Szénsav

A víz szénsav-tartalma és annak eltávolítása

1. A VÍZ SZÉNSAV-TARTALMA

A természetes vizek mindig tartalmaznak oldott széndioxidot, CO₂-t. A CO₂ a vizekbe elsősor-ban a levegő CO₂-tartalmának beoldódásával kerül. A CO₂ a vízben részben fizikailag, részben kémiailag oldódik. A kémiai oldódás eredménye a szénsav, H₂CO₃.

CO₂ + H₂O = H₂CO₃ (1)

A vízben oldott szénsav egy része (az egyensúlyi CO₂) segít oldatban tartani a kalcium- és mag-nézium-hidrogénkarbonátot, míg az ennél több szénsavat tartalmazó víz a kőzeteket alkotó mész-követ, dolomitot lassan oldja.

CaCO₃ + H₂CO₃ = 2Ca(HCO₃)₂ (2)
MgCO₃ + H₂CO₃ = 2Ca(HCO₃)₂ (3)

Az itt keletkező sók adják a víz keménységét.
A vízben található szénsav formációkat az alábbi táblázat foglalja össze.

ÖSSZES CO₂
SZABAD CO₂		KÖTÖTT CO₂
AGRESSZÍV CO₂	EGYENSÚLYI CO₂	BIKARBONÁTKÉNT KÖTÖTT CO₂	KARBONÁTKÉNT KÖTÖTT CO₂

A víz pH-ját a

SZABAD CO₂ : BIKARBONÁTKÉNT KÖTÖTT CO₂(4)

arány határozza meg.
Ebből az következik, hogy minden egyes lúgossági értékhez¹ hozzátartozik egy konkrét egyensúlyi pH-érték. Ha a pH ennél alacsonyabb, azaz a víz több CO₂-t tartalmaz, a felesleget nevezzük agresszív szénsavnak.

A pH közelítő számítására szolgál a Tillmans-képlet.

(5)

A képlet grafikus ábrázolását láthatjuk a 2. ábrán. Vegyük észre, hogy a táblázat vízszintes ten-gelyén a (4) tört reciproka szerepel.

2. ábra

Az egyensúlyi pH teljes pontossággal pl. a Hoover-Langelier féle nomogrammal² határozható meg, mely figyelembe veszi a sótartalom és a hőmérséklet hatását is az egyensúlyi pH ra. A nomogram a szakirodalomban megtalálható. A számítások célja majd minden esetben a szénsav-tartalom agresszív részének meghatározása.

2. AZ OLDOTT CO₂- ELTÁVOLÍTÁSA

Az oldott szénsav eltávolítását a vízkezelésben savtalanításnak, vagy neutralizációnak is nevezik. Ezek az eljárások fizikai, vagy kémiai módszerek. Elvileg 3 savtalanítási módszer áll rendelke-zésünkre.

Gáztalanítás vagy kilevegőztetés
Neutralizáció lúgos reagensek hozzáadásával
Neutralizáció lúgosan oldódó ásványi anyagokon történő átszűréssel.

2.1. Gáztalanítás

Ha a víz érintkezik a légkörrel, a víz és a levegő CO₂-tartalma a diffúzió révén idővel egyensúly-ba kerül. A folyamat jelentősen felgyorsítható a két közeg intenzív érintkeztetésével, az erre a célra szolgáló ún. hideg gáztalanítókkal³. Ez nem jelent teljes neutralizációt, a maradék szabad CO₂ mennyisége 8-20 mg/l szokott lenni, a gáztalanító konstrukciójától függően.
A gáztalanításnál a CO₂ deszorpciója mellett a levegő oxigénjének adszorpciója is bekövetkezik. Ez sok esetben kifejezetten előnyös, pl. amikor a következő lépés a víz vas-mangántalanítása.
A gáztalanítási eljárás elsősorban nagy vízmennyiségek és magas CO₂-tartalom esetén előnyös.

2.2. Lúgos reagensek hozzáadása

(1) Mésztej adagolás

2CO₂ + Ca(OH)₂ = Ca(HCO₃)₂ (6)

Ez a reakció elsőként játszódik le a hagyományos meszes reaktorokban is, ezért kell a mészfogyasztás számításánál az oldott CO₂-t is figyelembe kell venni.

(2) Nátronlúg adagolás

CO₂ + NaOH = NaHCO₃ (7)

A nátronlúg adagolása előnyös lehet kismennyiségű maradék CO₂ eltávolítására, pl. RO-berendezések tápvizéből.

(2) Szóda adagolás

CO₂ + Na₂CO₃ + H₂O = 2NaHCO₃ (8)

A szóda adagolása a nátronlúghoz hasonló hatású, de kedvező, hogy kisebb a túllúgosítás veszélye.

Ezeknek az eljárásoknak közös sajátossága, hogy növelik a víz sótartalmát.

2.3. Szűrés lúgosan oldódó ásványi anyagokon

Erre a célra a természetben található karbonátos ásványokat vagy kőzeteket, vagy az azokból előállított készítményeket használjuk. Valamennyi karbonátos kőzet üledékes eredetű. A legfon-tosabbakat az alábbi táblázat foglalja össze.

Kémiai név	Képlet	Ásványtani név	Kereskedelmi vagy triviális elnevezések
Kalciumkarbonát	CaCO₃	kalcit, aragonit	Calcite, márvány, mészkő
Magnéziumkarbonát	MgCO₃	magnezit	magnezit
Kalcium-magnéziumkarbonát	CaMg(CO₃)₂	dolomit	dolomit, murva

A fenti ásványok közül savtalanításra gyakorlatilag csak a márványt használjuk. Tömött kristály-szerkezete miatt lassan oldódik, ami véd a túllúgosítástól, de nagy mennyiség, kis áramlási se-besség alkalmazását, tehát a nagyméretű készülékeket teszi szükségessé.
Az ásványok kiégetésével jóval nagyobb lúgosságú és aktivitású termékeket nyerhetünk.

Eredeti ásvány	Az égetett termék képlete	Kereskedelmi vagy triviális elnevezések	Megjegyzés
Márvány, mész-kő	CaO	Égetett mész	Az oltódási reakció miatt szűrésre nem alkalmas.
magnezit	MgO	Corosex, Magno, magnézia	Fennáll a túllúgosítás veszélye.
dolomit	MgO•CaCO3	Fermago, Neutralite, Magno	Félig égetett dolomitnak is nevezik.

A hazai gyakorlatban a

Márvány < Fermago < Corosex

sor használata minden igényt kielégít. Az oldódási sebesség, tehát az aktivitás balról jobbra nő. A tiszta MgO (Corosex, Magnó) aktivitása akkora, hogy sok esetben szűrőkaviccsal, vagy más inert szűrőanyaggal kell hígítani. Általában az egészséges kompromisszumot a Fermago használata jelenti.