Ns. rajakarbonaattikovuus (Hj) viittaa kriittiseen arvoon, jolla CaCO₃ ei saostu tietyissä veden laatuolosuhteissa ja lämpötiloissa, joissa vapaa CO₂ joko puuttuu tai on minimaalinen. Tyypillisesti jäähdytysvesijärjestelmissä tämä arvo vaihtelee välillä 2 - 4,5 mg ekvivalentti/l. Kuitenkin lisäämällä happo- ja vaaka-inhibiittoreita jäähdytysvesijärjestelmä voi säilyttää korkeammat karbonaattikovuustasot. Tässä artikkelissa selitetään jäähdytysveden mittakaavan estäjien ja karbonaattikovuuden rajan välinen suhde, mikä tarjoaa hyödyllistä tietoa vedenkäsittelyn ammattilaisille.
1. Hapon lisäys ja rajakarbonaattikovuus
Lisäämällä happoa meikkiveteen karbonaattikovuus muunnetaan ei-karbonaattikovuuteen, jolla on korkeampi liukoisuus (kuten CaSO₄ ja CaCl₂), mikä vähentää kiertoveden karbonaattikovuuden tasolle, joka on karbonaattikovuuden rajan alapuolella, mikä estää hilseilyn. Kemialliset reaktiot ovat seuraavat:
Jakaa edelleen menetelmä lisättävän hapon määrän laskemiseksi karbonaattikovuuden ja karbonaattikovuuden rajan (Hj) perusteella, kuten seuraavassa kaavassa esitetään.
Kaavassa:
G on lisätyn hapon määrä, kg/h;
E on hapon moolimassa rikkihapolle E = 49 ja kloorivetyhapolle E = 36,5;
Qm on kiertävän jäähdytysveden lisävesitilavuus, m³/h;
a on hapon pitoisuus;
HB on lisäveden karbonaattikovuus, mmol/L;
H'B on lisäveden karbonaattikovuus happokäsittelyn jälkeen, mmol/L.
H'B voidaan laskea seuraavasti.
Kaavassa: N on pitoisuuskerrannainen; Hj on kiertävän jäähdytysvesijärjestelmän rajoittava karbonaattikovuus, mmol/L.
Kiertoveden rajakarbonaattikovuus hapon lisäämisen jälkeen, ilman skaalan estäjää, voidaan laskea käyttämällä seuraavaa kaavaa:
Kaavassa [O] edustaa hapenkulutusta mg/L; t edustaa kiertoveden lämpötilaa ℃:ssa.
Hf' on ei-karbonaattikovuus lisäveteen lisätyllä hapolla käsittelyn jälkeen, mmol/L, ja se voidaan laskea käyttämällä seuraavaa kaavaa:
2. Happokäsittelyllä varustettujen vaa'an estäjien käyttö karbonaatin kovuuden rajoittamiseksi
Käytettäessä happokäsittelyä karbonaattikovuuden rajoittamiseksi yhdessä mittakaavan estäjien kanssa, käytetyn mittakaavan estäjän tyypin tulee määrittää sopiva Hj-arvo. Yleisen mittakaavan estäjiä ovat polyfosfaatit, orgaaniset fosfonaatit (suolat) ja polyakryylihapot.
Polyfosfaattivaa'an estäjät
Polyfosfaatit viittaavat ensisijaisesti natriumpolyfosfaattiin, yleisesti käytettyjä muotoja ovat natriumheksametafosfaatti (tunnetaan myös nimellä natriumpolymetafosfaatti) ja natriumtripolyfosfaatti. Nämä estäjät hajottavat ja stabiloivat kolloidisia hiukkasia ja niillä on vahvat kelaatioominaisuudet kalsium- ja magnesiumioneille. Natriumpolyfosfaatti ei toimi vain asteikon estäjänä, vaan sillä on myös korroosionestoominaisuuksia. Erityiset ominaisuudet vaihtelevat [NaPO₃]:n molekyylirakenteen mukaan n , jossa n: n arvo määrittää ominaisuudet. Natriumheksametafosfaatin kemiallinen kaava on [NaPO₃]₆ONa₂ ja se on natriummetafosfaatin (NaPO₃) polymeeri. Skaalausinhibiittorina käytettynä kiertoveden rajoittava karbonaattikovuus Hj voidaan arvioida seuraavalla kaavalla. Tyypillinen natriumheksametafosfaatin annos vaihtelee välillä 1 - 5 mg/l, ja ylärajaa käytetään vedelle, jonka karbonaattikovuus on korkea. Natriumtripolyfosfaatilla (Na₅P₃O₁₀) on vahva kyky kelatoida kalsiumioneja, ja tyypillinen annos on 2-5 mg/l ja Hj = 5 mmol/l.
Polyfosfaattien haittapuolena on niiden taipumus hajota ortofosfaatteiksi vedessä, prosessi, joka tunnetaan nimellä polyfosfaattihydrolyysi. Hydrolyysiasteeseen vaikuttavat sellaiset tekijät kuin pH, lämpötila, aika ja mikrobiaktiivisuus. Hydrolyysi korreloi positiivisesti veden lämpötilan ja kosketusajan kanssa, vaikka se tapahtuu suhteellisen hitaalla nopeudella, ja tyypilliset hydrolyysinopeudet ovat välillä 11% - 35%.
Orgaaniset fosfonaatit ja niiden suolat
Nämä mittakaavan estäjät ovat tehokkaita ja tarjoavat myös korroosionestoa, mikä tekee niistä kaksikäyttöisiä estäjiä. Monet niiden ominaisuudet ovat samanlaisia kuin polyfosfaatit, mutta ne ovat stabiilimpia ja vähemmän alttiita hydrolyysille, jopa korkeammissa lämpötiloissa. Orgaaniset fosfonaatit voivat kuitenkin olla kuparia syövyttäviä, joten ne eivät sovellu käytettäväksi kuparilämmönvaihdinjärjestelmissä. Tavallisia orgaanisia fosfonaatteja ja niiden suoloja, joita käytetään kotimaassa, ovat hydroksietylideenidifosfonihappo (HEDP), aminotrimetyleenifosfonihappo (ATMP) ja etyleenidiamiinitetra (metyleenifosfonihappo) (EDTMP). Kun näitä estäjiä käytetään yhdessä polyfosfaattien kanssa, niillä voi olla synergistinen vaikutus, mikä parantaa kiertävän veden rajoittavaa karbonaattikovuutta ja vähentää kunkin aineen annostusta. Tyypillinen rajoittava karbonaattikovuus näille estäjille on seuraava:
HEDP: Hj = 8 mmol/L
ATMP: Hj = 9 mmol/L
EDTMP: Hj = 8 mmol/L
Polykarboksylaattipolymeerit
Polykarboksylaattipolymeerit ovat polymeerejä, jotka sisältävät karboksyylifunktionaalisia ryhmiä (karboksyyliryhmiä) tai karboksyylihappojen johdannaisia. Karboksyylianioni (COO⁻) määrittää näiden polymeerien ominaisuudet, joissa M on yksiarvoinen kationi, vety tai amiiniryhmä. Kun karboksylaattiryhmä on viety veteen, se dissosioituu COO⁻:ksi ja M⁺:ksi, jolloin COO⁻ on vastuussa mittakaavan estosta. Kotimaassa käytettyjä yleisiä polykarboksylaattiasteikon estäjiä ovat polyakryylihappo, natriumpolyakrylaatti, polymetyylimetakrylaatti, akryylihapon ja hydroksipropyyliakrylaatin kopolymeerit, akryylihapon ja akrylaattien kopolymeerit sekä hydrolysoitu poly(maleiinihappo) (anhydridi). Tyypilliset annokset ja vastaavat rajoittavat karbonaattikovuusarvot ovat seuraavat:
Polyakryylihappo: 1–9 mg/L, Hj = 5,5–10 mmol/L
Natriumpolyakrylaatti: 1–8 mg/L, Hj = 5,8–9 mmol/L
Poly(maleiinihappo): 1–5 mg/l, Hj = 5–8,5 mmol/L
Yhteenveto
Säätämällä rajoittavaa karbonaattikovuutta kiertojäähdytysvesijärjestelmissä voidaan estää mittakaavan muodostuminen. Yllä olevien menetelmien käyttäminen happojen ja mittakaavan estäjien sopivan annoksen laskemiseen sekä järjestelmän sallittava rajoittava karbonaattikovuus tietyissä käyttöolosuhteissa auttaa ehkäisemään skaalausongelmia ja samalla vähentämään kemiallisia kustannuksia.
