Kalsiumbikarbonaatti

3 Vedenpehmentimet

Kalsiumkarbonaatti häkkiin ja muihin metallisiin laitteisiin, mukaan lukien automaattisissa kastelulaitteissa käytettävien venttiilien mineraalikerrostumat, on peräisin niin sanotussa ”kovassa” vedessä olevista mineraaleista. Veden kovuus johtuu kalsium- ja magnesiumbikarbonaatin, raudan ja muiden mineraalien tai metallien esiintymisestä (ilmaistuna ppm:nä tai mg/l). Määritelmän mukaan vettä pidetään yleensä ”kovana”, jos mineraalipitoisuus ylittää 60 mg/l. Sen lisäksi, että kova vesi aiheuttaa kalkkisaostumia (erityisesti tilanteissa, joissa käytetään kuumaa vettä, kuten häkkien pesussa ja autoklavoinnissa), se myös heikentää pesuaineiden tehokkuutta, mikä johtaa saippuan käytön lisääntymiseen.

Yhdysvaltalaisen geologisen tutkimuslaitoksen mukaan 85 prosenttia talousvedestä on ”kovaa” (Briggs ja Ficke, 1977). Näin ollen useimmissa eläintutkimuslaitoksissa joudutaan lieventämään jonkin verran veden kovuutta ja demineralisoimaan vesi häkkipesureita, autoklaaveja ja eläinten kulutusta varten. Yleensä kovinta vettä (yli 1 000 mg/l) on puroissa ja niihin liittyvässä pohjavedessä Kansasissa, Texasissa, New Mexicossa, Arizonassa ja Etelä-Kaliforniassa (Briggs ja Ficke, 1977). Kohtalaisen kova vesi (61-121 mg/l) on yleistä monissa Tennesseen joissa, Suurilla järvillä, Tyynenmeren luoteisosassa ja Alaskan alueella. Pehmeintä vettä esiintyy Uudessa Englannissa, Etelä-Atlantin ja Persianlahden osavaltioissa sekä Havaijilla. Valitettavasti maantiede ei anna yksinkertaista ennustearvoa veden kovuudelle. Kovaa ja erittäin kovaa vettä (>121 mg/l) esiintyy joissakin puroissa useimmilla alueilla eri puolilla maata, myös paikoitellen niissä paikoissa, joissa yleensä esiintyy pehmeää vettä.

Veden pehmennysaineet poistavat periaatteessa kaiken kalsiumin ja magnesiumin, mutta poistavat vain noin 5-10 mg/l rautaa. Onneksi rautaa ei yleensä esiinny talousvedessä yli 10 mg/l:n pitoisuuksina. Nämä vedessä olevat metalli-ionit vaihdetaan vedenpehmentimessä natriumioneiksi. Koska natrium ei saostu putkissa eikä heikennä pesuaineiden tehoa, kovan veden haitalliset vaikutukset poistuvat pehmentämällä. Niissä harvoissa tapauksissa, joissa veden liuenneen raudan pitoisuus on vedenpehmennyksen jälkeen yli 4 mg/l, on käytettävä muuta raudanpoistomenetelmää. Käyttökelpoisia tekniikoita voivat olla ilmastus, erityinen katalyyttinen lisäsuodatus, mangaanin viherhiekkasuodatus, otsonointi ja mahdollisesti klooraus.

Juomavesiventtiileihin kertyvän kalkin ehkäisemistä ja venttiilien vikaantumisriskin pienentämistä lukuun ottamatta pelkällä pehmennetyllä vedellä ei ole juurikaan lisähyötyjä eläinten terveyden varmistamisen tai kokeellista vaihtelua häiritsevän sekavuuden estämisen kannalta. Prosessi poistaa kalsiumin, magnesiumin ja suurimman osan raudasta, jotka aiheuttavat kalkin muodostumista vesijohdoissa, lämminvesivaraajissa ja vesiventtiileissä, mutta jäljelle jää kloridijäämiä, orgaanisia aineita ja suspendoitunutta sedimenttiä. Jotta juomaveden käsittely olisi mahdollisimman tehokasta, vedenpehmentimiä olisi käytettävä sarjassa saostus- ja hiilisuodattimien jälkeen ja esikäsittelynä kaikissa RO-järjestelmissä. Veden pehmentäminen ennen RO-järjestelmän käsittelyä pidentää myös RO-kalvon käyttöikää ja parantaa huomattavasti RO-järjestelmän suorituskykyä ja taloudellisuutta.

Pehmennysprosessi toteutetaan kemiallisen vaihto- ja regenerointikierron avulla. Suodatettu vesi huuhdellaan hartsipedin yli, joka sitoo kalsiumia, magnesiumia ja rautaa ja vaihtaa ne natriumioneiksi. Lopulta kemiallinen matriisi täyttyy täysin kalsiumilla ja magnesiumilla ja natrium tyhjenee, eikä järjestelmä enää kykene pehmentämään vettä. Hartsin ioninvaihtokyvyn palauttamiseksi järjestelmä regeneroituu huuhtelemalla hartsin taaksepäin kerrostumien poistamiseksi, lataamalla hartsin uudelleen upottamalla se suolaliuokseen (suolavedessä) ja huuhtelemalla sitten ylimääräinen suola ja kovan veden ionit pois viemäriin. Vahva suolavesi, joka muodostuu pehmentimeen syötettävästä suolasta, syrjäyttää kaiken hartsiin kertyneen kalsiumin ja magnesiumin ja palauttaa natriumin. Vedenpehmennyslaitteissa käytetään kolmea yleistä regenerointimenetelmää: ajastettua, mitattua ja kysynnän perusteella tapahtuvaa regenerointia (DIR). Ajastinmenetelmä käynnistää ja pysäyttää regeneroinnin automaattisesti ennalta määrätyin väliajoin ja käytöstä riippumatta kellonajan mukaan. Koska siinä on vaarana järjestelmän yli- tai aliregeneroinnin riski, sitä ei suositella. Mittaustekniikassa käytetään digitaalista elektronista säätöventtiiliä, jota ohjaa elektroninen mittari. Sovellus seuraa käytettyä vesimäärää, ja kun ennalta asetettu vesimäärä on pehmennetty, se käynnistää takaisinhuuhtelusyklin ja regeneroi. DIR-toiminnot seuraavat veden käsittelyä ja kovuutta. Regenerointi käynnistyy vasta, kun järjestelmä on käytetty täyteen tehoon optimaalisen tehokkuuden saavuttamiseksi. DIR-järjestelmissä on yleensä kaksi pehmennyssäiliötä ja suolavesisäiliö, ja kun toinen säiliö pehmentää, toinen säiliö regeneroi. Näistä kolmesta menetelmästä DIR on tehokkain. Sekä se että mittausmenetelmä tarjoavat säästöjä suolan ja veden käytössä verrattuna kellonaikamenetelmään. Hartsin regeneroinnin kesto ja tiheys määräytyvät järjestelmän koon ja veden alkutilanteen mukaan, mutta sen pitäisi yleensä tapahtua 5-10 päivän välein ja kestää useita tunteja. Regenerointiprosessi voidaan kuitenkin ajoittaa useimmissa yksiköissä siten, että se ei tapahdu ruuhka-aikoina. Jos seisokkiaikaa ei ole mahdollista käyttää, tarvitaan vedensäilytyssäiliö tai ylimääräisiä pehmenninlaitteita.

Veden pehmenninlaitteet mitoitetaan ja määritetään tilavuustarpeen ja veden alkukovuuden mukaan. Asiantuntijoita on kuultava, jotta voidaan määrittää tiettyyn laitokseen tarvittavien vedenpehmentimien tekniset tiedot niiden tarpeiden perusteella, joihin pehmennettyä vettä käytetään.

Veden pehmentämiseen liittyvä ioninvaihtoprosessi voi aiheuttaa mahdollisia tutkimukseen ja eläinten terveyteen liittyviä riskejä, ellei suoriteta tehokasta lisäpuhdistusta (esim. käänteisosmoosia, tislausta). Koska kalsium- ja magnesiumionit korvataan natriumioneilla, veden natriumpitoisuus kasvaa. Alueilla, joilla vesi on erittäin kovaa, veteen lisätyllä natriumin määrällä voi olla subkliinisiä vaikutuksia eläimiin – esimerkiksi iatrogeeninen hypernatremia voi häiritä kokeita, jotka koskevat sydämen vajaatoimintaa, kroonista munuaisten vajaatoimintaa, koomaa, kouristuksia ja tilanteita, jotka edellyttävät vähän natriumia sisältävää ruokavaliota.