Calciumbicarbonaat

3 Waterontharders

Kalk op kooien en andere metalen apparatuur, waaronder minerale afzettingen op kleppen die in geautomatiseerde bewateringssystemen worden gebruikt, is afkomstig van mineralen die in zogenaamd “hard” water voorkomen. Waterhardheid wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van calcium en magnesium bicarbonaat, ijzer en andere mineralen of metalen (uitgedrukt in ppm of mg/l). Per definitie wordt water over het algemeen als “hard” beschouwd als de mineraalconcentratie meer dan 60 mg/l bedraagt. Hard water veroorzaakt niet alleen kalkaanslag (vooral in situaties waarin heet water wordt gebruikt, zoals bij het wassen van kooien en autoclaveren), maar vermindert ook de doeltreffendheid van detergenten, wat leidt tot een verhoogd zeepgebruik.

Volgens de US Geologic Survey bevindt 85 procent van het huishoudelijk water zich aan de “harde” kant van het spectrum (Briggs en Ficke, 1977). Bijgevolg zullen de meeste faciliteiten voor dierenonderzoek geconfronteerd worden met het afzwakken van een zekere mate van waterhardheid en demineralisatie van water voor kooiwassers, autoclaven en dierenconsumptie. In het algemeen komt het hardste water (meer dan 1.000 mg/l) voor in beken en bijbehorend grondwater in Kansas, Texas, New Mexico, Arizona en Zuid-Californië (Briggs en Ficke, 1977). Matig hard water (61-121 mg/l) komt veel voor in de rivieren van Tennessee, in de Grote Meren, in het noordwesten van de Stille Oceaan en in Alaska. Het zachtste water komt voor in New England, de zuidelijke Atlantische staten en de Golfstaten en Hawaii. Helaas is er geografisch gezien geen eenvoudige voorspellende waarde voor de hardheid van het water. Hard en zeer hard water (>121 mg/l) kan worden gevonden in sommige stromen in de meeste gebieden in het land, ook tussen die plaatsen waar over het algemeen zacht water wordt gevonden.

Waterontharders verwijderen in wezen alle calcium en magnesium, maar halen er slechts ongeveer 5-10 mg/l ijzer uit. Gelukkig is ijzer in het algemeen niet aanwezig in concentraties van meer dan 10 mg/l in huishoudwater. Deze metaalionen in het water worden in de waterontharder uitgewisseld tegen natriumionen. Omdat natrium niet neerslaat in leidingen of de effectieve eigenschappen van detergenten vermindert, worden de nadelige effecten van hard water geëlimineerd door ontharding. In die zeldzame gevallen waarin het opgeloste ijzergehalte in het water hoger is dan 4 mg/l na waterontharding, moet een extra middel worden gebruikt om ijzer te verwijderen. Technieken die hiervoor in aanmerking komen zijn onder andere beluchting, aanvullende specifieke katalytische filtratie, mangaan-groenzandfiltratie, ozonatie en eventueel chlorering.

Behalve het voorkomen van kalkaanslag op drinkwaterkleppen en het verminderen van het risico op klepdefecten, biedt onthard water alleen niet veel extra voordelen voor het waarborgen van de diergezondheid of het voorkomen van verwarrende experimentele variabiliteit. Hoewel het proces calcium, magnesium en het meeste ijzer verwijdert, die kalkaanslag veroorzaken in waterleidingen, warmwatertanks en waterkleppen, blijven er chloride, organische stoffen en gesuspendeerd sediment achter. Daarom, voor de meest effectieve drinkwaterbehandeling, moeten waterontharders in serie worden gebruikt na sediment- en koolstoffilters en als voorbehandeling voor elk RO systeem. Het ontharden van het water voorafgaand aan de behandeling door het RO systeem verlengt ook de levensduur van het RO membraan en verbetert sterk de prestaties en de economie van het RO systeem.

Het proces van ontharding wordt bereikt door een chemische cyclus van uitwisseling en regeneratie. Gefilterd water wordt doorgespoeld over een harsbed dat calcium, magnesium en ijzer bindt en uitwisselt voor natriumionen. Uiteindelijk wordt de chemische matrix volledig geladen met calcium en magnesium en raakt het natrium uitgeput, en is het systeem niet langer in staat om het water te ontharden. Om de ionenuitwisselingscapaciteit van de hars te herstellen, regenereert het systeem door de hars terug te spoelen om afzettingen te verwijderen, de hars opnieuw te laden door onderdompeling in een zoutoplossing (pekelen) en vervolgens het overtollige zout en de ionen van hard water weg te spoelen naar een afvoer. De sterke pekel, gevormd door de waterontharder van zout te voorzien, verdringt al het calcium en magnesium dat zich op de hars heeft opgebouwd en herstelt het natriumgehalte. Wateronthardingsapparatuur gebruikt drie algemene methoden van regeneratie: timer, gedoseerd, en vraag geïnitieerde regeneratie (DIR). De timer-methode start en stopt de regeneratie automatisch op vooraf ingestelde intervallen en onafhankelijk van het gebruik, zoals ingesteld door een tijdklok. Omdat het risico bestaat dat het systeem te veel of te weinig regenereert, wordt deze methode niet aanbevolen. De metertechnologie maakt gebruik van een digitale elektronische regelklep die door een elektronische meter wordt gestuurd. De toepassing houdt de gebruikte hoeveelheid water bij en zodra een vooraf ingesteld volume is onthard, wordt de terugspoelcyclus gestart en wordt het systeem geregenereerd. DIR-operaties volgen de waterbehandeling en de hardheid. De regeneratie wordt pas gestart wanneer het systeem volledig is benut voor een optimaal rendement. DIR-systemen hebben over het algemeen twee onthardingstanks en een pekeltank, en terwijl de ene tank onthardt, regenereert de andere tank. Van deze drie methoden is DIR de meest efficiënte. Zowel deze als de gedoseerde methode leveren besparingen in zout- en waterverbruik op ten opzichte van de tijdklokmethode. De tijd en de frequentie van het regeneratieproces van de hars worden bepaald door de grootte van het systeem en de begintoestand van het water, maar moet in het algemeen om de 5-10 dagen plaatsvinden en neemt enkele uren in beslag. Het regeneratieproces kan bij de meeste eenheden echter zo worden getimed dat het niet tijdens “piekuren” plaatsvindt. Als het water niet kan worden stilgezet, is een waterreservoir nodig, of extra ontharders.

Waterontharders worden gedimensioneerd en gespecificeerd op basis van het gevraagde volume en de initiële hardheid van het water. Experts moeten geraadpleegd worden om de specificaties van waterontharders te bepalen, gebaseerd op de behoeften waarvoor het ontharde water gebruikt zal worden.

Het ionenuitwisselingsproces van onthard water kan potentiële onderzoeks- en diergezondheidsrisico’s met zich meebrengen, tenzij bijkomende effectieve zuivering (bv. omgekeerde osmose, distillatie) wordt uitgevoerd. Aangezien calcium- en magnesiumionen worden vervangen door natriumionen, zal de natriumconcentratie in het water toenemen. In gebieden waar het water extreem hard is, kan de hoeveelheid natrium die in het water wordt gebracht subklinische effecten hebben op dieren – iatrogene hypernatriëmie kan bijvoorbeeld experimenten met hartfalen, chronisch nierfalen, coma, epileptische aanvallen en situaties waarin natriumarme diëten nodig zijn, verstoren.