PROBLEM ODŻELAZIANIA WÓD W GEOTERMALNYCH NA CELE BALNEOLOGICZNE I REKREACYJNE Iwona Kłosok-Bazan Politechnika Oolska Science for Industry: Necessity is the mother of invention Second Networking Event in the field of modern techniques in geosystem exloration. 18-20 września, 2013 Problem żelaza w wodach geotermalnych Problem żelaza w wodach geotermalnych Zdjęcie komleksu basenowego w Mszczonowie Źródło: htts://www.funduszeeuroejskie.gov.l/sukcesdziekife/strony/budowa_komleksu_basenowego_w_m szczonowie.asx 1
Problem żelaza w wodach geotermalnych Rys. 1 Rys. 2 Rys.1 ochodzi ze strony htt://www.favore.l/galeria/205915_dagatravel-l-wegry-slowacja-baseny-termalnegliwice-slaskie,2.html Rys. 2 Baseny termalne w Oravicach źródło htt://comeon.l/hotele/baseny-termalne-w-oravicach-7727.html Formy wystęowania żelaza w wodzie Jony Fe 2+ Jony Fe 3+ Połączenia chelatowe (związki komleksowe, w których cząsteczka organiczna, za omocą najczęściej dwóch lub trzech gru organicznych, łączy się z jonem centralnym, którym najczęściej jest dwu- lub trójwartościowy kation metalu) Formy wystęowania zależą od wartości otencjału oksydacyjno-redukcyjnego, odczyny, temeratury i zawartości substancji rozuszczonych Jakość W Polsce rojekt rozorządzenia Rady Ministrów z 2004 r. w srawie warunków higieniczno-sanitarnych obiektów sortowych i rekreacyjnych oraz zasad srawowania nadzoru nad ich rzestrzeganiem, nie został jak do tej ory wrowadzony w życie. 2
Jakość Projektanci oraz osoby zarządzające obiektami basenowymi i kontrolujące jakość wody w obiegu basenowym z reguły odnoszą się do wymagań niemieckiej normy DIN 19643 i oracowanych na jej odstawie wymagań sanitarnohigienicznych zarezentowanych. Wymagania te zostały zaakcetowane rzez Ministerstwo Zdrowia i Oieki Sołecznej Deartament Zdrowia Publicznego ismem ZN.ZPN-093-21/9 z 1998 r. z rzeznaczeniem dla stacji sanitarno-eidemiologicznych oraz rzeczoznawców ds. oiniowania dokumentacji inwestycji w zakresie wymagań sanitarno-higienicznych Jakość Jakość 3
Jakość Podstawy fizyko-chemiczne strącania związk zków żelaza Rysunek 1. Obszary trwałości dwu i trójwartościowych związków żelaza w temeraturze 25 C Gray N. F.: Drinking Water Quality (2nd Edition), Cambridge University Press 2008 Odżelazianie wody O srawności odżelaziania decydują nastęujące rocesy jednostkowe: hydroliza, utlenianie, flokulacja oraz sorcja. Do arametrów jakości wody decydujących o rzebiegu owyższych rocesów należą: odczyn, otencjał oksydacyjno-redukcyjny, stężenie CO 2, stężenie tlenu oraz zasadowość. TEMPERATURA I ZASOLENIE 4
Ilość tlenu otrzebna do utlenienia związków żelaza 2 Fe 2+ + ½ O 2 + H 2 O = 2 Fe 3+ + 2 OH - (1) Z odanej reakcji wynika, że stechiometrycznie do utlenienia 1 g Fe 2+ Fe 3+ otrzeba 0,143 mg O 2 (2) Dane literaturowe wskazują, że w rzeczywistości otrzebne są większe stężenia tlenu sięgające do około 0,5-0,9 mgo 2 na 1 g Fe 2+ Wływ temeratury Stumm i Lee w 1961 zaobserwowali, że rzy stałym odczynie i stałym stężeniu tlenu rozuszczonego, rędkość utleniania wzrastała dziesięciokrotnie dla każdych 15 C wzrastającej temeratury. W odobnych badaniach Sung i Morgan w 1980 roku zaobserwowali tylko nieznaczny wzrost szybkości utleniania wraz ze wzrostem temeratury. StummW.,Lee G.F.: Oxygenation of ferrous iron. Industrial Engineering and Chemistry, 53(1961), 143-146. Sung W., Morgan J.J.: Kinetics and roducts of ferrous iron oxygenation in aquatic systems. Environmental Science and Technology, 14(1980), 561-568. Inne czynniki wływaj ywające na roces utleniania żelaza oóźniające obecność związków organicznych stężenia kwaśnych węglanów, siarczanów i krzemionki rozuszczonej w wodzie zasolenie obecność dwutlenku węgla, w metanu i siarkowodoru siarkowodoru katalizujące obecność kobaltu, miedzi oraz niektórych ligandów organicznych 5
Wływ zasolenia i temeratury badania własnew Przewodność/ temeratura 7 17 46 130 20 C 25 C 30 C 35 C 40 C 45 C 50 C Przedmiotem wynalazku jest sosób uzdatniania, zwłaszcza odżelaziania wody geotermalnej i układ do uzdatniania, zwłaszcza odżelaziania wody geotermalnej, z rzeznaczeniem na cele rekreacyjne i balneologiczne Schemat układu do odżelaziania geotermalnych WS A O F WO S 6
Sosób i układ według wynalazku umożliwia skuteczne i energooszczędne uzdatnianie wód geotermalnych, co ozwala na ich bezośrednie wykorzystanie do celów rekreacyjnych i balneologicznych, w tym do naełniania basenów rekreacyjnych, kąieli leczniczych oraz okładów. Schłodzenie obranej wody geotermalnej ze źródła, a tym samym uzyskanie energii cielnej, ozwala na wykorzystanie tej energii do odgrzania uzdatnionej wody geotermalnej do temeratury w zależności od rzeznaczenia tej wody. Prowadzenie rocesu uzdatniania wody odowiedniej w temeraturze, ozwala na osiągnięcie takiego stonia rozuszczalności tlenu, a zarazem stonia rozuszczalności związków żelaza, który odowiada najwyższej efektywności rocesu odżelaziania i uzyskaniu najleszej jakości wody uzdatnionej Zastosowanie otwartego aeratora w układzie, ozwala na usunięcie nadmiaru gazów owodujących agresywność wody, a zaoatrzenie go w rurki oczyszczające umożliwia sezonowe czyszczenie aeratora wodą od ciśnieniem w rzeciwrądzie. Zastosowanie tworzywa eoksydowego wzmacnianego włóknem szklanym zaobiega korozji układu. 7