Wojciech Dąbrowski Instrukcja do ćwiczenia 1 z budowy kanałów PK budownictwo studia inżynierskie

Transkrypt

1 Wojcech Dąbrowsk Istrukcja do ćwczea z budowy kaałów P budowctwo studa żyerske Oblczae rówowag węglaowej ma zaczee dla ocey korozyjośc wody w odeseu do stal, żelwa betou. Aczkolwek deks asycea SI, jak azwao go w eaktualej orme PN-7/C-04609, czy zgode z lteraturą aglosaską Ideks Nasycea Lagelera LSI, jest tylko jedym z klku podstawowych deksów opsujących rówowagę węglaową, a wstępa ocea korozyjośc wód jest oparta a klkuastu parametrach jakośc wody, to jedak oblczee LSI jest stote z uwag a potrzebę kotrolowaa wyku stablzacj wody w zakładach uzdataa jak z uwag a wybór materałów rur do budowy sec stalacjach wewętrzych. Ideks Nasycea Lagelera zdefoway jest wzorem w którym ph s ozacza wartość ph asycea wody węglaem wapa, a ph wartość pomerzoą. LSI = ph - ph s () Dla wód aturalych wartość ph s moża ze stosukowo dobrym przyblżeem oblczyć prostym wzoram przyblżoym podaym w przestarzałej orme polskej PN-7/C Nemej zastosowao tutaj pełą procedurę prowadzea oblczeń ph s z uwzględeem współczyków aktywośc, jak róweż występowaa kompleksów eorgaczych wapa magezu. Jedakże przede wszystkm przedstawoa tutaj za lteraturą metodyka oblczeń ph s oparta jest a rówaach o jaso określoej terpretacj chemczej fzyczej w przecweństwe do prostych oblczeń zalecaych w orme PN-7/C Pomjając ajperw powstawae kompleksów eorgaczych wapa magezu wartość ph s oblczyć moża z układu rówań ()..(6) opsujących rówowagę węglaową w wodze dodając do ego rówae (7) a loczy rozpuszczalośc węglau wapa odosząc cały układ rówań ()...(7) do stau rówowag termodyamczej. Merzoe są wartośc zasadowośc ogólej Alk, ph stężee wapa [Ca. Natomast ewadomym są pozostałe welkośc, a węc [H O, [HCO -, [H CO, [OH -, [CO -, ph s. Stałe rówowagowe, a węc stałe perwszorzędowej drugorzędowej dysocjacj kwasu węglowego,, a dalej loczy joowy wody w, loczy rozpuszczalośc węglau wapa s oblczae są w fukcj temperatury bezwzględej z rówań (8)...(). Współczyk aktywośc joów f oblcza sę w zależośc od mocy joowej roztworu wodego I

2 zdefowaej rówaem () oblczaej z rówaa empryczego (), w których C jest stężeem joów, Z ch wartoścowoścą, a DS suchą pozostałoścą po prażeu wyrażaą w mlgramach a ltr. W zależośc od mocy joowej roztworu wodego I współczyk aktywośc joów oblcza sę z rówań (4)...(7). Poeważ rówaa ()...(7) e są lowe węc układ te ma węcej ż jedo rozwązae jak wadomo jedo z ch dotyczy zakresu ph , a druge ph od 9.6 wzwyż. Poeważ ph wody wodocągowej e przekracza zakresu węc oblczea ph s przeprowadzoo według rówaa (8), staowącego stosukowo dokłade przyblżee perwszego z rozwązań układu rówań ()...(7) względem ph s. = f m = [ H O [ HCO [ H CO () = f d = [ H O [ CO [ HCO () w = W f = [H O [OH - (4) m - - Alk = 0.5[HCO [CO 0.5[OH [H O (5) ph = - log{f m [H O } (6) S S = = [Ca - eq [CO eq (7) f d 705 p = 5. lg (8) p = (9) p w = lg (0) () p s = ( ) I = 0.5C Z () I =.5*0-5 (DS-0) () log(f ) = -AZ I 0,5 for I<0,005M (4)

3 log(f )= -AZ {I 0,5 /(I 0,5 ) } for I<0,M (5) log(f )= -AZ {I 0,5 /(I 0,5 ) -0,I} for I<0,5M (6) log(f )=-AZ {I 0,5 /(B*b*I 0,5 ) C I} for I<,0M (7) gdze : A,8 0 6 (78,) -,5 b jest średcą jou [A 0 (b=4 dla HCO -, b=6 dla Ca, b=9 dla H O, b= dla OH - ) B 50, (78, ) 0,5, C stężee joów, temperature [, DS sucha pozostałość po prażeu [mg/l, Z ładuek jou I (-, - td.). ph s =p p[ca -p s p{[alk -[OH - [H O }-p [ H O gdze: p - ozacza {-log} = / f d, s = s /f d. -pf m (8) W wodach o szczególe wysokej meralzacj powo sę uwzględć to, że część joów wapa e jest dostępa dla rówowag węglaowej gdyż pozostają oe zwązae w kompleksach eorgaczych. Wpływ występowaa tych kompleksów a oblczoe wartośc ph s, a w kosekwecj róweż a LSI, jest skutecze łagodzoy przez zmay - zasadowośc Alk wywołae zwązaem w kompleksach częśc aoów HCO CO -. Ozaczając poprzez doly deks całkowte stężee zarówo stężee joów wapa dostępych dla rówowag węglaowej jak zmeoą wartość zasadowośc ogólej Alk oblcza sę z rówań (9), (0). [Ca = [Ca - [CaOH - [CaHCO - [CaCO 0 - [CaSO 4 0 (9) Alk = [CO - - [CaCO 0 - [MgCO [HCO [CaHCO [MgHCO -0.5 [H O 0.5 [OH - (0) Po uwzględeu rówań a udzał joów HCO - (), CO - (4) w całkowtym stężeu węgla eorgaczego (5) oblcza sę stężee wapa dostępego dla rówowag

4 węglaowej oraz ową wartość zasadowośc ogólej z rówań () () w których, 4, 5, 6, 7, 8 są stałym kompleksów zdefowaym oblczaym według rówań zebraych w tabel. [Ca = [ Ca W [ [ 4 αc 5 α C 6 SO4 H O () Alk = c {α (- 5 [Ca - 8 [Mg ) 0.5α (-Κ 4 [Ca 7 [Mg ) } w /{[H O } - 0.5[H O () α = [ H O α = [ H O [ HO [ H O () (4) C = [H CO [CO [HCO - [CO - (5) = f d = 4 = f d 4 = 5 = f d 5 = [ CaOH [ Ca [ OH = 0 (6) [ CaHCO [ Ca [ HCO [ CaCO [ Ca [ CO = 0 (7) 5 = (8) 6 = f [ CaSO4 d 6 = 6 = 0 [ Ca [ SO4 (9) [ MgHCO 7 = 7 = f d 7 = [ Mg [ HCO 0 (0) 8 = f d 8 = [ MgCO [ Mg [ CO 0 8 = () 6.4. Rówowaga węglaowa w meszae wód Gdy w przewodach wodocągowych meszają sę wody z różych ujęć bez kotaktu z powetrzem atmosferyczym moża zastosować te same procedury oblczeowe dla 4

5 meszay co dla każdej z poszczególych wód po wyzaczeu temperatury, suchej pozostałośc po prażeu DS, stężea wapa [Ca oraz stężea całkowtego węgla eorgaczego C z rówań blasu masy ()...(5). Natomast wartość ph meszay wód wyzacza sę z układu rówań (4), (6), (),(4),(5),(6). mx = () DS mx = DS () [Ca mx = C mx = C [ Ca (4) (5) Alk mx = [ Alk (6) 6.4. Procedura algorytm oblczaa pojemośc buforowej wody Pojemość buforowa wody zdefowaa jest rówaem (7) w którym C ozacza stężee slego jedoprotoowego kwasu, albo slej zasady z jedą grupą hydroksylową, dodaej do dc β = (7) dph Dla wód aturalych, w których rówowaga węglaowa decyduje o zasadowośc ogólej wody, pojemość buforową wody oblczyć moża z rówaa (8) przy czym przy tej samej wartośc ph czym wększa zasadowość ogóla tym wększa pojemość buforowa. 5

6 ß=,{[α ([0,5Alk -[OH - [H O )([H O /([H O 4 ))/[( ( /[H O ) [H O [OH - } (8) Czym wększa pojemość buforowa tym mejsza różca ph wody uwęzoej w porach aturalej warstwy ochroej pokrywającej obszary aodowe katodowe tym wolejsza korozja. ak węc oblczoe wartośc pojemośc buforowej mają zaczee dla ocey korozyjośc wody ale przede wszystkm dla długośc odcków stalowych żelwych rurocągów, które moża jedorazowo poddać atryskow wyprawą cemetową. Długość ta zależy róweż od średcy przewodu cemetu zastosowaego do produkcj wyprawy Lteratura [ Beefeld L. D., Judks J. F., Wead B. L. 98. Process chemstry for water ad wastewater treatmet. Pretce-Hall, Ic. Eglewoods Clffs. New Jersey [ Buchta R., 998,Carboate equlbrum drkg water mxtures, PhD. Dssertato, Cracow Uversty of echology, raków ( Polsh) [ Czarowska M., Agresywośc korozyja wód wodocągowych w ektórych mastach Polsk w odeseu do stejących materałów stalacyjych., Istal, 995,5,- Rutkewcz A., rwałość materałów stalacyjych a skład wody wodocągowej, Ochroa Środowska, 995, (58), [4 Dąbrowsk W., Buchta R., Macke R.I., 004, Impact of water bledg o calcum carboate equlbrum water dstrbuto systems techcal ote, Joural of Evrometal Egeerg, ASCE, September, 0,9, [5 Dąbrowsk W.,. Dąbrowska B., Zela M., aewsk J., Gajewsk A., 004, Dfferece betwee buffer capactes of water flowg through lad of varous geologcal org, XXI Cogresso Nazoale d Merceologa co partecpazoe terazoale, Fogga, -4 September,( CD-rom edto) [6 Dąbrowsk W, Buchta R, 000 Statstcal evaluato of calcum carboate equlbrum atural water, Lakes&Reservors: Research ad Maagemet, 5, [7 Jorda C he mea ph of mxed fresh waters. Water Resources. (0): 4. [8 Lageler W.F. 96. he aalytcal cotrol of at-corroso water treatmet. Joural AWWA. 8(0): 500. [9 Pakow J.E. 99. Aquatc Chemstry Cocepts. Lews Publshers. Mchga. [0 Psga R. A. Sgley J. E Calculatg the ph of Calcum Carboate Saturato. Joural AWWA. October: 8-9. [ Roques H Chemcal Water reatmet Prcples ad Practce. CH Publshers Ic. New York Wehem-Cambrdge. [ Rossot H. 99. Io equlbrum. Państwowe Wydawctwo Naukowe. Warszawa ( Polsh). [ Stadards Methods. For the Examato of Water ad Wastewater Amerca Publc Health Assocato. 05 Ffteeth Street NW. Washgto. DC [4 Stumm W Ivestgato o the corrosve behavor of waters. Joural of the Satary Egr. Dv. Proc. ASCE. 86(SA 6):

7 [5 Stumm W., Morga J. J. 98. Aquatc chemstry. d edto. Wley. New York. [6 Śwderska-Bróż M., Wolska M., orozyjość wody wodocągowej a zjawska zachodzące w systeme dystrybucj, 00,,0-5 [7 Praca zborowa, Zalecea dla projektatów stalacj zmej cepłej wody wodocągowej oraz wodych stalacj grzewczych w zakrese wyboru łaczea materałów, uwzględające agresywość korozyją wód wodocągowych w 5 mastach w Polsce, techka Istalacyja w Budowctwe, 00 7