معالجة مياه الغلاية وتخزينها وتفريغها

نظرة على كيمياء إمدادات المياه بما في ذلك الصلابة وقيم pH.

قبل مناقشة وتفهم تفريغ الغلاية من الضروري تحديد تعريف للماء مع شوائبه والمصطلحات المرتبطة مثل الصلابة وpH إلخ.

الماء هو المادة الخام الأكثر أهمية على الأرض. ضروري للحياة، يُستخدم للنقل، ويخزن الطاقة. يُسمى أيضًا ‘المُذاب الشامل’. الماء النقي (H2O) عديم الطعم والرائحة واللون في حالته النقية؛ ومع ذلك، الماء النقي نادر جدًا. جميع المياه الطبيعية تحتوي على أنواع وكميات مختلفة من الشوائب. الماء الصالح للشرب ليس بالضرورة ماء غلاية صالحًا. المعادن في ماء الشرب يمتصها الجسم البشري بسهولة وضرورية لصحتنا. الغلايات، ومع ذلك، أقل قدرة على التعامل، وهذه المعادن نفسها ستسبب تلفًا في غلاية بخار إذا سُمح لها بالبقاء. من مخزون المياه العالمي، يوجد 97% في المحيطات، وجزء مهم منه محصور في الأنهار الجليدية القطبية - فقط 0.65% متاح للاستخدام المنزلي والصناعي. هذا الجزء الصغير سيُستهلك قريبًا لولا دورة المياه (انظر الشكل 3.9.1). بعد التبخر، يتحول الماء إلى سحب، تتكثف جزئيًا أثناء رحلتها ثم تسقط على الأرض كمطر. ومع ذلك، من الخطأ افتراض أن ماء المطر نقي؛ أثناء سقوطه إلى الأرض يلتقط شوائب مثل حمض الكربونيك والنيتروجين ومناطق صناعية ثاني أكسيد الكربون. مشحونًا بهذه المكونات، يتخلل الماء الطبقات العليا من الأرض إلى طاولة المياه، أو يتدفق فوق سطح الأرض مُذيبًا ومُجمِّعًا شوائب إضافية. قد تُشكِّل هذه الشوائب رواسب على سطوح نقل الحرارة التي قد:

تسبب تآكل المعدن.
تُقلل من معدلات نقل الحرارة، مُؤدية إلى ارتفاع درجة الحرارة وفقدان القوة الميكانيكية. يُوضِّح الجدول 3.9.1 الأسماء التقنية والشائعة للشوائب، ورموزها الكيميائية، وتأثيراتها.

جودة الماء الخام والاختلافات الإقليمية

يمكن أن تختلف جودة الماء بشكل كبير من منطقة إلى أخرى حسب مصادر المياه والمعادن المحلية (انظر الشكل 3.9.2). يُعطي الجدول 3.9.2 بعض الأرقام النموذجية لمناطق مختلفة في بلد صغير نسبيًا مثل المملكة المتحدة. الشوائب الشائعة في الماء الخام يمكن تصنيفها كالتالي:

مواد مذابة - هذه مواد تذوب في الماء. الرئيسية منها هي كربونات وكبريتات الكالسيوم والمغنيسيوم، التي تُشكِّل قشورًا عند التسخين. هناك مواد مذابة أخرى، غير مُشكِّلة للقشور. في الممارسة العملية، أي أملاح تُشكِّل قشورًا داخل الغلاية يجب تغييرها كيميائيًا بحيث تُنتج مواد عالقة، أو وحل بدلاً من قشور.
مواد عالقة - هذه مواد موجودة في الماء كجزيئات مُعلقة. عادة معدنية أو عضوية المنشأ. هذه المواد عادة ليست مشكلة لأن يمكن تصفيتها.
غازات مُذابة - الأكسجين وثاني أكسيد الكربون يمكن ذوبانهما بسهولة بواسطة الماء. هذه الغازات عوامل تآكل عدوانية.
مواد مُشكِّلة لرغوة - هذه شوائب معدنية تُproduces رغوة. مثال هو صودا بشكل كربونات أو كلوريد أو كبريتات. كمية الشوائب الموجودة صغيرة للغاية وعادة تُعبَّر في أي تحليل مياه على شكل أجزاء لكل مليون (ppm)، بالوزن أو بديلًا بالمليلغم/لتر (ملغم/لتر). الأقسام التالية ضمن هذه الوحدة تصف خصائص الماء.

الصلابة

يُشار إلى الماء بأنه ‘صلب’ أو ‘طري’. الماء الصلب يحتوي على شوائب مُشكِّلة للقشور بينما الماء الطري يحتوي قليلًا أو لا شيء. يمكن التعرف بسهولة على الفرق من تأثير الماء على الصابون. يُطلب صابون أكثر بكثير لصنع رغوة مع الماء الصلب مقارنة بالماء الطري. الصلابة ناتجة عن وجود أملاح معدنية من الكالسيوم والمغنيسيوم وهي هذه المعادن نفسها تُعزز تكوين القشور. هناك تصنيفان شائعان للصلابة:

صلابة قلوية (تُعرف أيضًا بالصلابة المؤقتة) - بيكربونات الكالسيوم والمغنيسيوم مسؤولة عن الصلابة القلوية. الأملاح تذوب في الماء لتكوين محلول قلوي. عند إضافة الحرارة، تتحلل لإطلاق ثاني أكسيد الكربون وقشور طرية أو وحل. يُستخدم مصطلح ‘صلابة مؤقتة’ أحيانًا، لأن الصلابة تُزال بالغلي. يمكن رؤية هذا التأثير غالبًا كقشور على داخل غلاية كهربائية. انظر الأشكال 3.9.3 و3.9.4 - الأخير يمثل الوضع داخل الغلاية.
صلابة غير قلوية وكربرونات (تُعرف أيضًا بالصلابة الدائمة) - هذا أيضًا بسبب وجود أملاح الكالسيوم والمغنيسيوم لكن بشكل كبريتات وكلوريدات. تترسب من المحلول، بسبب انخفاض ذائبيتها مع ارتفاع درجة الحرارة، وتُشكِّل قشورًا صلبة يصعب إزالتها. بالإضافة إلى ذلك، وجود السيليكا في ماء الغلاية يمكن أن يؤدي أيضًا إلى قشور صلبة، يمكن أن تتفاعل مع أملاح الكالسيوم والمغنيسيوم لتكوين سيليكات يمكن أن تُعيق بشكل خطير نقل الحرارة عبر الأنابيب الحرارية وتسبب ارتفاع درجة حرارتها.

الصلابة الكلية

الصلابة الكلية لا تُصنَّف كنوع من الصلابة، بل كمجموع تركيزات أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم الموجودة عندما تُعبَّر كلتاهما كـ CaCO3. إذا كان الماء قلويًا، جزء من هذه الصلابة، يساوي القلوية الكلية ويُعبَّر أيضًا كـ CaCO3، يُعتبر صلابة قلوية، والباقي صلابة غير قلوية (انظر الشكل 3.9.5).

أملاح غير مُشكِّلة للقشور

أملاح غير صلابة، مثل أملاح الصوديوم موجودة أيضًا، وذائبيتها أعلى بكثير من أملاح الكالسيوم أو المغنيسيوم وعادة لا تُشكِّل قشورًا على سطوح الغلاية، كما هو موضح في الشكل 3.9.6. وحدات مقارنة عندما تذوب الأملاح في الماء تُشكِّل جزيئات مشحونة كهربائيًا تُسمى أيونات. الأجزاء المعدنية (كالسيوم، صوديوم، مغنيسيوم) يمكن التعرف عليها كأيونات موجبة لأنها تجذب إلى المهبط وتحمل شحنات كهربائية موجبة. الأيونات السالبة غير معدنية وتحمل شحنات سالبة - بيكربونات، كربونات، كلوريد، كبريتات، تجذب إلى المُوجِّب. كل شائبة تُعبَّر عمومًا بكمية مكافئة كيميائيًا من كربونات الكالسيوم، التي وزنها الجزيئي 100. قيمة pH مصطلح آخر يجب النظر فيه هو قيمة pH؛ هذه ليست شائبة أو مكوّن بل مجرد قيمة رقمية تمثل محتوى الهيدروجين الكامن في الماء - وهو مقياس لطبيعة الماء الحمضية أو القلوية. الماء، H2O، لديه نوعان من الأيونات - أيونات الهيدروجين (H+) وأيونات الهيدروكسيل (OH-). إذا كانت أيونات الهيدروجين سائدة، يكون المحلول حمضيًا بقيمة pH بين 0 و6. إذا كانت أيونات الهيدروكسيل سائدة، يكون المحلول قلويًا بقيمة pH بين 8 و14. إذا كان عدد أيونات الهيدروكسيل والهيدروجين متساويًا، يكون المحلول مُتعادلًا بقيمة pH 7. الأحماض والقلويات تزيد من موصلية الماء فوق عينة مُتعادلة. على سبيل المثال، عينة ماء بقيمة pH 12 ستكون موصلتها أعلى من عينة بقيمة pH 7. يُوضِّح الجدول 3.9.3 مخطط pH والشكل 3.9.7 يوضح قيم pH المذكورة رقميًا وعلاقتها بمواد يومية.