 %) = 14,3 (KT + MgT) g/m3

Budući da se kod potpunog mekšanja vođe samo sa lužinom ova dodaje u vrućem, to slobodna CO2 ne učestvuje u reakciji. Voda se mekša samo sa lužinom u slučaju, ako je suma karbonatne i magnezijeve tvrdoće podjednaka ili nešto veća od nekarbonatne tvrdoće, a lužina se dodaje u suvišku od 40 g° nj. Vrijeme reakcije iznosi oko pola sata, a voda se može smekšati na 0,5° nj.

Soli fosforne kiseline

Ako mekšamo potpuno vodu bilo kojim do sada spomenutim taložnim sredstvom, u najboljem ćemo slučaju i uz dodatak sredstva u suvišku, kod temperature mekšanja iznad 80°C, uspjeti sniziti tvrdoću vode na 0,52° nj. Zato se mekšanje vode sodom i lužinom ili u kombinaciji sa vapnom provodi kod pripreme dodatne napojne vođe za niskotlačne kotlove, dok kod kotlova srednjeg pritiska jedino u slučaju, ako uz ispravan povratni kondenzat količina dodatne napojne vode ne iznosi više od 10%.

Uvođenjem trinatrijeva fosfata u tehnologiji vode, učinjen je veliki korak naprijed kod mekšanja taložnim sredstvima.

Zbog svoje skupoće, on se upotrebljava gotovo isključivo za uklanjanje ostatne tvrdoće iz napojne vode nakon mekšanja bilo kojim od naprijed spomenutih taložnih sredstava,

Na3PO4 brzo i potpuno reagira sa Ca i Mg-solima preostale karbonatne i nekarbonatne tvrdoće, a nastali talozi Ca3(PO4)2 i Mg3(PO4)2. U praktički netopivi. Osim toga, Na2CO3 je termički stabilan, te se hidrolitički ne raspada ni kod najviših tlakova, uzrokuje slabu alkaličnost vode, te ne samo da spriječava taloženje ostataka tvrdoće u kotlovnoj vodi u obliku kamenca, nego rastvara i stare naslage kamenca. Zato je dobre da kotlovna voda uvijek sadrži suvišak od 10 -20 g/m3 P2O5.

Od fosfornih soli najčešće se apotrebljava tehnički trinatrijev fosfat. U trgovini dolazi ili kao bezvodni Na3PO4 Ca 40% aktivnog P20,j) ili kalciniran sa cca 50% vode približnog sastava Na3PO4 H2O (sa cca 20% P2O5), Kemijski čisti trinatrijev fosfat sadrži cca 18 % aktivnog P2O3 i kristalizira sa 12 molekula vode.

Trinatrijev fosfat (skraćeno: trifosfat) reagira sa kalcijevim i magnezijevim solima prema slijedećim jednadžbina:

3 Ca(HCO3)2 + 2 Na3PO4 = Ca3(PO4)2 + 6 NaHCO3
3 Mg(HCO3)2 + 2 Na2PO4 = Mg3(PO4)2 + 6 NaHCO3
3 MgCO3 + 2 Na3PO4 = Mg3(PO4)2 + 3 Na2CO3
3 CaSO4 + 2 Na3PO4 = Ca3(PO4)2 + 3 Na2SO4
3 MgSO4 + 2 Na3PO4 = Mg3(PO)2 + 3 Na2SO4
3 MgCl2 + 2 Na3PO4 = Mg3(PO4)2 + 6 NaCl

Za direktno mekšanje sirove vode rijetko se upotrebljava ne samo zato što je skup, već i zbog toga, jer u reakciji sa solima karbonatne tvrdoće stvara NaHCO3, koji se đalje u kotlu raspada u NaOH i otpušta slobodnu ugljićnu kiselinu:

NaHCO3 ↔ NaOH + CO2 .

Prema tome, za direktno mekšanje dolazi u obzir samo vrlo mekana sirova voda niske karbonatne tvrdoće.

Zato se obično upotrebljava nakon prethodnog mekšanja vode pomoću vapna, sode ili lužine za otklanjanje ostatne tvrdoće.

U tom slučaju se dodaje fizikalno čistoj i bistroj umekšanoj vodi, koja ne sadrži češtice CaCO3, jer bi se u protivnome povećao potrošak trifosfata i povisio alkalitet vode:

3 CaCO3 + 2 Na2PO4 = Ca3(PO4)2 + Na2CO3 .

Nastali amorfni talozi kalcijeva i magnezijeva fosfata su voluminozni i pahuljasti, te djelomično povlače za sobom i kremičnu kiselinu, te tako efikasno sprečavaju stvaranje kamena kotlovca.

Bitno je da prethodno umekšana voda sadrži višak lužine od 20 40 g/m3 i da ostatna tvrdoća nije manja od 1 °nj, a temperatura vode da je iznad 70°C.

Potrebna količina trifosfata računa se prema slijedećoj formuli:

Na3PO4 (20 % P2O5) = 40,8 x OT + 30 g/m3.

Trifosfat se dodaje kao 25%-tna otopina.

Osim natrijeva trifosfata mogu se upotrijebiti i slijedeće fosfatne soli:

dinatrijev (Na2HPO3) i mononatrijev fosfat (NaH2PO3) pa i sama fosforna kiselina, koji uz taloženje zaostalih tragova tvrdoće u kotlu snizuju i alkalitet kotlovne vode :

Na2HPO4 + NaOH = Na3PO4 + H2O
NaH2PO4 + 2 NaOH = Na3PO4 + 2 H2O
H3PO4 + 3 NaOH = Na3PO4 + 3 H2O

Međutim, kod upotrebe dinatrijeva foafata treba biti oprezan, jer u reakciji sa ostacima gipsa u vodi oslobađa sumpornu kiselinu:

3 CaSO4 + 2 Na2HP04 = 2 Na2SO4 + Ca3(PO4)2 + H2SO4 .

Osim ovih, upotrebljavaju se i amonijevi fosfati, a osobito monoamonijev fosfat (NH4H2PO5), čijim se dodatkom postižu dva cilja:

1. sniženje prevelikog alkaliteta u vodi, dok
2. oslobođeni amonijak-plin s parom, nakon kondenzacije daje hladnom kondenzatu alkalitet od p^ iznad 9, te tako čuva cjevovode i pumpe od korozije

NH4H2P04 + 3 NaOH = Na3PO4 + NH3 + 3 H2O

Napojna voda prije dodavanja amonijevih fosfata mora biti dobro otplinjena (praktički ispod 0,1 mg/l kisika), jer bi u protivnome amonijak u prisutnosti kisika mogao korozivno djelovati na bakrene i mesingane dijelove armatura. U kondenzatu smije biti maksikalno 10 mg/l NH4

Iako se dodatkom fosfatnih soli može postići tvrdoća vode od 0,1-0,3° nj, suviše veliki suvišak trifosfata može imati i štetnih posljedica.

Fosfati mogu naime izazvati pjenjenje vode, jer stvoreni „oblak“ fosfatnog mulja sa solima ostatne tvrdoće dugo lebdi u kotlovnoj vodi u koloidno disperznom stanju i ne taloži se. Pa se to ne bi desilo, voda mora biti prethodno dobro umekšana, ali ne ispod 1°nj tvrdoće, da ne bi fosfatni mulj bio prefino dispergiran.

S druge pak strane, kod napojnih voda iznad 0,3° nj ostatne tvrdoće može doći do naknadnog potpunog taloženja fosfatnog mulja u napojnom rezervoaru i ekonomajzeru zbog povišene temperature (150-170°C).

Osim navedenih fosfata, danas se sve više upotrebljavaju i soli polimernih fosfornih kiselina: metal polifosfati kao npr. natriumheksa-metafosfat (Na2PO3)g, kalium-metafosfat (K3PO3), natrium-tripolifoafat (Na6P4O13), heksanatrium-tetra-polilosfat (Na5P3O10) itd.

Ove se soli ne upotrebljavaju za naknadno mekšanje vode kao orto, fosfati, već u svrhu sprečavanja stvaranja taloga CaCO3, u rashladnim vodama. Inhibitorsko djelovanje metafosfata bazira na izvanredno efikasnom djelovanju njihove aktivne površine. Oni u kontaktu sa molekulama kalcijeva karbonata ove obaviju dok su još najmanje jezgre i na taj način sprečavaju njihov daljnji rast. U tu svrhu je dovoljna i minimalna količina metafosfata od svega oko 2 g/m3 rashladne vode, karbonatne tvrdoće i do 15° nj. Važno je da temperatura vode ne pređe 50°C, jer dolazi do hidrolitskog raspadanja metafosfata u ortofosfat, koji ne posjeduje to inhibitorsko delovanje.

Stepen aktivnosti površine metafosfata možemo si predstaviti na bazi činjenice, da je u jednoj čestici CaCO3, obavijenoj na površini sa metali polifosfatom odnos Ca : P = 300 : 1.

Polifosfati još imaju tu dobru stranu, što spredavaju rast algi u rashladnoj vodi, koje inače mogu začepiti cijevovode rashladne vode.

Zbog svojih inhibitorskih svcjstava, polifosfati se upotrebljavaju kao sastairni dio sredstva za sprečavanje kamena kotlovca tzv. „protukotlovca“.

U principu se mekšanje napojne vode uvijek treba vršili izvan kotla, u za tu svaku predviđenim uređajima. Pri tome treba ići na liniju potpunog mekšanja vode do 0° nj tvrdoće, gdje god je to ekonomski i tehnološki opravdano, imajući u vidu iznad svega sigurnost pogona.

Međutim, ako se radi o starim kotlovima niskog pritiska Odo 15 at), koji do sada nisu imali uređaj za mekšanje vođe, treba ocijeniti da li bi se postavljanje takvog uređaja isplatilo. U tom se slučaju upotrebljava protukotlovac, koji se dodaje u sam kotao, gdje ne vrši mekšanje vode, već samo sprečava taloženje kalcijevih i magnezijevih soli u obliku kristaliničnih taloga.

Često i za napajanje pokretnih lokomobilnih ili lokomotivnih kotlova niskog pritiska također nemamo na raspolaganju umekšanu napojnu vodu, pa se i u tom slučaju kotlovnoj vodi dodaje protukotlovac.

Kontrola umekšane vode

Vidjeli smo, da su sva kemijska sredstva za mekšanje vode taloženjem alkalična i da različito reagiraju sa kalcijevim i magnezijevim solima iz vode. Osim toga, vidjet ćemo da se ta sredstva mogu upotrijebiti u različitim kombinacijama, ovisno o sastavu vode i njenoj namjeni.

Prema tome, u pogonu će biti potrebno da se vodi stalna kontrola mekšanja vode, bilo ono djelomično ili potpuno, tako da u svakom momentu možemo znati sastav bilo napojne, kotlovne ili tehnološke vode.

Pogrešno ili nedovoljno umakšana npr. napojna voda, može biti isto tako štetna i opasna kao i sirova voda.

Budući da se taložna sredstva k d potpunog mekšanja vode dodavaju u izvjesnom suvišku, ona isto kao takva ulaze u sastav napojne odnosno kotlovne vode, Povećanjem alkaliteta vode (što je poželjno do izvjesne granice), povećava se i koncentracija soli u vodi (što nije p–željno) ,pa treba nastojati da količina soli u vodi bude što manja, ali alkalitet još uvijek toliko visok, da bi se eventualna ostatna tvrdoća u kotlu oborila kao mulj i time spriječilo stvaranje kamenca. Usklađivanje svih tih faktora iziskuje, dakako, permanentnu kontrolu.

I delomično umekšana (dekarbonizirana) i potpuno umekšana voda kontroliraju se određivanjem njihova alkaliteta uz fenolftalein odnosno metiloranž, tj. određivanjem njihove tzv. P i m-vrijednosti.

p- i m- vrijednost

p-vrijednost (ili p-alkalitet) se određuje titracijom 100 ml vode s 0,1 n HCl uz indikator fenolftalein, a izražava se u ml 0,1 n HCl, a m-vrijednost (ili m-alkalitet) na istl način uz indikator metiloranž.

Ove vrijednosti nam kazuju u kojoj se količini nalaze u vodi prisutni hidroksidi, karbonati i bikarbonati. Uaime, u umekšanoj vodi može još uvljek zaostati nešto bikarbonata, teško topivog CaCO3 i lacše topivog MgCO3, suviška sode, lužine ili vapna. To dakako vrijedi u slučaju, ako u vodi nema drugih sastojaka, koji bi izazvali potrošak 0,1 n HCl.

Osim toga moramo znati da se uz fenolftalein titriraju u vodi sadržani avi hidroksidi i polovica karbonata, a uz metiloranž svi hidroksidi, svi karbonati i svi hidrokarbonati. **

Da je tome tako, vidi se iz slijedečih primjera:

• 10 ml 0,1 n NaOH trošit će uz metiloranž 10 ml 0,1 n HCl,
• 10 ml 0,1 n NaOH trošit će uz fenolftalein 10 ml 0,1 n HCl,
• 10 ml 0,1 n Na2CO3 trošit će uz metiloranž 10 ml 0,1 n HCl,
• 10 ml 0,1 n Na2CO3 trošit će uz fenolftalein svega 5 ml 0,1 n HCl,
• 10 ml 0,1 n NaHCO3 trošit će uz metilorunž 10 ml 0,1 n HCl,
• 10 ml 0,1 n NaHCO3 uz fenolftalein neće trošiti 0,1 n HCl, jer je već fenolftalein u otopini NaHCO^ gotovo bezbojan do slabo ružičast.

Zašto se kod titracije 10 ml 0,1 n Na^CO^ uz fenolftalein troši samo 5 ml 0,1 n IICl?

Zato, jer reakcija u stvari teče u 2 faze:

Na2CO3 + HCl = HaCl + NaHCO3
NaHCO3 + HCl = NaCl + H2CO3

sumarno: Na2CO3 + 2 HCl = 2 NaCl + H2CO3

Budući da se u međufazi stvara NaHCO3, koji je uz fenolftalein gotovo bezbojan, u reakciji sudjeluje samo polovica ekvivalenata 0,1 n HCl.

Na temelju gornjeg, iz p i m-vrijednosti možemo zaključiti o prisutnosti slijedećih soli:

I primjer:

p-vrijednost = 0 m-vrijednost 0

Mogu biti prisutni samo bikarbonati: NaHCO3, Ca(CaCO3)2 ili Mg(HCO)2

Nisu prisutni: npr. NaOH, Ca(OH)2, Na2CO3.

Ukoliko voda sadrži tvrdoću, množenjem m-vrijednosti u ml 0,1 n HCl sa 2,8 dobijemo karbonatnu tvrdoću u °nj.

Ako u vodi nema tvrdoće, množenjem utroženih ml 0,1 n H01 sa 84 (ekvivalentnom težinom NaHCO3) dobijemo količinu NaHCO3 u mg/l.

Ako voda sadrži iskre tvrdoće i NaHCO3 istovremeno, tada ne možemo samo iz p i m-vrijednosti ustanoviti njihove kolićine. Natrijev bikarbonat je prisutan uvijek onda, ako je m x 2,8 > UT.

II primjer:

p-vrijednost > 0
m-vrijednost > 0

Mogu biti prisutni: NaOH, Na2CO3, Ca(OH)2, NaHCO3, Ca(HCO3)2 i Mg(HCO3)2.

Ako voda ne sadrži tvrdoću, tada nisu prisutni ni Cai Mg-.bikarbonati i Ca(OH)2, već samo NagCO^, NaOH ili NaHCO3 od suviška dodanih taložnih sredstava prigodom potpunog mekanja vode.

Tada mogu postojati 4 slučaja:

1) 2p>m ; tada su prisutni ćamo Na2CO3 i NaOH.
Na2CO3 = 2 (m p) x 53 mg/l NaOH = (2p m) x 40 mg/l

2) 2p = m ; prisutni je samo Na2CO3.
Na2CO3 = 2p x 53 mg/l

3) 2p m; prisutni su Na2CO3 i NaHCO3.
Na2CO3 = 2p x 53 mg/l NaHCO3 = (m 2p) x 84 mg/l

4) p = m; tada je prisutan samo NaOH.
NaOH = p x 40 mg/l.

Ukoliko voda poerveni dodatkom fenolftaleina, znaći da sadrži alkalije (pH = 9,5), pa govorimo o alkalitetu vode. Ako pak ne pocrveni uz fenolftalein, znači da sadrži samo bikarbonate, te troši 0,1 n HCl samo uz metiloranž, ekvivalentno ukupnom sadržaju vezane CO2. Tada govorimo o alkalinitetu vode.

I p- i m-vrijednost mogu se izraziti u mvalima ili u njemačkim stupnjevima. Budući da je:

1 mx 0,1 n HCl/100 ml H2O = 1 mval/l to je
p-vrijednost u mvalima/l x 2,8 = P-vrijednost u °nj odnosno
m-vrijednost u mvalima/l x 2,8 = M-vrijednost u °nj.

Sve prije navedene slučajeve možemo prikazati slijedećom tabelom :

Ako je :	U vodi su prisutni:
–	hidroksidi	karbonati	bikarbonati
p = 0 ; m > 0	–	–	m
2p > m	2p m	2(m p)	–
2p = m	–	2P	–
2p < m	–	2p	m 2p
p = m	p	–	–

Tumačenje;

Na osnovu međusobnog odnosa p i m-vrijednosti možemo ustanoviti ne samo da li je voda dobro umekšana ili ne, nego i koje su soli u vodi prisutne, Tako npr. kod mekšanja vapno-soda, ako je vapno dodano u suvišku bit de 2p > m, a ako je soda dodana u suviškus m>T.

Pregled soli otopljenih u umekšano i vodi

• NaHCO3
• Na2CO3
• NaOH
• Ca(OH)2
• Mg(OH)2
• CaCO3
• MgCO3
• Ca(HCO3)2
• Mg(HCO3)2
• CaCl2
• CaSO4
• MgCl2
• MgSO4

Naravno, u vodi ne mogu biti prisutne istovremeno sve ove navedene soli. lako npr. Na2CO3 uz Ca(OH)2 ili Ca(OH)2 uz MgCl2, MgSO4 i sl.

Natronski broj

Kako smo već prije spomenuli, kod potpunog mekšanja vode dodajemo taložna sredstva (Na2CO3,NaOH) u izvjesnom suvišku. Naime alkalitet vode, kao zaštitna mjera protiv korozije je iznad svega tamo potreban, gaje je visoki sadržaj neutralnih soli u kotlovnoj vodi Iako visoki alkalitet celu ne škodi, ipak se njegova visina mora kretati u propisanim granicama za kotao određenog pritiska, obzirom na opasnost od penjenja kotlovne vode, uslijed čega bi se mogla onečistiti para.

Kao mjeri 10 alkaliteta kod kotlova niskog pritiska (do 15 at) uzima se tzv. natronski broj(NB).

Kao baza je uzet NaOH, a djelovanje ostalih alkalnin soli upoređuje se prema njemu. Tako npr. 0,4 g/m3 NaOH ima isto djelovanje kao 1,85 g/m3 Na2CO3. Osim toga, kod mekšanja se suvišak sode, ovisno o temperaturi i pritisku, hidrolitički raspada u NaOH i CO2, tako da je NaOH glavno mjerilo za natronski broj.

Na osnovu toga predložena je slijedeća empirijska formula za natronski broj:

NB = NaOH + Na2CO3/4,5 mg/l ili g/m3.

Dobro umekšana voda će biti alkalidna, kad će biti 2p – m (tada će i pH biti od 9). U tom će slučaju, analogno gornjoj tablici biti količina:

NaOH = 40 (2p m) g/m3,
Na2CO3 = 53 x 2(m p) g/m3.

Tako iz p znatih p i m-vrijednosti možemo izračunati natronski broj prema slijedećoj jednadžbi:

NB = 40 (2p m) + 53 2(m-p)/4,5 = 56,5 P 16,5 m mg/l ili g/m3.

U slučaju da kotlovna voda sadrži trifosfata, tada se NB izračunava prema slijedećoj formuli:

Na2CO3, Na2PO3 x 10 H2O ,

NB = NaOH + Na2CO3 / 4,5 + Na3PO4 x 10 H2O / 1,5 = g/m3, ili skraćeno:

NB = NaOH + 0,22 Na2CO3 +5,23 P2O5 g/m3 .

Kotlovna voda kojoj nije dodavan trifosfat, smije imati natronski broj 400 2000.

Ako je kod mekšanja dodavan i trifosfat, tada je dovoljan natronski broj 100 400.

Čim NB pređe vrijednost 2o00 ili 400 (uz trifosfat) i više g/m3,. tada takva voda nije više podesna, jer izaziva pjenjenje i udaranje u kotlu, te se jedan dio kotlovne vode sa topivim solima mora otpustiti (odsoljavanje kotla) i nadomjestiti ta količina svježom napojnom vodom.

Alkalni broj

Iz slijedeće slike vidimo kako se višak sode u kotlu hidrolitički raspada ovisno o temperaturi i pritisku u kotlu.

Kod mekšanja pak vode s jonskim izmjenjivačima, stvara se NaHCO3, koji se također raspada u kotlu u CO2 i Na2CO3, a ovaj dalje u NaOH, kao u prijašnjcm slučaju:

2 NaHCO3 = Na2CO3 + H2O + CO2
Na2CO3 + H2O = 2 NaOH + CO2

Slika br. 4 Cepanje sode u ovisnosti od pogonskog pritiska

Izostavljeno iz prikaza

Budući da kod »kotlova srednjih i viših pritisaka alkalitet uglavnom potiče od prisutne NaOH, to je za ustanovljavanje visine alkaliteta dovoljno odrediti samo p-vrijednost..

Množenjcm p-vrijednosti sa ekvivalentnom težinom od NaOH dobijamo tzv. alkalni broj CAB).

On nam kazuje koliki je udio u kotlovnoj vodi prisutnih alkalnih taložnih sredstava (pretežno NaOH, a manje Na2CO3 i Na2BO3) , koje djeluju kao NaOH. Zato se danas kao mjerilo alkaliteta uzima alkalni broj, a izračunava se prema formuli:

AB = 40 x p mg/l ili g/m3.

U ovisnosti od kotlovnog pritiska, dopuštene su slijedeće vrijednosti za alkalni broj:

• Do 20 at : AB = 400 +50 odnosno p = 10 +50%
• 20 40 at : AB = 200 +- 50 % odnosno p= 5 +50%
• 40 100 at : AB = 50 +- 50 odnosno p = 1,25 +50%
• iznad 100 at : AB = 30 +- 50 odnosno p = 0,75 +50%

Gustoća kotlovne vode

Gustoća vode je njerilo za sadržaj u kotlovnoj vodi svih prisutnih soli tj. topivih i netopivih, a izražava se ili specifičnom težinom u g/cm3 u soaumćovim stupnjevima (°Be). Određuje se pomoću areometra ili bomeometra. Kod toga treba imati u vidu da i organske otopljene tvari također utjecu na gustoću kotlovne vode i jedan su od glavnih uzročnika pjenjenja kotlovne vode, zbog svoje koloidalne disperzije.

Ustanovljeno je da su čestice dimenzija 0,1 (10-4mm), dakle na granici između koloidalnog i grubo diaperznog područja, glavni uzročnik nemirnog mrenja kotlovne vode, što u krajnjoj liniji može dovesti do udaranja u kotlu i pjenjenja kotlovne vode. Te čestice mogu biti i anorganskog porijekla npr. prefino dispergirani fosfatni mulj.

Kako se stalnim uparavanjem i isparavanjem kotlovne vode sadržaj soli u njoj’ neprekidno povećava (voda se ugušćuje), to se mora provoditi povremeno ili kontinuirano odsoljavanje kotla na bazi kontrole gustoće kotlovne vode, a u ovisnosti dozvoljenog alkalnog broja.

Voda gustoće 1° Be ima specifičnu težinu = l,0o7, a sadrži lo.o00 mg/l NaCl,

Za približna izračunavanja gustoće vode uzima se kao baza za jedan stupanj bomea količina NaCl, tj. 1°Be = 10 g/l NaCl.

Međutim, stvarni odnosi za ostale moguće prisutne soli u vodi su slijedeći:

• 1°Be = 10 g/l ili 1% NaNO3
• 1°Be = 8 g/l ili 0,8% Na2S04
• 1°Be = 7 g/l ili 0,7% Na2CO3
• 1°Be = 6 g/l ili 0,6% NaOH.

Sve se te vrijednosti odnose na vodu temperature 2o°G. Zato se uzorak kotlovne vode uzima preko naročitog hladila prikazanog na 3licit pri čemu treba paziti da se uzorak kotlovne vode ohladi „do kraja“, jer bi u protivnome njegovim naknadnim isparivanjem dobili pogrešan tj. previsoki rezultat.

Budući da su uočljivije razlike, ako se gustoća vode izražava u °Be umjesto u jedinicama specifične težine, to se u praksi i određuje bomeometrom, a preračunava se u specifičnu težinu prema slijedećoj jednadžbi:

Slika br. 5

Izostavljeno iz prikaza

a = 144,3/144,3 °Be g/m3

Ako se kotao napaja kondenzatom, destilatom ili demineraliziranom vodom, tada je količina soli u kotlovnoj vodi tako mala, da je ne možemo tačno odrediti pomoću bomeometra, već se određuje mjerenjem električne vodljivosti ili na bazi isparnog ostatka napojne vođe i broja ugušćenja:

gustoća = n x l / 10.000 °Be

n = broj ugušćenja
I = laparnl ostatak napojne vode u mg/l.

Za kotlove do 20 at pritlska dozvoljava se koncentraoija soli do 0,4 °Be odnosno 4.000 mg/l), dok za visokotlačne kotlove npr. iznad 100 at pritiska koncentracija soli mora biti manja od 0,1 °Be.

Bomeometar se upotrebljava kod koncentracije soli iznad 0,1°Bć.

Odsoljavanje kotla

Kako su različiti zahtjevi, koji se postavljaju na napojnu vodu za napajanje niskotlačnog kotla od onih, koji se postavljaju na napojnu vodu npr. za visokotlačan kotao (ovi su stroži), to će i sastav kotlovne vođe u oba slučaja biti drugačiji. Kotlovna voda niskotlačnog kotla, kao Sto smo već čuli, osim soli ostatne tvrdoće (koje stvaraju u kotlu mulj) sadrži obično i velike količine topivih neutralnih soli i višak alkalija. Napojna voda visokotlačnih kotlova gotovo i ne sadrži mulj, već samo manje količine topivih neutralnih alkalijevih soli (Na2SO4NaCl), uz nešto alkaličnog trifosfata.

Odatle je i došlo do toga, da se govori odmuljivanje kotla umjesto odsoljavanje kotla, što datira iz starijih vremena, dok su bili u upotrebi samo niskotlačni kotlovi. Odmuljivanje kotla imalo je prvenstveno svrhu odstranjivanje mulja. Međutim, kod ispravno umekšane dodatne vode, budući da je količina mulja vrlo mala, govorimo o odsoljavanju kotla, a u svrhu održavanja alkalnog broja odnosno sadržaja alkalijevih soli na konstantnom nivou.

Granična se vrijednost npr. za sadržaj soli jednom praktički ustanovi i smije biti toliko visoka, da i kod normalnih oscilacija za vrijeme opterećenja kotla ne dolazi ni do udaranja kotlovne vode ni do pjenjenja.

Tada se započne sa konstantnim i ravnomernim otpuštanjem. kotlovne vode, tako da odsoljavanjem bude toliko otpušteno soli, koliko istovremeno ulazi soli u kotao svježom napojnom vodom. Na taj se način gustoća kotlovne vode održava na podjednakom nivou.

Kako se kotlovna voda .permanentno ugušćuje, to sadržati soli u kotlovnoj vodi neposredno ovisi o primarnom sadržaju soli u napojnoj vodi, a do koje mjere je nastupilo ugušćenje, kazuje nam tzv. broj ugušćenja.

Broj ugušćenja je broj, koji nam kaže koliko se puta sadržaj soli kotlovne vode povećao u odnosu na sadržaj soli u napojnoj vodi, a prikazuje se slijedećim izrazom:

Broj ugušćenja = sadržaj soli u kotlovnoj vodi u mg/l / sadržaj soli u napojnoj vodi u mg/l .

Umjesto sadržajem soli? možemo broj ugušćenja izraziti i obzirom na sadržaj SiO2 ili visinu alkalnog broja u napojnoj i kotlovnoj vodi.

U pogonu se, međutim, kontrola broja ugušćenja obično vrši određivanjem sadržaja klorida u napojnoj odnosno kotlovnoj vodi, budući da kloridi, kao inaktivne soli, najmanje podliježu promjenama. U tom slučaju broj ugušćenja glasi:

n = Clk/Cln u mg/l.

Clk = količina Cl u mg/l kotlovne vode
Cln = količina Cl u mg/l napojne vode

Direktan utjecaj na postotak odsoljavanja kotla ima sastav i količina alkalijevih soli napojne vode, drugim riječima, ispravan način kemijske pripreme vode.

Budući de svako odsoljavanje kotla prouzrokuje gubitak na prlpremijenoj vodi kao i gubitak na toplini, to se ono mora održavati na što je moguće nižem nivou, a u sklađu sa propisanim vrijednostima.

Slika br. 6

Izostavljeno iz prikaza

Potrebna količina kotlovne vode za odsoljavanje izradunava se prema slijedećoj formuli:

izostavljeno iz prikaza

proizvedene pare

O = %-tak odsoljavanja u $ proizvedene pare
a = mg/l soli u napojnoj vodi
b = mg/l soli u pari A/a = n = broj ugušćenja
A = mg/l soli u kotlovnoj vodi

U ova tri slučaja sadržaj soli u mg/l ustanovljen je određivanjem isparnog ostatka.

Budući da je sadržaj soli u pari (b) u odnosu na ostale neznatanto se može zanemariti.

Prema gornjem, forraula za postotak odsoljenja u pojednostavljenom obliku izgloda ovako:

O = 100/n-1 u % proizvedene pare

ili

O = 100/n u % napojne vode

n = broj ugušćenja

Primjer

Za vodocjevni kotao pritiska 15 at treba izračunati ?S-tak odsoljenja ako su poznati slijedeći podaci:

A1 = maksimalni dopustivi sadržaj ukupnih soli u kotl. vodi = 3.000 mg/l

A2 = maksimalni dopustivi alkalni broj (AB) = 200 mg/l

a1 = sadržaj ukupnih soli u napojnoj vodi = 200 mg/l

a2 = alkalni broj napojne vode =25 mg/l

–	Provođenje odsoljavanja prema:
	dopuštenom sadržaju soli	dopuštenoin AB
Broj ugušćenja (n) :	A1/a1 = 3000 / 200 = 15	A2/a2 = 200 / 25 = 8
Odsoljavanje u % proizvedene pare:	0 = 100/15-1 = 7,2	0 = 100/8-1 = 14,3
Kotao sadrži: Ukupno soli u mg/l : AB u mg/l	200 x 15 = 3000 25 x 15 = 375	200 x 8 = 1600 25 x 8 = 200

Kada bi se u ovom slučaju odsoljavanje vršilo prema dozvoljenoj graničnoj vrijednosti za sadržaj ukupnih soli (3.000 mg/l), tada bi morali konstantno otpuštati iz kotla 7,2 % kotlovne vode od količine proizvedene pare (odnosno 6,7 l od napojne vode). U tom slučaju bi AB porasao preko dozvoljene granice (200 mg/l) na 375 mg/l.

Ako pak želimo AB zadržati u dozvoljenim granicama, tada bi morali stalno odsoljavati 14,3% od količine proizvedene pare(odnosno 12,5$ od napojne vode). U tom slučaju bi sadržaj soli u kotlovnoj vodi bio održavan tek na oko polovici maksimalne dozvoljene vrijednosti tj. na 1600 mg/l, što je dakako neekonomično. U ovom konkretnom slučaju bi umjesto Na3PO4 trebalo upotrijebiti NaH2PO4, kako bi se snizio AB, a time snizio i postotak odsoljavanja i približio postotku odsoljavanja prema sadržaju ukupnih soli.

Da bi se postoci odsoljavanja i prema sadržaju soli i prema AB što više izjednačili, moramo već u napojnoj vodi uskladiti njihove odnose, kako bi broj ugušćenja za obje komponente proizišao podjednak.

Koliki gubitak na proizvedenoj pari predstavlja odsoljavanje, možemo vidjeti na slijedećem primjeru:

Iz količine napojne vode i otpuštene kotlovne vode u tonama na sat, možemo izračunati količinu svježe proizvedene pare prema slijedećoj formuli:

Izostavljeno iz prikaza

P = količina proizvedene pare u t/h
O = količina otpuštene kotlovne vode u t/h
N = količina napojne vode u t/h

Ako za količinu napojne vode uzmemo bazu 100, a otpuštenu kotlovnu vodu izrazimo u postocima proizveđene pare, tada formula poprima slijedeći izraz:

P = 100 / (1 + 0,01 x Op) u %

P = količina proizvedene svježe pare u %
Op = količina otpuštene kotlovne vode u % proizvedene pare

Prema gornjoj formuli, uz odsoljavanje od 7,2% od proizvedene pare dobit će se: P = 100/1,072 = 93,3 % pare, dok odsoljavanje od 14,3% ravnajući se prema maksimalno dozvoljenom AB, bit će proizvedeno svega:

P = 100 / 1,143 = 87,5% pare.

Kontinuirano odsoljavanje kotla vrši se pomoću pumpe, a u slučaju većih količina otpuštene kotlovne vode, ova se ne otpušta u kanal, nego se provodi kroz izmjenjivač topline, radi iskorištenja otpadne topline.

Načini mekšanja vode taložnim sredstvima

Budući da mekšanje vode taložnim sredstvima prvenstveno zavisi o sastavu vode, to će i izbor kemikalija biti ovisan o karakteru tvrdoće (da li je pretežno karbonatna ili nekarbonatna) i međusobnom odnosu kalcijevih i magnezijevih soli.

Kod toga, kao. što smo već spomenuli, razlikujemo djelomično mekšanje vode (dekarbonizacija) od potpunog mekšanja vode.

Slika br. 7 Uređaj za odsoljavanje kotla

Izostavljeno iz prikaza

Iako se danas nastoji prijeći na suvremeniji i efikasniji način mekšanja pomoću jonskih izmjenjivača, ipak de od načina mekšanja taložnim sredstvima i dalje biti od značaja dekarbonizacija vode pomoću vapna, zbog ekonomičnosti.

Međutim, kod nas još uvijek veliki broj pogona ima pripremu vode na „klasičani način tj. i potpuno mekšanje vode se vrši kemijskim taložnim sredstvima.

Danas se još nailazi najčešće na slijedeće načine mekšanja vode taložnim sredstvima:

1) Vapno

Vapno se upotrebljava za djelomično mekšanje vode u svrhu dekarbonizacije. Ako nema na raspolaganju otpadne topline, tada se dekarbonizacija provodi u hladnom (kod 20°C) bilo kao zaseban proces pripreme vode u rashladne svrhe ili za sirovinu u tehnološkom procesu ili kao I stepen potpunog mekšanja vode kemijskim ili jonskim putem odnosno kod demineralizacije vode.

Ako imamo na raspolaganju otpadnu toplinu ili je voda mehanički nečista i visoke karbonatne tvrdoće, tada se provodi dekarbonizacija u toplom (kod 8o°C).

2) Vapno soda

To je najstariji način mekSanja vode. Upotrebljava se tamo, gdje je visoka karbonatna tvrdoća i nekarbonatna tvrdoća. MekSanje može biti u hladnom (npr. kod pripreme tehnološke vode u tekstilnoj industriji), ali je dakako bolje u toplom. U završnoj fazi može se dodavati i natrijev trifosfat.

Ovaj se način teško prilagođava promjenama sastava vode, te je pogodan, ako se uopće može govoriti o njegovoj pogodnosti, da podzemne vode jednoličnog sastava. Upotrebljava se uglavnom za mekšanje dodatne vode kotlova niskih pritisaka (do 15 at), radi hidrolitskog raspadanja sode u NaOH i CO2.

3) Natrijeva lužina

Ako voda ima takav sastav, da je suma karbonatne tvrdoće i sadržaja slob. CO2 približno jednaka nekarbonatnoj tvrdoći, tada se može provesti mekšanje vode samo sa NaOH, uz eventualni dodatak i trifosfata, ako se radi o napojnoj, a ne rashladnoj vodi.

Kako su vode takva sastava kod nas dosta rijetke, to se možemo približiti takvom sastavu u slučaju da je KT>NT, bilo prethodnom termičkom dekarbonizacijom (čime možemo KT sniziti za 2o 3o $), bilo dekarbonizacijom sa vapnom u hladnom ili u toplom.

Budući da kod reakcije između KT i NaOH nastaje ekvivalentna količina Na2CO3 :

Mg(HCO3)2 + 2 NaOH = Mg(OH)2 + Na2CO3 + H2O + CO2
Ca(HCO3)2 + 2 NaOH = CaCO3 + Na2CO3 + 2 H2O ,

to će i nastala soda reagirati sa ekvivalentnom količinom nekarbonatne tvrdoće. Ostaci nekarbonatne tvrdoće tj. ostatna tvrdoća može se ukloniti dodatkom trifosfata.

Ovaj se način mekšanja upotrebljava samo za kotlove pritiska do 15 at i malog učina.

4) Soda i natrijeva lužina

U principu je ovaj postupak sličan mekšanju vode pomoću vapna i sode. Upotrebljava se kod voda niske karbonatne tvrdoće i slob. CO2 i velike magnezijeve i nekarbonatne tvrdoće. Vapno i soda dodavaju se u isti faktor, pa je uređaj za pripremu vode manji. Doziranje lužine je jednostavnije od doziranja vapna.

5) Vapno i natrijeva lužina

Kod voda općenito visoke karbonatne, magnezijeve i nekarbonatne tvrdoće, gdje je KT>NT, provodi se mekšanje vode pomoću vapna i lužine, Uz dodatak trifosfata, ovako pripremljena voda može se upotrijebiti i za kotlove srednjeg pritiska (do 42 at).

6) Soda

Ovaj se način mekšanja upotrebljava samo u slučajevima kada se tvrdoća vode sastoji pretežno od nekarbonatne tvrdoće i vrlo niske magnezijeve tvrdoće.

Općenito, kod svakog od navedenih načina mekšanja vode možemo u završnom stepenu mekšanja dodati trifosfata radi uklanjanja zaostale ostatne tvrdoće i tako smekšati vodu na ispod 0,3° nj.

Vrste parnih pogona

Osim sastava vode, po pitanju izbora načina mekšanja vode vrlo važnu ulogu igra i vrsta parnog pogona.

Dok kod energetsko kondenzacjonog pogona, gdje je proizvedena para troši samo za proizvodnju električne energije, povratni kondenzat iznosi preko 90%, dotle rotutlačne turbinske pogone karakterizira iskcrištenje većeg ili manjeg dijela izrađene pare iz turbine niskog protutlaka (6 12 at) za potrebe tehnoloških procesa u pogonu. U krajnjem slušaju može gubitak’ povratnog konđenzata iznositi 100?ž, tako da treba pripremiti i 100?b svježe napojne vode.

Jasno je da će i način pripreme vode i zahtjevi na pripremljenu vodu biti u oba slučaja različiti.

Prije svega, ako je povratni turbinski kondenzat lošiji od napojne vode, on se baca u kanal. Osim toga, tamo gdje imamo preko 90% ispravnog kondenzata, tj. gdje treba pripremiti samo 10% i manje dodatne napojne vode, kvaliteta umekšane vode može biti i slabija npr. 1°nj, a da napojna voda ipak ne prelazi tvrdoću od 0,1°nj (90% kondenzata x 0° nj + 10% umekšane vode 1° nj = napojna voda tvrdoće 0,1° nj).

Dakako, da tamo, gdje je postotak dodatne umekšane vode veći, pa sve do graničnog slučaja, kada iznosi 100$ napojne vode, kvalitet umekšane vode mora biti bolji tj. u propisanim granicama.

Općenito treba nastojati, da napojna voda ima tvrdoću 0°nj PH oko 9 i kisika ispod 0,1 mg/l , bez obzira da li se radi o nisko- ili visoko- tlačnim kotlu.

Općenito možemo reći, da kemijski način mekšanja vode taložnim sredstvima možemo upotrijebiti kod kondenzacjonih pogona do 42 at pritiska, ako imamo na raspolaganju barem 95$ ispravnog konđenzata. Kod toga treba nastojati da suvišak kemikalija bude u granicama, po mogućnosti minimalan. Voda se može pripremiti i kombiniranim načinom tj. dekarbonizacijom sa vapnom, a dalje mekšanje provesti neutralnom jonskom izmjenom.

Uslovi kvalitete za napojnu i kotlovnu vodu

Da bi so kod visokotlačnih kondenzacjonih pogona odsoljavanje svelo na najmanju mjeru, a sad ; : j kremične kiseline bio što niži, a kod protutlačnih pogona velikog postotka dodatne umekšane vode, njezin kvalitet bio što bolji, tada treba primijeniti potpunu demineralizaciju napojne vode. To tim više, jer se i u mnogim tehnološkim procesima danas zahtijev8 potpuno demineralizirana voda (npr. u tekstilnoj industriji).

Slika br. 9 Tokovi vode protutlačnog pogona

Izostavljeno iz prikaza

Prema njemačkim propisima, na napojnu odnosno kotlovnu vodu postavljaju se slijedeći uvjeti:

A) napojna voda

Pogonski pritisak	at	20	40	64	80	100	125	160
Tvrdoća (OT	° nj	0,05	0,05	0,02	0,02	0,02	0,005	0,005
Kisik	mg/l	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02
slob. CO2	mg/l	praktički bez slobodne CO2
Potrošak KMnO4	mg/l	40	30	20	10	10	5
P20,	mg/l			1-2
Ulje	mg/l	3	2	1	1	0,5	0,5	0,5
SiO2	mg/l	Uz propisani višak P2O5i AB bez ograničenja	1	0,5	0,5
Cu i Fe	mg/l	ispod 0,005 odnosno 0,030

.

B) kotlovna voda

Pogonski pritisak at	20	40	64	80	100	125	160
p-vrijednost mval/1	15	12	3	1	0,75	0,5	0,1
pH vrijednošt	najmanje 8,3
Ukupne soli mg/l	4000	3000	2000	1500	1000	750	500
P2O5 mg/l	30	30	25	15	15	10	10
SiO2 mg/l	SiOg = pxl2

Ove vrijednosti služe kao pokazatelji, kojima treba težiti. Konačne vrijednosti ovise i o vrsti kotla, koji se primjenjuje.

Tumačenje

Potrošak permanganata predstavlja konvencjonalni podatak za sadržaj organskih reducirajućih tvari, koje ne možemo pobliže identificirati, a niti na temelju njega ne možemo predvidjeti njihovo ponašanje u kotlovnoj vodi. Neke organske supstance već i u najmanjim količina mogu da škode izazivaju pjenjenje kotlovne vode, dok druge i u većim količinama nemaju štetno djelovanje, Koji je potrošak permanganata dozvoljen, ovisi prije svega o vrsti organskih tvari. To se najbolje vidi iz slijedećih nekoliko vrijednosti:

Organska tvar a g/l	Potrošak KMnO4 u mg/l
fenoli	oko 10.000
krezoli	oko 6.000
šećer (neračnirani)	oko 2.700
humusne kiseline	oko 200
piridin	oko 100
mokraćevina	oko 6

Općenito možemo reći, da napojna voda mora imati što niži potrošak permanganata, a kod direktne jonske izmjene ni sirova voda ne smije biti onečišćena organskim tvarima.

Djelovanje željeznih i bakrenih soli u kotlovnoj vodi još nije posve objašnjeno, no činjenica je, da oksidi obaju metala, ako su prisutni u većim količinama u napojnoj vodi, stvaraju u vododjevnom kotlu debele naslage, a time i teška oštećenja. Zato u svrhu što čišćeg održavanja ogrjevnih površina s vodene strane (osobito kod kotlova sa povišenim toplinskim opterećenjem) treba nastojati da sadržaj bakra i željeza bude što riži (ispod 5 odnosno 30 gama/l) u napojnoj vodi. Te se vrijednosti mogu postići dobrom pripremom vode.

Granična vrijednost dopuštenog sadržaja kremične kiseline ovisi o uvjetima, koji se postavljaju na čistoću pare, o vrsti kotla i o količini prisiitnih alkalija. Općenito možemo redi da je kod većeg sadržaja topivih alkalijevih soli u vodi i dozvoljen veći sadržaj kremične kiseline. To ujedno znači da demineralizirana voda ne smije sadržavati ni kremične kiseline, ako so radi o visokotlačnim kondenzacjonim pogonima.

Hladna dekarbonizacija sirove vode sa vapnom

Kao što smo već spomenuli, dekarbonizacijom sirove vode u hladnom pomoću vapna možemo dobiti djelomično umekšanu vodu, koja nam može služiti u rashladne svrhe (hlađenje plinskih generatora, visokih peći, turbinskih kondenzatora, tornjeva za vrenje itd.), kao sirovina u tehnološkom procesu (npr. u prehrambenoj industriji), te kao I stepen pripreme napojne vode.

Dekarbonizacijom u hladnom možemo dobiti vodu niske karbonatne tvrdoće obično 2 – 3°nj. Ako je karbonatna tvrdoća vrli visoka, a magnezijeva tvrđoća niska tada se zbog male topivosti CaCO3 može postići sniženje karbonatne tvrdoće na svega 1 – 1,5°nj. Ako je međutim MgT > NT, u tom slučaju neće biti moguće sniziti karbonatnu tvrdoću ispod 3 – 3,5°nj, radi topivosti MgCO3.

Od ostalih načina mekšanja vode taložnim sredstvima, dekarbonizacija vapnom ima prednost u tome, jer smanjuje ukupan sadržaj soli u vodi. To je za povratne rashladne vode osobito važno, jer se i rashladna voda na rashiađnim površinama npr. kondenzatora zagrijava (ljeti i do 50°C), uparuje i kroz to ugušćuje, uslijed čega se zasićuje solima. Kod toga treba voditi računa da prisutne soii u vodi ne prijedju granicu zasićenja. Tako npr. karbonatna tvrdoća ne smije biti veća od 6°nj, a uz primjenu metal polifosfsta može se dozvoliti ugušćenje i do 15°nj. Prekoračenjem tih vrijednosti došlo bi do izlučivanja taloga CaCO3. Kod izračunavanja teoretskog dodatka vapna ne uzimamo u račun MgT upravo zbog znatno veće topivosti MgCO3 (100 mg/l = oko 6°nj). Pogotovu nije potrebno iz rashladne vode uklanjati soli nekarbonatne tvrdoće, jer je njihova topivost neuporedivo veća (topivost gipsa iznosi oko 2100 mg/l tj. oko 68°nj), U prisutnosti klorida, ova se topivo3t povećava i do 80°nj.

U većini slučajeva se ta granična vrijednost za gips u praksi ne postizava, tako da je dovoljno sniziti samo karbonatnu tvrdoću.

Općenito toplinski strojevi za vrijeme pogona moraju biti hlađeni. U tu se svrhu upotrebljava pored specijalnih sredstava zrak i prvenstveno voda. Vodom se hladi obično tamo, gdje je količina topline, koju treba oduzeti ogromna. Tako npr. parni strojevi i turbine troše kod površinske kondenzacije po 1 t pare oko 60 – 70 t rashladne vode. Hlađenje se može provoditi ili uvijek svježom vodom, koja samo jednom prolazi kroz rashladni sistem ili povratnom rashladnom vodom, koja kruži kroz rashladni sistem. U tom slučaju se samo dopunjuje rashladna voda i to 2,5 – 5% dodabne vode tj. po 1 t pare oko 1 – 3 t rashladne vode, ovisno o njenom sastava0 Povratno hlađenje se provodi tamo, gdje ne postoje dovoljne rezerve svježe vode. Povratna rashladna voda, koja se jednom zagrijala na površinama kondenzatora, odaje primljenu toplinu u atmosferu. Kod povratne rashladne vode također je potrebno stalno otpuštanje jednog dijela vode u kar.al, kako ne bi došlo do prekoračenja datih graničnih vrijednosti za karbonatnu odnosno nekarbonatnu tvrdoću.

Dodatak vapna izračunava se prema slijedećoj formuli:

CaO (100%) = 10 (KT + TCO2 slob.) g/m3.

Uzmimo kao primjer zagrebačku vodu slijedećeg sastava:

UT = 27°nj Baza:
KT = 20°nj Potrebna količina dekarbonizirane vode:
NT = 7°nj 5o t/h.
MgT = 6°nj
CO2 slob.= 13°nJ

Potrošak vapna bit će

CaO (100%) = 10 (20 + 13) = 330 g/m3 sirove vode.

Ako imamo na raspolaganju industrijski hidratizirani kreč sa oko 90% (CaOH2) odnosno 56 x 0,9 = 40,5% aktivnog CaO, tada će nam biti potrebno = oko 490 g/m3 hidratizirancg tj. gašenog vapna.

CaOH2 mol. tež. = 74

Količina potrebne vode vapnenice“ izračunava se na bazi topivosti CaO u vodi temperature 20°C, a ta je oko 1,3 g/l.

Budući da 1 nr zasićene vode vapnenice sadrži 1300 g CaO, potrebna količina vode vapnenice bit će:

Voda vapnenica = 330 / 1300 + 330 = 0,2 m3 vap. vode/m3 sirove vode.

Kako jedan dio sirove vode (vidi sliku) trošimo za dobivanje zasićene vapnene vode u zasićivanju, to za tu količinu sirove vode ne moramo dovesti u reaktor vapnenu vodu. Prema tome, potrebna količina vapnene vode se smanjuje.

Ukupna količina vode vapnenice kod opterećenja od 5o t/h sirove vode bit će:

Q = 5o x 0,2 m3 = 10 m3 vode vapnenice/h i 50 t sirove vode. Uređaj za hladnu dekarbonizaciju vode pomoću zasićene vode vapnenice sastoji se iz slijedećih dijelova:

1. razdjeljivača sirove vode
2. posude za gašenje vapna
3. tlačne posude
4. zasiđivača vapnene vode
5. reaktora i
6. pješčanog filtra.

Razdeljivač sirove vode

Razdoeljivač sirove vode nam služi za to, da je možemo razdijeliti u jedan glavni tok, koji ulazi u reaktor 12-3 manja toka (već prema načinu i konstrukciji uređaja za mekšanje), koji prolaze kroz posude za dodavanje kemikalija.

Otvor, kroz koji protiče sirova voda iz razdjeljivača u reaktor je stalan u promjeru, dok se pomoću zasuna može regulirati dotok sirove vode u tlačnu posudu odnosno u zasićivač vapnene vode. Mijenja se prema toma količina vapnene vode, koja ulazi u reaktor, ovisno o eventualnoj promjeni visine karbonatne tvrdoće, s time, da zasićenost vode vaprenice bude uvijek maksimalna tj. stalna za određenu temperaturu granične topivosti CaO u vodi.

Razdjeljivač se mora nalaziti najmanje 1 m iznad nivoa gornjeg ruba zasićivača potpuno vodoravno, te je providjen perforiranim limom. To zbog toga, da bi tok vode bio ravnomjeran i miran.

Slika br. 11 Razdjeljivač sirove vode

Izostavljeno iz prikaza

Posuda za gašenje vapna

Može se upotrijebiti ili komadno živo vapno ili gašeno vapno. Kod komadnog vapna treba imati na umu da za gašenje u praksi trebamo na 1 kg CaO 3-5 litara vode, Kako je hidratacija vapna egzoterman proces to se u praksi radi tako, da se živo vapno isprva pošprica sa toliko vode da bi se grude vapna uslijed razvijene topline raspale i time povećale svoju površinu, a tek onda se doda ostatak vode. Naravno, kod upotrebe industrijski hidratiziranog vapna, ovaj je postupak nepotreban. Takvo se hidratizirano vapno samo razmulji u vodi.

Posudu za gašenje vapna treba diraenzjonirati tako da zadovoljava potrebe pogona kroz 8 sati. Obično je volumena 800-I000 litara, uz odnos visine „h“ prema promjeru „d“ : h : d « 1 : 2.

Vapneno mlijeko se ispušta u tlačnu posudu (koja je smještena neposredno ispod posude za gašenje vapna) kroz pipac „p“. Rešetka „r“ služi za zadržavanje eventualnih neugašenih češtica vapna ili komadića kamenja. Rupe su promjera oko 10 15 mm.

Tlačna posuda

Tlačna posuda omogućuje dodavanje i mijenjanje vapna za vrijeme pogona, bolje izluživanje vapnenog mlijeka i otpuštanje nerazmuljenog taloga i eventualnog sitnog piješka.

Njen se volumen obično dimenzjonira 1,5 puta veći od volumena posude za gašenje vapna.

Zasićivač vode vapnenice

Dimenzije zasićivača diktirane su njegovom namjenom, koja se sastoji u dobivanju zasićene i potpuno bistre vapnene vode. Tom zadatku podređen je i njegov oblik, tako da se sastoji od gornjeg cilindričnog dijela, u kojem se vapnena voda zasićuje i bistri, za što je potrebno oko 2 sata, te donjeg konusnog dijela, u kojem se vrši izluživanje vapnene vode iz tlačne posuđe. Za ovo se računa potrebno vrijeme također oko 2 sata.

Dok je zbog postizavanja što veće bistrine preljevna brzina na vrhu mala (0,6 0,8 m/h, ovisno i o sastavu sirove vode tj. odnosu KT i MgT i apsolutnoj visini KT), dotle je ulazna brzina sirove vode s vapnenim mlijekom u zasićivač oko 500 m/h, kako bi u koničnom dijelu zasićivača došlo do što intenzivnijeg turbulentnog miješanja sirove vode sa specifički težim vapnenim mlijekom.

Maksimalna preljevna brzina od 0,8 m/h može se dozvoliti u slučaju, kada je sirova voda visoke karbonatne tvrdoće sa malo magnezijeve tvrdoće, te se stvaraja pretežno teži kristalni talozi CaCO3, uz malo laganog taloga Mg(OH)2.

Slika br. 13 Tlačna posuda

1. otvor za čšćenje (ili punjenje}
2. odzračivanje
3. dotok vapnenog mleka
4. u zasićivač
5. odmuljavanje
6. dotok sirove vode

Prema gornjem potrebno je dakle ukupno oko 4 sata, da bi se dobila bistra i maksimalno zasićena voda vapnenica kod određene temperature.

Bistra voda vapnenica preljeva se na vrhu preko koncentrično smještenog nazubljenog lima, koji ima zadatak da spriječi jednostrano preljevanje vapnene vode, a time i njeno zamućenje.

Kontrola vode vapnenice se vrši na gornjem (l) i donjem (2) pipcu titraci,iom 10 ml usetog uzorka sa 0,1 n HCl (vidi ispitivanje vode vapnenice!).

Na donjem pipcu kontroliramo potrebu dodavanja novih količina vapnenog mlijeka (to u slučaju, ako nam p-vrijednost padne ispod 3,8 ml 0,1 n HCl tj. kad zasićenost pađne ispod l,0 g CaO/l). a na gornjem pipcu potrebu stavljanja zasićivača izvan pogona radi odmuljenja u momentu, kada nam se pri vrhu pojavljuje mutež uslijed dostignuća imiksimalne zasićenosti.

Naime, odmuljivanje se vrsi u vrijeme, kada je zasićivač izvan pogona, dok se dodavanje novLh količina vapnenog mlijeka vrši kontinuirano za vrijeme pogona, preko tlačne posude. Jedino kod uređaja manjeg kapaciteta može se gusto vapneno mlijeko dodavati diskontinuirano za vrijeme, kada je zasićivač izvan pogona.

Dimenzije zasićivača izračunavamo prema slijedećim formulama:

Izostavljeno iz prikaza

Baza:

Potrebna količina vapnene vode = 0,2 m5/h
Količina sirove vode = 50 t/h
Ukupna količina vode vapnenice = Q = 0,2 m3 x 50 = 10 ra?/h

Ukupni volumen zasićivača „V“ zadan je ukupnim vremenom reakcije za izluživanje, zasićenje i bistrenje vapnene vode od 4 sata, to je

Izostavljeno iz prikaza

a) gornji (valjkasti) dio zasićivača

Površina presjeka :

Izostavljeno iz prikaza

Slika Rbr. 14 Zasićivač

Izostavljeno iz prikaza

Visina „h1“ cilindričnog dijela ovisi o vremenu reakcije u ovom dijelu zasićivača, a to iznosi, kao Sto smo kazali, 2 sata, te imamo:

Izostavljeno iz prikaza

donji (stožasti) dio zasićivača

Za vrijeme izluženja uzimamo također 2 sata, tako da je i volumen donjeg dijela: 2 h x 10 m3/h = 20 m3, te imamo:

Izostavljeno iz prikaza

Ukupna visina : H = 1,6 m + 4,8 m = 6,4 m

Ukupni volumen : V = V1 + V2 = 20 m3 + 20 m3 = 40 m3 .

Kemijska ispitaivnja vode

Način prikazivanja rezultata analize vode

Prije se običavalo analizu vode, obzirom na pojedine sastojke, prikazivati s količinom radikala u mg/l, tako npr.: SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, alkalije kao Na2O ili NaCl, zatim SO3, Cl, CO2, N2O3, N2O5, NH3 ili MgO

Takav se način prikazivanja rezultata i upravo uobičajio stoga, jer jedinica za njemački stupanj, mjerilo tvrdoće, bazira na radikalu CaO.

U novije se doba još tako prikazuju SiO2, O2, CO2 i potrošak kisika, dok se ostali sastojci prikazuju količinom milivala u vodi priautnih katjona i anjona, tako npr. j Ca, Mg, Pe, Na, NH4, HCO3, SO4, Cl, NO2, NO3 itd.

Prikazivanje rezultata relativnim vrijednostima tj. u milivalima je praktičnije radi toga, jer na taj način možemo uočiti u kojem au međusobnom ekirivalentnom odnosu u vodi prisutni katjoni i anjoni odnosno radikali kiselina, baza i soli, Sto se iz apsolutnih težinskih količina radikala ne vidi.

Sjetimo se, da je:

m-val/l = mg/l / g-ekvival. odnosno m-val/l x g-ekvival. = mg/l.

Ako smo npr. analizom našli 80 mg/l SO2 (odnosno 96 mg/l SO3) 1 56 mg/l CaO (odnosno 40 mg/l Ca) tj. ukupno izraženo kao 156 mg/l CaSO3, to znači da je u vodi prisutno:

Izostavljeno iz prikaza

Vidimo da isti broj mvala kiseline i baze (a to bi bl10 i sa katjonima i anjonima) davaju isti broj mvala soli.

Zbir katjona i anjona se kod tačne analize mora u milivalima podudarati ili vrlo malo razlikovati. Jedino kada bi voda sadržavala neku slobodnu kiselinu, onda bi zbir anjona bio veči od zbira katjona, jer se vodik kao takav iz kiseline ne određuje, pa ga prema tome i ne pribrajamo zbiru katjona.

Izračunavanje u vodi prisutnih radikala odnosno jona

a) anjoni

• Bikarbonati (KT) u °nj : 2,8 = mval/1 x 61 = HCO3 mg/l
• Karbonati (CO3) u °nj : 2,8 = mval/1 x 3o = CO2 mg/l
• Hidroksidi (OH) u °nj : 2,8 = mval/1 x 17 = OH mg/l
• Sulfati (SO4) u mg/l: 4° = mval/1 x 48 = SO4 mg/l
• N2O5 u mg/l: 54 = mval/1 x 62 = NO3 mg/l
• N2O3 u mg/l: 38 = mval/1 x 46 = NO2 mg/l
• Fosfati (P2O5) u mg/l 23,7 = mval/1 x 31,6 = PO4 mg/l
• Kloridi (Cl) u mg/l 35,5 = mval/1 x 35,5 = Cl mg/l
• Silikati (SiO2) u mg/l 30 = mval/1 x 38 = SiO3 mg/l

Zbir anjona: = mval/l

b) katjoni

• CaO a. mg/l : 28 = mval/l x 20 = Ca mg/l
• MgO u mg/l : 20 = mval/l x 12 = Mg mg/l
• FeO u mg/l : 36 = mval/l x 28 = Fe(II) mg/l
• Fe2O3 u mg/l : 26,6 = mval/1 x 18,6 = Fe(IIl) mg/l
• MnO u mg/l : 35,5 = mval/1 x 27,5 = Mn mg/l
• Na (= a b) = mval/l x 23 = Na mg/l

Zbir katjon: = mval/1

Tumačenje:

Vezana ugljična kiselina je nomnalno u vodi prisutna kao HCO^-jon, ako voda prema fenolftaleinu reagira kiselo, a prema metiloranžu lužnato, To je alubaj npr. kod airovih voda. U vodama, koje prema fenolftaleinu reagiraju alkalidno (npr. umekšane vode), vezana se ugljična kiselina djelomično ili potpuno nalazi u vodi prisutna kao CO3-jon, već prema odnosu i veličini p- i m-vrijednosti.

Bubući da je HCO3-jon nepostojan i kod povišenih se temperature raspada, npr.

Ca(HCO3)2 CaC03 + C02 + H2O

to vezanu ugljičnu kiselinu kod zbrajanja jona izražavamo kao CO3-jon, bilo da ona kao takav jon postoji ili da potječe od HCO3-jona.

Budući da su analitiSke metode određivanja alkalija bl10 dugotrajne (ako se sa gravimetrijskim analitičkim metodama) bilo da iziskuju skupu aparaturu fotometar, ukoliko se radi brzom metodom ispitivanja plamena, to se obično alkalije izračunavaju iz razlike zbira anjona i katjona.

Osim u milivalima, kao što smo već spomenuli, možemo pojedine komponente u vodi (bilo spojeve, radikale ili jone) izraziti i u njemačkim stupnjevima. To prvenstveno dolazi do izražaja kod pripreme vode taložnim sredstvima.

U tablici koja slijedi, date su količine svih važnijih spojeva, radikala i jona, koje su ekvivalentne 10 mg CaO tj. jednom nemačkom stupnju.

Ekvivalentne količine jedinici Katjoni: Ekvivalentne količine jedinici tvrdoće

Katjoni:

• Ca 7,15 mg/l
• BaCO3 35,20 mg/l
• CaO 10,00 mg/l
• BaSO4 41,63 mg/l
• Ca(OH)2 13,21 mg/l
• CaCl2 37,14 mg/l
• Ca(HC03)2 28,91 mg/l
• Fe(II) 9,96 mg/l
• CaCO3 17,85 mg/l
• FeO 12,81 mg/l
• CaSO4 24,27 mg/l
• Fe(OH)2 16,03 mg/l
• CaCl2 19,79 mg/l
• Fe2O3 9,49 mg/l
• Ca3(P04)2 18,45 mg/l
• Fe(OH)5 12,71 mg/l
• Mg 4,34 mg/l
• Al 3,22 mg/l
• MgO 7,19 mg/l
• Al2O5 6,08 mg/l
• Mg(OH)2 10,40 mg/l
• Al(OH)3 9,29 mg/l
• Mg(HCO3)2 26,10 mg/l
• Na 8,20 mg/l
• MgSO4 21,47 mg/l
• Na20 11,06 mg/l
• MgCO3 15,04 mg/l
• NaOH 14,27 mg/l
• MgCl2 16,99 mg/l
• NaHCO3 29,97 mg/l
• Mg3(PO4)2 15,64 mg/1
• Ka2005 18,91 mg/l
• Ba 24,50 mg/l
• Na2SO4 25,34 mg/l
• Ba(OH)2 30,57 mg/l
• Na2SiO3 21,84 mg/l
• Na3PO4 19,40 mg/l

Anjoni:

• H2CO3 11,06 mg/l
• Cl 12,65 mg/l
• CO3 10,70 mg/l
• SiO3 13,61 mg/l
• HCO3 21,76 mg/l
• SiO2 10,75 mg/l
• CO2 7,85 mg/l
• PO4 11,3o mg/l
• H2SO4 17,49 mg/l
• P2O5 8,45 mg/l
• SO4 17,13 mg/l
• NO3 22,12 mg/l
• SO3 14,28 mg/l
• N2O5 19,26 mg/l
• HCl 13,01 mg/l

Ispitivanie sirove vode

Sirova voda, koju se misli upotrijebiti u pogonu bilo kao napojnu vodu bilo kao sirovinu u tehnološkom procesu treba obično ispitati na slijedeće sastojke:

Tvrdoća (ukupna, karbonatna, nekarbonatna, kalcijeva i magnezijeva), ugljična kiselina (vezana, slobodna i agresivna), mehanička onečišćenja, organska tvar (potrošak KMnO4), Ca, Mg, Pe, Mn, O2, SO2, SiO2, pH, isparni ostatak i gubitak žarenjem. Uz gornje podatke treba navesti i porijek10 vode (bunarska, podzemna ili površinska).

Ukoliko se voda upotrebljava u prehrambenoj industriji u tehnološkom procesu, mora odgovarati svim uslovima, koji se postavljaju općenito na pitku vodu, tj. mora biti potpuno bistra, bezbojna, bez mirisa i okusa, bakteriološki čista i bez tragova Fe i Mn.

U tom slučaju treba provesti još i slijedeća ispitivanja: ponašanje i izgled vode (bistroća, boja, miris i okus), sadržaj NH4, NO2, NO3 i H2O.

Od spomenutih se određivanja neka moraju odrediti na licu mjesta, tako npr. ispitivanje bistroće i boje, mirisa i okusa, sadržaj slobodne ugljične kiseline i ferospojeva. Ako se osjeća miris vođe po H2S-u, ovaj se na licu mjesta mora fiksirati dodatkom olovnog acetata.

Bakteriološka ispitivanja vode spadaju u djelokrug sanitarnih kemičara i obično se rade u laboratorijima Higijenskog zavoda.

Ispitivanje napojne ili općenito umekšane vode

Ispitivanje obuhvata obično određivanje p- i m-vrednosti, ostatne tvrdoće (ukupne, a po potrebi i ostale), slobodne Ca, Mg, Fe, SiO2, organske tvari, klorida, fosfata, pH, vodljivosti, alkalnog odnosno natronskog broja, a po potrebi i određivanje amonijaka, hidrazina itd. Iz nađenih p- i m-vrijednosti se izračunavaju upotrebljene količine taložnih sredstava.

Naravno da ne treba provesti uvijek ava određivanja, već ona, koja se traže, ovisno o načinu pripreme vode odnosno o vrsti kotla, kao i ovisno o njenoj namjeni.

Ispltivanje kotlovne vode

U kotlovnoj se vodi, po potrebi, vrše sva ispitivanja kao i u napojnoj vodi. Na bazi analitičkih podataka, izračunava se još i postotak odsoljavanja kotlovne vode.

Ispitivanje kondenzata

Kondenzat se ispituje na eventualnu ostatnu tvrdoću i prisutnost slobodne ugljične kiseline, na sadržaj klorida, kisika, otopljenih soli (isparni ostatak) i p- i m- vrijednost. Kvalitativno se ispituje na sadržaj ulja, a u šećeranama i na eventualnu prisutnost šećera.

Uzimanje uzorka vode

Stručno uzimanje uzorka vode je vrlo važna operacija, jer o njegovu pravilnom provođenju ovisi tačnost izvršenih analiza, a time i pravilno rukovođenje uređajima za pripremu vode i kotlovskim postrojenjima. Za uzimanje uzorka vode iz rijeka i bunara upotrebljavaju se specijalne boje i aparature.

Uzima li se voda iz cjevovoda preko pipca, potrebno je pustiti da teče neko vrijeme, kako bi se dovodna cijev ispunila svježom vodom. Temperatura uzetog uzorka vode mora biti oko 2o°C. Stoga se uzorak napojne vode uzima iza otplinjivača, a kotlovne vode iza hladnjaka. Za uzimanje uzoraka vode smiju se upotrebljavati samo apsolutno čiste boce iz bijelog kemijskog stakla (npr. Boral, Jena ili Pyrex) B brušenim čepom ili boce iz bezbojnih plastlčnih masa, koje su otporne prema kiselini i lužini.

Boce prije ponovnog uzimanja uzorka vode treba dobro oprati običnom vodom, zatim 2-3 puta destiliranom vodom i na kraju 2-3 puta onom vodom, koja se ispituje. Nipošto ne prati boce sodom ili kiselinom, jer se njihovi ostaci teško odstranjuju i dugotrajnim ispiranjem. Kod uzimanja uzorci iz vode iz bunara, koji je duže vremena bio izvan upotrebe, mora se prethodno nekoliko dana pumpati voda dnevno po 15-2o. minuta. Ukoliko u nekom pogonu postoje više bunara, treba ispitati uzorak vode iz svakog bunara posebno.

Za kompletnu analizu sirove vode potrebno je najmanje 2-3 litara vode pored uzetih proba za određivanje slobodne CO2, kisika i probe za određivanje SiO2, koja mora biti uzeta u bocu iz plastične mase.

Ispitivanje mirisa i okusa

Ukoliko se voda upotrebljava kao sirovina u prehrambenoj industriji, potrebno je radi orijentacije ispitati je na miris i okus, kao i bistroću i boju. Ova se ‘ispitivanja inače normalno ne rade kod tehnoloških voda.

a) Miris

Određuje se na licu mjesta. Boca za uzimanje uzorka se napuni do polovice, dobro začepi, nekoliko puta promućka i nakon otcepljenja ispituje se voda na miris. Ako je voda dostavljena na analizu u laboratorij, tada je treba prethodno u začepljenoj boci zagrijati na vodenoj kupelji na 40-60°C i tek tada otcepiti.

b) Okus

Za ispitivanje okusa vodu treba prethodno zagrijati na 30 – 40°C. Okus, koji nije prijatan i bez osobitosti, može biti:

1. po truleži, plijesni: od razgradnih produkata ili sumporovodika,
2. lužinat: povišeni pH
3. slankast: od kuhinjske ili ostalih alkalnih soli
4. slatkast: mnogo gipsa
5. gorak: od magnezijevih soli 6
6. “bljutav bez naročitog okusa: mekane vode
7. trpki, okus po tinti: prisutnost željeznih soli.

Ispitivanje boje i bistroće

Boja vode može potjecati od otopljenih koloida ili lebdećih tvari, kao i od živih organizama. Bistra žuta boja sirove vode može potjecati i od organskih tvari npr. kiselih humata. Pino dispergirani Fei Alspojevi vodu zamute i oboje je žućkasto. Boja i bistroća se ispituju u Hehnerovim cilindrima iznad bijele podloge. Bistroća se uspoređuje prema destiliranoj vodi. Prema bistroći, voda može biti bistra, gotovo bistra, slabo opalescirajuća, opalescirajuća, slabo zamućena i jako zamućena.

Određivanje ukupne tvrdoće vode

1) prema Boutron-Boudet-u

Priprema uzorka

Ako je uzorak vode neutralan (sirova voda, kondenzat) ili kiseo (dekarbonizirana voda iza jonskog izmjenjivača) te uslijed toga dodatkom fenolftaleina voda ne pocrveni, treba tako dugo dodavati kap po kap toliko 0,1 n NaOH, da voda upravo poprimi stalnu crvenu boju. Ako je uzorak vode alkaličan (kotlovna voda, dekarbonizirana voda pomoću. vapna), te dodatkom fenolftalea a pocrveni, treba tako dugo dodavati kap po kap 0,1 n HCl u svrhu neutralizacije, dok ne poprimi slaboružiSastu boju,

Izvođenje titracije

Za titraciju se upotrebljava otopina sapunice po Boutron-Boudet-u, to je 2,40 ml odgovaraju 12,3 °nj.

Otpipetira se u bocu (sadržaja oko 25o-300 ml s brušenim čepom) 40 ml priređenog uzorka vode i titrira s rastopinom sapunice uz povremeno snažno mućkanje tako dugo dok se ne stvori gusta pjena od malih mjehurića, koja mora ostati stalna i ne smije pucketati. Od potrošenih ml sapunice treba odbiti 0,1 ml za stvaranje pjene. Kako 2,40 ml otopine sapunice odgovara 12,3° nj, to je ukupna tvrdoća:

UT = sapunice x 12,3 / 2,40 ° nj

Za tu je svrhu specijalna boca za mućkanje graduirana na 10, 2o, 3o i 40 ml. Ako se očekuje tvrdoća vode manja od 15°nj, titrira se 40 ml vode. Ako je tvrdoća 15 – 30°nj, uzima se za titraciju 2o ml pripremljenog uzorka i doda 2o ml destilirane vode. Rezultat se množi s dva. Ako je tvrdoća vode veća od 3o°nj, uzima se svega 10 ml uzorka i doda 3o ml destilirane vode. Rezultat se tada množi sa četiri.

Za vode mekanije od 1°nj tvrdoće upotrebljava se otopina sapunice, koja je deset puta razrjeđenja tj. 1 volumen originalne sapunke razrijedi se sa 9 volumena 56 %-tnog alkohola. U tom se slučaju potrošak sapunice dijeli sa tim, a za titraciju se uzima uvijek svih 4o ml pripremljenog uzorka.

U praksi se često ova titracija izvodi specijalnom biretom, koja je direktno graduirana u njemačke ili francuske stupnjeve. Dakako da se u tom slučaju stupnjevi direktno očitavaju na bireti, a uzeto li je za titraciju 20 odnosno 10 ml uzorka, rezultat se množi sa 2 odnosno 4.

• Kod titracije kondenzata ili destilata, prije titracije se doda u 40 ml vode nekoliko zrnca NaCl p.a.
• Kod voda tvrdoće do 2°nj tačnost je 0 0,2° nj
• Kod voda tvrdoće do 2-12°nj tačnost je 0,2 0,5° nj Kod voda tvrdoće iznad 12°nj tačnost je 0,5 1,0° nj

2) Kompleksometrijsko određivanje

Kao reagens upotrebljava se dinatrijeva sol etilendiamintetraoctene kiseline, koja dolazi u trgovinama pod različitim imenima kao npr. Komplexon III, Titriplex III, Idrinal III, Chelaton III itd. Za razliku od metode neutralizacije, gdje se svršetak titracije očituje promjenom boje indikatora uslijed promjene pH otopine, kod kompleksometrijskih titracija je potrebno da pH titrirane vode bude za cijelo vrijeme titracije stalan, što se postiže dodavanjem u ispitivanu vodu tzv. „pufer“ tj. sredstva koje održava stalan pH.

Kao pufer se upotrebljava smjesa NH4Cl i NH2OH (54 g NH4Cl otopi u 200 ml destilirane vode, dodaj 550 ml 25% NH2OH i nadopuni na 1 litru) ili već gotova pufer-tableta tvrtke „Merck“. Ona već sadrži u sebi i indikator tako da ga ne treba posebno dodavati.

Ukoliko voda sadrži veće količine željeza, u ispitivani uzorak vode se doda oko 0,5 g krist. Na2S p.a.

a) Titracija tvrde i srednje-tvrde vode

Otpipetira se 100 ml vode u erlenmayerovu tikvicu od 300 ml, doda 5 ml pufer-otopine i na vršak noža kruti indikator Eriochromcrno T. Titrira se do prijelaza crvenkaste boje u izrazito plavu.

ml kompleksoria x 5,6 = °nj UT

Za titraciju se upotrebljava 0,1 m otopina kompleksona (37,225 g/l), a kruti indikator se prije upotrebe razrijedi s krutim NaCl p.a. u omjeru 1:100 i u tarjoniku dobro promiješa. Ukoliko se titracija vrši s „Merck“-ovom pufer-tabletom, doda se 1 ml NH4OH (0,910) i titrira do prijelaza u jasno zelenu boju.

b) Titracija mekanih i umekšanih voda

Titracija se vrši na isti način kao prije s otopinom kompleksona, koje je 1 ml = ˚ nj (6,647 g/l kompleksona).

ml kompleksona = °nj UT

Kod mekanih voda, osobito nakon jonskog filtra, može se pomoću pufer tablete i kvalitativno ustanoviti stupanj ostatne tvrdoće.

U 100 ml stavi se jedna pufer-tableta i 1 ml amonijaka. Ako je

• voda obojena zeleno tvrdoća je 0°nj,
• voda obojena sivo-ljubičastom miješanom bojom oko 0,01°nj,
• voda obojena ružičasto-crvenom bojom oko 0,025°nj.
• Ako se voda obojadiše crvenom bojom, treba izvršiti titraciju.

Određivanje kalcijeve tvrdoće (CaT)

Otpipetira se 100 ml vode u erlenmayerovu tikvicu od 300 ml, doda 2 ml 30%-tnog NaOH i 0,2 g indikatora Murexid i odmah brzo titrira do prijelaza iz crvene u izrazito ljubičastu boju.

ml kompleksona x 5,6 = °nj KT

Dodatkom NaOH kao pufer, otopina ima pH = 12. Zbog toga pak treba brzo titrirati da se spriječi izlučivanje Ca(OH)2. Za titraciju se upotrebljava 0,1 m otopina kompleksona, a suhi indikator Murexid se priredi na isti način kao Eriochromcrno T, tj. razrijedi se sa NaCl p.a. .

Općenito kod svih kompleksometrijskih određivanja tltraolja prl kraju reakcije treba vršiti polaganije uz miješanje, jer je brzina reakcije mala.

Određivanje karbonatne tvrdoće (KT)

Otpipetira se 100 ml vode u erlenmayerovu tikvicu od 300 ml, doda 1-2 kap- i metiloranža i titrira a n/10 HCl do prijelaza boje iz žute u narančastu.

ml 0,1 n HCl x 2,8 = °nj KT

Ako se prigodom titracije troši više od 6-8 ml 0,1 n HCl, oslobođenu ugljičnu kiselinu treba kuhanjem istjerati. Ukoliko se vrati žuta boja, titracija se nastavlja do prijelazne tj. narančaste boje.

Određivanje nekarbonatne tvrdoće (NT)

Nekarbonatna se tvrdoća ne određuje posebno nego se izračunava iz ukupne i karbonatne tvrdoće:

NT = UT KT u °nj.

Određivanje magnezijeve tvrdoće (MgT)

Magnezijeva se tvrdoća također obično ne određuje direktno, nego se izračunava iz ukupne i kalcijeve tvrdoće:

MgT = UT CaT u °nj.

Određivanje bazne tvrdoće (BT)

BT = KT + AT u °nj

U ovom slučaju karbonatna tvrdoća (KT) obuhvaća sve u vodi prisutne bikarbonate (zemnoalkalijeve 1 alkalijeve), te se određuje titracijom s 0,1 n HCl uz metiloranž (m-vrijednost).

Određivanje anjonske tvrdoće (AT)

AT = mg/l SO-x 0,058 + mg/l Clx 0,079 + mg/l NO3x 0,045°nj

Osim iz posebnih određivanja SO2, Cl2 i NO3, anjonska se tvrdoća može ustanoviti direktnim određivanjem takozvane negativne m-vrijednosti (-m-vrijednost). Ispitivana voda se propusti kroz katjonski jako klseli izmjenjivač, uslijed čega se u vodi prisutni Cai Mg-sulfati, kloridi i nitrati prevedu u ekvivalentnu količinu sumporne, solne i dušične kiseline, te zbir tih kiselina tirira zajednički s 0,1 n NaOH uz metiloranž. Dobiveni rezultat je -m-vrijednost.

Izvođenje određivanja

Filter kolona sadržaja 3o-5o ml ispuni se jako kiselim katjonskim izmjenjivačem (npr. Lewatit S 100), koji treba regenerirati sa 200 ml 20%-tne HCl. Kiselina treba prolaziti kroz masu 5-10 minuta. S približno istom brzinom proticanja (100 ml u 5-5 min) propusti se kroz filtar u svrhu ispiranja 800-1000 ml vode iz vodovoda tj. dok minus m-vrijednost ne poprimi stalnu vrijednost.

Aparatura je sada priređena za određivanje ukupnih mineralnih kiselina i to za oko 10 određivanja vode sa max. 500 mg/l ukupnih soli, odnosno 5 određivanja vode sa max. 100o mg/l soli unutar dviju regeneraoija.

Treba obratiti pažnju na to da masa bude uvijek pokrivena vođom i da kod rahlenja mase prije regeneracije ne zaostanu u filtru mjehurići zraka.

Za ispitivanje se uzme 300 ml vode, koja mora proći kroz filter unutar 10 15 minuta. Prvih 100 ml se baci, dok se drugih i trećih 100 ml odvojeno titriraju uz metiloranž s 0,1 n NaOH. Potrošak ml 0,1 n NaOH odgovara zbiru mineralnih kiselina u mvalima.

ml 0,1 n NaOH = minus m-vrijednost = mvald/l SO2+ 0O2+ NO2

Određivanje kalcija

Kalcijum se volumetrijski direktno određuje titracijom pomoću kompleksona na isti način kao i kalcijeva tvrdoća.

ml 0,1 m kompleksona x 40,08 = mg/l Ca

Određivanje magnezija

Sadržaj magnezija se izračunava na osnovn titracije vode pomoću 0,1 m otopine kompleksona na isti način kao i magnezijeva tvrdoća tj. iz razlike ukupne i kalcijeve tvrdoće.

(UT Ca T) x 4,34 = mg/l Mg 1° nj = 4,34 mg Mg

Određivanje vezane ugljične kiseline u sirovoj vodi

Vezana (odnosno poluvezana) ugljična kiselina se određuje na isti način kao i ka rbonatna tvrdoća.

ml 0,1 n HCl x 22 = mg/l vezane ili poluvezane CO2.

Vezana ugljična kiselina izražena kao CO3-jon izračunava se prema slijedećoj jednadžbi;

ml 0,1 n HCl x 3o = mg/l CO2.

Bikarbonatni jon predstavlja vezanu i poluvezanu ugljičnu kiselinu, te se izračunava prema jednadžbi;

ml 0,1 n HCl x 61 = mg/l HCO3.

Određivanje ukupne slobodne ugljične kiseline

U naročitu odmjernu tikvicu od 100 ml s proširenim grlom uroni se do dna gumeno crijevo i kroz njega pušta voda da teče 5 minuta. Tada se crijevo oprezno izvuče napolje, dok voda teče i dalje, i nadopuni tikvica do znaka. Doda se nekoliko kapi fenolftaleina i titrira s 0,1 n NaOH u porcijama i uz dobro miješanje tako dugo dok ispitivani uzorak vode kroz 3 minute ne zadrži stalno, ali slabo crveno obojenje.

ml 0,1 n NaOH x 44 = mg/l slobodne CO2

Važno je da se uvjek ispituje netom uzeti svježi uzorak vode. Ako se za titraciju troši viSe od 10 ml 0,1 n NaOH, treba uzeti manje uzor ka vode i razrijediti ga iskuhanim destilatom. Poželjno je da se titracija ponovi, s time da se doda gotovo sva prvobitna količina 0,1 n NaOH 1 pri kraju oprezno titrira do slabo crvene boje. Ukoliko voda sadrži više od 3 mg/l Pe ili joj je tvrdoća iznad 3o°nj, prije titracije se doda 33%-tna otopina Seignetteove soli (Kaliumnatriumtartarat), koja je neutralizirana prema fenolftaleinu.

Određivanje agresivne ugljične kiseline

U tikvicu od 500 ml stavi se 200-300 ml vode i doda oko 3 g fino samljevenog i s destlliranom vodom opranog mramornog praha, boja začepi tako da ne ostane ništa mjehurida zraka, snažno promiješa i ostavi stajati 3 dana. Voda se puni na način kao kod određivanja ukupne slobodne ugljične kiseline. U toku stajanja vode s mramornim prahom, voda se svaki dan nekoliko puta promućka. Nakon toga se oprezno otpipetira iz boce 100 ml vode (ili se otfiltrira) i ista titrira uz metiloranž s 0,1 n HCl (m-vrijednost). Ista se titracija izvrši i s vodom, kojoj nije bio dodan mramorni prah. Ako je u vodi bila prisutna agresivna ugljična kiselina, ona se potrošila na rastvaranje mramornog praha, teče se u vodi s mramornim prahom povećati sedržaj bikarbonata. Prema tome će m-vrijednost u vodi s mramornim prahom biti veća od m-vrijednosti vode bez dodatka praha. Iz njihove razlike izračuna se sadržaj agresivne ugljične kiseline.

ml 0,1 n HCl (uz mramor) ml 0,1 n HCl (bez mramora) x 22 mg/l agresivna CO2.

Određivanje p-vrijednosti

100 ml vode (ohlađene na 2o°C) otpipetira se u erlenmayerovu tikvicu od 300 ml, doda nekoliko kapi fenolftaleina, i ukoliko se otopina obojila crveno, titrira s 0,1 n HCl do nestanka crvene boje. p-vrijednost = ml 0,1 n HCl

Određivanje m-vrijednosti

Istom uzorku vode, nakon određivanja p-vrijednosti, doda se 1-2 kap- i metiloranža i nastavi titracija s 0,1 n HCl do prijelaza boje iz žute u narančastu. Ukupan potrošak kiseline predstavlja m-vrijednosts m-vrijednost = ukupni ml 0,1 n HCl.

Određivanje kisika

Slijedeća dva načina određivanja kisika razlikuju se u tačnosti. Metodom pod a) određuje se kisik ako ga ima iznad 0,05 mg/l, dok se metodom pod b) određuje kada ga ima ispod 0,05 mg/l.

a) određivanje kisika po Winkler-u (>0,05 mg/l)

Kao uzorak za iapitivanje uzima se voda koja je prethodno ohlađena na 2o°C. Uzorak vode se uzima u za tu svrhu specijalno graduiranu bocu po Winkler-u sa koso ubrušenim staklenim čepom. Boca se puni na način kao kod uzimanja uzorka za i određivanje slobodne ugljične kiseline. Nakon što je voda oko 5 minuta protjecala kroz bocu, gumeno crijevo se oprezno izvadi i odmah doda pomoću pipete (tako da njen vršak bude uronjen do dna boce) 1 ml otopine MnCl2 (400 g JtoCl2.4 H2O u litri destilirane vode) i 1 ml otopine KOH + KJ (4o g KOH + 10 g KJ u 100 ml dest. vode). Boca se odmah zatvori pozadi da ne zaostanu u njoj mjehurići zraka, ne obazirući se kod toga što će iscuriti malo vode. Nakon što se sadržaj u boci višestrukim prevrtanjem dobro promiješao, boca se ostavi da stoji u mraku 15 minuta. Stvorit će se pahuljasti sadržaj koji će, već prema količini kisika, poprimiti budu od bijele preko žute do smeđe. Tada se u bocu stavi 4 ml konc. H3PO4 p.a. pomoću pipete tako da njen vrh bude uronjen do dna boce, ne obazirući se što će pri tome iz boce iscuriti ista količina vode. Boca se odmah zatvori, sadržaj nekoliko puta promiješa da bi se talog u boci otopio, i izlije u erlenmayerovu tikvicu od 500 ml. Sadržaju u tikvici doda se 2 ml svježe pripremljene otopine škroba (o,5 g Amylum solubile u 5o ml dest. vode). Otopina poprimi, već prema količini kisika, svijetlu do tamno plavu boju.

Sada se uz snažno mućkanje titrira s 0,0l n otopinom Na2SiO3 do nestanka modre boje. Naknadna pojava boje ne igra ulogu. Potrošak natrijeva tiosulfata je mjerilo za sadržaj kisika u vodi, a ovaj se izračunava po slijedećoj formuli:

ml 0,0l n Na2SiO x 0,08 x 1000 / sadržaj boce u ml 6 = O2 u mg/l

Primjer:

Neka je sadržaj boce po Winkler-u 296,04 ml (na svakoj boci piše njen sadržaj). Ukupno smo dodali 6 ml reagencija u bocu. Za titraciju neka je utrošeno 4,7 ml 0,0l n Na2SiO3, tada je količina kisika :

Izostavljeno iz prikaza

b) Određivanje kisika po dr Zimmermann-u (<0,05 mg/l) (pomoću toluidina)

Uzorak vode se uzima u menzuri ili erlenmayerovoj tikvici od 100 ml pomoću gumenog crijeva koje mora biti uronjeno do dna menzure. Nakon što je voda 5 minuta protjecala kroz menzuru, crijevo se oprezno izvadi, zatim se iz mikrobirete (koje vrh dostiže do dna menzure) doda 0,1 ml otopine MnCl2 (600 g MnCl2 . 4 Hg0 u 100o ml dest. vode) i 0,2 ml 40%-tne otopine NaOH p.a.

Menzura se zaSepi gumenim 5epom tako da ne zaostane u njoj mjehurića zraka, sadržaj dobro promiješa i ostavi stajati oko 15 minuta u mraku. Iznad taloga se bistra tekućina, uz najveće mjere opreza da se ne uzmuti talog, otpipetira i baci. Preostalom talogu se odmah doda 2,5 ml 85%-tne H2PO3, zatim 1 ml otopine toluidina CO2 g toluidina otopi se u 2 ml u HCl i nadopuni dest. vodom na 100 ml) i nadopuni na 4o ml destiliranom vodom (koja je destilirana uz dodatak permanganata!). Već i najmanja količina kisika obojit će otopinu žuto, te se intenzitet boje u epruveti ili kiveti uspoređuje s bojom standardne otopine ili skalom (koju npr. izradjuje tvrtka Bayer iz Leverkusena:),

Očitana se vrijednost mora korigirati s količinom uzetog uzorka.

Očitana vrijednost u mg/l x 100 / Sadržaj menzure u ml = O2 u mg/l

Kod većeg sadržaja kisika radi se tako da se nastali talog otopi u 2,5 ml fosforne kiseline i ova otopina nadopuni na 4o ml destiliranom vodom. Od te se otopine uzme, već prema količini kisika, 2o odnosno 10 ml i doda 1 ml otopine toluidina i opet nadopuni na 4o ml. Žuta otopina se u epruveti ili kiveti uspoređuje s standardnom otopinom. Nađenu vrijednost treba korigirati prema učinjenom razrjedjenju i sadržaju menzure.

Očitana vrijednost u mg/l x 40 x 100 / x . y = O2 u mg/l

gdje je:

x = sadržaj menzure u ml

y = uzeta količina uzorka prije nadopunjena na 40 ml

Ako nemamo na raspoloženju standardnu otopinu za uspoređivanje, u tu 36 svrhu može upotrijebiti priređena otopina kalijeva kromata (1,6 g K2CrO3 p.a. otopljeno u 100o ral n/10 H2SO4). Ta se otopina toliko dugo dodaje pipetom u 4o ml čiste destilirane vode dok ne nastane žuto obojenje istog lntenziteta kao u 4o ml ispitivanog uzorka vode. Označimo li dodane ml otopine kromata sa xl, a uzete ml uzorka vode sa , tada je

Izostavljeno iz prikaza

Određivanje klorida

U erlenmayerovu tikvicu otpipetira se 100 ml vode i neutralizira prema metiloranžu sa 0,1 n NaOH odnosno 0,1 n H2SO4, a da 1 ml 10%-tne otopine K2CrO3 i titrira sa 0,0l n otopinom AgNO3 do pojave crveno-smeđe boje. Indikatorska pogreška iznosi oko 0,2 ml AgNO3.

(ml 0,0l n AgNO3-0,2) x 3,55 = mg/l Cl,

odnosno

(ml 0,0l n AgNO3-0,2) x 5,85 = mg/l NaCl.

Za sirovu vođu se rezultat daje kao klorid-jon dok se sada ostale pogonske vode rezultat daje kao KaCl. U slučaju da je sadržaj klorida ispod 1 mg/l, uzima se 500-100 ml vode i upari na 100-150 ml, neutralizira kao gore i dalje titrira na opisani način. U tom slučaju rezultat treba preračunati prema količini uzete odnosno uparene vode.

Da bi se bolje uočio prijelaz boje, dobro Je istitriranoj vodi dodati zrnce NaCl p.a., uslijed čega će se uspostaviti prvobitna žuta boja. Druga titracija se vrši na isti način do nešto tamnije nijanse od žute boje dobijene dodatkom NaCl nakon prve titracije.

Određivanje nitrita

Ukoliko voda sadrži nitrita, treba ispitati i razloge i pod kojim okolnostima je došlo do njegove pojave u vodi i uputiti je na bakteriološku analizu. Kvalitativno ispitivanje pomoću otopine indola U 100 ml uzetog uzorka sirove vode doda se 0,5 ml H2SO4 (1+5), promućka i doda 0,2 ml otopine indola. Nakon 10 minuta, voda de se obojiti blijedoljubidastom bojom, ako je prisutno više od 0,2 mg/l NO2, Kod većeg sadržaja nitrita boja de biti tamnije ljubičasta.

Kao standardna otopina za uspoređivanje služi otopina NaNO3 0,150 g NaNO3 p.a. otopi se u 100o ml vode. 1 ml i 0,1 mg NO2. Otopino indola: 0,2 g indola se otopi u 15o ml 96%-tna alkohola.

Određivanje nitrata

Nitrat se u sirovoj vodi pojavljuje kao konačni produkt oksidacije org. tvari, koje sadrže dušika. Čista voda sadrži max. 1-5 mg/l NO3. Kvalitativno ispitivanje pomoću brucina U kužalici se na 1 ml uzetog uzorka ispitivane sirove vode dolije 3 ml conc. H2SO4 (izvrši slijepu probu na čistoću HgSO4!) i ohladi. Potpuno hladnoj smjesi se doda na vršak noža (10 – 20 mg, ne više!) brucina i pomiješa. Ružidasta boja de se pojaviti nakon nekoliko minuta tek kod iznad 1 mg/l NO2.

Za usporodbu može poslužiti standardna otopina nitrata, 0,1635 g KNO3 p.a. otopi se u 100o ml vode. 1 ml = 0,1 mg NO2. O metodama kvantitativnog određivanja nitrita i nitrata vidi specijalnu literaturu tnpr. Dr.K.Roll: „Vfesser Untersuchung-Beurteilung-Aufbereitung, izdanje: Walter de Gruyter and Co., Berlin 1958).

Određivanje sulfata

U čašu se otpipetira 200 ml vode i zakiseli s nekoliko kapi konc. HCl i uzorok vode upari na oko 100 ml. Za vrijeme vrenja doda se 10 ml 10%-tne otopine BaCl2 i puati da atoji 2 sata da se nastali talog slegne. Talog se odfiltrira kroz filtar-papir playe vrpce, suši, spali i žari 15-2o minuta na 100o°C ohladi i važe.

Težina taloga u mg x 0,4115 x 5 = SO2 u mg/l.

Gdje postoje priruci jonski izmjenjivači, može se moćernije odrediti sadržej sulfata (ukoliko voda ne sađrži nitrata) volumetrijski na ovaj način:

Filtar-kolona sadržaja 3o-5o ml ispuni se jako kiselim katjonskim izmjenjivačem (npr.s Levvatit S 100), koji treba regenerirati sa 200 ml 2o%-tne HCl. Kiselina treba prolaziti kroz masu 5-10 minuta. S približno iBtom brzinom protjecanja (100 ml u 5-5 ndn) propusti se kroz filtar-kolonu u svrhu ispiranja 800-I000 ml vode iz vodovoda tj. dok minus m-vrijednost ne poprimi stalnu vrijednost.

Aparatura 1e sada priređena za određivanje ukupnih mineralnih kiselina^i to za oko 10 određivanja vode sa max. 500 mg/l ukupnih soli odnosno za 5 određivanja vode sa max. 100o mg/l soli, unutar dviju regeneraci ja.

Treba obratiti pažnju na to da masa bude uvijek pokrivena vodom i da kod rahlenja mase prije regeneracije ne zaostanu u filtru mjehurići zraka.

Za ispitivanje se uzme 300 ml vode, koja mora proteći kroz filtarkolonu unutar 10-15 minuta. Prvih 100 ml se baci, dok se drugih i trećih 100 ml odvojeno titriraju uz metiloranž s n/10 NaOH, Potrošak ml n/10 NaOH predstavlja rainus m-vrijednost. Posebno se na jedan od prije opisanih načina odredi sadržaj klorida.

Sadržaj sulfata se izračunava:

(minus m-vrijednost ml 0,0l n AgNO3 / 10 x 48 = SO4 u mg/l .

Određivanje SiO2 (>1 mg/l)

Vrši se kolorimetrijskom metodom bilo uspoređivanjem boje ispitivanog uzorka prema standardnoj otopini ili standardnom staklu (npr. kod Eellige komparatora) ili mjerenjem intenziteta prolazećeg svjetla pomoću fotoelektričnog kolorimetra ili fotometra.

Kod određivanja SiO2 ako se odekuje više od 1 mg/l SiO2, uspoređivanjem sa standardnom otopinom, postupa se ovako:

U cilindar za kolorimetriranje tkoji je baždaren na 100 ml) uspe se 100 ml vode i doda 2 ml otopine amonije > molibdata i 2 ml solne kiseline, dobro promiješa i pusti stajati 15 minuta. U prisutnosti SiO2 uzorak ispitivane vode de se obojiti žuto. Tada se doda 10 ml oksalne kiseline, kako bi se spriječilo stvaranje žute boje od eventualno prisutnih fosfata. U drugi cilindar se uspe lo4 ml otopine boraksa i tome dodaje iz birete tako dugo otopina kalijeva kromata, te svaki puta dobro promućka, dok se intenzitet boje u oba cilindra ne izjednači.

1 ml otopine K2CrO4 = 10 mg SiO2/l vode.

Potrebne reagencije:

• 12 %-tna HCl p.a.
• 25 %-tna otopina amonijeva molbidata
• 10 %-tna otopina oksalne kiseline.

Otopina kalijeva kromata: 6,3° g K2CrO4 p.a. otopi se u odmernoj tikvici od 100o ml u destiliranoj vodi i nadopuni do marke.

Otopina boraksa: 0,5 g Na2B4O7 . 10 H2O p.a. otopi se u 100 ml destilirane iskuhane vode.

Sve pripremljene otopine treba čuvati u bocama iz plastične mase određivanje SiO2 (< 1 mg/l)

Ako se očekuje da voda sadrži manje od 1 mg/l SiO2, onda se postupa ovako:

U cilindar za kolorimetriranje uspe se 100 ml vode i doda 4 ml otopine amonijeva molibdata. Nakon 5 minuta doda se još 4 l otopine oksalne kiseline i 4 ml smese metola i kalijeva metabisulfita.

U drugi se cilindar uspe određena količina otopine vodenog stakla koje sadrži 10 mg/l SiO2) i nadopuni na 100 ml redestiliranom ili pomoću jonskog izmenjivača demineraliziranom vodom i dodaju ostale reagovanje u istim količinama kao u prvom cilindru. Vodenog stakla se za komparaciju doda toliko da intenzitet boja u oba cilindra bude isti. Budući da 1 ml otopine vodenog stakla sadrži 0,01 mg SiO2, a uspoređuje se sa 100 ml vođe, to je 1 ml otopine vodenog stakla = 0,1 mg/l SiO2.

Redestilirana odnosno demineralizirana voda za razrjeđenje vodenog stakla ne smije sadržavati ni tragova SiO2, što se pozna po tome ako ona sama dodatkom gore navedenih reagencija ne pomoći.

Potrebne reagencije

Otopina amonijeva molibdata: 5 g amonijeva molibdata otopi se u vodi uz dodatak 5 ml conc. H2SO3 p.a. i nadopuni na 100 ml.

Otopina oksalne kiseline: 5 g kristalizirane oksalne kiseline otopi se u dest. vodi i nadopuni na 100 ml.

Otopina smjese metola i kalijeva metabisulfita: 2 g metola i 2o,5 g K2Cr2O5 kalium metabi3ulfurosum) otopi se u vodi i nadopuni na 100 ml. Otopina vodenog stakla: 1 litra otopine treba sadržavati 10 mg SiO2.

Sve pripremljene otopine treba čuvati u bocama is plastične mase. Ukoliko se radi npr. sa Hellige komparatorom, onda ne treba pripremati standardnu otopine, već se količina SiO2 direktno očita na okviru upotrebljenog standardnog stakla. Ako se radi sa fotoelektričnim kolorimetrom ili fotometrom, tada treba postupiti prema uputstvu. za svaki određeni instrument dok se ispitivani uzorak vode priprema obično uz iste dodatne reagencije, koje su naprijed opisane, ali se za ispitivanje uzima propisana količina uzorka, već prema dimenzijama kiveta, a ovisno o koncentraciji SiO2 u vodi.

Određivanje koloidne SiO2

Kako gore opisanim određivanjima nije obuhvaćena koloidno otopljena kremična kiselina, to se ova određuje na ovaj način:

U 100 ml ispitivanog uzorka vode doda se 0,4 g NaHCO3 p.a. (od E. ercka) i grije na vodenoj kupelji 1 sat. Zatim se otopina ohlađi, neutralizira s razrijedjenom HCl, nadopuni na 100 ml i dalje se dodavaju reagencije i izvođi postupak kao kod određivanja Si0o? ako se odekuje više od 1 mg/l.

Sadržaj olono otopljene kremične kiseline dobije se iz razlike obaju određivanja.

Određivanje fosfata

Metoda po Splittgerber-Mohr-u

Ovo se određivanje vrši kolorimetrijski pomoću priručnog „kolorimetra“, koji se sastoji od 3 epruvete na drvenom stalku, koje sadrže standardne otopine sa 1 mg/l, 2 mg/l i 3 mg/l P2O3.

Ako je voda mutna ili alkalična na fenolftalein, uzorak se prije ispitivanja mora proučiti i po potrebi uz fenolftalein neutralizirati sa 0,1 n HCl.

Od tako priređenog uzorka u epruvetu se otpipetira 10 ml na sobnu temperaturu ohlađene vode, doda na vršak noža NaCl p.a. (oko 0,2 g) 14-6 kapi otopine sulfomolibdata, dobro promućka, a zatim doda 1 listić metalnog kostura (oko 6 x 40 mm). Tog se redoslijeda treba strogo pridržavati jer se inače ne dobiju tačni rezultati!).

U prisutnosti fosfata otopina de se nakon kratkog vremena obojiti modrom bojom. Tačno nakon 10 minuta kositreni listić se izvadi pomoću staklenog štapića, otopina promućka i usporedi intenzitet modre boje sa standarnim otopinama u epruvetama na stalku, uz bijelu pozadinu.

Ako je koncentracija fosfata u ispitivanom uzorku veća od 3 mg/l tada se umjesto 10 ml uzme samo 5, odnosno 2,5 ili 1 ml ispitivanog uzorka vode i nadopuni s destiliranom vodom na 10 ml.

U tom se slučaju očitana vrijednost mora pomnožiti sa 2,4 odnosno 10 da bi se dobio sadržaj FeO2.

Ukoliko kotlovna voda sadrži polifosfate, tada se uzorak vode za ispitivanje mora pripremiti na slijedeći način:

U 100 ml uzorka vode doda se 5 ml HC1(1:1) i kuha u čaši 3o minuta. Otparena voda mora se nadoknaditi destiliranom vodom. Nakon završenog kuhanja doda se 4 ml 3o%-tne NaOH, otopina ohladi i nadopuni na 100 ml.

Tako pripremljeni uzorak ispituje se dalje na gore opisani način. Kako je praksa pokazala da ova metoda određivanja fosfata u prisutnosti SiO2 daje previsoke rezultate, to je bolje raditi metodom po dr Zimmermsnnu.

Potrebne reagencije

Otoplna sulfomolibdatas 100 ml 10%-tne otopine amonijeva molibdata pomiješa se sa 300 ml H2SO4 (1:1).

NaCl p.a.

Listići elementarnog kositra.

Metoda po dr Zimmermannu.

Od bistrog i ohlađenog uzorka vode otpipetira se 20 ml i dodaju slijedećim redoslijedom niže navedene reagencije.

1. Reagencija br. 1 s 0,1 ml.
2. Reagencija br. 2 s 0,4 ml.
3. Reagencija br. 3 s 0,8 ml.
4. Reagencija br. 4 s 0,8 ml.

Sadržaj se dobro promućka i pusti stajati 3o minuta, te se nakon toga boja uspoređuje sa standardnom otopinom.

Kao standardna otopina služi otopina koje 1 ml sadrži 5 mg. Pomoću nje se pripremi priručni „kolorimetar“ sa 5 različitih boja tj. koncentracija P^O^ ovako:

U svaku od ovih 5 epruveta doda se 2o ml destilirane vode i standardne otopine u slijedećim količinama:

• I epruveta: 20 ml dest. vode + 0,1 ml stand. otop. = 0,5 mg/l P2O5
• II epruveta: 20 ml dest. vode + 0,2 ml stand. otop. = 1,0 mg/l P2O5
• III epruveta: 20 ml dest. vode + 0,4 ml stand. otop. = 2,0 mg/l P2O5
• IV epruveta: 20 ml dest. vode + 0,6 ml stand. otop. = 3,0 mg/l P2O5
• V epruveta: 20 ml dest. vode + 1,0 ml stand. otop. = 5,0 mg/l P2O5

Neposrednim uspoređivanjem obojenog uzorka vode s usporednim standardnim otopinama poznatih koncentracija direktno se određuje sadržaj P2O2 u mg/l vode»

Potrebne reagencije

• Reagencija br. 1: 2o tna otopina limunske kiseline (Acidum citricum).
• Reagencija br. 2: otopina natrijeva metabisulfita (35 g Natrium raetabisul-furosum (Na2S2O5) u 100 ml vode).
• Reagencija br. 3: otopina amonijeva sulfomolibdata (5 g Ammonium mollb-daenycum + 5 ml conc. H2SO3 p.a. + 100 ml dest. vode).
• Reagencija br. 4: otopina metola (2 g metola + 0,1 ml konc. H2SO3 p.a. + 100 ml dest. vode).

Standardna otopina otopina natrijeva amonijeva hidrogenfosfata

U 4,72 g NaNH4 H3PO4 H2O otopiti u 100o ml dest. vode: 1 ml = 5 mg P2O3).

Određivanje mehaničkih onečišćenja

Kroz prethodno’ osušeni i odvagani nabrani filtar proćltrira se 1 lltra ispitivane vode. Pri tome voda ne smije doseći do gornjeg ruba filtar-papira.

Zatim se filtar osuši u sušjoniku kod 100°C i vagne. Iz razlike težine filtra prije i poslije filtracije izračuna se količina mehaničkih onečiSćenja u mg/l vode.

Određivanje organskih tvari (potrošak KMnO4)

U potpuno či3tu erlenmayerovu tikvicu od 500 ml otpipetira se 100 ml bistrog uzorka vode, doda se 5 ml razrijedjene H2SO3 (1:3) i zagrije do vrenja. Zatim se odmah (!) doda 15 ml 0,0l n otopine KMnO4 i kuha tačno 10 minuta. Proba nora za sve vrijeme kuhanja ostati intenzivno crvena jer u protivnome ili je dodano premalo permanganata ili treba uzeti manje uzorke vode za ispitivanje i nadopuniti na 100 ml potpuno čistom destiliranom vodom.

Nakon 10 minuta doda se odmah u vrelu otopinu iz birete 15 ml 0,0l n otopine oksalne kiseline. Nakon nekoliko sekundi proba če postati bezbojna. Sada se vrela proba odmah titrira sa 0,0l n otopinom KMnO4 do slabo ružičaste boje.

Ako su obje otopine, tj. i permanganata i oksalne kiseline, tačno 0,0l normalne (sa faktorom = l), tada se potrošak permanganata izračuna iz utrošenih ml KMnO4 kod posljednje titracije:

ml 0,0l n KMnO4 x 3,16 = mg/l KMnO4.

Ukoliko otopine permanganata i oksalne kiseline nisu tačno 0,0l normalne, titracijom treba prethodno ustanoviti njihov raedjusobni odnos, npr. 15 ml 0,0l n H2C204 troši 14,7o ml 0,0l n KMnO4.

Ako smo npr. kod posljednje titracije s permanganatom trošili 2,3o ml 0,0l n KMnO4, tada se potrošak permanganata izračunava:

(15,00 + 2,30 ml) 14,70 ml = 2,60 ml 0,0l4 n KMnO4

2,60 x 3,16 = 8,22 mg/l KMnO4.

Ako je ispitivana voda jako onečišćena organskim tvarima, titracija se vrši sa 0,1 n otopinom KMnO4. U tom se slučaju utrošak mililitara permanganata množi sa 31,6.

Erlenmayerovu tikvicu, u kojoj se vrši titracija, treba prije uporabe iskuhati s destiliranom vodom uz dodatak permanganata i 10 ml razr. H2SO3 i dobro isprati destiliranom ili demineraliziranom vodom, čistom od organskih onečišćenja.

Određivanje željeza

100 ml uzorka vode zakiseli se sa 1 2 ml conc. HCl p.adoda nekoliko kapi vodikova superoksida i kratko zakuha. Proba se ohladi, nadopuni dest. vodom na 100 ml i doda 1 ml 10%-tne otopine kalijeva rodanida (KONS). Već prema količini prisutnog željeza, nastati će svijetlo do tamno crveno obojenje. Nakoii 10 2o minuta, uspored jivanjem sa standardnom odmeri pinom ili standardnim obojenim staklom ili pomoču fotoelektričnog koloriraetra, odredi se 3adržaj željeza u vodi u mg/l.

Potrebna reagencija

o,898 g ferrum (III)ammonium sulfuricum p.a. otopi se u odmjernoj tikvici od 100o ml u de3t. vodi i nadopuni do marke.

1 ml = 0,1 mg Fe.

Tako priređena standardna otopina može poslužiti za pripremu ostalih standarda različitih koncentracija, slično kao što je opisano kod određivanja fosfata.

Određivanje mangana

U 100 ml uzorka vode doda sa nekoliko ml 0,1 n AgNO3, kako bi se oborili eventualno prisutni kloridi. Tada se doda 1 ml razrijedjene HNO3, proba zakuha i doda oprezno oko 1 g amonijeva persulfata (NH4)2S2O8 (zapjenit će se!) i kuha lagano dalje dok se tekućina neizbistri. Ukoliko je prisutno i tragova mangana, proba če se obojiti ljubičastom bojom. Proba se ohladi, nadopuni destiliranom vodom do 100 ml i upotrijebi za uspoređivanje bilo sa standardnom otopinom ili standardnim staklom ili za mjerenje intenziteta obojenja pomoću fotoelektričnog kolorimetra.

Kao standardna otopina može poalužiti otopina permanganata. Otopi se 0,2877 g KMnO4 u 1 litri vode. 1 ml = 0,1 mg/l Mn.

Određivanje amonijaka

Budući da eventualno prisutne kalcijeve 1 magnezijeve soli, kao sastavnl dio ostatne tvrđoče u kotlovnoj vodi, i željezo smetaju kolorimetrijskom ođređivanju amonijaka, to se ispitivanom uzorku vode doda 2 ml -4o?f-tne otopine Seignett-ove soli, promučka i ostavi da neko vrijeme stoji. Obojenje i zamučenje odstranjuju se mučkanjem sa svježe pripremljenim i dobro ispranim Al(OH)^.

Od tako pripremljenog uzorka otpipetira se 100 ml, doda 1 ml Nessler-ova reagensa, promučka (u menzuri s brušenim čepom) i proba upotrijebi za uspoređivanje pomoču standardnog stakla u Hellige komparatoru ili pomoću fotoelektričnog kolorimetra. U prisutnosti amonijaka proba će se obojiti žuto do crvenom bojom.

Rezultat se očita direktno u mg/l NH3.

Potrebne reagencije

Seignett-ova aol: 40%-tna otopina Kal im-Natrium tartaricum

(KNaC4H406 . 4 H2O)

Neseler-ov reagens: 6 g HgCl2 otopi a 5o ml vode temperature 80°C i taloži otopinom 7,4 g KJ u 5o ml vode. Talog HgJ2 ispere se dekantirajući 4′ puta sa po 2o ml vođe. Tada se doda 5 g KJ i malo vode da se nestali talog otopi i otopina prenese u odmjernu tikvicu od 100 ml. Doda se 2o g NaOH otopljenog u malo vode i tikva nadopuni do znaka. Nakon što se talog slegao, bistri dio reagensa prenosi se teglicom u smeđu bocu i dobro zatvori. Bocu treba čuvati u tami. Kod pripreme ovog reagensa destilirana voda, koja se upotrebljava, treba biti posve čista od amonijaka. To se postiže destilacijom vode s malo sode, s time da se baci prva četvrtina destilata.

Ako je sadržaj NH^ veći od 1 mg/l, tada se određivanje mora ponoviti nakon što se proba razrijedila destiliranom vodom koja ne sadrži ni tragova amonijaka.

Ukoliko se slobodni amonijak određuje u vodi koja ne sadrži alkalija (npr. destilat, kondenzat), otpipetira se 100 ml uzorka vode u erlenmayerovu tikvicu i doda nekoliko kapi fenolftaleina. Nastalo crveno obojenje uslijed prisutnosti amonijaka odbojadiše se do bezbojnog titracijom s 0,1 n HCl.

U tom se slučaju sadržaj amonijaka izračuna ovako:

ml 0,1 n HCl x 17 = mg/l NH3.

Određivanje hidrazina (N2H4)

1) Fotometrijsko određivanje

U 10 ml ispitivanog uzorka vode doda se 10 ml reagensa za hidrazin (2 56-tmi p-diaetilaminObenzaldehid u 1 n H2SO4).

Usporedna otopina se pripravi dodatkom 10 ml reagensa za hidrazin u 10 ml destilirane vode. Tada se u fotometru, npr. Elko II, tvrtke Carl Zeiss, uz filtar S 45 E ispituje uzorak prema usporednoj otopini.

Iz očitane vrijednosti ekstinkcije izračuna se: k x 0,0l24 x 100 = mg/l N2H4 .

Treba li odrediti vedi sađržaj hidrazina (u kiveti u Bloju od 1 om može se direktno odrediti 0,0l-l,0 mg/l N^H^, a u sloju od 0,1 cm pak 0,1 10 mg/l N2H4), tada se ispitivani uzorak mora prethodno razrijediti.

2) Jodometrijsko određivanje

Veće količine N2H4 najprikladnije se određuju jodometrijski. Potrebne reagencije

a) Natriumbikarbonat p.a.
b) KJ p.a.
c) 0,1 n otopina joda
d) 0,0l n otopina joda
e) otopina škroba

Ad e): 5 g topiva škroba se razmulji u 2o ml hladne vođe, doda u 500 ml kipuće vode i kuha 2 minute. U svrhu konzerviranja može se dodati oko 10 mg HgJg.

U 100 ml vode doda se oko 2 g NaHCO3 i 1 g KJ kao i 1 ml otopine škroba, te se titrira s 0,0l n odnosno 0,1 n otopinom joda do stalne modre boje.

1 ml 0,01 n J = 0,08 mg N2H4
1 ml 0,1 n J = 0,8 mg N2H4

3) Brza metoda određivanja po dr Zimmermannu

Sadržaj se hidrazina bez teškoća može odrediti i u samoj kotlovnici pomoću naročito priređene usporedne skale boja.

Potrebna pomoćna sredstva:

Usporedna skala boja

Reagens za hidrazin:

(2 %-tna alkoHolna otopina p-dimetilarainobenzaldehida u 1 n H2SO4)

Reagens se mora uvijek čuvati na tamnom i hladnom mjestu. Njegova valjanost traje oko 1 godinu. Kontrola valjanosti može se provesti tako da se uzme 5 ml vode iz vodovoda i njoj doda 5 ml reagensa. Ako je ovaj ispravan, ne bi smela nastati žuta boja. Reagens se inače može pripremiti otapanjem 2 g p-dimetilaminobenzaldehida u 100 ml 1 n H2SO4.

5 ml ispitivanog uzorka vode ulije se u naročitu epruvetu (koja se isporučuje uz skalu) do crte br. 1, a zatim do crte br. 2 doda 5 ml reagensa za hidrazin.

Nakon mućkanja od nekoliko puta, ispitivana otopina poprimi žutu boju. Sada se ustanovljuje kojemu od 6 tonova boja žuti ton ispitivanog uzorka potpuno ili najbliže odgovara. Na ovaj način ustanovljena vrijednost uz odgovarajuću boju daje sadržaj hidrazina direktno u mg/l.

Ukoliko se mućkanjem ispitivani uzorak ne oboji žutom bojom, znači da voda ne sadrži hidrazina.

Ukoliko pak nastane žuto ili crveno obojenje, koje se ne može obuhvatiti usporednom skalom boja, tada sadržaj iznosi iznad 1 mg/l N^H^. To je npr. slučaj, kada se želi ustanoviti sadržaj N2H4 kod mokrog konzervirarlja. Pa i te se vrijednosti mogu tačnije određivati , ako se postupi na slijedeći način:

5 ml ispitivane vode se prije razrijedi sa 96 ml ili 195 ml hladne vodovodne vode (to je 2oodnosno 4o-terostruko razrjeđenje. Tada se 5 ml razrijeđene ispitivane vode kao što je gore opisano napuni u specijalnu epruvetu, doda 5 ml reagensa za hidrazin i tada usporedi dobiveni ton boje. Tada se nađena vrijednost (shodno prethodno sprovedenom razrjođenju) mora pomnožiti s 2o odnosno 4o.

Kod uzimanja uzorka treba paziti na slijedeće:

Hidrazin se veže s u vodi otopljenim kisikom kod temperature iznad 80°C. Stoga se uzorak vođe, koji se ispituje na sadržaj hidrazina, mora uzeti preko hladila, kako bi se voda ohladila na oko 4o°C. Ukoliko nema pri ruci hladila, uzorak se ispitivane vode mora naglo ohladiti na neki drugi prikladan način.

Ispitivanje na sadržaj mora se provesti najkasnije unutar 3o minuta, od kako je uzeta proba.

Određivanje šećera

U energetskim postrojenjima šećerana mora se obavezno vršiti stalna kontrola napojne vode odnosno kondenzata na eventualnu prisutnost šećera.

Određivanje je kvalitativno i vrši se ovako:

U epruvetu se otpipetira 5 10 ml ispitivane vode i doda 0,1 ml (.2 — 3 kapi) 20%-tne alkoholne otopine od naftola. Tada se oprezno niz stijenku epruvete podlije pod vodu 2 ml conc. H2SO4 (čuvaj oči!). Ako ispitivani uzorak sadrži šećera, tada će se na graničnom sloju između vode i sumporne kiseline pojaviti svijet10 do tamno ljubičasti prsten.

Reakcije će blti pozitivna ukoliko je sadržaj šećera u vodi najmanje 10 mg/l. Budući da i manje količine šećera od ove u visokotlačnim kotlovima mogu biti opasne, jer se šećer kod temperature iznad 12o°C raspada u raspadne organske tvari kao npr. slobodne huminske kiseline i ugljen, te dalje u slobodne organske kiseline, koje djeluju korozivno, potrebno je vršiti i kontrolu sadržaja organskih tvari (potrošak permanganata). Budući da organske tvari prouzrokuju pjenjenje kotlovne vode, a time i onečišćenje pare, potrošak permanganata mora biti što niži.

Određivanje gustoće vode

Cilindar (visine oko 3.60 mm i promjera 4o mm) napuni se do 3/4 volumena ispitivanom vodom i areometar oprezno uroni tako da slobodno lebdi u sredini cilindra. Već prema gustoći vode, treba upotrijebiti odgovarajući areometar, tako da nivo vode u cilinđru leži unutar skale za očitanje na areometru. Temperatura vode treba približno biti jednaka temperaturi na koju je baždaren sam areometar. Zato je dobro uzimati uzorak vode preko rashladnog uređaja, ukoliko se temperatura vode razlikuje od baždarne temperature areometra. Tada se korektura vrši prema slijedećim tablicama:

Za areometar baždaren na 15°C		Za areometar baždaren na 20°C
Temperatura vode (°C)	Korektura očitanja (°Be)	Temperatura vode(°C)	Korektura očitanja (°Be)
15	0	15	0,13
20	+ 0,13	20	0
25	+ 0,3o	25	+ 0,16
50	+ 0,5o	30	+ 0,36
55	+ 0,72	35	+ 0,60
40	+ 1,00	40	+ 0,87

Primer:

Baždarna temperature areometra 20°C
Temperatura ispitivane vode 35°C
Očitana gustoća 0,5 °Be
Stvarna korigirana gustoda 0,5 + 0,6 = 1,1°Be

Ako voda nije uzimana preko hladila za uzimanje uzorka vode, tada i zbog isparavanja vode treba uzeti u obzir korekturu. Ova se očita prema slijedećem dijagramu.

Faktori za preračunavanje gustoće, AB itd. kod uzimanja uzorka vode bez hladila

Slika br. 36

Izostavljeno iz prikaza

Primjer:

Pritisak kotla = 64 at

Očitana gustoća vode, koja nije uzeta preko hladila, npr,:

0,4° Be

Stvarna gustoća: 0,64 x 0,4 = 0,26°Be.

Dakle očitana vrijednost u °Be pomnoži se s faktorom koji prema gornjem dijagramu odgovara određenom pritisku kotla.

Određivanje gustoće areometrom po dr inž. Ammer-u

Cilindar se napuni do 3/4 volumena ispitivanom vodom i areometar oprezno uroni tako da slobodno lebdi u sredini cilindra. Prethodno treba kontrolirati da li je temperature vode ispod 4o0C.-Ako je temperatura viša, vodu treba ohladiti na minimum 4o°C i tada se može gustoća odmah očitati bez obzira na temperaturu.

Način očitanja gustoće u °Be i način provođenja korekture ovisi o tome da li je temperatura ispitivane vode iznad ili ispod 2o°C.

1) Očitavanje gustoće kod temperature iznad 20°C

a) Ako očitana gustoća na areometru leži iznad njegove O-tačke, tada se ona odbije od konture očitane na živinom stupcu areometra.
b) Ako očitana gustoća na areometru leži ispod O-tačke, tada se ona pribroji korekturi očitanoj na živinom stupcu areometra.

2) Očitanje gustoće kod temperature ispod 20°C

Primjeri:

a) slučaj

Temperatura vode: 40°C
Iznad O-tačke očitana gustoća: 0,40 °Be
Temperaturna korekcija očitana na živinom stupcu: 0,85 °Be
Stvarna gustoća: (0,85 0,40) = o,45 °Be

b) slučaj

Temperatura vode: 40°C
Ispod O-tačke očitana gustoća: 0,20 °Be
Temperaturna korekcija očitana na živinom stupcu 0,85 °Bć
Stvarna gustoća: (0,85 + 0,20) = l,05° Be

2) slučaj

Temperatura vode: 15°C

Očitana gustoća: 0,60 °Be
Temperaturna korekcija očitana na živinom stupcu: 0,13 °Be
Stvarna gustoća: (0,60 0,13) = 0,47 °Be

Ako je gustoća kotlovne vode veća nego ako se može očitati na areometru po dr inž. Ammer—u, tada se voda razrijedi destiliranom vodom, npr. na jedan dio ispitivane vode doda se 1 ili 2 dijela destilirane vode* Dobivene vrijednosti se tada množe sa 2 odnosno 3.

Ako nije pri raci areometar baždaren u °Be tj. bomeometar, bilo običan ili po dr inž. Ammer-u, tada se može upotrijebiti i običan areometar za određivanje specifične težine, podjele 1,000 – 1,014 a stupnjeve Beaumd-a izražunamo po formuli:

°Be = 144,3 x S 144,3 / S = spec.težina u g/cm3.

Vrijednosti se mogu oSitati na tabeli ili na dijagramu koji slijede.

Tabela za preračunavanje °Be u specifičnu težinu

°B6	S	°Be	S	°Be	S	°Be	S
0	1,000	1,4	1,010	2,7	1,020	5,0	1,036
0,1	1,001	1,5	1,011	2,9	1,021	6,0	l,043
0,3	1,002	1,7	1,012	3,0	1,022	7,0	l,051
0,4	1,003	1,8	1,013	3,1	1,023	8,0	l,059
0,6	1,004	2,0	1,014	3,3	1,024	9,0	l,067
0,7	1,005	2,1	1,015	3,4	1,025	10,0	l,075
0,9	1,006	2,2	1,016	3,5	1,026	15,0	1,116
1,0	1,007	2,4	1,017	3,7	1,027	2,0	1,161
1,1	1,008	2,5	1,018	3,8	1,028	25,0	1,210
1,3	1,009	2,6	1,019	4,0	1,029	30,0	1,261

Dijagram za preračunavanje °Be u specifičnu težinu i obratno

Slika br. 37 Preračunavanje °Be = g/cm3

Izostavljeno iz prikaza

Određivanje isparnog ostatka i gubitka žarenjem

a) Ukupni ostatak (isparni ostatak + suspendirane tvari)

100 ml nefiltrirane ispitivane vode otpipetira se u izvaganu platinsku zdjelicu i ispari na vodenoj kupelji do suha, a zatim u sušioniku na 105°C suši do konstantne težine. Nakon ohlađenja zdjelica se vagne.

Razlika težine zdjelice x 10 = mg/l ukupnog ostatka.

Ako je prirast težine bio manji od 5 mg/l00 ml, tada treba uzeti veću količinu vode za ispitivanje.

b) Isparni ostatak (topivih tvari u vodi)

1) Sirovu vodu treba prije otfiltrirati kroz filtar-papir bijele vrpce, a dalje se radi kao pod a).
2) Kotlovna vođa voda ili kondenzat ispituje se ovako:

U platinsku se zdjelicu dodaje kontinuirano vodu tako dugo dok se na vodenoj kupelji ne upari 5 litara vode. S obzirom da to uparavanje traje dugo, treba paziti da u međuvremenu u zdjelicu izvana ne pada prašina. Nakon što se sva voda uparila, zdjelica se suši u sušioniku na 180°C, ohladi i vagne.

Razlika težina zdelice / 5 = mg/l ispranog ostatka.

c) Gubitak žarenjem

Isparni ostatak, u platinskoj zdelici dobiven pod b) stavi se u električnu peć i žari kod oko 600°C. Prije žarenja treba isparni ostatak navlažiti s nekoliko kapi zasićene otopine amonijeva nitrata. Nakon što je isparni ostatak u peći pogubljeno, žari se još o’ko-10 minuta.

(Pt-zdelica + žareni ostatak) prazna Pt-zdelica / 5 = mg / l žarenog ostatka

Isparni ostatak žareni ostatak = mg/l gubitka žarenjem.

Određivanje ulja u vodi (kvalitativno)

U porculansku zdjelicu nalije se ispitivane vode i stavi komadić kamfora. Ako sitni komadići kamfora pomoću kružiti i kretati se po vodi, znak je da voda nije onečišćena uljem. U prisutnosti ulja u vodi komadići kamfora stoje na miru.

Međutim ovo određivanje uspijeva ukoliko se radi o uljima životinjskog odnosno biljnog porijekla dok nije pouzdano ako je ulje mineralnog porijekla.

Određivanje PH

Da li je i u kojoj mjeri voda lužnata odnosno da li je kisela ili neutralna, ustanovljuje se određivanjem njene pH-vrijednosti.

U principu pH-vrijednost se određuje na 2 načina

1) Kolorimetrijaki pomoću indikatora

U pogonu se najčešće upotrebljavaju univerzalni indlkator-papiri, koji su danas već toliko prelazni da se izrađuju za uža određena podru5Ja pH u nijansama od ,po 0,2 pH razlike. U ispitivanu vodu se uroni komadi indikator-papira i nastala boja na papiru usporedi sa skalom boja i direktno odita pH-vrijednost. Može se upotrebiti i tekući univerzalni indikator koji se doda ispitivanoj vodi i obojenje unporedi prema priloženoj skali boje.

2) Elektrižnim mjerenjem pomoću pehametra.

Najtačnije određivanje pH-vrijednosti vrši se mjerenjjem elektromotorne sile koja nastaje uslijed razlike potencijala između staklene elektrode (kao mjerne elektrode), koja se uroni u ispitivani uzorak vode, i usporedne elektrode tu praksi je to gotovo isključivo kalomel-elektroda stalnog potencijala). Budući da kod konstantne temperature izvjesnoj elektromotornoj sili odgovara uvijek ista koncentracija H-jona, to su aparati za mjerenje pH-vrijednosti baždareni na PJJ, koji se direktno očitava na instrumentu.

Detaljno opisivati rad 8 takvim instrumentima nema smisla jer ovisi o konstrukciji svakog pojedinog instrumenta.

Određivanje vodljivosti

Električna vodljivost neke otopine, tj. njena sposobnost da provodi električnu struju, bazira na elektrolitičkoj disocijaciji prisutnih elektrolita. U tehnologiji vode ta se činjenica primjenjuje kod ustanovljavanja i najmanjih količina otopljenih soli u vodi, koje se klasičnom gravimetrijskom metodom ne bi mogle brzo i jednostavno odrediti. Za kontrolu vode, npr. nakon anjonskog filtra kod potpune demineralizacije vode ili kontrolu čiste pare ili kondenzata, morali bismo upariti najmanje 2o litara uzorka, da bismo mogli odrediti količinu prisutnih soli.

Vodljivost elektrolita mjerimo otporom koji vodena otopina (u našemslučaju kondenzat) pruža prolazu elektriciteta. Ako neka otopina elektrolita (ili neki vodič struje) pruža prolazu struje veliki otpor, to znači da ima malu vodljivost. Iz toga slijedi da su vođljivost i otpor recipročne vrijednosti. Vodljivost se mjeri u simensima (kratica Ω), a otpor u omima (kraticasil ).

Kako je vodljivost nekog elektrolita ovisna o koncentraciji jona tj. o koncentraciji otopljenih elektrolita, o njihovom stupnju disocijacije, te o valentnosti disociranih molekula i o njihovoj pokretljivosti (Sto ovisi o temperaturi i molekularnoj težini), govorimo o specifičnoj vodljivosti ) i specifičnom otporu ( 9 ).

Kao jedinica specifične vodijivosti uzima se vođljivost v dene otopine elektrolita presjeka 1 crn i du2ine 1 cm.

Za električni otpor neke otopine elektrolita vrijedi izraz:

Izostavljeno iz prikaza

gdje je:

S , specifičan otpor
X = specifi5na vodljivost
1 = dužina stupca elektrolita između elektroda
q = presjek stupca otopine elektrolita

Iz gornjeg slijedi da je specifiSan otpor :

Izostavljeno iz prikaza

a izražava se u 2 cm.

Specifična vodljivost Χ. , kao recipročna vrijednost specifičnog otpora, izražava se u recipročnim dimenzijama tj. u cm

Izostavljeno iz prikaza

Recipročna vrijednost otpora je vodljivost:

Izostavljeno iz prikaza

Odatle slijedi da je spefifična vodljivost:

Izostavljeno iz prikaza

a izražava se u S.cm-1.

Izostavljeno iz prikaza

Vodljivost od 1 S ima onaj provodnik (u našem slučaju topina elektrolita) koji pruža otpor od 1Ω . 1 S = Ω-1. Manja jedinica koja se upotrebljava u tehnologiji vode je mikrosimens (1μ S = 10-6 S = 10-6 .Ω-1).

Kod mjerenja vodljivosti otopino, mjereni otpor se odnosi na određenu dužinu stupca elektrolita odnosno dužinu izraeđu elektrođa i njlhov presjek, pa se izraz izražava kao otporni kapacitet:

Izostavljeno iz prikaza

C = 1/q (cm ), te je specifičan za svaki instrumenat. Otpornj kapacitet bit -će kontantan i nezavisan od temperature sve dotle dok veliči. na elektroda i njihov međusobni položaj (rastojanje), kao i stanje njihovih površina, 03tanu nepromijenjeni.

Otporni kapacitet posudice instrumenta se određuje tako da se u mjernu posudicu nalije neki elektrolit poznate specifične vodljivosti (<5if) za određenu koncentraciju i temperaturu, te se mjeri otpor (!?).

C = X . R

Kao standardne otopine dolaze u obzir npr. 0,0l n otoplna HaCl (X = lo74 /cS cm”1 kod 2o°C) ili 0,1 n otopina KCl (Χ = 1167 Z.S cm-1 kod 20°C)

Za temperature od 20°C odgovara:

ni.Scm-1	om cm	mg/l
–	–	NaCl	NaOH	HCl
0,1	1 . 107	0 ,05	0,02	0,0l
0,2	5 . 106	0,1o	0,04	0,02
0,5	2 . 106	0,25	0,1	0,05
1,0	1 . 106	0,5	0,2	0,1
2,0	5 . 105	1,0	0,4	0,2
5,0	2 . 105	2,5	1,0	0,5
l0,0	1 . 105	5,0	2,0	1,0
20,0	5 . 104	10	4,0	2,0
50,0	2 . 104	20	l0,0	5,0

Potpuno čista voda ima specifičnu vodljivost kod 18°C

Izostavljeno iz prikaza

Samo mjerenje vodljivosti vrSi se upotrebom izmjenične struje niske frekvencije i 50 Hz). Aparat za mjerenje vodljivosti, konduktometar, sastoji se od posudica (ćelija) sa Pt-elektrodama, kroz koju prolazi ispitivana voda, i mjernog instrumenta sa kazaljkom.

U praksi se radi sa dvije ćelije, od kojih je jedna ispunjena standardnom otopinom poznatog specifičnog otpora, a druga ispitivanom probom, te se mjeri omjer vodljivosti ispitivane probe prema standardnoj otopini, usled čega se eliminira utjecaj temperature. Tada aparat služi kao komparator.

Aparat je baždaren u mikrosimensima ili pak u mg/l NaCl. Kazali smo, naime, da je specifična vodljivost neke otopine ovisna o koncentraciji u njoj otopljenih soli. Kod velikih razređenja i potpune disocijacije soli, ova je ovisnost strogo linearna. To je slučaj upravo kod tehnoloških voda. Kako u vodi imamo otopljene različite soli, to na osnovu mjerenja vodljivosti ne možemo doći do tačnog zaključka kolika je koncentraoija soli u vodi. Zato se kao osnovna sol, na bazi koje se računa koncentracija svih soli u vodi, uzima NaCl i nađena specifična vodljivost preračunava (ili direktno očita) u mg/l HaCl.

Međutim u najnovije vrijeme stoji se na stanovištu da nema smisla izražavati vodljivost u hipotetskim količinama NaCl, već i u tehnologiji vode treba specifičnu vodljivost izražavati u cm-1.

U vodi otopljeni plinovi (CO2, NH4) imaju veliki utjecaj na mjerenje vodljivosti te je povećavaju, što može dovesti do pogrešnog previsokog rezultata.

Ukoliko je u kondenzatu prisutan samo CO2, treba ga prija mjerenja vodljivosti termički ispliniti. Ako je prisutan amonijak, treba ga analitički odrediti i njegov sadržaj, preračunan prema dijagramu u mg/l KaCl, odbiti od nađene vrijednosti mjerenjem vodljivosti. Ove korekture nisu sasvim tačne.

Kod mjerenja vodljivosti para važno je na koji se način uzima para za takvo mjerenje, koje treba da služi kao mjerilo njene čistoće.

Cijev pomoću koje se uzima uzorak paro mora biti ugrađena u parovod tako da je u njemu centralno smještena s otvorom prema pari. Brzina prolaza pare kroz ovu cijev mora približno odgovarati njenoj brzini u parovodu. Odvedena para se ohladi preko hladila na baždarnu temperaturu konduktoinetra i kao kondenzat provodi kroz posudicu odnosno ćeliju s elektrodama. U industrijskoj praksi se upotrebljavaju elektrode iz V2A-čelika ili ugljena.

Uređaj za mjerenje vodljivosti pare prikazan je shematskl na slijedećoj slici:

Slika br. 40 Uređaj za merenje vodljivosti pare

Izostavljeno iz prikaza