EuroClean.cz / Články / Odstranění plynů z vody, deoxidace a dekarbonizace
Plyny ve vodě

Odstranění plynů z vody, deoxidace a dekarbonizace

10.1.2022
4 minuty čtení

Voda obsahuje kromě rozpuštěných minerálních látek také vždy určité množství rozpuštěných plynů. Ve vodě se dobře rozpouští nejen obě hlavní složky vzduchu dusík a kyslík, ale i jiné plyny od oxidu uhličitého až po plyny využívané k dezinfekci vody jako chlor či chlordioxid.

Dezinfekční plyny tentokrát vynecháme a zaměříme se na první tři jmenované.

Plyny v kapalinách

Plyny se vyskytují ve vodě ve dvou formách. Mohou být ve vodě rozpuštěné, takže pro nás jsou vlastně neviditelné. To, jak se daný plyn bude ve vodě rozpouštět je popsáno Henryho zákonem. Ten v podstatě říká, že za vysokého tlaku a nízké teploty se budou plyny v kapalině rozpouštět lépe než za nízkého tlaku a vysoké teploty.

Plyny, které jsou ve vodě rozpuštěné můžeme pro většinu průmyslových aplikací považovat za neškodné. Problém totiž představují plyny ve volné formě. Pokud jste se někdy nachomýtli k lahvi piva nebo sodovky, určitě jsem takový plyn ve volné formě viděli. Má totiž podobu bublinek.

Pokud se v kapalině tvoří bublinky plynu, znamená to, že je kapalina plynem už nasycena a žádný další plyn se v ní tak nemůže rozpustit. Je to podobné, jako když se budete pokoušet rozpustit cukr nebo sůl ve vodě. Po překročení určitého množství už se vám další sůl rozpustit nepodaří a vzniká tzv. nasycený roztok.

Henryho zákon

Henryho zákon

Plyny se ve volné formě typicky vylučují na místech s nejvyšší teplotou či nízkým tlakem (vzpomeňme si, co říká o rozpustnosti plynů Henryho zákon). Tedy například v kotli nebo v nejvyšších místech topných soustav. Samostatnou kapitolou jsou pak kvasné procesy v pivovarnictví či dalších potravinářských oborech, při kterých vzniká oxid uhličitý.

Jak se plyny dostávají do vody

Plyny se do uzavřených okruhů dostávají zejména s vodou přidávanou na doplnění. Kdybychom trochu potrápili hlavu, došli bychom k závěru, že v jednom metru krychlovém vody je obsaženo 22,8 litrů vzduchu. Vzduch je směs plynů, jejíž hlavní složkou je dusík (přibližně 78 obj. %) a kyslík (přibližně 21 obj. %). Dusík je hlavní příčinou problémů spojených se soustřeďováním plynu v otopných soustavách či chladicích okruzích, tzv. zavzdušněním.

K zavzdušňování jsou velmi náchylné zejména chladicí okruhy, protože jak víme z Henryho zákona, při nižších teplotách se plyny v kapalině rozpouštějí lépe. Přesycenost vody v okruhu pak povede k vylučování dusíku ve formě volného plynu.

Plyny se ale nedostávají do okruhů a soustav jen s vodou na doplnění. Do soustavy se dostanou také díky difúzi. Čím více různých těsnění, rozdělovačů, hadic, trubek armatur apod. je v okruhu obsaženo tím více vzduchu může do soustavy difundovat. Zvláště to platí, pokud jsou tyto součástky vyrobeny z plastu.

Nesmíme ale též zapomenout na plyny uvolňované při hnilobných procesech a při chemických reakcích. Už jsme zmínili kvasné procesy, které jsou nedílnou součástí výroby mnoha oblíbených nápojů. Není to ale jediná chemická reakce, která generuje plyny, plyny jsou uvolňovány například při reakcích souhrnně nazývaných jako koroze.

A konečně některé plyny do vody přidáváme záměrně. Například plyny používané k dezinfekci vody mezi které patří chlor, chlordioxid (přesněji oxid chloričitý) či ozon.

Pryč s plyny

Proč jsou vlastně plyny ve vodě nežádoucí? Už jsme trochu naznačili, že dusík je hlavní příčinou problémů se zavzdušněním otopných soustav. Ale co ty ostatní? Kyslík, druhá hlavní složka vzduchu, představuje mnohem větší problém než dusík. Na rozdíl od dusíku, je kyslík reaktivní plyn, který bez pobízení reaguje se vším, co mu přijde do cesty. V potravinářství tak například snižuje obsah vitaminu C v nápojích. Podporuje též bakteriální růst nebo způsobuje korozi. V případě nápojů to vede ke zkažení nápoje, tedy tzv. zvětrávání.

Oxid uhličitý

Určité množství oxidu uhličitého se dostává do vody ze vzduchu. Důležitou roli má tento plyn zejména v potravinářském průmyslu a konkrétně při výrobě alkoholických i nealkoholických nápojů. Oxid uhličitý vzniká při kvasných procesech stejně jako ethanol nebo jím nápoje mohou být syceny dodatečně. Ať už ho ve výsledném nápoji chceme nebo ne, většinou je třeba jeho koncentraci upravit, a hlavně je třeba ho odstranit před prováděním laboratorních analýz.

Bomby s oxidem uhličitým

Bomby s oxidem uhličitým

Úkolů, které je třeba v rámci takové laboratorní analýzy piva je poměrně hodně a nekončí to jen stanovením obsahu alkoholu a zbytkového cukru. Oxid uhličitý může třeba za tvorbu pivní pěny, která ale komplikuje stanovení hustoty (a když jsme u toho tak také plnění do lahví). Mění také pH nápoje, kyselina uhličitá je v podstatě prakticky oxid uhličitý rozpuštěný ve vodě.

V případě piva je odstranění oxidu uhličitého též komplikováno tím, že zároveň s poklesem obsahu tohoto plynu dochází i k poklesu obsahu ethanolu. Dobrým příkladem je úprava pivovarské vody, s plyny se ale pracuje například i ve vodárenství.

Možnosti odplynění vody

Pro odstranění plynů z kapalin můžeme použít univerzální termín odplynění nebo operaci více specifikovat. Můžeme tak provádět deoxidaci za účelem odstranění kyslíku či dekarbonizace za účelem odstranění oxidu uhličitého apod. Dekarbonizace označuje ve vodárenství obecně jakékoli technologie vedoucí ke snížení obsahu sloučenin uhlíku ve vodě.

Možností, jak dekarbonizaci provádět je několik. Dříve se ve vodárenství používali filtry s ionexovými náplněmi v kombinaci s provdušňovacími (stripovacími) věžemi, nicméně v posledních letech přichází trend s využíváním reverzních osmóz. K dekarbonizaci lze též použít probublávání jiným plynem než je vzduch.

Dále lze dekarbonizovat varem, pomocí ultrazvuku nebo využít odplyněné pomocí membrán z dutých vláken. Tato metoda využívá speciální membránu tvořenou z tisíců mikroporézních, hydrofobních dutých vláken. Konstrukce membrány zajišťuje maximální kontaktní plochu mezi kapalinou a plynem.

Jako pomocný plyn lze použít buď dusík nebo i oxid uhličitý. Plyn je aplikován na jednu stranu membrány a v podstatě vysán přes ní pomocí snížení tlaku. Pomocný plyn s sebou strhne i plyn, který je třeba odstranit, což je typicky právě výše zmíněný oxid uhličitý, nebo kyslík.

Podobně vlastně funguje vývěva. Jiný příklad využití vakuové techniky k odplynění kapalin je vstřikování nápoje do komůrky, ve které je udržován snížený tlak. Bublinky plynu se tak nafouknou, prasknu a následně jsou odčerpány pomocí vývěvy.

Stanovení kyslíku a oxidu uhličitého

Pro úplnost ještě dodejme, jak takové plyny vůbec můžeme ve vodě detekovat. Kyslík se dnes stanovuje prakticky výhradně elektrochemicky. Využívá se principu tzv. voltametrie, při které je kyslík rozpuštěný v nápoji redukován na zlaté nebo platinové elektrodě a stanovení využívá toho, že difuzní proud je přímo úměrný právě obsahu kyslíku v roztoku.

V případě oxidu uhličitého máme na výběr chemické metody zahrnující zejména titraci (ať už přímou či nepřímou) nebo fyzikální metody, ze kterých jsou nejpoužívanější manometrické metody (ty vycházejí z výše zmíněného Henryho zákona) a infračervená spektrometrie v blízké oblasti označovaná zkratkou NIR.

Tato metoda je velice rychlá a na rozdíl od klasické infračervené spektrometrie ve střední oblasti, umožňuje stanovovat obsah oxidu uhličitého a dalších složek v nápoji i přes obal.

Je nutné podotknout, že existují i techniky, které odplynění vzorku nepotřebují. Pro potřeby pivovarů jsou na trhu dnes dostupné i automatické analyzátory založené na využití infračervené spektrometrie v blízké oblasti (NIR) s přetlakově plněnou kmitající trubicí.

Tyto přístroje odplynění vzorku před analýzou nevyžadují a jsou schopné přímo stanovit nejen obsah alkoholu v nápoji, ale také množství rozpuštěného oxidu uhličitého a kyslíku či hustotu vzorku. Dekarbonizaci vzorku nevyžadují také refraktometrické analyzátory, tedy přístroje využívající ke stanovení obsahu ethanolu měření indexu lomu vzorku. Oxid uhličitý totiž naměřenou hodnotu ovlivňuje jen velmi málo, a tak se tyto přístroje využívají zejména jako procesní analyzátory.

Závěr

To, že voda obsahuje i rozpuštěné plyny si mnohdy ani pořádně neuvědomuje, a pravdou je, že pokud nejsou plyny přítomny ve volné formě, ve většině případů je můžeme považovat za neškodné. Problémy přinášejí plyny ve volné formě.

Dusík je hlavní příčinou problémů se zavzdušněním nejen otopných soustav, kyslík bývá nejčastěji porovnáván s podporou bakteriálního růstu a koroznímu procesy. Samostatnou kapitolou je oxid uhličitý. Tento plyn je součástí mnoha alkoholických i nealkoholických nápojů, ale komplikuje provádění laboratorních analýz, proto je před analýzou nutné provést tzv. dekarbonizaci či odpěnění vzorku.

6 komentáře

  1. Petra Filingerová říká:

    Co může být příčinou, když voda, kterou k ránu piji pálí a štípe do jazyka. K ránu jsem se napila vody přímo z kohoutku v puse se mi vytvořil plyn, který pálil a štípal. Podle rozboru vody to čpavek není, ten máme hluboko pod spodní hranicí.

    • EuroClean říká:

      Dobrý den, napadá nás jedině, zda nebyla voda přechlorovaná či u vás zrovna neprobíhala nějaká forma šokové dezinfekce rozvodů.

  2. Jirka říká:

    Dobrý den, když používám k desinfekci bazénové vody plynný chlor, který dávkuji do vody pomocí několika dnových trysek, co mohu udělat proto, aby byla desinfekce rovnoměrně rozprostřena a hodnoty volného chloru v mg/l byly ve všech místech bazénu totožné. Děkuji

    • EuroClean říká:

      Dobrý den,

      Nejsme specialisté na plynný chlor a navíc dávkování do bazénu se řeší standardně poněkud jinými způsoby, nicméně pokud Vám v bazénu funguje cirkulační filtrace, tak obsah chloru ve vodě se rozmíchá čerpáním a prouděním přes filtrační lože. Po čase tak budete mít téměř rovnoměrný obsah chloru ve vodě ve všech částech bazénu.

  3. Michal říká:

    Dobrý den,

    díky za zajímavé pojednání.
    Nemáte prosím vyčísleno, jakou část běžně představují plyny ve vodě hmotnostně a objemově (potažmo tedy, zda a jaký vliv mají na hustotu) a zda je tedy následně odplyněná voda v těchto parametrech zásadněji odlišná?

    Děkuji.

    • EuroClean říká:

      Dobrý den,

      Ve vodách přicházejí v úvahu především následující plyny:

      Kyslík, dusík, oxid uhličitý, chlor, oxid chloričitý, ozon, sulfan, amoniak, oxid dusný, oxid uhelnatý, radon, deuterium, tritium, methan a vodík.
      Plyny ve vodách mohou být původu přírodního nebo antropogenního a specificky atmosférického, chemického (popř. radiochemického) a biochemického.

      Většina plynů s vodou nereaguje, popř. omezeně, a vyskytují se ve vodě v poměrně stabilní molekulární formě (kyslík, dusík, ozon, oxid chloričitý, oxid dusný, radon, methan, vodík).
      Jiné plyny s vodou částečně reagují v závislosti na hodnotě pH a oxidačně-redukčním potenciálu a ustanovuje se chemická rovnováha (oxid uhličitý, sulfan, amoniak, chlor)
      Obsah plynů ve vodě obecně závisí na původu vody, druhu vody (podzemní, povrchová, pitná, odpadní); a dále na teplotě, tlaku a celkové mineralizaci vody.

      Příklad – kyslík: rozpustnost kyslíku ve vodě při 10°C a nadmořské výšce 0 m je cca 11,3 mg/l. Kyslíkové poměry se poté také kromě koncentrace rozpuštěného kyslíku vyjadřují procentem nasycení (většinou cca 85-95%).

      Ostatní plyny se také obsahově objevují ve vodě v jednotkách, max. desítkách mg/l. Objemově se ve vodě obsah plynů nevyjadřuje; a na hustotu vody nemá běžný obsah plynů ve vodě žádný nebo jen naprosto nepatrný vliv; s výjimkou popř. velmi specifických vod – (vody v okolí nalezišť zemního plynu, ropy a uhlí; nebo různé průmyslové odpadní vody); nebo vody při specifických procesech – např. procesu řízené tvorby bublin ve vodě apod. Hustotu vody daleko více ovlivňuje teplota a obsah minerálních látek.

      Odplyněná voda je velmi obecný termín, většinou se pro různé účely odstraňuje z vody specifický plyn, např. radon z pitné vody při provzdušnění vody – odradonování; kyslík z napájecí vody pro energetiku, nebo z vody v potravinářství, zejména nápojovém průmyslu; oxid uhličitý při dekarbonizaci vody, opět v energetice – kotelní vody; nebo chladicí vody, popř. opět v potravinářském – nápojovém průmyslu.

      Odplyněná voda je tedy v zásadě odlišná spíše v obsahu – koncentraci určitých plynů, které z vody odstraňujeme, pro přesně dané specifické účely v průmyslu a výrobě.

Přidat komentář

    Zanechte nám vzkaz, ozveme se vám zpět

    (například rozbor vody)

    Vaše údaje jsou u nás v bezpečí a slouží pouze pro naši komunikaci. Zpracování se řídí zásadami zpracování osobních údajů.

    Můžete i rovnou volat: +420 222 703 533

    X

      (rozbor vody, pokud máte)

      Zpracování se řídí zásadami zpracování osobních údajů.

      X

        Pošlete nám rozbor vody, ozveme se vám zpět

        (rozbor vody)

        Zpracování se řídí zásadami zpracování osobních údajů.

        X

          Pro stažení podkladů prosím vyplňte formulář

          Zpracování se řídí zásadami zpracování osobních údajů.

          X

            Pro stažení podkladů prosím vyplňte formulář

            Zpracování se řídí zásadami zpracování osobních údajů.

            X

              Pro stažení podkladů prosím vyplňte formulář

              Zpracování se řídí zásadami zpracování osobních údajů.

              X

                Pro stažení podkladů prosím vyplňte formulář

                Zpracování se řídí zásadami zpracování osobních údajů.

                X

                  Pro stažení podkladů prosím vyplňte formulář

                  Zpracování se řídí zásadami zpracování osobních údajů.

                  X

                    Pro stažení podkladů prosím vyplňte formulář

                    Zpracování se řídí zásadami zpracování osobních údajů.

                    X

                      Pro stažení podkladů prosím vyplňte formulář

                      Zpracování se řídí zásadami zpracování osobních údajů.

                      X

                        Pro stažení podkladů prosím vyplňte formulář

                        Zpracování se řídí zásadami zpracování osobních údajů.

                        X

                          Pro stažení podkladů prosím vyplňte formulář

                          Zpracování se řídí zásadami zpracování osobních údajů.

                          X

                            Pro stažení podkladů prosím vyplňte formulář

                            Zpracování se řídí zásadami zpracování osobních údajů.

                            X

                              Pro stažení podkladů prosím vyplňte formulář

                              Zpracování se řídí zásadami zpracování osobních údajů.

                              X

                                Pro stažení podkladů prosím vyplňte formulář

                                Zpracování se řídí zásadami zpracování osobních údajů.

                                X

                                  Pro stažení podkladů prosím vyplňte formulář

                                  Zpracování se řídí zásadami zpracování osobních údajů.

                                  X

                                    Pro stažení podkladů prosím vyplňte formulář

                                    Zpracování se řídí zásadami zpracování osobních údajů.

                                    X

                                      Po vyplnění údajů budete přesměrováni na podklady

                                      Zpracování se řídí zásadami zpracování osobních údajů.

                                      X

                                        Po vyplnění údajů budete přesměrováni na podklady

                                        Zpracování se řídí zásadami zpracování osobních údajů.

                                        X

                                          Rychly kontakt

                                          (napríklad rozbor vody)

                                          Vaše údaje sú u nás v bezpečí a slúži len pre našu komunikáciu. Odoslaním formulára súhlasím so spracovaním osobných údajov.

                                          X

                                            Szybki kontakt

                                            Twoje dane są u nas bezpieczne i będą one wykorzystywane wyłącznie w celu, w którym nam je przekazujesz. Przesyłając formularz, wyrażam zgodę na przetwarzanie moich danych osobowych.

                                            X

                                              Quick contact

                                              (for example. water analysis)

                                              Your data is safe with us and serves only for our communication. By submitting the form I agree to the processing of my personal data.

                                              X