Szukasz systemu uzdatniania wody? Sprawdź produkty dostępne w sklepie internetowym lub napisz do eksperta!


Dekarbonizacja wody jest procesem, który znajduje swoje zastosowanie w sektorze przemysłowym, ale i w gastronomii. Na czym polega dekarbonizacja wody? Kiedy jest potrzebna? Jakie są metody dekarbonizacji wody?

W dzisiejszym artykule będzie o zagadnieniu, które jest powiązane z tematem twardej wody. Dekarbonizacja należy od odmian zmiękczania wody. Chętnie korzysta z niej wiele lokali gastronomicznych, jednak jest to również konieczność w wielu gałęziach przemysłu. Skoro jest to temat związany z twardością wody, to warto zrobić krótkie przypomnienie związane z tym pojęciem, by lepiej zrozumieć dekarbonizację oraz jej działanie.

Twardość wody – od tego trzeba zacząć

W artykule: Czym jest twarda woda i jak ją zmiękczyć? opisywałem dokładnie na czym polega to zjawisko. Występowanie twardej wody w Polsce jest naprawdę częste. Choć wysoki stopień nie stanowi zagrożenia dla zdrowia, to jednak powoduje duże straty związane z energią, gorszy stan techniczny, większe koszty. Te konsekwencje dotyczą tak samo gospodarstw domowych, jak i sektora przemysłowego. Z tego względu tak bardzo ważne jest zabezpieczanie instalacji wodnych oraz urządzeń korzystających z wody przed twardą wodą.

Najczęściej mówimy o ogólnej twardości wody. Jest to cecha wody, będąca sumarycznym zbiorem jonów wapnia i magnezu występujących we wszystkich możliwych połączeniach z innymi związkami chemicznymi. Na twardość ogólną wody składa się twardość węglanowa, zwana także przemijającą oraz twardość niewęglanowa (nieprzemijająca).

Twardość węglanowa, czyli przemijająca, jest twardością wywoływaną poprzez wodorowęglan wapnia (Ca(HCO3)2 ) oraz wodorowęglan magnezu (Mg(HCO3)2). Przy ogrzewaniu wody, pod wpływem temperatury, dochodzi do rozkładu wodorowęglanów do form nierozpuszczalnych węglanów. Jest to dobrze znany kamień kotłowy, o którym szczegółowe informacje można znaleźć w artykule: Co musisz wiedzieć o kamieniu kotłowym? Przyczyny, usuwanie, zapobieganie Poniżej przedstawiam jak to wygląda w zapisie reakcji:

Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2 + H2O

Mg(HCO3)2 → MgCO3↓ + CO2 + H2O

Do usunięcia twardości węglanowej wystarczy jedynie podgrzanie. Jest to więc proces bardzo prosty, co podkreśla sama nazwa twardości przemijającej. Kamień kotłowy z łatwością osadza się na ściankach przewodów, przez które przepływa woda oraz dnie zbiorników, tworząc coraz to większą warstwę. Już 1 mm osadu powoduje straty energii sięgające nawet 10%. Jest to zjawisko szczególnie niebezpieczne dla właściwej pracy bojlerów, kotłów grzewczych, grzałek.

Przeciwieństwem twardości węglanowej jest twardość niewęglanowa, nieprzemijająca. Jest to rodzaj twardości, na który składają się głównie sole wapnia i magnezu. W znaczącej części są to siarczany oraz chlorki. Rezultatem ich występowania jest tak zwany kamień gipsowy. Wspomniane sole mogą występować naturalnie lub wtórnie, na przykład powstawać podczas gotowania wody. Jest to rodzaj twardości, który utrzymuje się nawet po przegotowaniu wody.

Czym jest dekarbonizacja wody?

Dekarbonizacja wody należy do procesów zmiękczania. Polega na redukcji wyłącznie twardości węglanowej wody całkowicie lub częściowo, w zależności od potrzeb. Inaczej rzecz ujmując w ten sposób można pozbyć się zasadowości ogólnej.

Gdzie wykorzystuje się dekarbonizację wody?

Proces dekarbonizacji wody jest wykorzystywany w przygotowaniu wody kotłowej (Kotły parowe – oszczędności wynikające z instalacji systemów uzdatniania wody), do uzyskania odpowiednich parametrów wody wykorzystywanej w wieżach chłodniczych (przeczytaj: Woda chłodnicza do chłodni wentylatorowych, Uzdatnianie wody do wież chłodniczych i klimatyzacji) . Dekarbonizacja przygotowuje również wodę technologiczną do wielu gałęzi przemysłu spożywczego i browarnictwa (Jakość wody w browarnictwie – jaka woda jest potrzebna do warzenia piwa?, Uzdatnianie wody produkcyjnej do sektora spożywczego).

Dekarbonizacja pozwala uzyskać wodę, która nie pozostawi po sobie kamienia kotłowego, nie będzie przyczyniała się do szybszego powstawania korozji czy osadów biologicznych (przeczytaj: Biocydy – jaki wybrać? Cena, gdzie kupić?).

Dekarbonizacja wody znajduje swoje zastosowanie również w gastronomii. Filtry służące temu procesowi są montowane przy piecach konwekcyjno-parowych do ich ochrony przed kamieniem kotłowym. To również metoda wykorzystywana w piekarniach nie tylko do ochrony urządzeń, ale również uzyskania wody o wymaganym do wypieków stopniu twardości. Dekarbonizacja ma niemałe znacznie dla uzyskania wody niezbędnej do parzenia kawy. Zbyt mała twardość węglanowa wody sprawia, że woda jest kwaśna, nie nadaje się do picia. Z kolei zbyt duża mocno spłaszcza smak i aromat. Idealną twardość węglanową kawy szacuje się na 3-4 dH (stopnie niemieckie). Więcej o parzeniu kawy dowiecie się z artykułu: Aromatyczna kawa jak z najlepszej kawiarni? Kluczowa jest jakość wody

Znane metody dekarbonizacji wody

Istnieje kilka sposobów dekarbonizacji wody. Możemy wyróżnić dekarbonizację:

  • Termiczną
  • Chemiczną (z udziałem wapna lub kwasu)
  • Z wykorzystaniem wymiany jonowej

Dekarbonizacja termiczna

W procesie dekarbonizacji termicznej węglany są rozkładane pod wpływem temperatury w wysokości 90-100 stopni Celsjusza. Przebieg jest następujący:

Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2 + H2O

Mg(HCO3)2 → MgCO3 + CO2 + H2O

MgCO3 + H2O → Mg(OH)2↓ + CO2

Dekarbonizację termiczną przeprowadza się w specjalnych reaktorach, a proces trwa od kilku do kilkudziesięciu minut. W taki sposób można przygotować wodę do zasilania kotłów o niskim i średnim ciśnieniu. Niekiedy dekarbonizacja termiczna jest procesem wstępnym, przygotowującym wodę do jej dalszego zmiękczania metodą strąceniową lub jonitową.

Dekarbonizacja wody wapnem

Proces ten polega na dawkowaniu do wody wody wapiennej lub mleka wapiennego. W reaktorze zachodzi proces strącania i usuwania osadu. Proces dekarbonizacji wapnem może trwać zróżnicowany czas. Wszystko jest zależne od warunków – twardości wody przeznaczonej na dekarbonizację, zawartości związków organicznych, zastosowanej temperatury, sposobu mieszania wody z reagentem. Na zimno może trwać kilka godzin, a przy uzyskaniu temperatury 100 °C zaledwie 10 minut.

W procesie dekarbonizacji wapnem dodany do wody wodorotlenek wapniowy najpierw wchodzi w reakcję z dwutlenkiem węgla, a dopiero później z wodorowęglanem wapniowym. Wygląda to w sposób następujący:

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 ↓+ H2O

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O

Skuteczność metody dekarbonizacji wapnem jest zależna od parametrów wody surowej, która ma zostać poddana temu procesowi. Nie w każdym przypadku będzie to możliwe. Niekiedy konieczne jest zastosowanie innych metod. Dekarbonizacja wapnem jest stosowana między innymi do przygotowania wód chłodniczych. Można ją zastosować także jako proces wstępny do oczyszczania wody z podwyższonej twardości węglanowej przed dalszym procesem zmiękczania wody.

Dekarbonizacja kwasem

Inną metodą jest dekarbonizacja kwasem. W żargonie uzdatniania wody nazywa się to również szczepieniem kwasem. W tym procesie dochodzi do zamiany twardości węglanowej na równoważną twardość niewęglanową. W tej metodzie do wody dodawany jest mocny kwas mineralny (solny lub siarkowy). Poniżej przebieg reakcji z kwasem solnym:

Ca(HCO3)2 + 2HCl → CaCl2 + 2CO2 + 2H2O

Mg(HCO3)2 + 2HCl → MgCl2 + 2CO2 + 2H2O

Metoda dekarbonizacji kwasem jest stosowana wyłącznie do uzyskania wody chłodniczej dodatkowej lub obiegowej. W tej metodzie bardzo ważne jest skrupulatne pilnowanie dawek kwasu. Zbyt duża ilość mogłaby skutkować wystąpieniem właściwości korozyjnych wody. W reakcji dekarbonizacji kwasem powstaje ditlenek węgla, który musi zostać usunięty przed wprowadzeniem wody chłodzącej do obiegu.

Dekarbonizacja z udziałem wymiany jonowej

Proces wymiany jonowej oparty jest o wymienną adsorpcję. W dekarbonizacji wody wykorzystywane są jonity słabo kwaśne z wodorowym jonem wymiennym. W zapisie chemicznym reakcja wygląda tak:

2KtH + Ca(HCO3)2 → Kt2Ca + 2H2O +2CO2

2KtH + Mg(HCO3)2 → Kt2Mg + 2H2O + 2CO2

Należy pamiętać, że jest to zapis uproszczony, w którym K oznacza kationit. Dla wymieniaczy wodorowych dołączony jest wodorowy jon wymienny K1H, a dla wymieniaczy sodowych KtNa.

Taka dekarbonizacja wody jest stosowana przy dużym stężeniu węglanów wapnia i magnezu. Jeśli twardość węglanowa i niewęglanowa są porównywalne lub w przypadku, gdy twardość niewęglanowa jest większa, lepiej zastosować całkowite zmiękczanie wody na silnie kwaśnym kationicie sodowym (czyli tak jak działają dobrze znane zmiękczacze wody. Opis: Jak działa zmiękczacz wody?).

Przed filtrami do dekarbonizacji, wykorzystującym w działaniu wymianę jonową, należy zastosować wstępną filtrację wody. W tym celu stosuje się filtry mechaniczne, które zatrzymują wszelkie cząstki sedymentacyjne, jakie mogą przedostać się wraz z wodą do wnętrza urządzenia. Brak odfiltrowania zanieczyszczeń mechanicznych może doprowadzić do spadku skuteczności w działaniu oraz do awarii.