TVRDA VODA - PROBLEMI I RJEŠENJA
U pitkoj vodi otapaju se različite tvari čija količina i vrsta ovise o području na kojem voda protječe, i kemijskom sastavu baze kroz koju teče. Tvrdoća je posljedica prisutnosti uglavnom kalcijevih i magnezijevih karbonata i sulfata u vodi. Kalcijev karbonat CaCO3 je slabo topiv u vodi i ekstrahira se iz vode u obliku sedimenta, dok je MgCO3 samo polako hidrolizira. Ovisno o koncentraciji tih soli, vode su više ili manje tvrde. Najčešća tvrdoća vode izražava se kao sadržaj CaCO-a3 u vodi, a u uporabi je nekoliko različitih vaga:
Izračun tvrdih vaga
°dH °e °fH
ppm mmol/l
Njemački stupnjevi 1°dH = 1 1.253 1,78 17,8 0,1783
engleskih stupnjeva 1°e = 0,798 1 1,43 14,3 0,142 stupnjeva
francuski 1°fH = 0,560 0,702 1 10 0,1
američki stupnjevi 1 ppm = 0,056 0,07 0,1 0,01
mmol/l 1 mmol/l = 5,6 7,02 10,00 100,0 1
Ako izvan ovih okvira zamislimo da se zbog sadržaja drugih otopljenih tvari u vodi, različitih pH vrijednosti (kiselost/alkalnost), i različitih temperatura čak i na istim razinama CaCO3 u vodi, “tvrdoća» vode ponaša drugačije, onda razumijemo zašto do danas struka još nije jasno odredila što je tvrda ili meka voda. Međutim, svi razumijemo posljedice “tvrde” vode, odnosno odlaganja takozvanog vapnenca ili bojlera u cijevima, slavinama, WC školjkama, umivaonicima, grijačima, strojevima, spremnicima, staklenkama… ili barem kao smanjenje pjenjenja sapuna, paste za zube i drugih sredstava za čišćenje.
LJESTVICA TVRDOĆE VODE
Tvrdoća vode u njemačkim stupnjevima (°dH) | OPIS (*izvor: Lenntech) |
od 0 do 3,37 °dH: | meka voda |
3,38 do 6,74 °DH: | srednja tvrda voda |
6,75 do 10,1 °DH: | tvrda voda |
> 10,1 °dH: | vrlo tvrda voda |
*VIr: Lenntech, 2021.
Jednostavan znak da je voda tvrda jest da se sapun i pasta za zube ne pjene dovoljno, pa je njihova potrošnja i potrošnja drugih deterdženata veća. Na staklenkama i prilikom kuhanja na stjenkama ili na dnu spremnika ostaje bijela granica koja se uklanja samo teško ili uz pomoć sredstava za čišćenje. Mreže na slavinama često su obložene, a mlazovi vode su neravni. Naslage vapnenca uzrokuju najveće probleme za bojlere, jer se troškovi grijanja vode povećavaju, a životni vijek grijača je kraći.
Rješavanje problema kamenca ovisi uglavnom o tome koju vodu koristimo. Ako je voda prvenstveno namijenjena za piće i pripremu hrane, ili prvenstveno za hlađenje, zalijevanje, rad strojeva i aparata, koristimo kemijsko omekšavanje vode, metodu koja je od svih načina rada najučinkovitija i zapravo uklanja CaCO3 iz vode. Ta takozvana ionska izmjena predstavlja spremnik s ionskom masom, spremnik soli i programer s ventilima. Voda iz vodenog pluga teče kroz ionske mase (zajedno sa zrnima posebne smole), a na nju se vežu ioni kalcija i magnezija. Programer (ovisno o unaprijed postavljenom vremenu ili volumenu vode) obično pokreće ispiranje ove mase slanom vodom iz drugog spremnika između 2 i 3 sata noću, dok prebacuje kalcijeve i magnezijeve ione na NaCl. Ovaj proces regeneracije ionske mase troši struju, sol i vodu. Ionski izmjenjivači moraju biti pravilno dimenzionirani u smislu tvrdoće i potrošnje vode, i vrlo je poželjno da budu opremljeni dezinfekcijskim sredstvom za vodu jer su bakterije u ionskoj masi praktički neizbježna pojava. Bolji uređaji opremljeni su i by-pass ventilima, koji miješanjem obrađene i sirove vode podešavaju tvrdoću vode koju koristimo, a prije samog ionskog izmjenjivača uvijek je potreban mehanički filtar. Kemijski sastav pročišćene vode mijenja se tijekom procesa ionske izmjene, budući da se H+, Na+ ili OH- koji su prethodno bili vezani za ionske izmjenjivače eliminiraju u vodu umjesto kalcijevih i magnezijevih iona.
Za omekšavanje tople ili sanitarne vode koja se obično ne koristi za konzumaciju, najčešće se zbog jeftinosti koriste polifosfatni omekšivači koji mogu biti u obliku kristala, praha ili u tekućem stanju. U slučaju kristalnih spremnika, uklanjanje P2O5 ili drugih omekšivača je prilično neravnomjerno pa uređaj za doziranje praha osigurava ravnomjerniju raspodjelu, pa vodomjeri mjere količinu vode koja teče i kontroliraju pumpu za doziranje putem impulsa, koja u vodu na najbolji način ubrizguje kapljice omekšivača. Omekšivači u vodi inhibiraju rast kristala i izlučivanje vapnenca, ali su obično učinkoviti samo na temperaturama oko 45 stupnjeva Celzija, rijetko više. Iako su količine sredstava za omekšavanje u vodi unutar dopuštenih razina od 1 do 5mg/L vode, kemijski sastav vode već se promijenio. Nedostatak ovog postupka je u tome što fosfati uzrokuju eutrofikaciju i time neizravno smanjuju privlačnost ili korisnost površinskih voda. To je također razlog zašto su fosfati u prašcima za pranje zamijenjeni drugim spojevima (NTA – nitrilotrioketska kiselina). Fosfati u prašcima za pranje imali su zadatak vezati ione s Ca i Mg kako bi osigurao pravilan učinak deterdženata.
Kristalni polifosfati – Prašni samodozirni polifosfati – Impulzivni brojači i dozirne pumpe
Za vodu koja se uglavnom koristi za piće i pripremu hrane, koristimo takve uređaje za fizikalnu obradu vode koji ne mijenjaju kemijski sastav vode, već samo njihova fizička svojstva. Većinu vremena to su uređaji s permanentnim magnetima koji privremeno magnetiziraju otopljene čestice različitih tvari u vodi, a ioni kalcija i magnezija dodaju se tim česticama i putuju s njima s vodom.
Udruživanje slanih iona oko magnetiziranih jezgri Neobrađena voda Pročišćena voda
Čak i kada voda ispari, ostaci kamenca nisu u obliku tvrdih bijelih mrlja, već u finom, ujednačenom bijelom prahu koji se lako može obrisati bez upotrebe sredstava za čišćenje. Nakon godina istraživanja i u suradnji sa sveučilištima i institutima, renominirani proizvođači otkrili su složene zakone magnetske obrade vode i u skladu s tim proizveli magnetne uređaje za fizičku obradu vode. Međutim, samo pravilno orijentirana i jaka magnetska polja pri ispravnoj brzini vode kroz uređaj daju zadovoljavajuće rezultate, što je industrijski potvrđeno jer su rezultati mjerljivi i dokazivi. Danas magnetsku obradu vode koriste gotovo sve automobilske tvrtke, brodovlasnici, industrija pića itd. Postoji mnoštvo malih imitatora koji su vidjeli samo magnet u tim uređajima pa su ih radi lažne montaže ugradili na cijev, ali nisu imali uspjeha u industriji, sok je u kućnoj uporabi učinkovitost više bila vještina tumačenja prodavatelja nego stvarni učinci tih uređaja. Na tržištu se pojavljuju i različite nove, alternativne metode, ali ti elektromagnetski tretmani, indukcijske petlje, prijenos informacija, ultrazvučno omekšavanje, oscilacijsko omekšavanje itd. nisu provedeni u praksi.
Primjeri različitih “alternativnih” metoda za pročišćavanje vode
Najbliža praktična primjena je nova metoda izmjene svojstava kamenca kroz sakupljanje kalcijevih i magnezijevih iona oko specifične mase pažljivo oblikovanih jezgri, koje zbog površinske napetosti i negativnog naboja privlače pozitivne ione kalcija i magnezija sve dok ne prelaze određenu kritičnu masu, a zatim se ljušte u obliku grozdova i putuju dalje s vodom. Time se čisti slobodna jezgra i počinje prikupljati novi “paket”. Njemačka, neovisna udruga DVGW stručnjaka za vodu, ocijenila je metodu vrlo uspješnom i sama metoda ne zahtijeva korištenje struje, soli i vode. Kemijski sastav vode ostaje isti, proces je učinkovit do temperature od 60ºC, a za više temperature koristi se termički otpornija masa.