Системы водоподготовки: физическая и химическая водоподготовка 

В системах водоснабжения, отопления, охлаждения возникают отложения, затрудняющие движение воды и ухудшающие теплопередачу. Второй проблемой является коррозия.

Существующие системы водоподготовки можно разделить на две основные категории:

• Химическая (реагентная)
• Физическая (безреагентная)

Химическая (реагентная) водоподготовка

Подразумевает прямое добавление внутрь системы химических веществ, которые умягчают воду или подавляют коррозию.

Фосфатирование. Это система, в где кристаллы полифосфатов медленно растворяются в потоке воды, покрывая любые металлические части, которые контактируют с водой, тонкой пленкой. Эта пленка эффективно предотвращает образование отложений и коррозии на металлических трубах. Процесс дозирования автоматизирован, полифосфаты добавляются в воду пропорционально расходу воды. Воду после обработки нельзя использовать для питья и приготовления пищи.

Умягчитель воды (ионообменный фильтр). Это устройство, в где вода пропускается через мембрану, которая эффективно замещает кальций из воды на натрий из мембраны. Со временем все ионы натрия в мембране будут замещены. Чтобы вернуть способность мембраны к замещению ионов кальция натрием, ее необходимо регенерировать. Мембрану помещают в крепкий соляной раствор, при этом ионы натрия переходят из раствора в мембрану, а ионы кальция - в раствор. Во время регенерации устройством нельзя пользоваться.

После регенерации отработанный раствор сливают. Отработанный раствор относится к категории агрессивных жидкостей, его сброс нужно согласовывать в соответствующих организациях.

При нарушении сроков регенерации срок службы дорогостоящей мембраны значительно сократится.

К тому же умягченная вода не может растворить карбонатные отложения, их приходится регулярно очищать кислотой.

Также не приветствуется использование умягченной воды в системах центрального отопления, т.к. умягченная вода коррозионно активна.

Контроль над коррозией

В системах, содержащих воду, существуют два основных пути подавления коррозии:

• удаление кислорода из воды, механическая или химическая деаэрация;
• добавление ингибиторов коррозии.

Ингибиторы коррозии

Ингибитор коррозии это вещество, которое эффективно уменьшает степень коррозии в системе. Основные виды ингибиторов коррозии:

• пассивирующие (анодные) ингибиторы - образуют пленку оксидов на поверхности металла. Это лучшие ингибиторы, потому что расходуются в небольших количествах, их защитные пленки прочные и быстро восстанавливаются при повреждении.
• осадительные (катодные) ингибиторы - реагенты, которые образуют нерастворимые вещества, которые могут покрыть и защитить поверхность.
• адсорбирующие ингибиторы - поляризованные вещества, их заряды притягивают их к поверхности металла. Обычно это органические вещества.

Пассивирующие ингибиторы

Примерами пассивирующих (анодных) ингибиторов могут быть вещества, содержащие хроматы, нитриты, молибдаты (соли молибденовой кислоты) и ортофосфаты. Все они являются окислителями и способствуют пассивированию увеличивая электрический потенциал железа. Хроматы и нитриты не нуждаются в кислороде и это делает их наиболее эффективными. Однако из соображений безопасности здоровья и окружающей среды, использование хроматов и нитритов существенно сокращено.

Молибдаты и ортофосфаты тоже являются отличными пассиваторами. Хотя молибдаты это дорогой материал, они могут быть очень эффективным ингибитором, особенно в сочетании с другими химикатами.

Осадительные ингибиторы

Ортофосфаты - это хороший пример осадительного ингибитора, который демонстрирует двойное действие, действуя как анодный пассиватор и катодный осадитель.

Адсорбирующие ингибиторы

Адсорбирующие ингибиторы должны быть полярными, чтобы быть адсорбированными, например как амины. Часто эти молекулы обладают двойной функциональностью. В них содержится гидрофильная группа, которая адсорбируется в поверхность металла, а противоположная гидрофобная группа предотвращает последующий контакт металла с водой.

Силикаты

Многие годы силикаты использовались для подавления коррозии в водных растворах, особенно в системах с питьевой водой. Их механизм ингибирования еще не полностью изучен. Вероятнее всего они подавляют коррозию при помощи механизма адсорбции. Силикаты являются медленнодействующими ингибиторами, в некоторых случаях может потребоваться 2 - 3 недели для полной защиты системы.

Ингибиторы медной коррозии

Наиболее эффективными ингибиторами коррозии для меди и ее сплавов являются ароматические tria-zoles, такие как benzotriazole (BZT) и tolyltriazole (TTA). Эти компаунды (сложные структуры) образуют связи непосредственно с оксидом меди на поверхности металла, образуя хемсорбционную пленку.

Факторы, о которых не надо забывать

Чтобы действие ингибиторов коррозии было эффективным, им необходим контакт с поверхностью металла. Тогда защитная пленка на его поверхности будет стабильной. Поэтому перед обработкой системы надо предварительно ее очистить от отложений.

Эффективность подавления коррозии также зависит от концентрации ингибитора в воде.

Если в системе присутствуют трубы, оборудование из разных металлов, следует использовать продукты, содержащие комплекс ингибиторов для того чтобы достаточно защитить каждый металл системы. В дополнение к таким часто используемым металлам и сплавам как железо, медь, сталь и латунь, следует подумать и об алюминии.

Обычно этот метал защищен пленкой оксида алюминия, которая предотвращает возникновение коррозии в воде (или на воздухе), но под воздействием кислоты или сильных щелочей пленка оксида алюминия разлагается, обнажая металл. Некоторые виды воды создают щелочную среду в системе центрального отопления, что приводит к коррозии алюминия и образованию сопутствующих газов. С ростом числа систем центрального отопления, содержащих алюминий, все разумнее становится применение нейтральных (не кислых и не щелочных) ингибиторов коррозии.

Физическая (безреагентная) водоподготовка

Как видно из названия, эта группа устройств функционирует без расходных материалов. Часть из них использует для работы электропитание, другие обходятся и без него. В эту категорию входит много устройств, которые можно разделить на группы:

• постоянные магниты;
• электромагниты;
• электронные;
• электролитические;
• электростатические.

Все эти устройства эффективно меняют поведение воды. При использовании этих устройств уменьшается уровень отложений или увеличивается интервал между очистками системы. Некоторые из устройств способны даже удалять из системы существующие отложения.

По существу, физические ингибиторы отложений, магнитные, электролитические или электронные, работают схожим образом, меняя поведение природных солей в воде так, что они остаются в растворе, а не на стенках труб.

Постоянные магниты

Это наиболее простое из устройств этого класса. Представляет из себя группу постоянных магнитов, соединенных между собой. Проходящая через устройство вода обрабатывается магнитным полем. Магнитное поле заставляет воду накапливать электростатические заряды, что приводит к временным изменениям в форме кристаллов солей. Оно изменяет их форму с обычного прямоугольного параллелепипеда на иглоподобную структуру, которая более подвержена вымыванию из системы, чем прилипанию к поверхностям.

Для работы не требуется питания и расходных материалов. Устройство врезается в систему. Существуют разработки, устанавливаемые на трубу без врезок в систему.

Модели подбираются по диаметру и потоку воды. Есть ограничения по температуре воды.

Электромагнитные

Подобны системам с постоянными магнитами, но обладают более мощным магнитным полем и служат дольше. Обычно должны быть установлены очень близко к котлу, т.к. они обрабатывают только воду, протекающую через них. Если поток остановится, накопление воды зарядами прекратится до тех пор, пока движение воды не начнется снова.

В отличие от магнитных могут работать на больших потоках воды и при более высоких температурах, но дороже магнитных и требуют тщательной очистки внешней поверхности трубы в месте установки.

Электронные

Электронные системы водоподготовки отличаются тем, что их работа не зависит от скорости потока воды. Высокочастотный сигнал оказывает воздействие на воду на молекулярном уровне при помощи установленного поверх трубы устройства. Воздействие на воду оказывается 24 часа в сутки в обоих направлениях, по и против потока воды, обрабатывая одновременно всю воду в системе.

Высокочастотный радиосигнал изменяет характеристики кристаллизации солей в воде, предотвращая образование новых отложений.

Некоторые устройства этой группы способны удалять старые отложения и вызывать эффект пассивирования в металлах труб, предотвращая коррозию.

Электролитические

Небольшой электрический ток, проходя через воду, эффективно меняет молекулярную структуру образующихся кристаллов отложений, предотвращая образования жестких отложений на котлах, трубах. Эта система модифицирует физические свойства ионов, но химической реакции не происходит. В водном растворе соли кальция, магния и некоторые другие соли частично ионизированы и поэтому на них влияет электромагнитное или электростатическое поле. Увеличение степени ионизации ионов в растворе снижает образование отложений.

Электростатические

Кинетическая энергия движущегося потока воды создает заряд, который передается в воду. Это нарушает стабильность частиц в воде, которые находятся в состоянии равновесия, обладая равными зарядами. Нейтрализуя заряды и нарушая равновесное состояние смеси устройство заставляет частицы выпадать в осадок, увлекая за собой вещества, которые могут образовать накипь. Устройство вызывает раннее, неконтролируемое осаждение небольших, не полностью сформировавшихся кристаллов. Таким образом предотвращается образование жестких отложений, а мягкий шлам вымывается из системы.

Предоставлено компанией Гидрофлоу