Chemické prostředky používané pro úpravu chladicí a kotelní vody
Zařízení, kde proudí chladící, topná či kotelní voda ohrožují zejména tři problémy, a to koroze zařízení, tvorba úsad a biologických růst. Všechny tyto jevy vedou k zanášení a izolaci teplosměnných ploch a tím pádem ke snižování účinnosti zařízení. Do vody se proto dávkují chemické prostředky, jejichž cílem je těmto nežádoucím jevům zabránit. Mezi ně patří zejména inhibitory koroze, sekvestrační činidla, dispergátory a biocidy.
Inhibitory koroze
Inhibitory koroze jsou látky přidávané do vody (případně jiného roztoku) za cílem snížení korozní rychlosti. Mechanismus, jakým toto probíhá se liší v závislosti na typu inhibitoru. Inhibitory koroze můžeme rozdělit do tří skupin, a to na anodické inhibitory, katodické inhibitory a adsorpční inhibitory.
Anodické inhibitory se používají v roztocích o neutrálním pH a mechanismus ochrany spočívá v tom, že vytváří na povrchu kovu vrstvu nerozpustných produktů, které ho dále chrání. Často v této souvislosti uslyšíme termín pasivace. Musí být ale přítomny v poměrně vysoké koncentraci, jinak by mohly mít přesně opačný účinek – docházelo by k urychlení koroze a napadení kovových povrchů by navíc bylo značně nerovnoměrné. Mezi anodické inhibitory koroze patří například chromany, molybdenany, dusitany, dusičnany, křemičitany či fosforečnany atd.
Druhou skupinu tvoří katodické inhibitory koroze. V neutrálních roztocích lze jako katodické inhibitory využít polyfosforečnany či sloučeniny zinku. Tyto látky spolu s korozními produkty zpomalují depolarizační reakce probíhající katodě.
Pokud od adsorpčních inhibitorů očekáváte, že budou brzdit reakce na anodě i katodě, nejste daleko od pravdy. Tyto látky skutečně brzdí oba druhy korozních jevů, a to adsorpcí na povrchu kovu. Jedná se většinou o látky organické povahy hlavně ty, které obsahují dusík či síru – mezi takové patří třeba aminy či merkaptany.
Jak je to v praxi
V praxi je možné kombinovat více druhů inhibitorů koroze. Účinek inhibitoru totiž často závisí na korozním systému kov-prostředí. To, jak bude inhibitor účinný záleží zejména na teplotě a na koncentraci kovových iontů v prostředí.
Zvláště v případě, kdy je zařízení složeno z různých druhů kovových součástí, může probíhat dávkování inhibitorů koroze ve více typech, aby se docílilo vhodného doplnění jejich účinku a zesílení výsledného efektu. Jestli je zvolený postup účinný se v praxi vyhodnocuje metodou hodnocení koroze na základě hmotnostních a objemových změn po expozici kovu v korozním prostředí, jak je specifikováno v normě ČSN EN ISO 8407 (038102). K vyhodnocení korozní rychlosti lze také použít elektrochemické metody.
Za korozí ve vodních systémech, které jsou složeny z různých kovů, většinou stojí vznik galvanického článku. Stačí spojit dvě elektrody z různých kovů a umístit je do vhodného elektrolytu. Elektrodami se ve vodním prostředí stanou velmi rychle trubky, plechy a jiné další součásti vodního systému.
Méně ušlechtilý kov (anoda) je v takovém případě první, který začne podléhat galvanické korozi.
Řešením může být využití tzv. obětovaných anod. Do bojlerů se např. přidává hořčíková anoda. Hořčík je méně ušlechtilý než ostatní kovy, které se v okruhu běžně nachází a bude v případě galvanické koroze v systému první na řadě.
V současnosti se jako inhibitory koroze používají většinou komplexní sloučeniny polyelektrolytů či substituovaných aminů v kombinaci se zinečnatými solemi. Od využití chromanu se upouští zejména díky toxicitě šestimocného chromu.
Sekvestrační činidla
Zásadním úkolem těchto látek je zamezení tvorby úsad, tedy především vylučování uhličitanu vápenatého a hořečnatého z roztoku. Sekvestrační činidla jsou chemické látky, jejichž molekulární struktura může obalit a udržet určitý typ iontů ve stabilním, rozpustném komplexu a tím zabraňuje jejich vylučování v pevné formě a zamezuje tvorbě nánosů.
Mezi nejpoužívanější sekvestrační činidla patří polyfosfáty, ale můžou se použít i látky cukerné povahy či polyakryláty.
Dispergátory
Úkolem dispergátorů je omezení vzniku sedimentujícího kalu. Používají se látky přírodního původu jako například třísloviny, škrob či lignin, ale lze použít i syntetické polymery jako jsou polyakryláty nebo polyestery. Tyto sloučeniny způsobí že látky, které jsou rozpuštěné ve vodě získají souhlasný elektrický náboj a začnou se odpuzovat. Tím se udržují tzv. ve vznosu a neusazují se v okruhu.
Biocidy
Vznik mikrobiálního života v parovodním cyklu je vzhledem k vysoké teplotě vyloučen. Naproti tomu jsou v chladicím okruhu podmínky pro vznik a rozvoj mikroorganismů, řas, plísní a hub ideální. K rozvoji mají dostatek kyslíku, světla i potravy, optimální hodnotu pH, stejně jako teplotu.
K potlačení mikrobiálního života se využívá několik druhů prostředků a způsobů jejich použití. Kromě oxidačních biocidů se používají také biocidy neoxidační, které jsou v některých případech účinnější. Pro celkovou prevenci se často využívají oba typy biocidů ve vhodné kombinaci. Při volbě biocidního prostředku je potřeba vzít v úvahu korozivní působení oxidačních biocidů na slitiny mědi v okruhu.
Jako oxidační biocidy jsou nejčastěji využívány deriváty chloru (chlornan sodný, chlordioxid, plynný chlor) či bromu, případně jejich kombinací. (Dávkování biocidů do vody)
Klasickou metodu dezinfekce představuje chlorace pomocí chlornanu sodného. Biocidní účinek má zejména nedisociovaná kyselina chlorná. Její disociace závisí především na pH a v oblasti pH běžné pro chladicí okruhy (pH 8,0-9,0) je již vysoká. Z toho důvodu je výhodnější brom, u něhož podíl jeho nedisociované formy je při pH v chladicím okruhu vyšší.
Často se připravuje směs bromidu a chlornanu sodného. Kyselina bromná je obecně méně biocidní než chlorná, nicméně brom má při pH 8,0 a 9,0, které bývá v chladicích okruzích, vzhledem k vyššímu obsahu kyseliny bromné vyšší biocidní účinnost.
V poslední době se stále více uplatňuje také chlordioxid. Tento plyn se lépe rozpouští ve studené vodě, má vyšší dezinfekční kapacitu a vyšší účinnost při zásaditém pH vody. Co se týče chladicích okruhů, ukazuje se použití chlordioxidu jako vhodnější alternativa k výše zmíněné chloraci. Výhodou je právě například zmíněná vyšší rozpustnost ve studené vodě.
Neoxidační biocidy se využívají tam, kde by použití oxidačních biocidů nebylo ze zdravotních nebo bezpečnostních důvodů vhodné, vzhledem k vypouštění odluhu a tam, kde by docházelo k destrukci chemikálií potřebných v okruhu nebo korozi kovu. Mezi neoxidační biocidy patří např. kvartérní amoniové soli, chlorované fenoly atd.
Biocidy se obvykle dávkují v kombinaci s biodisperzanty, které narušují ochrannou vrstvu biofilmu a umožní proniknutí biocidu do vnitřku biofilmu. [7]
Literatura
- 1.Determination of Sodium Hypochlorite Levels in Bleach [online]. [citováno 14.6.2023]. Dostupné z: odkaz
- 2. SODIUM HYPOCHLORITE [online]. [citováno 14.6.2023]. Dostupné z: odkaz
- 3. Inhibitory koroze kovů. Dostupné online: odkaz
- 4. Chladicí voda. Dostupné online: odkaz. [citováno 14.6. 2023]
- 5. Úprava tvrdosti vody pomocí polysfosfátové technologie. Dostupné online: odkaz [citováno 14.6. 2023]
- 6. Kotelní voda. Dostupné online: odkaz. [citováno 14.6. 2023]
- 7. HÜBNER, P. Úprava vody v energetice, 2.vydání. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, 2015. ISBN 978-80-7080-873-3.