Nejnavštěvovanější odborný web
pro stavebnictví a technická zařízení budov

Úprava vody s využitím vodního skla

29.12.2014

Ing. Tomáš Kučera, Ph.D., Ing. Renata Biela, Ph.D., Ing. Zdeněk Zelený, Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí

Recenzovaný

Článek se zabývá možností využití sodného vodního skla při odstraňování chromu a fosforu ze surové vody. K ověření účinnosti chemikálie byla provedena série laboratorních pokusů s cílem zjistit vhodné dávkování a pracovní postup k odstranění vybraného znečištění.

Vodní sklo je bezbarvá, průhledná, sklovitá látka komerčně dostupná ve formě prášku, či jako transparentní, viskózní vodný roztok. Z pohledu chemie se jedná o křemičitan sodný, křemičitan draselný nebo jejich kombinaci. Surovinami pro výrobu křemičitanů jsou křemenný písek (nebo jiné zdroje bohaté na oxid křemičitý), alkalické uhličitany, např. uhličitan sodný (Na₂CO₃) nebo potaš (K₂CO₃) a hydroxidy alkalických kovů (NaOH, KOH, LiOH aj.). Vlastnosti vodního skla mohou být využívány v mnoha různorodých aplikacích, neboť křemík z něj se rychle mění na biologicky aktivní kyselinu orthokřemičitou (rozpuštěný křemičitan). Významnými oblastmi použití vodního skla jsou v současnosti výroba pracích prostředků, výroba celulózy a papíru a stabilizace půdy.

V rámci experimentů probíhajících v laboratoři Ústavu vodního hospodářství obcí FAST VUT v Brně bylo využito vodního skla při odstraňování trojmocného chromu z modelové vody. Kromě toho bylo cílem zjistit i množství odstraněného fosforu. K odstranění znečišťujících látek z vody byla použita laboratorní metoda nazvaná sklenicová optimalizační zkouška, někdy též jar test, který pomáhá k nastavení základních parametrů na úpravnách vody.

Koncentrace chromu v modelové vodě byla nadávkována přibližně dvojnásobná oproti koncentraci specifikované ve vyhlášce č. 252/2004 Sb., kterou se v ČR stanoví hygienické požadavky na pitnou a teplou vodu a četnost a rozsah kontroly pitné vody. Ta udává nejvyšší mezní hodnotu koncentrace chromu v pitné vodě 50 μg/l. Zvýšená koncentrace fosforu byla do modelové vody vpravena obdobně, jelikož však vyhláška č. 252/2004 Sb. hodnoty fosforu nestanovuje, byla využita hodnota z aktualizační poznámky k této vyhlášce z listopadu 2005 (1 až 2 mg/l). Přesné hodnoty nadávkovaných látek byly zjištěny v laboratoři společnosti ALS Czech Republic, s.r.o. Jako pomocným kritériem při stanovování vhodných dávek vodního skla pro redukci chromu a fosforu z modelové vody byla hodnota zákalu.

Tab. 1 Naměřené hodnoty při dávkování vodního skla
vzorek	surová voda			dávka	rychlé míchání		pomalé míchání		zákal à 60 min [ZF]	chrom à 60 min [mg/l]	fosfor à 60 min [mg/l]
vzorek	pH [–]	zákal [ZF]	teplota [°C]	vodní sklo [ml]	rychlost [rpm]	doba [min]	rychlost [rpm]	doba [min]	zákal à 60 min [ZF]	chrom à 60 min [mg/l]	fosfor à 60 min [mg/l]
1	7,85	2,32	27,5	0,030	150	2	40	20	1,84	0,0292	1,710
3				0,080					1,79	0,0338	1,730
5				0,130					1,80	0,0322	1,720
7				0,180					1,73	0,0216	1,690
9				0,230					0,45	0,0025	1,030
11				0,280					0,37	0,0026	0,759
13				0,330					0,33	0,0023	0,570
15				0,380					0,32	0,0018	0,112
17				0,500					0,32	0,0023	0,641

Pro získání potřebného množství dat bylo provedeno testování sedmnácti různých dávek sodného vodního skla. Dávky se pohybovaly v rozsahu od 0,030 ml do 0,500 ml vodního skla do 1 litru nachystané modelové vody. Před začátkem pokusů proběhla homogenizace obsahu v plastovém barelu. Homogenizace proběhla protřesením plastového barelu obsahujícího modelovou vodu po dobu přibližně 2 minut. Následovalo rychlé míchání s rychlostí 150 otáček za minutu po dobu 2 minut a pomalé míchání se 40 otáčkami za minutu po dobu 20 minut. Poté probíhala 60 minut sedimentace. Po skončení sedimentace byl změřen zákal a byly odebrány vzorky upravené vody pro stanovení trojmocného chromu a fosforu v akreditované laboratoři.

Obr. 1 Závislost odstranění chromu na dávce vodního skla

Obr. 2 Závislost odstranění fosforu na dávce vodního skla

Provedené pokusy na modelové vodě prokázaly schopnost vodního skla odstranit znečišťující látky z vody. Při dávkách vodního skla vyšších jak 0,205 ml/l modelové vody byly zbytkové koncentrace trojmocného chromu o řád nižší než při dávkách vodního skla do 0,205 ml/l modelové vody. Zbytková koncentrace fosforu se zvyšujícími se dávkami vodního skla klesala od dávky 0,130 ml do dávky 0,355 ml vodního skla přibližně lineárně, nejnižší hodnota koncentrace fosforu (0,112 mg/l) pak byla naměřena při dávce vodního skla 0,380 ml/l modelové vody. Rovněž zákal je pomocí vodního skla velmi dobře odstranitelný, se zvyšujícími se dávkami vodního skla se zákal snižuje, od dávky vodního skla 0,305 ml/l modelové vody pak zůstává konstantní. Pro srovnání byl při odstraňování zákalu použit i tradičně používaný koagulant, a to tekutý síran hlinitý. Při jeho cenovém porovnání s vodním sklem vychází optimální dávka sodného vodního skla cenově levněji (tab. 2).

Obr. 3 Sklenicová zkouška – výsledek experimentu

Tab. 2 Porovnání cen použitých chemikálií
	sodné vodní sklo	tekutý síran hlinitý
Cena bez DPH [Kč/kg]	4,60	15,10
Hustota [kg/m³]	1 420	1 310
Cena bez DPH [Kč/m³]	6 532	19 781
Cena bez DPH [Kč/ml]	0,007	0,020
Vhodná dávka [ml/l]	0,255	0,105
Cena vhodné dávky bez DPH [Kč/l]	0,002	0,002
Cena vhodné dávky bez DPH [Kč/m³]	1,67	2,08

Poznámky k tab. 2:

Vhodné dávky platí pouze pro použitou modelovou vodu.
U tekutého síranu hlinitého jsou do ceny započteny i náklady na nevratné kanystry.
Cena uvedená pro vodní sklo platí při velkém ročním odběru (v řádech tun)

Poděkování

Příspěvek byl zpracován v rámci řešení grantového projektu specifického výzkumu VUT v Brně s názvem „Odstraňování specifických látek ze zdrojů pitné vody“ (FAST-S-12-36/1713).

Použitá literatura

[1] ZELENÝ, Zdeněk. Možnosti inovace procesu úpravy vody. Brno, 2014. 95 s., 8 s. příl. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí. Vedoucí práce Ing. Tomáš Kučera, Ph.D.
[2] BAEHR a Werner KOEHL. International Journal for Applied Science: Soluble Silicates – Highly Versatile and Safe. Cefic – Centre Européen d'Etudes des Silicates [online]. 2007, roč. 2007, č. 4, s. 88–94 [cit. 2013-07-02]. Dostupné z: http://www.solublesilicates.eu/docs/BaehrandKoehl2007.pdf
[3] VAN DOKKUM, HULSKOTTE, KRAMER a Joël WILMOT. Emission, Fate and Effects of Soluble Silicates (Waterglass) in the Aquatic Environment. Environmental Science & Technology [online]. 2004, roč. 2004, č. 38, s. 515–521 [cit. 2013-07-02]. Dostupné z: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es0264697
[4] Water glass. In: The Columbia Electronic Encyclopedia [online]. Columbia University Press, 2012 [cit. 2013-07-02]. Dostupné z: http://www.infoplease.com/encyclopedia/science/water-glass.html
[5] PIVOKONSKÝ, Martin. Úprava podzemních a povrchových vod: 2. přednáška. Praha, 2012. Dostupné z: http://www.pivokonsky.wz.cz/UV/uprava_vod_2.pdf. Přednáška. UK Praha.

English Synopsis

The possibility of using sodium water glass when removing chromium and phosphorus from raw water

The article deals with the possibility of using sodium water glass when removing chromium and phosphorus from raw water. To verify the effectiveness of chemical was carried out a series of laboratory experiments to determine the appropriate dosage and workflow to delete the selected pollution.