Próba zmiękczania wody podziemnej w procesie krystalizacji heterogenicznej w złożu fluidalnym z użyciem ługu sodowego

• Autorzy: Markowicz P. , Olsińska U.

Warianty tytułu

EN

Attempt at softening of groundwater by heterogeneous crystallization in the fluidized bed using sodium hydroxide

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Twardość wody, powodowana obecnością jonów wapnia i magnezu, nie jest czynnikiem stanowiącym zagrożenie zdrowia konsumentów. Jednakże woda o podwyższonej twardości może nie być akceptowana przez odbiorców z powodu wytrącania się osadów i wówczas zmniejszenie twardości wody staje się koniecznym warunkiem komfortu jej użytkowania. Zmiękczanie wody może być prowadzone na drodze chemicznej lub fizycznej, w takich procesach jak wymiana jonowa, procesy membranowe, strącanie chemiczne czy krystalizacja. Możliwości zmiękczania wody podziemnej metodą krystalizacji heterogenicznej, łącznie z usuwaniem związków żelaza i manganu, określono doświadczalnie w stacji pilotowej, której podstawowym elementem był reaktor ze złożem fluidalnym z piasku kwarcowego, pełniącego rolę zarodków krystalizacji węglanu wapnia. Twardość ogólna wody podziemnej wynosiła 160÷166 gCaCO3/m3, zawartość żelaza – 0,44÷0,66 gFe/m3, a manganu – 0,16÷0,23 gMn/m3. Do zmiękczania wody zastosowano ług sodowy (NaOH), dawkowany w ilości odpowiadającej w przybliżeniu dawce stechiometrycznej wymaganej do usunięcia jonów wapnia. W badaniach pilotowych nad zmiękczaniem wody podziemnej w procesie krystalizacji heterogenicznej z użyciem ługu sodowego wykazano możliwość zmniejszenia twardości ogólnej wody o 40% przy użyciu dawki NaOH o połowę mniejszej od stechiometrycznej. Stwierdzono selektywne usuwanie jonów wapnia, przy stosunkowo niewielkim zmniejszeniu zawartości jonów magnezu, a także jednoczesne usunięcie z wody związków żelaza i manganu. Przeprowadzona analiza porównawcza procesu krystalizacji heterogenicznej i nanofiltracji potwierdziła przydatność obu procesów do zmniejszania twardości wody wprowadzanej do systemu dystrybucji oraz jej negatywnych skutków.

EN

Hardness of water caused by calcium and magnesium salts does not pose any health risk to consumers. However, harder water may not be widely accepted due to the build-up of scale deposits. Hence, hardness reduction becomes a critical factor of water usage comfort. Water hardness may be reduced via chemical or physical processes, such as ion exchange, membrane processes, stripping or crystallization. Potential application of heterogeneous crystallization to groundwater hardness reduction, including iron and manganese removal, was determined empirically at the pilot station with fluidized bed reactor of arenaceous quartz, serving as a nuclei of crystallization for calcium carbonate. Total hardness of groundwater was ranging from 160 to 166 gCaCO3/m3, the iron content – from 0.44 to 0.66 gFe/m3, while the manganese – from 0.16 to 0.23 gMn/m3. Sodium hydroxide (NaOH) was used for the purpose of water softening, at the amount close to the stoichiometric dose required for the calcium ion removal. Pilot studies on groundwater softening using the heterogeneous crystallization with sodium hydroxide revealed a possibility to reduce the total water hardness by 40% at the half stoichiometric point. Selective calcium ion removal was demonstrated with relatively small reduction in magnesium content. Iron and manganese cations were co-removed. A comparative analysis of heterogeneous crystallization and nanofiltration confirmed suitability of the both processes for hardness reduction of water entering the distribution system and elimination of its adverse effects.

Słowa kluczowe

PL

woda podziemna; oczyszczanie wody; twardość ogólna; zmiękczanie wody; złoże fluidalne; wodorotlenek sodu; krystalizacja; węglan wapnia; wapń; magnez; żelazo; mangan; nanofiltracja

EN

groundwater; water treatment; total hardness; water softening; fluidized bed; crystallization; sodium hydroxide; calcium carbonate; calcium; magnesium; iron; manganese; nanofiltration

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 40, nr 2
• Strony: 51--54
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Markowicz P.

• AQUA SEEN Spółka z o. o., ul. Siennicka 29, 04–394 Warszawa

autor

Olsińska U.

• AQUA SEEN Spółka z o. o., ul. Siennicka 29, 04–394 Warszawa

Bibliografia

• 1. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z 7 grudnia 2017 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Dziennik Ustaw RP 2017, poz. 2294.
• 2. WHO Guidelines: Quality for Drinking Water, Vol. 1, Recommendations. WHO, 4th Ed., Geneva 2011.
• 3. J. HOFFMAN, O. KRAMER, J. P. van der HOEK, M. NEDERLOF, M. GROENENDIJK: Twenty years of experience with central softening in the Netherlands: Water quality – environmental benefits – costs. Proc. of the International Symposium on Health Aspects of Calcium and Magnesium in Drinking Water, Washington D.C. 2006, pp. 1–11.
• 4. U. OLSIŃSKA, A. OLSIŃSKI: Zastosowanie procesu krystalizacji heterogenicznej w uzdatnianiu twardych wód podziemnych. W: J. A. OLESZKIEWICZ, M. M. SOZAŃSKI [red.]: Zaopatrzenie w wodę i jakość wód, PZITS Oddział Wielkopolski, Poznań 2002, ss. 639–648.
• 5. J.C . van DIJK, D. A. WILMS: Water treatment without waste materials – fundamentals and state of the art of pellet softening. Journal of Water STR – Aqua 1991, Vol. 40, No. 5, pp. 263–280.
• 6. A. GIESEN, H. ERWEE, R. WILSON, M. BOTHA, S. FOURIE: Experience with crystallization as sustainable, zero-waste technology for treatment of wastewater. Proc. of the International Mine Water Conference, Cilla Taylor Conference, South Africa 2009, pp. 401–406.
• 7. J. SNEDECOR, T. PETERS, M. LARSEN: Pellet softening: Hardness, iron and manganese removal. Proc. of the conf. Water – our Heritage, our Legacy, PNWS-AWWA Conference, Vancouver, Washington 2008.
• 8. S. GHIZELLAOUI, A. CHIBANI, S. GHIZELLAOUI: Use of nanofiltration for partial softening of very hard water. Desalination 2005, Vol. 179, No. 1–3, pp. 315–322.
• 9. O. LABBAN, C. LIU, T.H. CHONG, J. H. LIENHARD V: Fundamentals of low-pressure nanofiltration: Membrane characterization, modeling, and understanding the multi-ionic interaction in water softening. Journal of Membrane Science 2017, Vol. 521, pp. 18–32.
• 10. C. LIU, R. SHI, R. WANG: Crosslinked layer-by-layer polyelectrolyte nanofiltration hollow fi membrane for pressure water softening with the presence of SO42 – in feed water. Journal of Membrane Science 2015, Vol. 486, pp. 169–176.
• 11. S. E. H. COMSTOCK, T. H. BOYER, K. C. GRAF: Treatment of nanofiltration and reverse osmosis concentrates: Comparison of precipitative softening, coagulation, and anion exchange. Water Research 2011, Vol. 45, pp. 4855–4865.
• 12. A. GORENFLO, D. VALAZQUEZ-PADRON, F. H. FRIMMEL: Nanofiltration of a German groundwater of high hardness and NOM: Performance and costs. Desalination 2002, vol. 145, pp. 293–298.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).