Vízkőmentes vízmelegítés
Rezsicsökkentés épületgépészeti eszközökkel IV.
2013/11. lapszám | Chiovini György | 4167 |
Figylem! Ez a cikk 11 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A használatimelegvíz-készítés egyik velejárója a vízkőképződés. Jelentősége változó, mert a nyersvizek összetétele, vízkőképző hajlama eltérő. Ott, ahol a víz kemény, a vízkőképződés ellen céltudatos intézkedésekre van szükség.
Miért keletkezik a vízkő?
A vízkővel sokféle módon találkozunk, épületgépészeti vonatkozásban többek között a szanitertermékeknél. A mosdó, zuhany felületén fehéres vagy szürkés bevonat alakul ki, a csapolónál felszerelt perlátorban apró ásványdarabkák gyűlnek össze. Vízkődarabka ágyazódhat be a csapok gumitömítésébe, és nem zárható el teljesen a csap. Kibontva egy villanybojler fűtőbetétjét, vastag lerakódást találunk rajta (1. kép). Hasonlóan vízkövesek lesznek a gázüzemű vízmelegítők hőcserélői is.
Az ásványvizek, gyógyvizek értékét a különböző vízben oldott vegyületek adják, ez az épületgépészetben azonban csak gond; meghibásodások forrása, hatásfokromlás előidézője. Elég egyszerűen belátható, hogy a költségtakarékosság jegyében jobb a vízkőképződést megelőzni, mint következményeit viselni.
A csapadék formájában a felszínre jutó víz lágy, tartalmaz viszont valamennyi szén-dioxidot. Az egész vízkőprobléma visszavezethető erre a szén-dioxidra. Az elszivárgó csapadék a kőzetekben karbonátokkal találkozik, ezek a szén-dioxid-mentes víz számára lényegében oldhatatlanok. Így azonban a szén-dioxid és a karbonát reakcióba lép: a vízben jól oldódó hidrokarbonát keletkezik. A víz ettől lesz kemény. Ez az állapot nem stabil, a vegyi reakció ellentétes irányban is végbemehet, a hidrokarbonát szén-dioxidra és karbonátra bomlik, ez utóbbi pedig kiválik a vízből. Ezt tapasztaljuk a kemény víz használata során. A víz a feloldott kőzettől a bojlerben szabadul meg.
A vízkőképződés folyamata két részre bontható. A vízkövet apró kristályok tömege alkotja. A kiválás a kristályképződés törvényszerűségei szerint történik. A hidrokarbonát-bomlás következtében a víz karbonátban túltelítetté válik. Ez még nem elégséges feltétel a kristályos kiváláshoz, ahhoz kristályosodási gócok, csírák is kellenek. Szerencsétlen esetben ezek a berendezéseink falának apró felületi egyenetlenségei. Ha a felület ráadásul meleg, akkor a kiválás intenzív, mert minél melegebb a víz, annál kevesebb hidrokarbonátot tud oldatban tartani. (Hasonlítható ez az esőcsepp keletkezéséhez. A felhőben a vízgőz túltelítetté válik, és a víz kicsapódik, kondenzálódik. A folyamatot elősegítik a kondenzációs magok, a levegőben lévő porszemcsék.) A vízkőképződést számos egyéb körülmény is befolyásolja, többek között a víz áramlása. Ezért is nehéz a vízkő ellen védekezni, mert egy sokváltozós problémával állunk szemben.
A vízkőképződés folyamata utat mutat arra is, hogyan lehet ellene védekezni. A nyersvíz összetételét ritkán áll módunkban megválasztani, ez adottság.
A vízkő káros következményeit a víz kezelésével tudjuk megelőzni. Három stratégiát követhetünk:
- eltávolítjuk a vízből azt, ami a vízkövet okozná,
- megtehetjük, hogy a vízben lévő hidrokarbonátokat oldatban tartjuk, a kiválásukat gátoljuk meg,
- a kiválást nem akadályozzuk meg, viszont olyan körülményeket alakítunk ki, hogy a kiválás ellenére se képződjön vízkőréteg.
Vízlágyítás
Nincs vízkő, ha a vízből eltávolítjuk a vízkőképző vegyületek (1. ábra). A vízkő a kemény vízből keletkezik, ezért ez a művelet a víz lágyítása, az épületgépészetben is elterjedt technológia. Szemben a máshol alkalmazott, meszes, szódás vagy trisós kicsapatással, leggyakrabban az ioncserés lágyítást alkalmazzuk. A lágyító töltete műgyanta, amely képes a vízben lévő, keménységet okozó kalcium- és magnéziumionokat megkötni, nátriumionokra cserélni. Ebben a technikában az a jó, hogy a gyanta regenerálható, nátrium-kloriddal (konyhasó) kezelve visszanyeri lágyító képességét, ismét be tudja fogni a kalcium- és magnéziumionokat. Ilyen lágyítók a legkülönbözőbb kivitelben rendelkezésre állnak. Ahol célszerű, ott a teljesen automatikus változatokat használhatjuk. Az üzemeltetési költség lényegében a regeneráló só beszerzése. A vízlágyítás előnye, hogy hatásossága egyszerűen ellenőrizhető. Mivel megváltozik a víz összetétele, keménysége, a lágyítás jósága keménységméréssel vagy -teszttel igazolható.
Az ioncserélőkkel gyakorlatilag bármilyen nagy keménységű víz eredményesen lágyítható. Azonban minél keményebb a víz, annál hamarabb merül ki a gyanta, annál hamarabb kell regenerálni. A regenerálás közben természetesen nem tudunk lágyítani. Ha folyamatos üzemre van szükség, legalább két egységet, lágyító oszlopot kell alkalmazni, ezek közül az egyik mindig üzemképes. A gyanta nagyon sokszor regenerálható. Élettartamát egyrészt az korlátozza, hogy bár lassan, de a töltet fogy. Másrészt bizonyos anyagok fokozatosan hatástalanná teszik, lágyító képessége csökken, és alkalmatlanná válik az eredeti célra. Ilyen anyag például a vas. A nagy vastartalmú víz ioncserélővel csak vastalanítás után lágyítandó.
A vízlágyítás egy további változata épületgépészeti szempontból is érdekes lehet: a polifoszfát adagolós lágyítókról van szó. Hatásosságuk alapja, hogy a kemény vízbe adagolt polifoszfát a hidrokarbonátokkal ún. komplexet képez, ezáltal a vízkő kialakulását megakadályozza. Mivel az emberi fogyasztásra kerülő víz foszfáttartalma nem haladhatja meg az egészségügyi határértéket, ez ennek az egyébként jó technológiának a korlátját jelenti. Ha biztosítjuk a pontos adagolást, és betartjuk a koncentrációs értéket, a nagyon kemény víz már nem lágyítható kielégítő mértékben. Egyszerű, de változó intenzitású polifoszfát-adagolót elhelyezhetünk például mosógép elé, hiszen az esetleges nagyobb foszfáttartalom ebben az esetben nem okoz problémát.
Vegyszeres vízkőmentesítés
A vízkőképződés végső soron azért történik, mert a jól oldódó hidrokarbonátok alig oldódó karbonátokká alakulnak. A kristályosodás nagyon kis méretben kezdődik. Ezek a kis csírák vagy növekedni tudnak, vagy visszaoldódnak. Bizonyos vegyületekkel a kristálynövekedés meggátolható. Ha meggátolható, akkor a hidrokarbonátok még olyan feltételek mellett is a vízben maradnak, amikor egyébként már ki kellett volna karbonátként válniuk. Ezek a vegyületek képesek a kristálycsírák felületéhez kötődni, aminek az a következménye, hogy a kis csíra nem indul növekedésnek, hanem nagy valószínűséggel visszaoldódik. Az oldatban tartáshoz ilyen alkalmas vegyületet kell a kezelendő vízbe adagolni (2. ábra).
A keménységstabilizáló vegyszer adagolása rendszerint együtt történik korróziógátló szerek alkalmazásával. A működés automatizált, felügyeletet vagy beavatkozást nem igényel. A vegyszer koncentrációját mérni lehet. Olyan egyértelmű értékelés, mint a lágyításnál, itt azonban nem lehetséges. A vegyszeres vízkőmentesítés eredményességét a gyakorlat igazolhatja.
Vegyszermentes vízkőmentesítés
Tiszta, vízkőmentes felületeket úgy is elérhetünk, hogy a hidrokarbonátok bomlását nem akadályozzuk meg. Elfogadjuk, hogy a felhasználás helyén a kemény vízből alig oldható karbonátok keletkezzenek. Azt viszont megakadályozzuk, hogy a berendezéseink falán vízkőréteget hozzanak létre. Azt kell elérni, hogy a karbonátkristályok a vízben maradjanak, végül a vízzel együtt – a csatornába – távozzanak. A különböző fizikai elveken működő és ténylegesen hatásos vízkőmentesítők így működnek. A víz kémiai összetétele nem változik, ha megmérjük a víz keménységét, a kezelés előtt mért értéket kapjuk.
Elolvasva a legkülönbözőbb termékek ismertetőjét, nagyon sokféle működési elvet találunk. Érdekes módon vannak olyan gyártók is, melyek azt írják a termékükről, hogy a működési elvét pontosan nem tudják megadni, csak megjelölnek néhány hatást, mely magyarázatul szolgálhat a vízkőmentesítő képességre. De nem is ez a fontos. Ha a készülék megfelelően működik, a felhasználó számára közömbös, hogy megváltozik-e a vízben a hidrogénkötési szög vagy a vízmolekulák dipólnyomatéka, a hidratációs és szolvatációs tulajdonságok. Fordítva is, hiába történik meg ez külön is vagy együtt, nem ér semmit, ha a készülék hatástalan.
A legnagyobb valószínűsége annak van, hogy a jól működő vízkőmentesítők a kristályképződés katalizálásával érik el a szükséges hatást. Ha nem teszünk semmit, akkor a karbonátkristályok ott képződnek és alkotnak egyre nagyobb tömeget, ahol erre a feltételek a legjobbak. Márpedig ez rendszerint a forró határoló felület. Maga az elgondolás elég egyszerű. Ha a vízben nagyon sok kristálycsíra van, annak két hatása lesz. Intenzív a karbonát kiválás, a kristályok azonban a nagy számosság miatt csak korlátozott méretet tudnak elérni. A vízben eloszolva maradnak, az áramlással sodródnak. Minél több a kristálycsíra, minél nagyobb azok összes felülete, annál valószínűbb, hogy a határoló felületek tiszták maradnak.
Némi egyszerűsítéssel magyarázható a vízkőmentesítés hatásossága vagy hatástalansága: sikerül-e elégséges számú kristálycsírát a vízből létrehozni. Egyáltalán nem mellékes azonban az sem, hogy milyen különböző vegyületek vannak még a vízben, milyen szerkezeti anyagok alkotják a vízmelegítő berendezést, hány fokig melegítjük a vizet stb. Egyes gyártók például közlik, hogy a termékük milyen német keménységi fokú vízben hatásos, vagy hogy a melegítésnél mekkora legnagyobb vízhőmérsékletig várható el a védelem. Lehetnek kikötések a víz egyéb tulajdonságaira is. Talán éppen az választja el a saját hírnevére adó és a kalandor cégeket, hogy az előbbiek rendszerint a vízkőképződés mérséklését ígérik, amit a legjobb termékek teljesítenek is. A rámenős „felejtse el a vízkövet!” szlogen nem feltétlenül a megbízható gyártó jele.
Ezt az elvet felhasználva fejlesztettek ki különböző vízkőmentesítő készülékeket (3. ábra). Vannak állandó mágnessel, illetve gerjesztett elektromos erőtérrel működő típusok. Léteznek elektrokémiai elvet alkalmazók, és egyéb, ettől eltérő kialakításúakat is forgalmaznak. A legegyszerűbb eset, ha a készülék a csővezetékre kívülről felrögzíthető. Más termékeket a csővezetéket megbontva kell beépíteni, a kezelendő víz átáramlik a készüléken. Van olyan termék, amely időnként öntisztítást végez, ennek csatornabekötésre vagy egy vízgyűjtő edényre van szüksége. Egy másik vízkőmentesítőbe időszakosan cserélendő betétet helyez el a gyártó. Ehhez hasonló az a gyártmány, melyben egy cink anód van. Ez lassan elhasználódik, pótolni szükséges. Vannak háztartási vízfogyasztásra méretezett típusok. A legnagyobb méretűek 180 m³/h kezelésére képesek, a legkisebb csatlakozó méret ⅜”, a legnagyobb 8”.
Épületgépészeti szempontból lényeges különbség, hogy melyik készülék alkalmas tároló rendszerű vízmelegítő kiszolgálására. Az átfolyós készülékek, hőcserélők azért kedvezőbbek a vízkőmentesítés szempontjából, mert az áramló vízben könnyebb a forró határoló felületeket a vízkőtől megvédeni. Ott, ahol nincsen áramlás, nagyobb a valószínűsége annak, hogy a karbonátok a forró felületen is megjelennek. Ha hobbi jelleggel kísérletezni szeretnénk, vásárolhatunk elektronikai szakboltban pár ezer forintos, félkész vízkőmentesítőt. Elektronikában jártasak néhány alkatrészből maguk is készíthetnek vízkőmentesítő készüléket (4. ábra). Ezzel szemben kapható olyan „csúcstermék”, mely épületfelügyeleti rendszerre köthető, vezérlése mikroprocesszoros, ára pedig több millió forint. Előnye, hogy 30-50 lakóegységet is véd.
Hogyan válasszunk vízkőmentesítőt?
Nem ismerünk olyan módszert vagy eszközt, amivel egy fizikai elven működő vízkőmentesítő hatásossága közvetlenül ellenőrizhető lenne. A víz keménysége nem változik. Ha vízmintát veszünk, és azt kezdjük elemezni, kétséges, hogy ugyanazt az eredményt kapjuk, mintha a víz a rendszerben maradt volna.
Egy lehetőség, hogy „szerencsét próbálunk”; egy olcsó készüléknél nem nagy a kockázat. Ha biztosabbra akarunk menni, olyan terméket kell keresni, melynek hatásosságát független szervezet vizsgálata igazolta. Egy ilyen vizsgálat a német DVGW egyesület 512 jelű tesztje. A vizsgálathoz négy, egyenként 10 literes, nyomásmentes villanybojlert használnak. A vizet 80 oC-ra melegítik fel. Két bojler kezeletlen, két bojler kezelt vizet kap. A vizet szakaszosan táplálják be, meghatározott menetrend szerint és mennyiségben. A bejuttatott víz által kiszorított mennyiség túlfolyón távozik. A kísérlet 21 napig tart. A bojlerekben kialakult vízkövet savval feloldják, majd a mennyiségét megmérik. A vízkőmentesítés hatásosságát az dönti el, hogy hányszor kevesebb vízkő képződött a kezelt vízzel működő bojlerekben – megfelel, ha az arányszám legalább öt. A módszer alkalmasságát megkérdőjelezték, mondván, a gyakorlatban eltérők a körülmények. Ettől függetlenül a kedvező eredménnyel vizsgált termékek hatásosságát nincs okunk kétségbe vonni.
Tekintettel a témában ismételten felmerülő kételyekre, számos cég felajánlja a készülék visszavételét arra az esetre, ha a vevőnél nem szüntetné meg a vízkövesedést. Kérdés, hogy ez valóban érvényesíthető-e, nem lesz-e ebből vég nélküli jogvita. Minőségvizsgáló intézetek is foglalkoztak a vízkőmentesítőkkel. Az eredmények meglehetősen kedvezőtlenek, a vizsgált készülékek többségét hatástalannak találták.
