SK281411B6

SK281411B6 - Prípravky na úpravu vody a pôd a ich použitie

Info

Publication number: SK281411B6
Application number: SK800-96A
Authority: SK
Inventors: Thomas Willuweit
Original assignee: Thomas Willuweit; S�Ll Peter
Priority date: 1993-12-30
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 2001-03-12
Also published as: CZ195196A3; NO313093B1; BR9408436A; CZ289326B6; ES2129802T3; AU679313B2; NO962737L; FI962617A; DE4344926C1; FI962617A0; SI0737169T1; JP3679807B2; NZ277813A; US6419836B1; EP0737169B1; SK80096A3; EP0737169A1; DK0737169T3; ATE176894T1; ZA9410362B

Abstract

Prípravky na úpravu vody a pôd, obsahujúce A. uhličitan vápenatý, B. chlorid vápenatý a/alebo dusičnan vápenatý a prípadne horečnaté soli, C. kyslý uhličitan sodný a prípadne kyslý uhličitan draselný, kde sú zložky A a B prítomné v pomeroch molárnych množstiev 0,1 : 1 až 2 : 1 a zložky B a C v pomeroch molárnych množstiev 1 : 3 až 2 : 1.ŕ

Description

Oblasť techniky

Predložený vynález sa týka prípravku na úpravu vody, obzvlášť stojatých vôd a pitnej vody, napríklad pitnej vody, ktorá sa získa v úpravárskych zariadeniach a na sanáciu kyslých pôd.

Doterajší stav techniky

Príprava pitnej vody a rekultivácia vôd predstavuje v priemyselnej spoločnosti stále väčší problém. Známym problémom je okysľovanie vôd, to znamená, že pôsobením kyslých vtokov, kyslých dažďov alebo prítokom kyslých zložiek pôd klesá pH hodnota vôd. Nízkou hodnotou pH vôd sa poruší prirodzená rovnováha pH týchto vôd, k tomu pristupuje i to, že pri nízkych hodnotách pH sa ľahšie rozpúšťajú soli ťažkých kovov, čím sa silne zvyšuje obsah iónov ťažkých kovov, škodlivých pre živé organizmy. Ďalej sa pri nízkych hodnotách pH rozpúšťa vodné potrubie z kovov. Celkovo vedie silné zníženie, prípadne silné zvýšenie pH hodnôt vôd, najmä stojatých vôd k strate samočistiacej schopnosti týchto vôd a konečne k pomalému odumieraniu.

Ďalším problémom je, že kyslé vody trpia často príliš nízkou vápenatou tvrdosťou, čo vedie k ďalšiemu oslabeniu biologickej aktivity týchto vôd.

Tiež pitná voda s príliš vysokou, prípadne nízkou hodnotou pH a príliš nízkou vápenatou tvrdosťou vedie k poškodzovaniu zdravia. Často nedosahuje pitná voda, pripravená vo zvyčajných upravárenských zariadeniach, zákonodarcom predpísané hodnoty pH, potrebnú vápenatú tvrdosť a pufrovaciu kapacitu, a tak nemôže byť dodávaná spotrebiteľovi. Hodnota pH môže byť podľa nariadenia o pitnej vode medzi 6,5 a 9,5.

Na zvýšenie hodnoty pH a vápenatej tvrdosti kyslých vôd sa zvyčajne používa vápno, uhličitan vápenatý. Zo štúdií však vyplýva, že sa vápno usadzuje vo vrstve na dne vôd a nemá tam už žiaden účinok na zvýšenie pH.

V prípade silne kyslých vôd, negatívne ovplyvňovaných hlavne prítokom kyslých priemyselných vôd, sa v niektorých prípadoch používa hydroxid sodný. Prídavok hydroxidu sodného spôsobí iba neutralizáciu, nevedie však k zvýšeniu tvrdosti vody a ani pufrovacia kapacita sa nezlepší, takže sa nedosiahne oživenie vody.

Ďalší prostriedok, ktorý sa používa na zvýšenie pH hodnoty vôd a/alebo pôdy, je uhličitan sodný, Na₂CO₃, sóda. Prídavok sódy vedie ku krátkodobému úspechu. Neprispieva k zvýšeniu tvrdosti vody. Riziko poškodenia oživených sedimentov lokálnou prebytočnou alkalizáciou je značné.

Úlohou predloženého vynálezu je dať k dispozícii prípravok, ktorým je možné dlhodobo sanovať silne kyslé, prípadne silne alkalické vody a pôdy, to znamená obzvlášť poskytnúť stabilnú pH hodnotu v rozsahu od 6,5 do 9,5 spolu s dostatočnou vápenatou tvrdosťou.

Podstata vynálezu

Predmetom predloženého vynálezu je tak prípravok na úpravu vody a sanáciu pôd, ktorý obsahuje

A. uhličitan vápenatý,

B. chlorid vápenatý a/alebo dusičnan vápenatý, prípadne horečnaté soli,

C. kyslý uhličitan sodný a prípadne kyslý uhličitan draselný, kde zložky A a B sú prítomné v pomeroch molárnych množstiev 0,1 : 1 až 2 : 1 a zložky B a C v pomeroch molámych množstiev 1: 3 až 2 :1.

Prekvapujúco bolo objavené, že sa pri použití prípravku podľa vynálezu ako vo vodách, tak i v pôdach dosiahne stabilná hodnota pH medzi 6,5 a 9,5, zároveň sa zvýši vápenatá tvrdosť a získa sa stabilná pufrovacia kapacita. Všeobecne a dokonca i v prípade silne kyslých vôd bolo pri použití prípravku podľa vynálezu už po niekoľkých dňoch zistené výrazné oživenie vôd mikroorganizmami. To je o to prekvapujúcejšie, že zložky B, menovite CaCl₂, prípadne Ca(NO₃)₂, a pripadne horečnaté soli pri rozpúšťaní vo vode reagujú rovnako kyslo. Prekvapujúce je tiež, že použitím klesajú vysoké hodnoty pH vo vodách a napriek tomu dochádza k zvýšeniu tvrdosti a pufrovacej kapacity oproti kyselinám. Bolo zistené, že sa kovy nechajú v značnej miere vyzrážať a že sa pritom zachytia tiež koloidné suspendované čiastočky. Ďalej bolo pozorované, že humínové kyseliny tvoria agregáty, čím sa znižujú ich mobilizačné vlastnosti voči kovom.

Ako zložky prípravku podľa vynálezu sú vhodné všetky akosti bežne dodávané v obchode. Vápenaté soli, ktoré bežne dostať v obchode, sa získavajú z prirodzene sa vyskytujúcich minerálov a môžu obsahovať primiešaniny iných zložiek, ktoré ale spravidla neovplyvňujú účinky prípravku podľa vynálezu. Napríklad môžu byť v súlade s prirodzene sa vyskytujúcim zložením obsiahnuté tiež horečnaté soli. Pokiaľ sa má prípravok použiť na úpravu pitnej vody, sú výhodné kvality so stupňom čistoty vhodným na tento účel, obzvlášť zložky v analytickej kvalite.

Ako zložka A sa môže použiť každá ľubovoľná kvalita uhličitanu vápenatého, ktorú dostať v obchode. Ako obzvlášť priaznivý sa osvedčil čerstvo vyzrážaný uhličitan vápenatý. Pri veľmi jemnozmnej kvalite (priemer asi 1 pm) stačí veľmi malý obsah uhličitanu vápenatého (množstvový podiel látky od 0,01 do 0,1 vzťahujúc na množstvo látky B). Zložka A môže obsahovať až do 25 % hmotnostných uhličitanu horečnatého. Obsah uhličitanu horečnatého by však nemal byť príliš vysoký, pretože vzniká nebezpečenstvo príliš vysokého alkalizačného účinku s následkom nastupujúcej dekarbonizácie, a tým vyzrážanie vápna (pokles tvrdosti). To je v diametrálnom rozpore so zmyslom vynálezu.

Ako zložka B sa môžu použiť ľubovoľné vápenaté soli ako chloridy a dusičnany alebo ich zmesi, pričom výhodný je chlorid vápenatý. I keď vápenaté soli vo vode vykazujú hodnotu pH v kyslej oblasti, dosiahne sa prídavkom tejto zložky stabilná hodnota pH v rozmedzí 6,5 až 9,5. Výber týchto vápenatých solí nie je obmedzený na žiadne špeciálne kvality, je možné použiť všetky ľubovoľné vápenaté soli, bežné v obchode. Pokiaľ sa majú prípravky podľa vynálezu použiť na sanáciu pôd, ukázalo sa ako obzvlášť výhodné, ak sa ako zložka B použije zmes chloridu vápenatého, až do 10 % hmotnostných dusičnanu vápenatého a horečnaté soli, hlavne zo skupiny chlorid, dusičnan, uhličitan, oxid a síran, pričom sa pomery molárnych množstiev vápenatých solí k horečnatým soliam môžu meniť v širokých medziach a výhodne je 0,8 : 1 až 10 : 1, obzvlášť výhodne 1 : 1 až 6 : 1.

Pomer molárnych množstiev zložiek A a B je spravidla 0,1 : 1 až 2 : 1, výhodne 1 : 1,3 až 1,3 : 1. Pokiaľ sa majú upravovať alkalické vody, potom je zložka B výhodne v prebytku, pomer molárnych množstiev je potom výhodne 1 : 1,3 až 1 : 2.

Ako tretiu zložku obsahuje prípravok kyslý uhličitan sodný. Ako ďalšia zložka môže byť prípadne prítomný kyslý uhličitan draselný. Tiež v tomto prípade sa môžu po2

SK 281411 Β6 užiť bežné obchodné výrobky každej kvality. Kyslý uhličitan draselný sa použije najmä vtedy, ak sa majú ošetrovať prírodné vody alebo pôdy chudobné na obsah draslíka. V tomto prípade sa použijú kyslý uhličitan sodný a kyslý uhličitan draselný v pomere molámych množstiev 10 : 1 až 1:1. Kyslý uhličitan draselný sa môže použiť tiež v prebytku, to je však z nákladových dôvodov menej výhodné.

Zložky B a C sa zvyčajne použijú v pomeroch molárnych množstiev 1 : 3 až 2 : 1, výhodne 1 : 2,3 až 1 : 1,7, obzvlášť výhodne 1 : 2,1 až 1 : 1,9.

Prípravok podľa vynálezu môže obsahovať ďalšie bežné prísady, ktoré môžu byť obsiahnuté v iných prostriedkoch na úpravu vody a na sanáciu pôd.

Pokiaľ sa majú sanovať silne kyslé vody alebo pôdy, potom môžu prípravky podľa vynálezu obsahovať tiež malé množstvá sódy Na₂CO₃. Sóda sa môže pridať až do 20 % hmotn., vzťahujúc na hmotnosť zložky C.

Jednotlivé zložky sa môžu k sanovaným vodám, prípadne pitnej vode alebo pôdam pridávať ako zmes alebo postupne. Tiež je možné použiť najprv zložky B a C, a prípadne sódu a zložku A dávkovať neskôr nad vodami alebo pôdou.

Aplikácia prípravkov podľa vynálezu sa môže vykonávať ľubovoľným spôsobom. V prípade malých vodných plôch alebo malej výmery pôd sa môže aplikácia vykonávať ručne, pri veľkých plochách sa dobre osvedčili strojné formy aplikácie, obzvlášť tiež pomocou vzduchu. Pri úprave pitnej vody sa môžu prípravky podľa vynálezu pridávať do úpravárskeho zariadenia účelne pred prípadným mechanickým odkyslením alebo filtráciou.

Ďalším predmetom predloženého vynálezu je spôsob úpravy vody, ktorý sa vyznačuje tým, že sa zložky B, chlorid vápenatý a/alebo dusičnan vápenatý a prípadne horečnaté soli, a C, kyslý uhličitan sodný a prípadne kyslý uhličitan draselný, oddelene rozpustia vo vode, roztoky sa zmiešajú s čistenou vodou a získaná zmes sa vedie cez uhličitan vápenatý.

Aby sa nepriaznivo neovplyvnila aktivita zložiek B a C, je výhodné miešať roztoky zložiek B a C v zodpovedajúcich látkových množstvových pomeroch plynulé s upravovanou vodou a viesť ich cez uhličitan vápenatý. Vo výhodnej forme vyhotovenia je uhličitan vápenatý prítomný v podobe vápenatého lôžka.

Ako výhodné sa ukázalo pridávanie zložiek B a C k upravovanej vode úmerne ich množstvu. Výhodne sú zložky B a C prítomné v pomeroch molámych množstiev 1 : 3 až 2 : 1, výhodne 1 : 2,3 až 1 : 1,7, obzvlášť výhodne 1 : 2,1 až 1 : 1,9. Množstvo použitého uhličitanu vápenatého nie je pri vykonávaní spôsobu podľa vynálezu významné. Spracovávaná voda obsahujúca zložky B a C sa vedie cez uhličitan vápenatý. Uhličitan vápenatý sa vo vode rozpúšťa spôsobom zodpovedajúcim rovnováhe v roztoku, prebytok zostáva ako pevná látka, napríklad v pevnom lôžku.

Množstvo látok pridaných k vode vo forme B a C sa vypočíta jednoducho z požadovaného stupňa tvrdosti a pufrovacej schopnosti. Pri použití zmesi 0,2 mólu uhličitanu vápenatého : 1 mólu chloridu vápenatého : 1,8 mólu kyslého uhličitanu sodného sa dosiahne tvrdosťou 1,3° dH pri použití 100 g zmesi na liter vody. Zároveň poklesla koncentrácia železa z 2,4 mg/1 v neupravenej vode na 0,08 mg/1 v upravenej vode. S týmto prípravkom stúpne vodivosť na 100 mg/1 o 115 ± 10 pS/cm. Stupeň účinnosti z hľadiska tvrdosti vzťahujúc na súčet vápnika a horčíka zo zložiek A a B je závislý od vlastností neupravovanej vody.

Podľa potreby je zvlášť účelné dávkovanie celkom 5 - 1 500 mg/1 prípravku. Najčastejšie dávky sú medzi 50 a

300 mg/1. Všeobecne sa splnia minimálne požiadavky na pitnú vodu dávkou 100 až 200 mg/1.

Ďalším predmetom predloženého vynálezu je použitie opísaného prípravku na úpravu kyslých a alkalických vôd, hlavne stojatých vôd a pitnej vody, ktorá sa získa napríklad filtráciou a z bežných úpravárskych zariadení. Nastavenie rovnováhy vápno - kyselina uhličitá prebieha rýchlo.

Ďalším predmetom je použitie opísaného prípravku na sanáciu pôd, obzvlášť kyslých lesných pôd.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Z poľných pokusov vyplýva, že opísané prípravky v prípade stojatých vôd, napríklad nádrží v mestských zariadeniach a v záhradných rybníkoch, dlhodobo nastavujú hodnotu pH 8,1.

Okrem toho bolo zistené, že už po troch dňoch po vnesení prípravku podľa vynálezu bolo možné pozorovať zakalenie, ktorého príčinou je oživenie vôd mikroorganizmami.

Posudzuje sa zmes so zložením v rozsahu:

A = 0,9, B = 2,4, C = 6,0 (podiely látkových množstiev), zodpovedajúce:

A: B : C = 1 :2,7 : 6,7, kde C = n(NaHCO₃) + n(KHCO₃).

Výsledky pokusov uvádza tabuľka 1.

Tabuľka 1

Č.	Použitá koncentrácia
CaCl₂		NaHCO₃	KHCO₃	CaCO₃
mmól/1	°dH	mmól/1	mmól/1	mmól/1
1	2,4	13,44	6,0	0	_0>9
2	2,4	13,44	5,4	0,6	0,9
3	2,4	13,44	4,8	1,2	'0,9
4	2,4	13,44	4,2	1,8	0,9
5	2,4	13,44	3,6	2,4	0,9
6	2,4	13,44	3,0	3,0	0,9
7	2,4	13,44	2,4	3,6	0,9

Tabuľka 1 (dokončenie)

Č.	Výsledky merania
Okamžitá tvrdosť	°dH	Celková alkalita	Tvrdosť
Hodnota pH po	po 48 h.
mmól/1	mmól/1	2 h.	5 h.	24 h.	°dH
1	0,99	5,5	2,9	7,58	7,62	7,90	8,1
2	1,06	5,9	2,96	7,56	7,61	7,91	8,3
3	1,09	6,1	3,01	7,52	7,59	7,88	8,4
4	1,15	6,4	3,27	7,56	7,57	7,83	9,1
5	1,16	6,5	3,43	7,53	7,58	7,87	9,6
6	1,14	6,4	3,55	7,57	7,60	7,85	9,9
7	1,10	6,2	3,60	7,59	7,62	7,84	10,0

Teplota vody pri všetkých pokusoch je 22 °C.

Zmeny podielu látkového množstva kyslého uhličitanu sodného, prípadne draselného priniesli prekvapujúci výsledok, podľa ktorého miera okamžitého účinku na tvrdosť vykazuje maximum pri podiele kyslého uhličitanu draselného vo výške 0,4. Nižšia výsledná celková tvrdosť je rovnako nezvyčajná. Zatiaľ čo čistý chlorid vápenatý po rozpustení vyvoláva účinok na tvrdosť zodpovedajúcu navážke, dochádza pri rozpustení prípravkov podľa vynálezu len k čiastočnej úprave tvrdosti (okamžitý efekt asi 40 až 110 %, vzťahujúc na chlorid vápenatý). Tomuto podielu tvrdosti zodpovedá príslušná celková alkalita roztoku. Pre3

SK 281411Β6 kvapujúco bolo zistené, že v priebehu nastavovania rovnováhy vápno - kyselina uhličitá (KKG) počiatočný prebytok celkovej alkality klesá veľmi rýchlo v prospech stúpajúcej celkovej tvrdosti. Pretože vzostupu celkovej tvrdosti zodpovedá ekvivalentná časť celkovej alkality (filtrovaný roztok!), nevykazuje voda po ošetrení (vzostup koncentrácie Cl’) žiadnu zvýšenú agresivitu voči kovovým materiálom vo vodných potrubiach (C. L. Kruse, Koroze, VCH).

Hodnota pH pri všetkých aplikáciách stúpa kontinuálne s časom. Po asi 48 hodinách je hodnota pH vo všetkých aplikáciách 8,2 ±0,05. Táto hodnota je konštantná v čase a vypovedá o stabilnej polohe podľa KKG. Možnosť výmeny plynnej fázy na ploche rozmedzí roztok/vzduch zvyšuje rýchlosť nastavenia rovnováhy.

Hoci takmer každý prípravok v rámci opísaného rozsahu zloženia dosahuje nastavenie hodnoty delta - pH nižšiu ako 0,2 a index nasýtenia nižší ako 0,2 (podľa DIN 38404 C10), ukázala sa zmes z 3 mmólov chloridu vápenatého, 6 mmólov kyslého uhličitanu sodného a 0,6 mmólu uhličitanu vápenatého v pokuse s destilovanou vodou nasýtenou oxidom uhličitým ako zvlášť efektívne. Výsledky sú uvedené v nasledujúcej tabuľke:

Na začiatku	Po 1 hod.	Po 24 hod.
PH	PH	PH	c(Ca²⁺) (mmól/1)	KS4,3 (mmól/1)	SI delta pH
4,3	6,98	7,08	3,54	6,33	0,25 0,16

V priebehu pokusov sa priblížila ako hodnota indexu nasýtenia SI, tak i delta hodnoty pH rýchlo hodnote 0,10.

V rybníku veľkosti 1,44 ha bola rozptýlením 2 t zmesi z 0,1 mmól uhličitanu vápenatého : 1 mmól chloridu vápenatého : 2 mmól kyslého uhličitanu sodného zvýšená tvrdosť so stupňom účinnosti asi 90 % pri zodpovedajúcej pufrovacej schopnosti a redukcii obsahu železa z asi 0,55 mg/1 na asi 0,15 mg/1.

Pokusy so systémami chlorid vápenatý - kyslý uhličitan sodný a chlorid vápenatý - kyslý uhličitan draselný ukázali, že hodnota pH bez zložky A s časom výrazne klesá. Výsledky sú uvedené v nasledujúcej tabuľke 2.

Tabuľka 2

c(CaCl₂)	c(KHCO₃)	Hodnota pH
po 2 hod.	po 5 hod.	po 24 hod.
2,4 mmól/1	6 mmól/1	7,94	7,91	7,81
		Hodnota pH
c(CaCl₂)	cíNalICOj)	po 2	po 5	po 24
		hod.	hod.	hod.
2,4 mmól/1	6 mmól/1	7,92	7,91	7,83

C. kyslý uhličitan sodný a prípadne kyslý uhličitan draselný, kde zložky A a B sú prítomné v pomere molámych množstiev 0,1 : 1 až 2 : 1 a zložky B a C v pomere molámych množstiev 1 : 3 až 2 : 1.

2. Prípravky podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že zložka B pozostáva z chloridu vápenatého a/alebo dusičnanu vápenatého a horečnatých solí zo skupiny chlorid, dusičnan, uhličitan, oxid alebo síran, pričom pomery molámych množstiev chloridu vápenatého a/alebo dusičnanu vápenatého a horečnatých solí môžu byť 0,8 : 1 až 10 : 1, obzvlášť výhodne 1 : 1 až6 : 1.

3. Prípravky podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúce sa tým, že zložka A a zložka B sú v pomere molámych množstiev 1 : 1,3 až 1,3 : 1.

4. Prípravky podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúce sa tým, že zložka A a zložka B sú v pomere molámych množstiev 1 : 1,3 až 1 : 2.

5. Prípravky podľa niektorého z nárokov 1 až 4, vyznačujúce sa tým, že zložka C pozostáva z kyslého uhličitanu sodného a kyslého uhličitanu draselného, pričom kyslý uhličitan sodný a kyslý uhličitan draselný sú v pomere molámych množstiev 10 : 1 až 1 :1.

6. Prípravky podľa niektorého z nárokov 1 až 5, vyznačujúce sa tým, že zložka A obsahuje až 25 % hmotnostných uhličitanu horečnatého.

7. Prípravky podľa niektorého z nárokov 1 až 6, vyznačujúce sa tým, že dodatočne obsahujú uhličitan sodný v množstve až 20 %hmotn., vzťahujúc na látkové množstvo zložky C.

8. Použitie prípravkov podľa niektorého z nárokov 1 až 7 na úpravu vody, pri ktorej sa zložky B, chlorid vápenatý a/alebo dusičnan vápenatý a prípadne horečnaté soli, a C, kyslý uhličitan sodný a prípadne kyslý uhličitan draselný, oddelene rozpustia vo vode, roztoky sa zmiešajú s čistenou vodou a získaná zmes sa vedie cez uhličitan vápenatý·

9. Použitie podľa nároku 8, pri ktorom je uhličitan vápenatý prítomný v podobe pevného lôžka.

10. Použitie prípravkov podľa niektorého z nárokov 1 až 6 na úpravu kyslých a alkalických vôd, obzvlášť stojatých vôd a pitnej vody.

11. Použitie prípravkov podľa niektorého z nárokov 1 až 6 na sanáciu pôd, obzvlášť kyslých lesných pôd.

Koniec dokumentu

S využitím kvality čerstvo vyzrážaného uhličitanu vápenatého sa uľahčí rýchle dosiahnutie rovnováhy. Bez prídavku týchto pevných fáz sa nedosiahne porovnateľná rovnováha.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Prípravky na úpravu vody a pôd, vyznačujúce sa tým, že obsahujú

A. uhličitan vápenatý,

B. chlorid vápenatý a/alebo dusičnan vápenatý a prípadne horečnaté soli,