PL177081B1

PL177081B1 - Preparat do uzdatniania wody i gruntu i sposób uzdatniania kwaśnych i alkalicznych wód i rekultywacji gruntu

Info

Publication number: PL177081B1
Application number: PL94315227A
Authority: PL
Inventors: Thomas Willuweit
Original assignee: Soell Peter; Thomas Willuweit
Priority date: 1993-12-30
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 1999-09-30
Also published as: SK281411B6; ZA9410362B; ATE176894T1; CZ195196A3; SK80096A3; AU1318095A; DE4344926C1; BR9408436A; ES2129802T3; DK0737169T3; CA2179318C; DE59407852D1; NO962737L; NO962737D0; EP0737169B1; NZ277813A; FI962617A; SI0737169T1; JPH09507425A; NO313093B1

Abstract

1. Preparat do uzdatniania wody i gruntu, znamienny tym, ze zawiera A - CaCO3, B - CaCl2 i/lub Ca(NO3)2 i ewentualnie sole magnezu, C - NaHCO3 1 ewentualnie KHCO3, przy czym skladniki A i B zawarte sa w stosunku ilosciowym od 0,1 :1 do 2 : 1, a skladnik B iC w stosunku ilosciowym od 1 : 3 do 2 : 1. 8. Sposób uzdatniania kwasnych i alkalicznych wód, zwlaszcza wód stojacych i wody pitnej, znamienny tym, ze uzdatniona wode traktuje sie preparatem zawieraj acym: A-CaCO3; B-CaCl2 i/lub Ca(NO3)2 i ewentualnie sole magnezu, C-NaHCO3 i ewentualnie KHCO3, przy czym skladniki A i B w preparacie zawarte sa w stosunku ilosciowym od 0,1 : 1 do 2 : 1 a skladniki B i C w stosunku ilosciowym od 1 : 3 do 2 : 1. PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest preparat do uzdatniania wody, zwłaszcza wód stojących i wody pitnej, np. wody pitnej, którą uzdatniano w układach do uzdatniania wody, oraz do rekultywacji gruntu.

Uzdatnianie wody pitnej, jak również rekultywacja wód stanowi w społeczeństwach uprzemysłowionych coraz większy problem. Znanym problemem jest zakwaszanie wód, to znaczy, że przez kwaśne dopływy, kwaśny deszcz lub dopływ kwaśnych składników gruntowych obniża się wartość pH wód. Wskutek niskiej wartości pH wód ulega zakłóceniu naturalna równowaga pH tych wód, przy tym przy niskich wartościach pH sole metali ciężkich łatwo rozpuszczalne są wskutek czego znacznie zwiększa się zawartość jonów metali ciężkich,

ΠΊ 081 szkodliwych dla istot żywych. Ponadto rury wodociągowe z metalu rozpuszczają się w przypadku niskiej wartości pH. Reasumując, znaczne obniżenie, ewentualnie duże zwiększenie wartości pH wód, zwłaszcza wód stojących, powoduje utratę właściwości samooczyszczających się tych wód, a w końcu ich powolne obumieranie.

Dalszy problem polega na tym, że wody kwaśne wykazują często również zbyt niską twardość wapienną, co powoduje dalsze osłabienie aktywności biologicznej tych wód.

Również woda pitna o zbyt wysokiej lub zbyt niskiej wartości pH i zbyt małej twardości wapiennej powoduje szkody zdrowotne. Woda pitna, otrzymywana ze zwykłych układów do uzdatniania, nie zawiera często zalecanych przez ustawodawcę wartości pH, żądanej twardości wapiennej i pojemności buforowej, a tym samym nie może być dalej rozprowadzana do użytkowników. Zgodnie z przepisami odnośnie wody pitnej wartość pH powinna wynosić między 6,5 a 9,5.

W celu zwiększenia wartości pH i twardości wapiennej wód kwaśnych stosuje się zazwyczaj wapno, CaCO3. Jednak doświadczenia wykazały, że wapno osadza się w postaci warstwy na dnie akwenu i tam nie działa jako czynnik zwiększający wartość pH.

W przypadku wód silnie kwaśnych, które doznają uszczerbku zwłaszcza wskutek dopływu kwaśnych ścieków przemysłowych, w niektórych przypadkach dodaje się również NaOH. Dodatek NaOH powoduje jedynie neutralizację, lecz nie powoduje twardości tych wód, nie polepsza się również pojemność buforowa, wskutek czego nie uzyskuje się ożywienia wód.

Dalszym środkiem stosowanym do zwiększenia wartości pH wód i/lub gruntu jestNa2CO3, soda. Dodatek sody powoduje krótkotrwały efekt. Nie przyczynia się on jednak do zwiększenia trwadości wody. Jednocześnie istnieje duże ryzyko uszkodzenia ożywionych osadzających się składników przez miejscową nadmierną alkalizację.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie preparatu, dzięki któremu możliwajest długotrwała rekultywacja silnie kwaśnych lub alkalicznych wód i gruntów, tzn. o stabilnej wartości pH w zakresie od 6,5 do 9,5 wraz z dostateczną twardością wapienną.

Zadanie to rozwiązano według wynalazku dzięki preparatowi do uzdatniania wody i rekultywacji gruntu, zawierającemu A - CaCO3, B - CaCl2 i/lub Ca(NO3)2 i ewentualnie sole magnezu, C - NaHCO3 i ewentualnie KHCO3, charakteryzującemu się tym, że zawiera składniki A i B w stosunku ilościowym od 0,1 : 1 do 2 : 1, a składniki B i C w stosunku ilościowym substancji od 1 : 3 do 2 : 1.

Nieoczekiwanie okazało się, że przy zastosowaniu preparatu według wynalazku zarówno wody, jak i grunt uzyskując stabilną wartość pH między 6,5 a 9,5, jednocześnie zwiększyła się twardość wapienna i uzyskano stabilną pojemność buforową. Przy zastosowaniu preparatu według wynalazku, już po kilku dniach uzyskano na ogół, a nawet w przypadku silnie kwaśnych wód, wyraźnie ożywienie wód przez mikroorganizmy. Jest to o tyle bardziej nieoczekiwane, że składnik B, a mianowicie CaCl2 lub Ca(NO3)2 i ewentualnie sole magnezu podczas rozpuszczania w wodzie reagują również kwaśno. Nieoczekiwane jest również to, że przez zastosowanie preparatu zmniejszają się wysokie wartości pH w wodach, a pomimo tego następuje zwiększenie twardości i pojemności buforowej wobec kwasów. Stwierdzono, że można wytrącić w znacznym stopniu metale i przy tym mogą być również wykryte koloidalnie zawieszone cząstki. Ponadto zaobserwowano, że kwasy humusowe tworzą aglomeraty, przez co obniża się ich wpływ na metale.

Jako składniki preparatu według wynalazku nadają się składniki o wszelkich jakościach dostępnych w handlu. Zwykłe sole wapnia, dostępne w handlu, uzyskuje się z naturalnych minerałów i mogą one zawierać dodatki innych składników, które z reguły nie ograniczają działania preparatu według wynalazku. Przykładowo odpowiednio do zawartości naturalnych minerałów mogą występować również sole magnezowe. Jeżeli preparat ma być stosowany do uzdatniania wody pitnej, korzystne są produkty ze stopniami czystymi, które nadają się do tego celu, zwłaszcza składniki o jakości analitycznej.

Jako składnik A można stosować dowolny CaCO3, dostępny w handlu. Szczególnie dogodnym okazał się świeżo strącony CaCO3. W przypadku składników drobnoziarnistych (średnica około 1 μm) wystarczą bardzo niewielkie zawartości węglanu wapnia (udziały ilości substancji 0,01 do 0,1 w odniesieniu do ilości substancji B). Składnik A może zawierać do 25% wag. MgCO3. Zawartość MgCO3 nie powinna być jednak zbyt wysoka, ponieważ istnieje

177 081 niebezpieczeństwo zbyt silnego działania alkalicznego z efektem dekarbonizacji, a tym samym wytrącanie wapna (zmiękczanie). Jest to całkowicie sprzeczne z sensem wynalazku.

Jako składnik B można stosować dowolne sole wapnia, jak chlorki, azotany albo ich mieszaniny, przy czym korzystne jest stosowanie chlorku wapnia. Nawet jeżeli sole wapnia wykazują w wodzie wartość pH w zakresie kwaśnym, to przez dodatek tych składników uzyskuje się stabilną wartość pH od 6,5 do 9,5. Dobór soli wapnia nie jest ograniczony do składników o szczególnej jakości, mogą być stosowane wszelkie sole wapnia, dostępne w handlu. Jeżeli preparat według wynalazku ma być stosowany do rekultywacji gruntu, wówczas okazało się szczególnie korzystne, stosowanie jako składnika B mieszaniny CaCl2, do 10%o wagowych Ca(NO3)2 i soli magnezu zwłaszcza z grupy chlorku, azotanu, węglanu, tlenku i siarczanu, przy czym stosunek ilości soli wapnia do soli magnezu może zmieniać się w szerokim zakresie i korzystnie wynosi od 0,8 : 1 do 10 : 1, szczególnie korzystnie od 1 : 1 do 6 : 1.

Proporcja ilości substancji składników A i B wynosi z reguły 0, 1 : 1 do 2 : 1, korzystnie 1 : 1,3 do 1,3 : 1. Jeżeli uzdatnia się wody alkaliczne wówczas składnik B występuje korzystnie w nadmiarze tak, że proporcja ilości substancji wynosi wówczas korzystnie 1: 1,3 do 1 : 2.

Jako trzeci składnik preparat zawiera NaHCO3. Jako dalszy składnik można stosować również ewentualnie KHCO3. Również w tym przypadku można stosować produkty dostępne w handlu o dowolnej jakości. KHCO3 stosuje się zwłaszcza wówczas, gdy traktuje się naturalne wody albo grunty, ubogie w potas. W tym przypadku NaHCO3 i KHCO3 występują w stosunkach ilościowych od 10 : 1 do 1 : 1. KHCO3 można stosować również w nadmiarze, jednak jest to mniej korzystne ze względu na koszty.

Składniki B i C występują zazwyczaj w stosunkach ilościowych 1 : 3 do 2 : 1, korzystnie 1 : 2,3 do 1 : 1,7, szczególnie korzystnie 1 : 2,1 do 1 : 1,9.

Preparat według wynalazku może również zawierać inne zwykłe dodatki, które mogą występować w innych środkach do uzdatniania wody i rekultywacji gruntów.

Jeżeli przeprowadza się rekultywację silnie kwaśnych wód ewentualnie gruntów, wówczas preparat według wynalazku może również zawierać niewielkie ilości sody, Na2CO3. Soda może być dodawana w ilości do 20% w odniesieniu do ilości składnika C.

Poszczególne składniki mogą być dodawane do uzdatnianej wody albo wody pitnej lub do gruntujako mieszanina albo kolejno jeden po drugim. Możliwe jest również stosowanie najpierw składników B i C i ewentualnie sody, a później dodanie składnika A do wód lub do gruntów.

Preparat według wynalazku może być dodawany w każdy dowolny sposób. W przypadku niewielkich powierzchni wód i gruntów stosowanie preparatu może następować ręcznie, natomiast w przypadku dużych powierzchni jako korzystne okazały się postacie stosowania maszynowego, zwłaszcza drogą powietrzną. W przypadku uzdatniania wody pitnej preparat według wynalazku można celowo dodawać przed ewentualnym maszynowym odkwaszaniem albo filtrowaniem.

Dalszym przedmiotem wynalazkujest sposób uzdatniania wody, charakteryzujący się tym, że rozpuszcza się oddzielnie składnik B, CaCl2 i/albo Ca(NO3)2 i ewentualnie sole magnezu i składnik C, NaHCO3 i ewentualnie KHCO3 w H2O, roztwory miesza się z oczyszczaną wodą, a otrzymaną mieszaninę przepuszcza się przez CaCO3.

Aby nie zmniejszać aktywności składników B i C korzystne jest ciągłe mieszanie roztworów składników Bi C w odpowiednich stosunkach ilościowych z uzdatnianą wodą oraz przepuszczenie przez CaCO3. W korzystnej postaci wykonania CaCO3 występuje jako złoże wapniowe.

Jako korzystne okazało się dodawanie składników B i C do uzdatnianej wody proporcjonalnie do ilości. Korzystnie składniki B i C stosuje się w stosunkach ilościowych od 1 : 3 do 2: 1, korzystnie 1: 2,3 do 1 : 1,7, szczególnie korzystnie 1 : 2,1 do 1 : 1,9. Ilość stosowanego CaCO3 podczas przeprowadzania sposobu według wynalazku jest nieistotna. Uzdatnianą wodę, zawierającą składniki B i C, przepuszcza się przez CaCO3. CaCO3 rozpuszcza się w wodzie zgodnie z równowagą roztworu, nadmiar pozostaje jako substancja stała, np. w złożu nieruchomym.

Ilości produktów, dodawanych do wody w postaci składników B i C, oblicza się w prosty sposób z żądanego stopnia twardości i działania buforowego. W mieszaninie zawierającej 0,2 mola CaCO3 : 1 mol CaCl2 : 1,8 mola NaHCO3 uzyskano twardość wynoszącą l,3°dH, przy rn 081 zastosowaniu 100 mg mieszaniny na litr wody. Jednocześnie stężenie żelaza z 2,4 mg/l w wodzie surowej zmniejszyło się do 0,08 mg/l w wodzie uzdatnionej. W przypadku tego preparatu zwiększa się przewodność na 100 mg/l o 115 ± W pS/cm. Stopień aktywności wzrostu twardości w odniesieniu do sumy wapnia i magnezu ze składników A i B jest zależny od struktury wody surowej.

W zależności od potrzeby, szczególnie korzystne jest dozowanie łącznie 5 - 1500 mg/l preparatu. Najczęstsze dawki wynoszą między 50 a 300 mg/l. Na ogół minimalne wymagania odnośnie wody pitnej uzyskuje się przy 100 do 200 mg/1.

Dalszym przedmiotem wynalazku jest zastosowanie wyżej opisanego preparatu do uzdatniania kwaśnych i alkalicznych wód, zwłaszcza wód stojących i wody pitnej, którą np. otrzymuje się przez filtrowanie lub w zwykłych układach do uzdatniania wody. Ustawianie równowagi wapno - kwas węglowy następuje szybko.

Dalszym przedmiotem wynalazku jest sposób rekultywacji gruntów, zwłaszcza kwaśnych gruntów leśnych, z wykorzystaniem wyżej opisanego preparatu.

Przykład. Doświadczenia polowe wykazały, że wyżej opisany preparat w przypadku wód stojących, amianowicie stawów, znajdujących się w miejskich terenach rekreacyjnych, oraz stawów ogrodowych, wykazywał długoterminowo wartość pH wynoszącą 8,1.

Ponadto stwierdzono, że już po upływie trzech dni od wprowadzenia preparatu według wynalazku można było zaobserwować zmętnienie, które oznaczało ożywienie wód przez mikrorganizmy.

Badano mieszaninę o składzie:

A = 0,9, B = 2,4, C = 6,0 (proporcja ilości substancji), odpowiednio:

A:B:C = 1 : 2, 7 : 6,7, gdzie C = n(NaHCOa) + n(KHCOa).

Wyniki doświadczeń przedstawiono w tabeli 1

Tabela 1

Nr	Stosowane stężenie	Wyniki pomiarów
CaCl2	NaHCO3	KHCO3	CaCOs	Twardość natychmiast.	Alkaliczn. całko- wita	Wartość	po	Twardość po 48 h
mmol/1	°dH	mmol/1	mmol/1	mmol/1	mmol/1	°dH	mmol/1	2 h	5 h	24 h	. °dH
1	2,4	13,44	6,0	0	0,9	0,99	5,5	2,9	7,58	7,62	7,90	8,1
2	2,4	13,44	5,4	0,6	0,9	1,06	5,9	2,96	7,56	7,61	7,91	8,3
3	2,4	13,44	4,8	1,2	0,9	1,09	6,1	3,01	7,52	7,59	7,88	8,4
4	2,4	13,44	4,2	1,8	0,9	1,15	6,4	3,27	7,56	7,57	7,83	9,1
5	2,4	13,44	3,6	2,4	0,9	1,16	6,5	3,43	7,53	7,58	7,87	9,6
6	2,4	13,44	3,0	3,0	0,9	1,14	6,4	3,55	7,57	7,60	7,85	9,9
7	2,4	13,44	2,4	3,6	0,9	1,10	6,2	3,60	7,59	7,62	7,84	10,0

We wszystkich doświadczeniach temperatura wody wynosiła 22^OC.

Zmiana udziałów ilości wodorowęglanu sodu albo potasu dała nieoczekiwany skutek, a mianowicie taki, że wielkość twardości mierzona natychmiastowo po dodaniu preparatu w przypadku udziału KHCO3, wynoszącego 0,4, wykazuje maksimum. Również niespotykane są niskie twardości ogólne. Podczas gdy czysty chlorek wapnia wykazuje podczas rozpuszczania twardość odpowiadającą odważce, podczas rozpuszczania preparatu według wynalazku następuje jedynie częściowe podwyższanie twardości (efekt natychmiastowy ok. 40 do 110%, w odniesieniu do CaCh). Temu udziałowi twardości przeciwstawiona jest odpowiednia całkowita alkaliczność roztworu. Nieoczekiwanie stwierdzono, że podczas ustawiania równowagi według równowagi wapno - kwas węglowy (KKG) bardzo szybko zmniejsza się początkowy nadmiar całkowitej alkaliczności na korzyść wzrastającej całkowitej twardości. Ponieważ wzrostowi całkowitej twardości przeciwstawia się w końcu ekwiwalentna część całkowitej alkaliczności

177 081 (roztwór filtrowany), woda wskutek obróbki (wzrost stężenia Cl') nie wykazuje zwiększonej agresywności wobec substancji metalowych w rurociągach (C.L.Kruse, Korrosion, VCH).

Wartość pH wszystkich produktów zwiększa się ciągle z upływem czasu. Po upływie około 48 h, wartość pH we wszystkich produktach wynosi 8,2 ± 0,05. Ta stała w czasie wartość świadczy o stabilnym położeniu według KKG. Możliwość wymiany gazowej na powierzchni granicznej roztwór /powietrze zwiększa prędkość ustawiania równowagi.

Mimo, że prawie każdy preparat w zakresie opisanego preparatu służy do ustawiania wartości ApH mniejszego od 0,2 oraz współczynnika nasyceniaponiżej 0,2 (według DIN 38404C10), to jako szczególnie efektywna okazała się mieszanina 3 mmol CaCb, 6 mmol NaHCO3 i 0,6 mmol CaGOw w doświadczeuiu z wodądestylowaną,nasyconą OO2. Wyniki zestawion o poniżej

Na początku	po 1 h	po 24 h
pH	pH	pH	c(Ca²⁺) [mmol1]	KS4,3 [mmol/1]	SI; ApH
4,3	6,98	7,08	3,54	6,33	0,25; 0,16

Podczas przebiegu doświadczenia zarówno współczynnik nasycenia SI, jak i wartość ApH zbliżyły się szybko do wartości 0,10.

W stawie o powierzchni 1,44 ha przez rozsypanie 2 t mieszaniny o składzie 0,1 mmol CaCO3:1 mmol CaCU: 2 mmol NaHCO3, zwiększyła się twardość (współczynnik skuteczności około 90%), przy odpowiednim skutku buforowania i redukcji zawartości żelaza z około 0,55 mg/l do około 0,15 mg/l.

Doświadczenia w układzie CaCl2-NaHCO3 i CaCb-KHCOs wykazują, że wartość pH bez składnika A z upływem czasu znacznie obniża się. Wyniki przedstawiono w tabeli 2.

Tabela 2

c(CaCl2)	c(KHCO3)	wartość pH po 2 h	wartość pH po 5 h	wartość pH po 24h
2,4 mmoH	6 mmol/1	7,94	7,91	7,81
c(CaCl2)	c(NaHCO3)	wartość pH po 2 h	wartość pH po 5 h	wartość pH po 24 h
2,4 mmol/1	6 mmoli	7,92	7,91	7,83

Przez zastosowanie świeżo strąconych ilości CaCO3 ułatwia się szybkie ustawienie równowagi. Bez dodatku tej fazy stałej nie uzyskano porównywanej równowagi.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Preparat do uzdatniania wody i gruntu, znamienny tym, że zawiera

A - CaCO3, B - CaCl2 i/lub Ca(NO3)2 i ewentualnie sole magnezu, C - NaHCO3 i ewentualnie KHCO3, przy czym składniki A i B zawarte są w stosunku ilościowym od 0,1 : 1 do 2 : 1, a składnik B i C w stosunku ilościowym od 1 : 3 do 2 : 1.
2. Preparat według zastrz. 1, znamienny tym, że składnik B składa się z CaCh i/lub Ca(NO3)2 i soli magnezu z grupy chlorku, azotanu, węglanu, tlenku i siarczanu, przy czym CaCl2 i/lub Ca(NO3)2 i sole magnezu występują w stosunku ilościowym od 0,8 :1 do 10: 1, korzystnie 1 : 1 do 6 : 1.
3. Preparat według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawiera składnik A i składnik B w stosunku ilościowym od 1 : 1,3 do 1,3 : 1.
4. Preparat według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawiera składnik A i składnik B w stosunku ilościowym od 1 : 1,3 do 1 : 2.
5. Preparat według zastrz. 1, znamienny tym, że składnik C składa się z NaHCO3 i KHCO3, przy czym NaHCO3 i KHCO3 występują w stosunku ilościowym od 10 : 1 do 1 : 1.
6. Preparat według zastrz. 1, znamienny tym, że składnik A zawiera do 25% wag. MgCO3.
7. Preparat według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo zawiera Na2CO3 w ilości do 20%, w odniesieniu do ilości składnika C.
8. Sposób uzdatniania kwaśnych i alkalicznych wód, zwłaszcza wód stojących i wody pitnej, znamienny tym, że uzdatnioną wodę traktuje się preparatem zawierającym: A-CaCO3; B-CaCl2 i/lub Ca(NO3)2 i ewentualnie sole magnezu, C-NaHCO3 i ewentualnie KHCO3, przy czym składniki A i B w preparacie zawarte są w stosunku ilościowym od 0,1 : 1 do 2 : 1 a składniki B i C w stosunku ilościowym od 1 : 3 do 2 : 1.
9. Sposób uzdatniania wody według zastrz. 8, znamienny tym, że składniki B, CaCl2 i/albo Ca(NO3)2 i ewentualnie sole magnezu oraz składniki C NaHCO3 i ewentualnie KHCO3 rozpuszcza się oddzielnie w H2O, roztwory miesza się z oczyszczaną wodą, i otrzymaną mieszaninę przepuszcza się przez CaCO3.
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że stosuje się CaCO3 jako złoże nieruchome.
11. Sposób rekultywacji gruntu, zwłaszcza rekultywacji kwaśnych gruntów leśnych, znamienny tym, że rekultywane grunty traktuje się preparatem zawierającym: A-CaCO3, B-CaCb i/lub Ca(NO3)2 i ewentualnie sole magnezu, C-NaHCO3 i ewentualnie KHCO3, przy czym składniki A i B zawarte są w preparacie w stosunku ilościowym od 0,1 : 1 do 2 : 1 a składniki B i C w stosunku ilościowym od 1 : 3 do 2 : 1.