Duhličitan vápenatý

3 Změkčovače vody

Nánosy vodního kamene na klecích a jiných kovových zařízeních, včetně minerálních usazenin na ventilech používaných v automatických zavlažovacích systémech, pocházejí z minerálů obsažených v tzv. „tvrdé“ vodě. Tvrdost vody je způsobena přítomností hydrogenuhličitanu vápenatého a hořečnatého, železa a dalších minerálů nebo kovů (vyjádřeno v ppm nebo mg/l). Podle definice se voda obecně považuje za „tvrdou“, pokud koncentrace minerálů přesahuje 60 mg/l. Kromě toho, že tvrdá voda způsobuje usazování vodního kamene (zejména v situacích, kdy se používá horká voda, jako je mytí klecí a autoklávování), snižuje také účinnost mycích prostředků, což vede ke zvýšené spotřebě mýdla.

Podle US Geologic Survey se 85 % vody v domácnostech nachází na „tvrdém“ konci spektra (Briggs a Ficke, 1977). V důsledku toho se většina zařízení pro výzkum zvířat bude potýkat s tlumením určitého stupně tvrdosti vody a demineralizací vody pro myčky klecí, autoklávy a spotřebu zvířat. Obecně platí, že nejtvrdší voda (více než 1 000 mg/l) je v potocích a souvisejících podzemních vodách v Kansasu, Texasu, Novém Mexiku, Arizoně a jižní Kalifornii (Briggs a Ficke, 1977). Středně tvrdá voda (61-121 mg/l) je běžná v mnoha řekách v Tennessee, v oblasti Velkých jezer, na severozápadě Pacifiku a na Aljašce. Nejměkčí voda se vyskytuje v Nové Anglii, ve státech jižního Atlantiku a Perského zálivu a na Havaji. Geografie bohužel neposkytuje jednoduchou vypovídací hodnotu pro tvrdost vody. Tvrdá a velmi tvrdá voda (>121 mg/l) se vyskytuje v některých tocích ve většině oblastí po celé zemi, včetně prolínání v těch lokalitách, kde se obecně vyskytuje měkká voda.

Změkčovače vody odstraní v podstatě veškerý vápník a hořčík, ale extrahují pouze přibližně 5-10 mg/l železa. Naštěstí se železo v domácí vodě obecně nevyskytuje v koncentracích vyšších než 10 mg/l. Tyto kovové ionty ve vodě se ve změkčovači vody vyměňují za ionty sodíku. Protože se sodík nesráží v potrubí ani nesnižuje účinné vlastnosti mycích prostředků, škodlivé účinky tvrdé vody jsou změkčováním eliminovány. Ve vzácných případech, kdy je obsah rozpuštěného železa ve vodě po změkčení vody vyšší než 4 mg/l, je třeba použít další způsob odstranění železa. Mezi technologie, které by se mohly uplatnit, patří provzdušňování, dodatečná specifická katalytická filtrace, manganová filtrace zeleným pískem, ozonizace a případně chlorace.

S výjimkou prevence hromadění vodního kamene na ventilech pitné vody a snížení rizika poruchy ventilu nepřináší samotné změkčení vody mnoho dalších výhod, pokud jde o zajištění zdraví zvířat nebo zabránění zmatené experimentální variabilitě. Proces sice odstraňuje vápník, hořčík a většinu železa, které způsobují usazování vodního kamene ve vodovodních řadech, zásobnících teplé vody a vodovodních ventilech, ale ponechává zbytkové chloridy, organické látky a suspendované usazeniny. Proto by se pro co nejúčinnější úpravu pitné vody měly změkčovače vody používat v sérii za sedimentačními a uhlíkovými filtry a jako předúprava pro jakýkoli systém RO. Změkčování vody před úpravou systémem RO také prodlužuje životnost membrány RO a výrazně zlepšuje výkon a hospodárnost systému RO.

Proces změkčování probíhá prostřednictvím chemického cyklu výměny a regenerace. Filtrovaná voda se proplachuje přes pryskyřičné lože, které váže vápník, hořčík a železo a vyměňuje je za ionty sodíku. Nakonec se chemická matrice plně zatíží vápníkem a hořčíkem a vyčerpá sodík a systém již není schopen vodu změkčovat. K obnovení schopnosti iontové výměny pryskyřice se systém regeneruje zpětným promytím pryskyřice, aby se odstranily usazeniny, opětovným naplněním pryskyřice ponořením do solného roztoku (solením) a následným propláchnutím přebytečné soli a iontů tvrdé vody do odtoku. Silný solný roztok, který vzniká dodáváním soli do změkčovače, vytěsňuje veškerý vápník a hořčík, které se na pryskyřici nahromadily, a obnovuje sodík. Zařízení na změkčování vody používají tři obecné metody regenerace: časovou, dávkovanou a regeneraci iniciovanou poptávkou (DIR). Metoda časovače automaticky spouští a zastavuje regeneraci v předem nastavených intervalech a bez ohledu na použití, jak je nastaveno časovými hodinami. Protože hrozí riziko nadměrné nebo nedostatečné regenerace systému, nedoporučuje se. Měřená technologie využívá digitální elektronický regulační ventil řízený elektronickým měřičem. Aplikace sleduje množství použité vody a po změkčení nastaveného objemu spustí cyklus zpětného proplachu a regeneruje. Provoz DIR sleduje úpravu vody a její tvrdost. Regenerace se spustí pouze tehdy, když je systém využíván na plnou kapacitu pro dosažení optimální účinnosti. Systémy DIR mají obvykle dvě změkčovací nádrže a nádrž na solanku, a zatímco jedna nádrž změkčuje, druhá nádrž regeneruje. Z těchto tří metod je DIR nejúčinnější. Jak ona, tak i měřená metoda nabízejí úsporu soli a spotřeby vody oproti metodě s časovými hodinami. Doba a frekvence procesu regenerace pryskyřice se řídí velikostí systému a počátečním stavem vody, ale obecně by měla probíhat každých 5-10 dní a vyžaduje několik hodin. Proces regenerace však lze u většiny jednotek načasovat tak, aby k němu nedocházelo během „špičkových“ hodin. Pokud není možnost odstávky, je nutná nádrž na vodu nebo další změkčovače.

Změkčovače vody se dimenzují a specifikují podle objemové potřeby a počáteční tvrdosti vody. Pro určení specifikací změkčovačů vody potřebných pro dané zařízení bude třeba konzultovat odborníky na základě potřeb, pro které bude změkčená voda používána.

Proces iontové výměny při změkčování vody může vytvářet potenciální rizika pro výzkum a zdraví zvířat, pokud se neprovede další účinné čištění (např. reverzní osmóza, destilace). Jelikož jsou ionty vápníku a hořčíku nahrazeny ionty sodíku, zvýší se koncentrace sodíku ve vodě. V oblastech, kde je voda extrémně tvrdá, může mít množství sodíku zavedené do vody subklinické účinky na zvířata – například iatrogenní hypernatrémie může zmást pokusy zahrnující srdeční selhání, chronické selhání ledvin, kóma, záchvaty a situace vyžadující dietu s nízkým obsahem sodíku.

.