Stiinta Si Ingineria Materialelor.docx

Universitatea Ecologica din Bucuresti Facultatea de Inginerie Manageriala si Protectia Mediului Specializarea:Inginerie economica industriala

Disciplina: Stiinta si Ingineria Materialelor

Student:Niculai (Mihaila)Petruta Catalina Anul:I

duritatii apei Prezentare generala In actiunea sa de disociere si de dizolvare a sarurilor prezente in sol, apa retine sarurile compusilor de calciu si magneziu, care reprezinta intre 70-90% din intreaga cantitate de saruri dizolvate in apa. DEFINITIE Duritatea reprezinta cantitatea totala de saruri de calciu si magneziu cuprinse intr-un anumit volum de apa. TIPURI -Duritatea totala este suma tuturor sarurilor de calciu si magneziu -Duritatea temporara este duritatea carbonatica si reprezinta cantitatea de carbonati si bicarbonati de calciu si magneziu dintr-un anumit volum de apa -Duritatea permanenta este cantitatea de cloruri, sulfati, nitrati de calciu si magneziu dintr-un anumit volum de apa

DURITATEA TOTALA = DURIT.TEMPORARA + DURIT.PERMANENTA Duritatea temporara se refera la sarurile care, in combinatie cu CO2 , precipita chiar si la temperaturi scazute, dand nastere crustelor calcaroase. Duritatea temporara reprezinta aproape in totalitate duritatea apei. Ea este componenta principala. Duritatea permanenta se refera la saruri mai stabile, care precipita la temperaturi mai mari. Este o componenta secundara. In continuare este prezentat ciclul unei sari din apa, ce prezinta duritate temporara. Aceasta sare este bicarbonatul de calciu: -

H2O + CO2 = H2CO3 Apa Bioxid de Acid Carbon carbonic

-

CaCO3 + H2CO3 = Ca(HCO3)2 Carbonat Acid Bicarbonat de calciu carbonic de calciu Ca(HCO3)2 la temperatura = CaCO3 + CO2 + H2O Bicarbonat Carbonat Bioxid Apa

de calciu

de calciu

de carbon

UNITATI DE MASURA ALE DURITATII Unitatea de masura cea mai comuna este GRADUL FRANCEZ ( ºF ) Un Grad Francez = 10 grame de saruri de Ca si Mg / metru cub apa = 10 miligrame saruri de Ca si Mg / litru de apa = 10 ppm (parti per million) DECI: o apa care are duritatea de 35 grade Franceze va avea: - 35 x 10 g/m3 = 350 g/m3 saruri(carbonat de calciu) - 35 x 10 mg/l =350 mg/l saruri - 35 x 10 ppm =350 ppm saruri CONCENTRATII PENTRU APE DEDURIZATE SAU DESARATE PENTRU CONSUM UMAN

Nr. 1 2 3

PARAMETRUL Duritatea totala mg/ l Ca Alcalinitatea mg/ l HCO3 Ioni de sodium mg/ l Na

VALOAREA INDICATII - OBSERVATII 60 minim Corespunde la 14,97ºF (~15ºF) 30 minim 150 mamim

Duritatea apei este data de prezenta tuturor cationilor din apa in afara de cationii metalelor alcaline. Deoarece ionii de calciu si magneziu se gasesc in apa in cantitate mult mai mare fata de ceilalti cationi, determinarea duritatii va consta din determinarea concentratiei acestor ioni. Apele dure sunt neplacute la gust; la fierberea apei sarurile in exces se depun pe vase, cazane, conducte si/sau impiedica o buna fierbere a legumelor; cu sapunul dau saruri insolubile fiind neeconomice. Apele moi sunt incriminate de producerea unor afectiuni cardio-vasculare.

Duritatea apei este de doua feluri: duritate temporara sau carbonata, data de bicarbonatii de calciu si magneziu prezenti in apa si duritatea permanenta sau necarbonata data de celelalte saruri de calciu si magneziu (azotati, sulfati, cloruri, fosfati etc). Suma celor doua duritati formeaza duritatea totala . Duritatea excesiva a apei are implicatii de ordin economic. Conventional , duritatea se exprima in grade de duritate care pot fi grade germane (1 grad = 10 mg CaO) sau grade franceze (1 grad = 10 mg CaCO3). Duritatea excesiva a apei are implicatii de ordin economic. Apa dura:contine un procent ridicat de saruri de calciu si de magneziu. Apa dura nu este buna de baut, avand un gust neplacut,nu face spuma cu sapunul si nu fierbe bine legumele.Ea depune prin fierbere,pe peretii vaselor o crusta aderenta,care micsoreaza transmisia caldurii,determinand astfel o crestere a consumului de com

Se stie, ca duritatea apei se datoreaza in cea mai mare parte prezentei sarurilor de Ca si de Mg, cat si ionilor hidrogeno-carbonati neintalniti in apele moi.Daca apa este lipsita sau carentata in saruri de Ca si Mg, mortalitatea prin bolicardiovasculare este mult mai crescuta. S-a stabilit astfel o corelatie inversa intreduritatea apei si mortalitatea cardiovasculara: cu cat duritatea apei potabile estemai redusa, cu atat mai puternic omul este supus pericolului imbolnavirii. In functia inimii, Ca are un rol deosebit, scaderea concentratiei lui (CMA = 30100 mg /10)*, ducand la aritmii, dereglari in procesele de coagulare asangelui, agravarea rahitismului. De asemenea, Mg are un rol important in automatismul cardiac, in cazuriledeficitului de Mg (CMA = 10-40 mg /1) creste riscul de morbiditate a noi-nascutilor sia crizelor hipertonice. Duritatea apei este data de suma ionilor de calciu si magneziu prezenti in apa. Standardulmentionat anterior consta intr-o titrare cu EDTA la pH 10.00, folosind un tampon NH4Cl/NH4OH si o determinare a punctului de echivalenta printr-o metoda colorimetrica. Aceasta aplicatie foloseste, deasemenea, o titrare cu EDTA cu o determinarepotentiometrica a punctului de echivalenta prin intermediul unui electrod ionselectivde Calciu. In locul tamponului NH4Cl/NH4OH s-a folosit un amestec de TRIS siacetilacetona. Aceasta solutie tampon permite separarea Calciului si Magneziului atuncicand se foloseste un electrod ion selectiv de Calciu, ca electrod de lucru.bustibil. Duritatea totală a apelor naturale Duritatea este o proprietate a apelor naturale cauzată de prezenţa în ele asărurilor solubile de calciu şi magneziu. Duritatea, cauzată de prezenţa sărurilor de calciu se numeşte duritate de calciu, iar duritatea cauzată de prezenţa sărurilor de magneziu –duritate de magneziu. Conţinutul sumar al acestor ioni reprezintă duritate totală. Duritatea totală poate fi carbonică,condiţionată de prezenţahidrogenocarbonaţilor de calciu şi magneziu şi necarbonică în cazul prezenţei înapă a sărurilor de calciu şi magneziu cu acizi tari (cel mai frecvent, cu acidulsulfuric). Dat fiind că la fierbere hidrogenocarbonaţii solubili trec în carbonaţiiinsolubili, care precipită, duritatea carbonică se numeşte duritate temporară Duritatea rămasă după fierbere, se numeşte duritate permanentă. Duritatea apelor naturale se exprimă în mg-ech/ l şi variază în limitele largi.În dependenţă de valoarea durităţii, apele se clasifică astfel: Tipul de apa Duritatea apelor in limitele mr-ech/l Ape moi <4 Ape cu duritate medie 4-8 Ape dure 8-12 Ape foarte dure >12 În apele hidrogenocarbonate duritatea temporară reprezintă 80% din duritatetotală. De cele mai multe ori predomină duritatea de calciu, iar duritatea demagneziu poate atihge 60% în apele cu mineralizare înaltă.Pentru apele de suprafaţă se observă oscilaţii sezoniere ale durităţii. Valorilemaximale se observă la sfîrşit de iarnă şi minimale în perioada revărsării apelor de primăvară. Duritatea apelor subterane variază puţin.Duritatea apelor potabile influenţează şi asupra sănătăţii umane. Este constatatădependenţa inversă dintre duritatea apelor şi patologiile sistemului cardiovascular:cu cît duritatea apei potabile este mai redusă, cu atît mai puternic omul este supus pericolului îmbolnăvirii. Există date ce denotă fenomenul

predispunerii organismului uman la bolile de rinichi. Consumul apei cu duritatea mai înaltă de 15mg-ech/l poate provoca asemenea maladii ca osteoartroza şi osteoparezele. Apamoale, la fel ca şi apa dură, are o influenţă negativă asupra circuitului de substanţeminerale în organism şi contribuie la depunerea sărurilor. Apa moale cu o duritatemai mică de 1,5 mg-ech/l contribuie la îmbolnăviri din cauză că aceasta dizolvăuşor aşa metale grele cu proprietăţi toxice cum sunt: cadmiul, cobaltul, cuprul,nichelul, cromul, manganul. Savanţii consideră că pentru activitatea vitală normală a organismului umanduritatea apelor potabile trebuie să fie cuprinsă în limitele 1,5– 7,0 mg-ech/l. Un calcul simplu demonstrează că la o duritate de 1 mg-ech/l apa conţine 20 mg/lcalciu şi 12,16 mg/l magneziu. Apa foart e dură sau execiv de moale este inutilizabilă nu numai pentru potabilizare, dar şi pentru deservire tehnică. Săpinul în apa dură nu face spumă,transformă spălatul rufelor într-o procedură dificilă şi îndelungată, îngreunează fierberea legumelor, conduce la apariţia calcarului pe vase şi în sistemele de apeducte. Un strat oricît de mic de calcar, depus la fierbere, conduce la pierderi mari de căldură şi la un consumul suplimentar de combustibil. Particulele mici decalcar sînt nu numai impurităţi mecanice, dar devin şi componenţi activi ai apelor naturale. Ele deteriorează garniturile, contribuind la defectarea aparatelor de uzcasnic. Potrivit statisticii savanţilor americani, la o grosime de 1,5 mm de calcar conductibilitatea termică scade cu 15%, la o grosime de 7 mm conductibilitatea scade cu 40%, iar la o grosime de 10 mm schimbul de căldură se reduce cu 50%. Apa moale contribuie la coroziunea apeductelor din cauza solubilităţii parţiale a materialelor din care sînt construite utilajele.Metodele de dedurizare a apei se bazează pe precipitarea sărurilor insolubile de calciu şi magneziu prin metode termice şi chimice şi utilizareaschimbătorilor de ioni Mod de determinare Duritatea totală de obicei se determină prin titrare complexometrică. Îndependenţă de indicatorul folosit poate fi determinată duritatea totală cu cromogen negru drept indicator, eriocrom negru sau succesiv duritatea de calciu (cu ajutorul murexidului) şi de magneziu (cu eriocrom negru T), sau diferenţa lor.Pentru determinarea durităţii totale proba de apă se titrează cu soluţie decomplexon III în mediul bazic în prezenţa de negru de eriocrom T drept indicator.Complexonul III este sarea disodică a acidului etile-diamino-tetraacetic (EDTA). În timpul determinărilor se menţine pH=10 cu ajutorul soluţiei tampon. Modul de lucru se introduce 50 ml de apă de analizat într -un balon conic; se adaugă 5 ml soluţie tampon;

se adaugă cîteva cristale de indicator (negru de eriocrom T); soluţia se agită şi se titrează cu complexonul III (0,05N) pînă cînd culoareasoluţiei trece de la roşu la albastru. Titrarea se efectuiează încet, mai alesla etapa finală.

Calcule Duritatea totală (Htot) în mg-ech/l se poate calcula folosind relaţia: Htot=(N*n*1000)/V, Unde N –este normalitatea soluţiei de complexon III; n –este volumul soluţiei de compexon III (ml); V – este volumul probei de analizat (ml). În concluzie se notează duritatea determinată şi se apreciază calitatea probei deapă după acest indice. Solutii constructive Saruri polifosfat,campuri magnetice si cu schimb de ioni sunt principalele metode folosite pentru reducerea daunelor provocate de duritatea apei Duritatea temporara e data de bicarbonatul de Ca si Mg care pot fi eliminati prin fierberea apei,producand o pierdere de CO2,si da loc formarii de carbonati foarte putin solubili care precipita. Duritatea permanenta : nu se elimina prin fierbere si e data de alte saruri de calciu si magneziu(solfati si cloruri) care raman dizolvate in solutie. In diferite regiuni ale Italiei apa prezinta valori ale duritati diferite: foarte dure(chiar peste 40°F)sunt sursele de apa din Italia Centrala,Calabria si Sicilia in timp ce de duritate medie(circa 20°F) se pot considera sursele de apa din friuli si Liguria. In general,totusi,sursele de apa prezente pe teritoriul Italian pot fi considerate mai degraba dure,pentru acest motiv se utilizeaza frecvent aparatura si tratamente preventive pentru prevenirea depunerilor Cind apa este supusa unui tratament de dedurizare sau desalinizare trebuie lasata o duritate reziduala minima de 60mg/l Ca, care corespunde unei valori de 15ºF.Aceasta este conditia minima ca duritate pentru apa potabila. Pentru a obtine valoarea de 15ºF, dupa un tratament de dedurizare, este necesar sa se efectueze o miscelare (amestecare) prin intermediul unui bypass, intre apa dedurizata si apa dura (netratata) 1.Adaos de apa de ploaie 2. Adaos de apa distilata 3. Fierberea apei urmata de decantarea ei Limite Condițiile de calitate a apei potabile, în România, sunt reglementate prin STAS 1342 - 91 Apă potabilă. Indicatori

Valori

Valori admise

Metoda de analiză

admise

excepțional

Aluminiu (mg/l)

0,05

0,2

STAS 6326 - 90

Amoniac (mg/l)

0

0,5

SR ISO 5664:2001

Azotiți (mg/l)

0

0,3

STAS 3048/2 - 90

Calciu (mg/l)

100

180

STAS 3662 - 62

Clor rezidual (mg/l) La consumator clor rezidual liber clor rezidual total La intrarea în rețea clor rezidual liber - clor rezidual total

0,10 ... 0,25 0,10 ... 0,28 -

SR EN ISO 7393 1:2002 SR EN ISO 7393 2:2002 SR EN ISO 7393 3:2002

0,50 0,55

-

Cloruri (mg/l)

250

400

STAS 3049 - 88

Compuși fenolici distilabili (mg/l)

0,001

0,002

STAS 10266 - 87

Cupru (mg/l)

0,05

0,1

STAS 3224 - 69

Detergenți sintetici, anionici (mg/l)

0,2

0,5

STAS 7576 - 66

Duritate totală (grade germane)

20

30

STAS 3026 - 76

Fier (mg/l)

0,1

0,3

SR ISO 6332:1996

Fosfați (mg/l)

0,1

0,5

STAS 3265 - 86

Magneziu (mg/l)

50

80

STAS 6674 - 77

Mangan (mg/l)

0,05

0,3

SR 8662-1:1997 SR 8662-2:1997 SR ISO 6333:1996

Oxigen dizolvat (mg/l)

6

6

STAS 6536 - 87

100 800

30 1200

STAS 3638 - 76

Rezidul min. max.

fix (mg/l)

Substanțe organice oxidabile (mg/l) Prin metoda cu permanganat de potasiu: 2,5 CCO Mn (O2) 10 permanganat de potasiu Prin metoda cu dicromat 3 de potasiu CCO Cr (O2)

3,0 12

Sulfați (mg/l)

200

400

STAS 3069 - 87

Sulfuri și hidrogen sulfurat (mg/l)

0

0,1

SR 7510 SR ISO 10530:1997

Zinc (mg/l)

5

7

STAS 6327 - 81

STAS 3002 - 85

5

Indicatori bacteriologici

Felul apei potabile

Numărul total de bacterii care se dezvoltă la 37 °C/cm3 (UFC/cm3)

Apă furnizată de instalații centrale urbane și rurale cu apă dezinfectată sub - punct de intrare în rețea sub 20 - punct din rețeaua de distribuție Apă furnizată de instalații centrale urbane și rurale cu apă nedezinfectată sub - punct de intrare în rețea sub 100 - punct din rețeaua de distribuție

Numărul probabil de bacterii coliforme termotolerante (coliformi fecali) /100 cm3

Numărul probabil de streptococi fecali /100 cm3

0 0

0 0

3 0 0

0 0

Numărul probabil de bacterii celiforme (coliformi totali) /100 cm3

20 0 0

100 sub sub 3

Apă furnizată din locale (fântâni, izvoare, etc.)

surse sub 300

sub 10

sub 2

sub 2

Indicatori biologici Indicatori

Concentrații admise

Volumul sestonului obținut prin filtrarea prin fileu planctonic (cm3/m3) în instalații centrale 1 - în instalații centrale 10 Organisme animale, vegetale și particule vizibile cu ochiul liber lipsă Organisme animale microscopice (număr/l)

20

Organisme care prin înmulțirea în masă modifică proprietățile organoleptice sau fizice ale apei în 100 l lipsă Organisme indicatoare de poluare

lipsă

Organisme dăunătoare sănătății: ouă de geohelminți, chisturi de giardia, protozoare intestinale patogene lipsă

Concluzi -

Este important de retinut ca duritatea nu influenteaza gradul de potabilitate al apei Apa de ploaie este foarte dulce si are o duritate nu mult peste 1°F,in timp ce anumite ape naturale pot ajunge la peste 50°F. Metodele de analiză se fac în conformitate cu STAS 3001 – 91 Duritatea este o proprietate care influențează o serie de alte proprietăți fizico-chimice ale apei și soluțiilor sale, cum ar fluiditatea, vâscozitatea dinamică, tensiunea superficială,temperatura de solidificare și de fierbere. Valoarea acestor mărimi contribuie la producerea unor efecte fizice și chimice care determină evoluția unor procese naturale, biologice și tehnologice. O valoare neadecvată a durității apei poate duce la evoluții nefavorabile ale unor procese sau la producerea unor deteriorări ale mediului natural, ambiental sau chiar a unor agregate, mașini și utilaje. Din acest motiv controlul durității apei prin metodele de dedurizare sau de durizare are o mare însemnătate practică.

Bibliografie: http://www.scritube.com( Manualul practit de tratare a apei) http://ro.pdfcoke.com( Duritatea apei) http://www.wts-online.ro http://ro.wikipedia.org