W artykułach przedstawię podstawowe informacje dotyczące jakości wody, istotne z punktu widzenia jej zachowań w czasie transportu i magazynowania, a następnie spróbuję odnieść się do poszczególnych zastosowań.

Systemy dystrybucji wody eksploatowane przez przedsiębiorstwa wodociągowe powinny zapewnić utrzymanie odpowiedniej jakości wody od momentu, kiedy opuszcza ona stacje uzdatniania wody, do momentu odbioru jej przez konsumenta. Oznacza to, że jakość wody pozostaje stabilna, a materiały, z jakimi spotyka się w czasie transportu i ewentualnego magazynowania, nie ulegają niekorzystnym zmianom pogarszającym ich trwałość, a także wpływającym niekorzystnie na jakość transportowanej wody.

Podobne wymagania stawiają użytkownicy instalacji centralnego ogrzewania, ciepłej wody użytkowej czy też instalacji wody użytkowanej jako czynnika chłodzącego. We wszystkich przypadkach podstawowymi czynnikami decydującymi o spełnieniu tych wymagań są parametry jakościowe wody oraz rodzaj materiału, z jakim pozostaje ona w kontakcie.

Spróbujmy więc zrekapitulować podstawowe informacje dotyczące jakości wody, istotne z punktu widzenia jej zachowań w czasie transportu i magazynowania, a następnie odnieść je do poszczególnych zastosowań. Zgodnie z klasyfikacją Chandlera [1, 2] określającą wpływ składu wody na szybkość korozji należy brać pod uwagę następujące parametry: pH, zawartość gazów rozpuszczonych (tlenu i dwutlenku węgla), zawartość soli rozpuszczonych (z podziałem na jony agresywne, jony metali i jony nieagresywne) oraz całkowitą ilość substancji rozpuszczonych.

Parametry

  • pH – w zakresie 4,5-9,0, a więc wartości najczęściej występujące w wodach naturalnych pH, nie wywiera istotnego wpływu na szybkość korozji.
  • Tlen rozpuszczony jako efektywny depolaryzator katodowy jest czynnikiem przyspieszającym korozję, jego korozyjny charakter rośnie ze wzrostem stężenia. Przy bardzo wysokich stężeniach może mieć miejsce pasywujące działanie tlenu, chociaż jednoczesna obecność jonów agresywnych (np. chlorków) uniemożliwia takie działanie.
    Z praktycznego punktu widzenia należy więc przyjąć, że wzrost stężenia tlenu rozpuszczonego powoduje wzrost szybkości korozji. Jednocześnie warto przypomnieć, że całkowity brak tlenu rozpuszczonego w wodzie sieci dystrybucyjnej wodociągów może prowadzić do niekorzystnych zmian jakości powodowanych beztlenowymi procesami mikrobiologicznymi pogarszającymi własności organoleptyczne wody.
  • Dwutlenek węgla może wpływać na szybkość korozji bezpośrednio jako źródło jonów wodorowych, a pośrednio ograniczając tworzenie się na powierzchni rurociągu ochronnej warstwy węglanu wapniowego. Można przyjąć, że w pH > 4,0 dwutlenek węgla nie występuje w postaci gazowej, lecz głównie w postaci wodorowęglanów lub węglanów. Ta jego część, która jest niezbędna dla utrzymania w roztworze wodnym rozpuszczonego wodorowęglanu wapnia, zgodnie z równaniem:
    Ca(HCO3)2 ↔ CaCO3 + H2O + CO2
    nazywana jest dwutlenkiem węgla równowagi, natomiast jego nadmiar w stosunku do dwutlenku węgla równowagi określany jest mianem agresywnego dwutlenku węgla, który wykazuje agresywne działanie w stosunku do stali lub betonu.
  • Mianem jonów agresywnych określane są jony chlorkowe i siarczanowe, utrudniają bowiem tworzenie warstewek ochronnych na powierzchni rurociągów, a nawet mogą niszczyć stan pasywny (jony chlorkowe). Według PN [3] korozja sieci wzmaga się, jeśli stężenie chlorków przekracza 150 mg/l, a siarczanów 250 mg/l.
  • Jako jony nieagresywne wymienia się jony wapnia, magnezu i wodorowęglany – inhibitują korozję. Według PN [3] inhibitujące działanie tych jonów zależy od prędkości przepływu wody: przy prędkości przepływu poniżej 0,5 m/s twardość wapniowa i zasadowość ogólna nie powinny być niższe niż 2,14 mval/l, przy prędkościach wyższych wartość tych parametrów powinna wynosić co najmniej 0,71 mval/l. Wzrost zasadowości wody może zrekompensować niekorzystne korozyjne działanie jonów chlorkowych i siarczanowych [2].
  • Ogólna mineralizacja wody rozumiana jest jako ilość rozpuszczonych soli – w oparciu o to kryterium rozróżnia się wody słodkie o mineralizacji do 1000 mg/l i wody mineralne – mineralizacja > 1000 mg/l. Wielkość zasolenia ma wpływ głównie na szybkość korozji układów bimetalicznych. Przyjmuje się, że przewodnictwo właściwe < 1000µS/cm oznacza słabsze własności korozyjne [2].

Na koniec warto zwrócić uwagę na wpływ temperatury wody na intensywność korozji, co ma szczególne znaczenie dla wodociągów ujmujących wody powierzchniowe. W wyższych temperaturach zmniejsza się wprawdzie rozpuszczalność tlenu, ale jednocześnie zwiększa się szybkość dyfuzji tlenu do powierzchni metalu, co ma istotny wpływ na szybkość korozji [2]. Oznacza to, że szybkość korozji zależna jest od sezonowych zmian temperatury i pociąga za sobą konieczność zwiększania dawek inhibitorów korozji w miesiącach letnich.

Ważne są pomiary

W praktyce ocenę zagrożeń wynikających z kontaktu transportowanej wody z powierzchnią rurociągów opiera się na wynikach oznaczeń wykonywanych w laboratoriach zakładów wodociągowych, stacjach sanitarno-epidemiologicznych i innych wyspecjalizowanych laboratoriach. Pomiary pH, temperatury czy zawartości tlenu rozpuszczonego dają szybką i jednoznaczną informację, natomiast zawartość jonów agresywnych (chlorków i siarczanów) i nieagresywnych (wapnia i magnezu) oraz ich wzajemne relacje mające wpływ na ocenę agresywności i/lub korozyjności wody wymagają szerszego omówienia.

Twardość ogólną wody tworzy suma zawartości jonów wapnia i magnezu występujących w połączeniu z jonami wodorowęglanowymi (twardość węglanowa) oraz w połączeniu z jonami chlorkowymi i siarczanowymi (twardość niewęglanowa).

Dla uproszczenia pomijamy w tym omówieniu rzadziej występujące przypadki obecności innych jonów tworzących część twardości węglanowej lub niewęglanowej. Twardość wyrażano do niedawna w stopniach niemieckich (ºn), a obecnie najczęściej w miligramorównoważnikach/l (mval/l), lub w mg CaCO3/l, przy czym 1 mval/l odpowiada 50 mg CaCO3/l, lub 2,8 ºn. Twardość węglanowa określana jest niekiedy jako twardość przemijająca, usuwana w wyniku przegotowania wody zgodnie z równaniami reakcji:

Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + H2O + CO2

Mg(HCO3)2 → MgCO3 + H2O + CO2

MgCO3 + H2O → Mg(OH)2 ↓ + CO2

Pozostająca po przegotowaniu część twardości ogólnej określana jest jako twardość stała.

Kwasowość i zasadowość

W tym kontekście warto przypomnieć jeszcze takie własności wody jak jej zasadowość i kwasowość. Jako zasadowość wody określa się jej zdolność do zobojętniania kwasów mineralnych. W wodach o pH < 8,3 zasadowość wody praktycznie równa jest jej twardości węglanowej. Z kolei zdolność do zobojętniania silnej zasady określana jest jako kwasowość wody, odpowiadająca w przybliżeniu zawartości wolnego dwutlenku węgla.

Stabilność wody

Stabilność chemiczna wody oceniana jest w oparciu o stan równowagi węglanowo-wapniowej. Woda stabilna nie powoduje wytrącania się osadu węglanu wapnia, ani takiego osadu nie rozpuszcza. Naruszenie tej równowagi może prowadzić albo do wytrącania się węglanu wapnia (CaCO3) i tworzenia warstw ochronnych świadczącego o braku własności agresywnych, albo do zapobiegania ich wytrącaniu lub rozpuszczaniu już utworzonych świadczącym o własnościach agresywnych badanej wody. Do oceny stanu równowagi węglanowo-wapniowej badanej wody i jej własności agresywnych wykorzystuje się tzw. indeks nasycenia i obliczane na jego podstawie indeksy Langeliera i Ryznera.

Indeks nasycenia pHs można wyliczyć w oparciu o uproszczony wzór:

pHs = (9,3 +A + B) – (C + D),

w którym poszczególne współczynniki są funkcjami całkowitej zawartości soli rozpuszczonych w wodzie (A), temperatury wody (B), twardości wapniowej wody (C) i zasadowości ogólnej wody (D). Wartości tych współczynników wyznacza się z tabeli [1, 2].

Tabela ze współczynnikami do obliczania indeksu nasycenia pHs

W oparciu o wartość indeksu nasycenia pHs i wartość pH badanej wody można ocenić jej stabilność w oparciu o indeks Langeliera JL:

JL = pH – pHs,

przy czym jeśli:

JL < 0, woda zawiera agresywny dwutlenek węgla i ma własności agresywne,

JL = 0, woda jest stabilna, tj. nie jest agresywna, ale też nie ma tendencji do wytrącania CaCO3,

JL > 0, woda ma tendencję do wytrącania CaCO3, jest nieagresywna.

Charakterystyka wody w oparciu o indeks Ryznera wyliczany wzorem:

JR = 2 pHs – pH

pozwala uznać za w pełni stabilne wody o JR mieszczącym się w przedziale 6,25-6,75. Przy JR poniżej 6 woda ma tendencję do wytrącania CaCO3, natomiast przy JR > 7 jest wyraźnie agresywna [1, 2].

Relacje pomiędzy agresywnością a korozyjnością wody są następujące: wody agresywne są zawsze korozyjne, ale wody nieagresywne wykazujące tendencję do wytrącania CaCO3 mogą być korozyjne z powodu obecności czynników zapobiegających tworzeniu się warstw ochronnych CaCO3. Tymi czynnikami są wymienione na wstępnie agresywne jony chlorkowe i siarczanowe.

Do oceny korozyjności wody został opracowany indeks Larsona (IL) określający zależność korozyjności od zasadowości wody oraz zawartości chlorków i siarczanów:

IL = {2 [SO42-] + [Cl-]}/[HCO3-],

gdzie:

[SO42-] – stężenie jonów siarczanowych [mmol/l],

[Cl-] – stężenie jonów chlorkowych [mmol/l],

[HCO3-] – stężenie jonów wodorowęglanowych [mmol/l].

Ocena korozyjności wody w oparciu o indeks Larsona jest następująca [2]:

IL < 0,8 – chlorki i siarczany nie oddziałują na naturalnie wytworzoną warstewkę ochronną;

1,0 <IL < 1,2 – w układzie może mieć miejsce korozja, gdyż jony chlorkowe i siarczanowe mogą oddziaływać na naturalnie utworzoną warstewkę ochronną;

IL > 1,2 woda ma wyraźne własności korozyjne, które rosną ze wzrostem wartości indeksu.

Z powyższego wynika, że własności korozyjne wody rosną ze wzrostem zawartości jonów chlorkowych i siarczanowych, a maleją ze wzrostem zasadowości wody. Kończąc omawianie czynników określających wpływ jakości wody na powierzchnie materiałów pozostających z nią w kontakcie, spróbujmy omówić je w odniesieniu do poszczególnych zastosowań.

W kolejnym artykule przyjrzymy się wodzie w wodociągowych sieciach dystrybucyjnych, w systemach chłodniczych, grzewczych…

dr Sławomir Biłozor

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij