V mnoha průmyslových aplikacích je potřebné snižovat obsah rozpuštěných minerálních látek ve vodě. A právě ke kontrole účinnosti tohoto procesu se běžně využívá stanovení konduktivity vody.
Základní pojmy
Hned na úvod je třeba si vyjasnit základní pojmy a vztah konduktivity k celkové koncentraci rozpuštěných látek. Přístroje zvané konduktometry stanovují elektrickou konduktivitu, obvykle zkracovanou pouze na konduktivitu (dříve se používaly názvy měrná elektrolytická vodivost, měrná vodivost, nebo chybně jen vodivost). Hodnota, kterou uvádí konduktometr, je přepočítána na danou teplotu, aby bylo možné srovnání různých roztoků.
Jednotkou konduktivity je Siemens na metr. (S/m) a obvykle je vztažena k teplotě 25 °C.
Konduktivita je kromě teploty ovlivněna také obsahem iontů ve vodě a jejich nábojem. Lze ji tedy použít pro odhad celkové mineralizace vody, protože většina rozpuštěných látek ve vodě, zvláště anorganických, se zde vyskytuje ve formě iontů s nábojem.
Podle hodnoty konduktivity sice nezjistíme obsah konkrétních iontů ve vodě, ale lze díky ní odhadnout celkový obsah mineralizace. Většina přenosných konduktometrů ukazuje i hodnotu obsahu rozpuštěných látek TDS.
Vztah této veličiny ke konduktivitě, ale není jasně definovaný a jedná se pouze o odhad, protože záleží na použitém přepočetním koeficientu a konkrétnímu složení vody.
U vod, které obsahují velmi nízké koncentrace organických látek je měření konduktivity velmi spolehlivým nástrojem pro zjišťování obsahu anorganických elektrolytů (tedy i většinové části mineralizace vod).
Ve zředěných roztocích, jakými jsou přírodní a užitkové vody, je vztah mezi obsahem látek a konduktivitou zpravidla lineární, takže je snadné stanovit přepočetní vztah (neelektrolytické složky, jako je křemík a bor, se na konduktivitě nepodílejí, ale leze je zahrnout do přepočetního vzorce).
Měření konduktivity je tedy rychlý a efektivní nástroj sledování účinnosti procesu odstraňování rozpuštěných látek a snižování mineralizace vody. Proto se často využívá při úpravě vody pro průmyslové aplikace.
Jedná se o jednoduché měření, které může být prováděno kontinuálně a výsledky mohou být ihned využívány řídícím systémem. Všechny procesy snižování mineralizace vody, jako je změkčení vody, demineralizace či odsolení, jdou ruku v ruce se snížením konduktivity upravované vody.
A právě proto je konduktivita vhodnou veličinou, umožňující kontrolovat kvalitu procesu.
Mineralizace vody a průmysl
V mnoha průmyslových odvětvích způsobuje vysoký obsah rozpuštěných minerálních látek ve vodě problémy. Jedná se o hodnoty, které mohou být běžné pro pitné vody, ale nepřijatelné pro daná technologická zařízení. Často jde o tvrdost vody, kterou způsobují zejména vápenaté a hořečnaté ionty, ale problémy mohou tvořit i ionty dalších přítomných prvků, které vytváří nerozpustné sraženiny.
Úsady v potrubí způsobené minerálními látkami ve vodě mohou zanášet kotle, tepelné výměníky či membrány reverzních osmóz. Snižují účinnost zařízení a zanáší teplosměnné plochy. Uvádí se, že vrstvička vodního kamene silná 1 mm může způsobit pokles účinnosti přenosu tepla až na polovinu.
Negativní vliv na přenos tepla mají i povlaky biofilmů, které se v kombinaci s úsadami minerálních látek tvoří snadněji a představují zároveň i zdravotní riziko. Úsady totiž snižují účinnost dezinfekce vody.
V některých typech průmyslových vod, například v chladicích věžích, se mohou namnožit bakterie rodu Legionella, které mohou ohrozit lidské životy přechodem do aerosolu.
Voda s vyšší konduktivitou má také větší korozivní účinky. Elektrická konduktivita vody je totiž jednou ze základních podmínek umožňujících probíhání tzv. kyslíkové koroze. Když se nosiče náboje, kterými jsou v případě kapalin ionty, z vody odstraní, konduktivita vody klesne a tak se zpomalí i rychlost kyslíkové koroze.
V případě korozivních účinků si ovšem musíme uvědomit, že technologie reverzní osmózy, která je nejčastěji používána pro demineralizaci vody, rozpuštěný kyslík (ani jiné plyny) neodstraní.
Pro rozvody demineralizované vody je proto třeba pečlivě volit materiál. Nevhodná je mosaz, bronz, ale také většina ocelí (uhlíková, chromovaná i galvanizovaná) a též není vhodné kombinovat měděné a hliníkové komponenty. Doporučováno je použití čistě měděných nebo čistě hliníkových rozvodů. Stejně tak nerezová ocel a plasty.
Jak snížit konduktivitu
Pro snížení konduktivity a současně i obsahu rozpuštěných látek se u průmyslových vod nejčastěji využívá technologie reverzní osmózy. Její výhodou je, že se jedná o neselektivní technologii a odstraní z vody všechny rozpuštěné látky bez rozdílu. To je v tomto případě, na rozdíl od úprav pitné vody, žádoucí.
Využívá se většinou třístupňové, pětistupňové nebo sedmistupňové uspořádání. Tímto způsobem je možno dosáhnout snížení konduktivity vody až na hodnoty kolem 10–20 µS/m. Pokud je třeba snížit konduktivitu na ještě nižší hodnoty (tzv. změkčení na nulovou tvrdost) lze využít demineralizační filtr AquaBed zapojený za jednotku reverzní osmózy. Jedná se o speciální iontoměničovou pryskyřici, která zachytává zbytky rozpuštěných látek.
Iontoměnič (i když jiný typ) se obvykle řadí i před jednotku reverzní osmózy, zvláště pokud je voda hodně mineralizovaná. Vodu takto částečně změkčí, a to chrání membránu reverzní osmózy před zanášením.
Nánosy minerálních látek na membráně totiž snižují účinnost procesu reverzní osmózy a i když existují postupy pro čištění membrán, je lepší tvorbě úsad předcházet.
V takovém uspořádání se také běžně používají presedimentační filtry, umisťované též před jednotku reverzní osmózy a filtry s vložkou obsahující aktivní uhlí, které slouží k odstranění organických látek a sloučenin chloru, které mohou být umístěny před membránou i za ní.
Mikrobiální dezinfekci upravené vody většinou zajišťuje UV lampa umístěná za membránou reverzní osmózy a chemická dezinfekce. Osmotická voda je totiž velmi náchylná k mikrobiální kontaminaci.
Závěr
V mnoha průmyslových aplikacích je potřebné změkčovat vodu na velmi nízkou, v některých případech až na nulovou tvrdost. Rozpuštěné minerální látky obsažené ve vodě jsou totiž zdrojem sekundárních problémů. Způsobují tvorbu úsad, zanáší membrány reverzních osmóz a vzniklé povlaky významně snižují účinnost přenosu tepla a podporují vznik biofilmů.
Stanovení konduktivity vody je u těchto aplikací rychlou a účinnou metodou, která umožňuje kontrolovat účinnost demineralizačních či odsolovacích procesů.
Membránová technologie, jako je reverzní osmóza, umožňuje snížení konduktivity na hodnoty kolem 10–20 µS/m, kombinace reverzní osmózy s demineralizační patronou plněnou iontoměničovou pryskyřicí dokonce až na hodnoty kolem 0,5 µS/cm.
Literatura a zdroje
- HODBOĎ, J.: Změkčování a odsolování otopné vody, koroze samoalkalizace. Dostupné online: https://vytapeni.tzb-info.cz/provoz-a-udrzba-vytapeni/16576-zmekcovani-a-odsolovani-otopne-vody-koroze-samoalkalizace
- KOTAS, J.: Základní principy a funkce reverzní osmózy. Dostupné online: https://voda.tzb-info.cz/vlastnosti-a-zdroje-vody/14589-zakladni-funkce-a-princip-reverzni-osmozy-ro.
- SMUDA, J.: Elektrická vodivosti vs TDS (obsah rozpuštěných pevných látek). Dostupné online: http://www.smuda.cz/elektricka-vodivost-vs-tds/
- Měření konduktivity – průvodce teorií: Průvodce měřením konduktivity – Teorie a praxe aplikací měření v aboratorním prostředí. Dostupné online: https://www.mt.com/cz/cs/home/library/guides/lab-analytical-instruments/Conductivity-Measurement-Theory-Guide.html