Odpowiedni poziom pH wody w procesach technologicznych

Parametry wody przemysłowej mają duże znaczenie dla trwałości używanej instalacji, a także skuteczności przeprowadzanych procesów technologicznych. Od charakterystyki używanej wody zależą koszty eksploatacyjne związane z częstszą wymianą filtrów, możliwymi awariami czy przestojami. Wśród wielu cech wody jedną z ważniejszych, zwłaszcza z uwagi na możliwe następstwa dla stanu całej infrastruktury przesyłowej, jest odpowiednie pH wody.

Dopasowywanie parametrów wody przemysłowej do konkretnego zastosowania

-Woda wykorzystywana w zastosowaniach przemysłowych jest używana na wiele sposobów. Najpowszechniej służy ona jako chłodziwo, które pozwala na odbieranie nadmiaru ciepła powstającego podczas wykonywania procesów technologicznych związanych ze stosowaniem wysokiej temperatury – podgrzewaniem materiałów czy substancji, suszeniem, spalaniem i pojawianiem się tarcia. Woda jest również cieczą chłodzącą w trakcie przeprowadzania reakcji chemicznych. Zdolności do dobrego przewodzenia ciepła są ponadto wykorzystywane w ogrzewaniu przemysłowym, a także osiąganiu odpowiedniej dla różnych procesów temperatury. W wielu przypadkach woda będzie też środkiem myjącym – zarówno jeśli chodzi o przygotowywanie surowców i produktów do dalszej obróbki, jak i przy utrzymywaniu w odpowiednim stanie maszyn i urządzeń. Z wody często korzysta się jako z uniwersalnego rozpuszczalnika, czy środka ułatwiającego rozprowadzanie bądź regulowanie intensywności działania chemikaliów. Woda jest również jednym z podstawowych składników wielu produktów czy czynnikiem, który umożliwia zajście reakcji lub dostarcza potrzebnych przy nich substratów w postaci wodoru albo tlenu 

– wylicza przedstawiciel firmy Global Concepts 2000, specjalizującej się w systemach uzdatniania wody i preparatach do jej dezynfekcji.

Ze względu na szerokie używanie wody w niemal wszystkich gałęziach przemysłu niezbędne staje się dobre dostosowanie jej parametrów do specyfiki konkretnych zastosowań pod względem czystości i optymalnego składu chemicznego, a także cech użytkowych od właściwego ciśnienia po temperaturę. Dokładne wymagania co do cech wody zależą ściśle od sposobu, w jaki będzie wykorzystywana. Do najważniejszych parametrów wody używanej w przemyśle można zaliczyć m.in. jej twardość, która jest związana z wysokim ryzykiem pojawiania się kamienia kotłowego, obecność żelaza i manganu, wpływającą na zachowanie wody podczas reakcji chemicznych, ale także powodujących powstawanie dużych ilości osadów czy poziomu pH wody. Znaczenie mają zanieczyszczenia stałe znajdujące się w wodzie – osady, rdza i drobiny różnych substancji. Groźne są też obecne w wodzie drobnoustroje, zarówno w postaci glonów czy pierwotniaków, jak i bakterii, które mogą tworzyć niebezpieczne i kłopotliwe przy usuwaniu kolonie, czyli tzw. biofilm.

Uzdatnianie wody przemysłowej może obejmować różne procesy prowadzące do zmiany jej składu i właściwości. Podstawowym zabiegiem jest zwykle filtracja mechaniczna pozwalająca na pozbycie się większych cząsteczek i ciał obcych znajdujących się w wodzie. Przy pomocy różnych rodzajów filtrów o odpowiednio dobranej wielkości oczek z wody usuwane są kolejne, coraz mniejsze zanieczyszczenia. Dość często wykorzystuje się też przepuszczanie wody przez porowate złoża, czy wprowadzanie jej do zbiorników, w których podlega oczyszczaniu sedymentacyjnemu, podczas którego cięższe cząstki zawieszone w wodzie opadają na dno. Stosowane są również szeroko metody chemiczne, pozwalające na wiązanie różnych zawartych w wodzie związków lub doprowadzanie do zajścia reakcji powodujących zanieczyszczenia do bezpieczniejszej i łatwiejszej do usunięcia formy. W ramach oczyszczania wody korzysta się np. z koagulacji, odgazowywania wody czy jej naświetlania promieniami UV, wprowadzania do niej ozonu lub środków dezynfekcyjnych.

Znaczenie wysokości pH w wodzie używanej w instalacjach przemysłowych

Jednym z ważniejszych parametrów wody jest jej odczyn, czyli poziom pH. W warunkach naturalnych zwykle kształtuje się on na poziomie 6,8–8,5, choć parametr ten może się wahać od 0 do 14. W przypadku gdy pH wynosi 7, mamy do czynienia z wodą neutralną. Jeśli jest on niższy, woda wykazuje się silną kwasowością, gdyż ma znacznie więcej jonów H+ niż OH–. Natomiast jeżeli proporcja jest zaburzona w drugą stronę i pH będzie większe od 7, woda będzie miała charakter zasadowy. Choć wymagania co do parametru pH mogą być różne w zależności od planowanego zastosowania, najwięcej problemów z wodą technologiczną dotyczy jej zbyt silnej kwasowości albo zasadowości. Odpowiednie regulatory pH dają możliwość dopasowania charakterystyki wody do oczekiwań oraz ograniczenia potencjalnych szkód i strat wywołanych nieodpowiednim odczynem.

W przypadku wody przemysłowej szczególnie poważnym zagrożeniem jest korozja, której ryzyko znacznie wzrasta w przypadku, gdy woda charakteryzuje się wysoką kwasowością. Optymalne wartości pH zależą od rodzaju metalu, który został użyty do wykonania konkretnej instalacji i nieco inne okażą np. dla miedzi, gdzie optymalnym przedziałem pH będzie 8,0–8,5, podczas gdy dla żelaza wyniesie on 6,8–7,3. Problemy związane z korozją dotyczą uszkadzania fragmentów instalacji – gromadzenia się osadów, zakłócających przepływ i mogących doprowadzić do zatkania węższych rur, niszczenia powierzchni poszczególnych elementów, blokowania pracy zaworów i pomp, zatykania się filtrów czy wręcz ich uszkadzania mechanicznego przez odrywające się większe kawałki skorodowanego metalu.

Negatywny wpływ na działanie instalacji przemysłowych wykorzystujących wodę może mieć także silna zasadowość. Wysokie pH jest jednym z czynników wpływających na tempo powstawania kamienia kotłowego. W połączeniu np. z podwyższona temperaturą może nasilać proces powstawania nierozpuszczalnego w wodzie węglanu wapnia CaCO3 oraz węglanu magnezu MgCO3, jak również wodorotlenku magnezu Mg(OH)2. Powstające osady mogą prowadzić do blokowania przepływu, zakłócania pracy instalacji przez unieruchamianie zaworów czy zmniejszanie efektywności odprowadzania ciepła. Podobnie jak w przypadku rdzy, kamień kotłowy znacznie przyspiesza zużywanie się filtrów.

Istnieją różne sposoby radzenia sobie z nieodpowiednim pH wody przemysłowej. Regulowanie odczynu wody jest zwykle wykonywane razem z innymi procesami filtracji i uzdatniania. Może ono obejmować np. stosowanie membran osmotycznych, ale również opierać się o stosowanie inhibitorów ograniczających ryzyko pojawiania się korozji. Niezawodnym środkiem pozwalającym na dopasowanie poziomu pH do potrzeb są jednak specjalne regulatory, za pomocą których można podwyższyć alkaliczność wody. Prawidłowa dawka – uzależniona od sprawdzonego właściwymi metodami odczynu wody – pozwala na uzyskanie odpowiedniego efektu w bardzo krótkim czasie.