Przewodność wody w przemyśle: o czym świadczy i jak ją zmniejszyć

Woda jest dobrym rozpuszczalnikiem, który niemal zawsze zawiera w swoim składzie rozpuszczone minerały. W wodzie przeznaczonej do zastosowań przemysłowych – takie składniki mogą być czynnikami zakłócającymi procesy technologiczne, dlatego często istnieje konieczność ich wyeliminowania lub przynajmniej częściowego usunięcia. Nieodzownym parametrem umożliwiającym szybką i dokładną kontrolę stopnia oczyszczenia wody z substancji w niej rozpuszczonych, jest przewodność elektrolityczna wody zwana czasem po prostu przewodnością lub przewodnictwem.

Czym jest przewodność wody?

Większość substancji mineralnych rozpuszczonych w wodzie ulega dysocjacji, czyli rozpadowi na jony. To z kolei umożliwia wodzie przewodzenie prądu. W uproszczeniu: im więcej substancji w wodzie jest rozpuszczonych, tym lepsze jest jej przewodnictwo czyli konduktywność i ta zależność jest w zasadzie liniowa. Znajomość tego faktu leży u podstaw niezwykłej popularności pomiarów przewodności wody. Jest to parametr prosty i szybki w pomiarze i daje niezwykle istotne informacje na temat skali rozpuszczonych substancji w danej próbce wody. Oczywiście jest to wiedza ogólna, ale w wielu przypadkach nieodzowna.

Pomiary przewodności

Urządzeniem mierzącym przewodność wody jest konduktometr lub sonda konduktometryczna, pomiar musi być wykonany w odpowiedniej temperaturze lub do niej odniesiony. Najczęściej jest to 25 °C. Jednostką przewodności jest Siemens na metr [S/m]. W praktyce najczęściej określa się przewodność w mikroSiemensach na centymetr [μS/cm].
Przykładowo: maksymalna przewodnośc wody do picia, według wymagań Rozporządzenia w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia wynosi 2500 μS/cm. Naturalne wody źródlane, słabo zmineralizowane odznaczają się przewodnościa na poziomie kilkudziesięciu μS/cm.

Zakładając, że większość substancji nieorganicznych rozpuszcza się w wodzie w postaci jonów (dysocjuje), można dostrzec prostą analogię pomiędzy przewodnością wody, a ilością rozpuszczonych w niej związków. Dlatego też większość konduktometrów przenośnych pokazuje również wartość TDS (zawartość substancji rozpuszczonych). Dokładny stosunek wartości wskaźnika TDS do przewodności nie jest jednoznacznie określony. Jest to wartość szacunkowa, ale w większości zastosowań wystarczająca, aby w przybliżeniu określić całkowitą mineralizację danej wody. Niemniej jednak bez wskazania jakie konkretnie substancje w tej wodzie są rozpuszczone.

Pomiar przewodności wody jest zazwyczaj bardzo wiarygodnym narzędziem określania zawartości substancji w niej rozpuszczonych. Zależność między tymi parametrami jest zazwyczaj liniowa. W przypadku niektórych wód naturalnych bądź użytkowych, należy czasem dokonać pewnej korekty wynikającej z obecności np. niezdysocjowanych związków krzemu czy boru lub obecności substancji organicznych. W takich wypadkach są to dodatkowe dane, które należy uwzględnić w postaci odpowiedniego przelicznika (współczynnika).

>Woda używana w różnych procesach przemysłowych bardzo często wymaga zmiękczania, obniżenia stężenia substancji rozpuszczonych lub całkowitej demineralizacji. W takich sytuacjach pomiar przewodności jest nie tylko szybkim i skutecznym narzędziem monitorowania skuteczności procesów. Jest także bardzo dobrym parametrem służącym do skutecznego sterowania różnymi procesami technologicznymi. W praktyce jest to bardzo prosty pomiar, który można wykonywać w sposób ciągły, bezpośrednio wewnątrz rur czy w zbiornikach, bądź z zastosowaniem tak zwanych bypassów. Co bardzo istotne, do pomiarów przewodności nie ma potrzeby stosowania jakichkolwiek dodatkowych odczynników chemicznych!

Mineralizacja wody i przemysł

W wielu gałęziach przemysłu wysoka zawartość rozpuszczonych minerałów (soli) w wodzie powoduje problemy. Są to wartości, które z punktu widzenia jakości wody do spożycia są jak najbardziej bezpieczne, a nawet pożądane. Jednak ze względu na specyfikę różnych procesów technologicznych – wręcz niedopuszczalne. Ponadto zakłady przemysłowe są zaopatrywane najczęściej w wodę wodociągową, bądź pobierają ją ze środowiska za pomocą własnych ujęć. W obu przypadkach najczęściej problematyczna może być zbyt wysoka twardość wody, która jest spowodowana głównie jonami wapnia i magnezu. Również obecność innych jonów może stwarzać problemy eksploatacyjne.

Najczęstszymi problemami z tym związanymi będzie wytrącanie się zawiesin i tworzenie się osadów, często bardzo mocno przylegających do instalacji i części urządzeń. Osady takie mogą zatykać kotły, wymienniki ciepła lub membrany odwróconej osmozy. Zmniejszają wydajność urządzeń i procesów, uniemożliwiają wymianę ciepła. Stwierdzono, że warstwa kamienia kotłowgo o grubości 1 mm może obniżyć sprawność wymiany ciepła nawet o połowę!

Negatywny wpływ na wymianę ciepła mają również warsty materiałów biologicznych (biofilmy). Te w połączeniu z osadami mineralnymi mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia, ponieważ są nie tylko rezerwuarem szkodliwych mikroorganizmów, ale także zmniejszają skuteczność procesów dezynfekcji wody. Na przykład bakterie Legionella mogą namnażać się w niektórych rodzajach wód przemysłowych, bądź w wyniku zarastania grzałek, nie są likwidowane poprzez zbyt niską temperaturę wody użytkowej. Mogą tak zagrażać ludzkiemu życiu jeśli będą wdychane poprzez rozpylanie wody w postaci aerozoli.

Jak zmniejszyć przewodność wody

W celu obniżenia przewodności wody, czyli w zasadzie, w wyniku konieczności obniżenia zawartości substancji rozpuszczonych w wodzie, najczęściej stosowaną technologią – w różnych zastosowaniach przemysłowych – jest technologia odwróconej osmozy (RO). Jej zaletą jest to, że jest to metoda nieselektywna i bez różnicy usuwa z wody wszystkie rozpuszczone substancje, co w tym przypadku jest pożądane (w przeciwieństwie do uzdatniania wody przeznaczonej do spożycia).

Zwykle stosuje się układ trzystopniowy, pięciostopniowy lub siedmiostopniowy. W ten sposób możliwe jest obniżenie przewodności wody do wartości około 10-20 µS/cm. W przypadku konieczności obniżenia przewodności do jeszcze niższych wartości (tzw. zmiękczanie do zerowej twardości) można zastosować filtr demineralizujący AquaBed podłączony za jednostką odwróconej osmozy. Jest to urządzenie wypełnione specjalną żywicą jonowymienną, która wychwytuje pozostałości rozpuszczonych substancji.

Urządzenie z żywicą jonowymienną (innego typu) bywa również instalowane także przed stacją odwróconej osmozy, zwłaszcza jeśli woda jest bardzo zmineralizowana. Taki zabieg obniża twardość wody, co chroni membranę odwróconej osmozy przed powstawaniem osadów i zatykaniem oraz zapewnia jej optymalne parametry pracy. Złogi i osady mineralne na membranie zmniejszają wydajność procesu odwróconej osmozy i choć można zastosować procesy czyszczenia membran, to z technologicznego punktu widzenia, lepiej zapobiegać powstawaniu osadów. Każde kolejne czyszczenie membrany ma negatywny wpływ na jej żywotność. Ponadto można także rozważyć zamontowanie filtrów presedymentacyjnych przed jednostką odwróconej osmozy oraz filtry z wkładem z węgla aktywnego służące do usuwania substancji organicznych czy związków chloru.

Przewodność wody w przemyśle – podsumowanie

Przewodność wody określa poziom nasycenia wody minerałami, czyli inaczej stopień jej zasolenia. W wielu zastosowaniach przemysłowych konieczne jest zmniejszenie przewodności wody do bardzo małego stopnia. Rozpuszczone w wodzie minerały są źródłem różnego rodzaju problemów wtórnych. Powodują powstawanie osadów, zatykają membrany odwróconej osmozy, powstałe powłoki znacznie zmniejszają efektywność wymiany ciepła i wspomagają tworzenie biofilmów. Ponadto istnieją również procesy technologiczne wymagające całkowitej demineralizacji używanej w obiegach wody.

Aby efektywnie kontrolować stopień usuwania niepożądanych substancji w wodzie, należy wspomagać się między innymi możliwością pomiarów przewodności wody, które obrazują w prosty sposób ich przebieg. Pomiary te są tanim i niezawodnym sposobem na sterowanie różnymi procesami w zasadzie w czasie rzeczywistym, co w dzisiejszych czasach jest bardzo pożądane.

Literatura i żródła:

• HODBOĎ, J. : Zmiękczanie i odsalanie wody grzewczej, korozja, samoalkalizacja.
• KOTAS, J.: Podstawowe zasady i funkcje odwróconej osmozy.
• SMUDA, J.: Przewodność elektryczna vs TDS (całkowita ilość rozpuszczonych substancji)
• Praca zbiorowa, pod redakcją Jana Dojlido: Fizyczno-chemiczne badanie wody i ścieków.
• Przewodnik po pomiarach przewodnictwa – Teoria i praktyka zastosowań pomiarowych w środowisku laboratoryjnym. On-line