Voorkom kalkaanslag met onze Hydroflow producten
Hoe werkt het?
video pagina.

 Klik hier om onze video te zien
Laatste nieuws:
Bel voor een offerte met: 0546-566417

Principes van waterhardheid

 

Hard Water – het probleem

De hardheid in het water komt van calcium en magnesium zouten. Deze komen er in doordat regenwater op weg door bodemlagen mineralen uit gesteentes en andere aardlagen oplossen. Zo komen ondermeer calcium en magnesium in het grondwater. Calcium en magnesium en andere zouten maken het water basisch. Die mineralen zijn gezond voor ons als wij dit water drinken. Denk maar eens aan de populariteit van mineraalwater.

Echter in veel gevallen is hard water vervelend voor onze technische installaties en apparaten. Waterhardheid kan op verschillende manieren worden uitgedrukt. In Nederland en Duitsland meestal in graden Duitse hardheid (dH) of in ppm's, zie hiervoor de tabel waterhardheid in Nederland.

Wat is de waterhardheid in uw woonplaats?

De hardheid van water wordt bepaald door de hoeveelheden calcium (kalk) en magnesium in het water. Bij verhitting slaan deze zouten neer en ontstaat kalkaanslag. Dat verkort de levensduur van apparaten en leidingen. Hard water is niet vies of ongezond. Onderzoekers hebben zelfs aanwijzingen gevonden dat water met zeer weinig calcium en magnesium (zeer zacht water) harten vaatziekten kan bevorderen. Hoe 'hard' water is, meten we in zogeheten Duitse hardheidsgraden (°D). Eén °D komt overeen met 10 milligram calciumoxide per liter water. In de tabel staat de indeling weergegeven die waterleidingbedrijven aanhouden:

Meetwaarde (in °D) Aanduiding
<4 Zeer zacht water
4 tot 8 Zacht water
8 tot 12 Gemiddelde hardheid
12 tot 18 Vrij hard water
18 tot 30 Hard water
30> Zeer hard water

Hier kunt u snel zien hoe "hard" het water is in uw woonplaats. Selecteer uw woonplaats uit het onderstaande menu. De actuele meetwaarde wordt direct getoond.


   °D

We onderscheiden twee soorten hardheden van water

Hardheid : Tijdelijk en Permanent

Tijdelijke hardheid is in de meeste gevallen verbonden met calcium en magnesium carbonaten and bicarbonaten. Deze zouten in kristalvorm worden in een oplossing gehouden en dat blijft zo, tenzij er een verschil in druk of temperatuur optreedt. Dit zal ervoor zorgen dat het water oververzadigd wordt,  resulterend in bezinksel van kalkaanzet op hete of ruwe oppervlaktes, zoals pijpen en warmte wisselaars.

Permanente hardheid is voornamelijk te wijten aan calcium en magnesium sulfaat. Druk of temperatuur verschillen hebben hierop geen effect. Echter, als het water verdampt dan zullen de sulfaten achterblijven waardoor een korstlaag ontstaat.

Het hardheid probleem in het water wordt soms verergert als het opgeslagen wordt in bassins, gemaakt van verschillende materialen, en wordt ook verergerd als het waterpeil  daalt en stijgt door verdamping en suppletie waardoor zouten resulteren in concentraties.

Scheikundigen houden zich bezig met de chemische reacties van elementen en samenstellingen die zijn gevormd door de reacties. Om meer te kunnen begrijpen van fysische reacties en bindingen, moet men rekening houden met de fysische effecten doe plaats vinden.

De chemie

Stabiele chemische samenstellingen zijn normaalgesproken elektrisch neutraal. Wanneer ze vloeibaar worden in het water om een oplossing te vormen, kunnen ze zich scheiden in tegengestelde geladen deeltjes: ionen. Dit proces wordt ook wel dissociatie genoemd en kan gedeeltelijk en geheel zijn.  Hoewel ionen onafhankelijke deeltjes zijn, is de verbinding met hun tegengestelde gebleven en wordt hersteld door kristallisatie. Dit proces van dissociatie wordt zeer vaak gebruikt in de industrie om metalen te scheiden van hun mengvormen,  elektrolyse en het scheiden van elementen van water in zuurstof en waterstofgas.

De mineraal zouten die in het water zitten kunnen worden bepaald, zowel als soort en hoeveelheid door een simpele verdamping en vervolgens het residu te wegen. In tegenstelling tot hardheids-zouten – en ook door andere technieken – kunnen natriumchloride, natriumsulfaat en silica gevonden worden. Deze stoffen komen niet voor in de oplossing als vaste componenten, maar als ion-geladen oplosbare deeltjes metaal (ook wel bekend als kationen) of als zuur ionen (bekend as anionen).

De meest voorkomende kationen zijn:

Kalk

Ca2+

Magnesium

Mg2+

Natrium

Na+

De meest voorkomende anionen zijn:

Chloride

Cl-

Sulfaat

SO42-

Bicarbonaat

HCO3-

De negatieve en positieve tekens geven de polariteit aan door de elektronenlading. Het negatieve teken betekend elektron winst, positieve tekens indiceren elektron te weinig. Vervuilende deeltjes kunnen worden gegroepeerd naar polariteit en naar grootte van de lading.

Neutraliteit van Water pH Waarde

Puur water in zijn vloeibare vorm is ook licht ontbonden in zijn eigen ionen.

H2O -------> H+ + OH-

waterstof ion, hydroxyl ion

Deze vergelijking suggereert dat water waterstofionen bevat die zich vrij rond bewegen, maar een waterstof atoom is een gewoon proton. Het is nu erkend dat de protonen zichzelf hechten aan de watermoleculen om een hydronium ion H3O+ te vormen. Voor de eenvoud zullen we in het onderstaande refereren aan H+ ionen hoewel de fysische realiteit is, dat zulke soorten geen onafhankelijk bestaan hebben in water.

Zowel waterstof en hydroxyl ionen zijn aanwezig in dezelfde hoeveelheid, zodat het pure water “neutraal is”. In het gewicht van een eenheid puur water zit 0.0000001 eenheden gewicht van waterstof ionen en hydroxyl ionen, of 10-7 deel van elk. De pH waarde – de zuurgraad, alkaligehalte  of puurheid – gebruikt het getal 7 als een neutraal of puur punt van de schaal. Natuurlijk water heeft een pH waarde van 7 stelt men.

pH = - log 10 (H+)   (H+ is de waterstof ion concentratie).

Als de waterstof ion concentratie verhoogd wordt, daalt de pH waarde. Als de hydroxyl concentratie verhoogd wordt, stijgt de pH waarde.

Zuurheid komt door waterstof ionen, dus hoe zuurder het water wordt, hoe lager zijn pH waarde. Een alkaligehalte komt door hydroxyl ionen, dus hoe meer des te hoger wordt de pH waarde van het water. Dit komt doordat zuren waterstof ionen afgeven in de oplossing, terwijl alkali hydroxyl ionen afgeeft. Zie onderstand voorbeeld van zwavelzuur en natronloog

H2SO4 ------> 2H+ + SO42-

Sulfaat zuren

NaOH ------> Na+ + OH-

caustic soda

De pH schaal loopt van 0-14, van erg zuur naar sterk alkali.

KRISTALLISATIE

Kristallisatie treedt op wanneer een oplossing oververzadigd wordt. Een oververzadigde oplossing bevat een hogere concentratie oplossing dan de evenwichtstoestand. Maar alleen verzadiging is niet genoeg voor een systeem om te beginnen met kristalliseren. Het is algemeen bekend dat er 2 stappen nodig zijn in de vorming van microscopische kristallen in verzadigde oplossingen: Allereerst zal een kern gevormd moeten worden; en ten tweede, deze kern zal moeten groeien (kristalgroei). Er zijn andere variabelen die de kernvorming en de kristalgroei beïnvloeden, zoals de aanwezigheid van vervuiling,  turbulentie binnen het systeem; de eigenschappen en de vorm van de oppervlaktes die in contact staan met de oplossing.

Er zijn 2 fundamentele kernvormings mechanismen:

  • Homogene kernwording – waar de kern uit zichzelf wordt gevormd in de moeder oplossing en;
  • Heterogene kernwording – waar een buitenstaand materiaal, zoals een metalen oppervlakte of een andere kern, dient als startpunt van de kristalvorming.

Opgeloste mineralen bepalen hardheid van het water

Alle geladen ionen kunnen worden beschouwd als een dipool en zullen worden aangetrokken door elkaars tegenpolen. Ionen zijn compleet gescheiden en worden onafhankelijk verdeeld door de oplossing (zie hiernaast). Ionen worden verbonden door verstrooiing en door elektrostatische aantrekking. Deze aantrekking wordt vergroot als de dipolen door een elektrisch veld worden hergeoriënteerd, zodat ze allen op dezelfde manier gericht worden.

Klik voor animatie

Vrije ionen van opgeloste zouten vormen kernen

Een elektrisch veld is krachtveld dat bestaat tussen elke geconcentreerde lading. HydroFLOW kan zulke geladen concentraties creëren in het systeem door een elektrisch veld te creëren, zoals onderstaand zal worden beschreven. 
Kristalkernen HydroFLOW produceert een elektrisch veld dat aan en uit wordt geschakeld. De lengte van de uit periode wordt willekeurig geregeld. Als het elektrische veld wordt uitgeschakeld, worden aangrenzende soorten samen gevormd tot kernen (zie fig. hiernaast). Deze kernen (zelf een grote dipool)worden beïnvloedt door het elektrische veld tijdens de aan periode, en worden door hun aantrekkingskracht samen gevoegd tot gelokaliseerde gebieden van een hoge concentratie. Door de concentratie van de elektrische lading in de cluster vormen zich grote interne krachten die resulteren in een samentrekking en verdichting. De clusters trekken samen tot een kern, welke het eigenlijke zaadkristal is. 

Kristalkern zijn begin van de kristalgroei

De aanwezigheid van het elektrische veld van HydroFLOW zal de formatie van deze kernen versterken door hen magnetisch te oriënteren in dezelfde richting. dit gebeurt zowel in verzadigde als onverzadigde oplossingen. Dit proces trekt meer en meer geladen soortgenoten aan zodoende vormen zich stabiele kernen. De aantrekkingskracht van zulke kernen wordt groter, als ionen zich invoegen in de oppervlakte, 

Vorming van zwevend kristal op de kernen

De kernkristallen worden gevormd en groeien, geholpen door het effect van oriëntatie van de ionen door het toegepaste veld. (Wanneer HydroFLOW wordt gebruikt, zal de verspreiding worden vergroot omdat de ionen worden geleid door het toegepaste elektrische veld.) Om dit proces in het hele systeem te laten plaatsvinden, zal het veld overal aanwezig moeten zijn. Vooral vlakbij de plaatsen waar temperatuur- en druk verschillen zich zullen voordoen welke verantwoordelijk zijn voor de afzetting van de mineralen. Wanneer HydroFLOW wordt gebruikt, zal de verspreiding worden vergroot omdat de ionen worden geleid door het toegepaste elektrische veld. Kleine kristallen worden verenigd om een groter kristal te vormen ten koste van kleinere. De homogene kristallen worden zwevend gevormd en blijven dus ook zwevend in het water en worden met de stroom meegevoerd, zonder kalkaanslag aan de installatie en apparatuur.

Kalkaanzet Voorkomen

Om harde kalkafzettingen te voorkomen, moet de heterogene kernvorming worden geminimaliseerd en de homogene kernvorming onder oververzadigde condities worden voorkomen. Dit kan worden bereikt door de generatie van een groot aantal kristalkernen. Door de installatie van HydroFLOW zal dat gebeuren . De kristalkernen zullen groeien en dan een kern vormen voordat kristallen gaan neerslaan op de installatie. Met de aanwezigheid van een groot aantal kernen zal homogene kristallisatie optreden in het water. Dit zal zorgen voor een vorming van grote kristallen op het moment dat de oververzadiging (kristalafzetting) bereikt wordt. Grote kristallen zullen dan groeien ten kosten van kleinere. De grote bulk van kristallen zal voorkomen dat er  heterogene kristallisatie aan de oppervlaktes optreedt. Elke heterogene kristallisatie die zich nu toch vormt aan de oppervlakte, zal zo’n dun laagje zijn dat het zal terugkeren naar de oplossing, zo gauw als de oplossing onverzadigd wordt.

Omdat de clusters die de kernkristallen vormen instabiel zijn en steeds terugkeren naar oplossing, zal het  conditionerende veld continue en lokaal aanwezig moeten zijn, bij de warmtewisselaar en op alle plekken waar kristalvorming en dus kalkaanslag of ketelsteen ontstaat, om de vorming van kirstalkernen te verzekeren.

De  HydroFLOW technologie bereikt dit door het efficiënt genereren van grote hoeveelheden  kernkristallen in het verzadigde en onverzadigde water. Dit proces zet zich continue voort en dit tevens door het gehele systeem door het alom tegenwoordige veld dat voortdurend kristalkernen vormt en degene vervangen die steeds weer terugkeren in de oplossing.



Kalkaanslag Verwijdering

Kalkaanslag door heterogene kristalvorming

In een systeem waar vorming van kalkaanslag, kalkafzetting en ketelsteen mogelijk is, zijn er 3 processen aan het werk: heterogene kristallisatie en/of homogene kristallisatie, en  het terugkeren van de ketelsteen naar de opgeloste toestand indien het water onverzadigd is. 

Heterogene kristallisatie  gebeurd met name op oppervlakten die onderhevig zijn aan stijgende temperaturen. Omdat niet de gehele oplossing in contact staat met het verwarmde oppervlak, zullen circulerende stromen oververzadigd vloeistof wegbrengen naar andere oppervlakten. Kalkafzetting zal voortduren tot dat het verzadigingspunt is bereikt. 

Homogene kristallisatie gebeurd in grote reservoirs die grote volumes bevatten met een relatief kleine binnenoppervlakte. Als de oplossing verwarmd wordt, wordt de oplossing oververzadigd. De oppervlakte is niet voldoende om alle kernvormingen te leveren. De oplossing bereikt een kritische conditie. Op dit punt zal elk soort energie, zoals een turbulentie in de oplossing, een homogene kernwording veroorzaken. Al het materiaal dat kan neerslaan doet het dan meteen. Een groot aantal kleinere kristallen zijn gevormd. Deze kristallen hebben hoge ladingen dat als gevolg heeft dat ze hechtten aan alle oppervlaktes, inclusief koude oppervlakten. De kristallen die aangehecht aan een oppervlakte zullen dan kernen vormen voor heterogene kristallisatie in volgende verwarmingsperioden.

Het derde proces is de terugkeer naar de oplossing van de kalkafzettingen. Nadat de oplossing niet langer verzadigd is door de temperatuur (koudere) of druk verandering, zal een deel van de kalkaanzet terugkeren naar de oplossing. De kalkaanslag dat zich gevormd had aan oppervlaktes, is niet zo stabiel als de kristallen die zijn gevormd in de oplossing. Dit komt door de ongelijke manier die de kernvorming heeft doorgemaakt aan de oppervlakten (zie Fig. hiernaast).

Ontkalking kan alleen voorkomen indien het water dat in contact staat met de verkalkte oppervlakten onverzadigd is en het vermogen heeft om carbonaten om te vormen tot bicarbonaten te vormen. De aanwezigheid van CO2 is noodzakelijk voor de vorming van bicarbonaten. Het CO2  dat aanwezig is in de oplossing in het water komt vanuit 2 bronnen, een vanuit de lucht dat in contact staat met het water en de ander van het uiteenvallen van bicarbonaten door het verhittingsproces.

 

 H2O +CO2---------> H2CO3

onverzadigd water

CaCO3 + H2CO3---------> Ca (HCO3)2

 

Een snelle ontkalking van de warmtewisselaar wanneer HydroFLOW gebruikt wordt is afhankelijk van stroomsnelheid en turbulentie. Dit komt door de stijgende temperatuur van het wat kalkaanzet afgeeft. Als de turbulentie aanwezig is, dan zal het water drukverschillen vernemen dat tot gevolg heeft dat het water snel van oververzadigd naar een onverzadigde situatie gaat. Als het water onverzadigd is, zal het water de kalkaanzet aan de oppervlakte oplossen en in de oververzadigde situatie neemt de de afgifte toe door de aanwezigheid van kernclusters die gevormd zijn door  HydroFLOW veld.

In elk systeem dat oplossingen bevat, zal er een balans zijn tussen kalkaanzet vorming en kalk oplossend vermogen. In een systeem waar de balans in het voordeel is van de kalkaanzet vorming, zal het systeem kalkaanzet vernemen. In een systeem waar de balans in het voordeel is van de kalkaanzet oplossing, zal het systeem geen kalkaanzet waarnemen.

 

Ca (HCO3)2 + Heat +HydroFLOW ------> CAC3 + H2O + CO2

calcium bicarbonaat, calcium carbonaat, in oplossing in suspension

CaCO3 + turbulentie + HydroFLOW + H2O + CO2---------> Ca (HCO3)2

calcium carbonaat, calcium bicarbonaat, aan de oppervlaktes

 

HydroFLOW zorgt er simpel voor dat de oplossende werking in het voordeel komt, door een grote hoeveelheid onverzadigde oplossing te leveren dat de kalkaanzet aan de oppervlaktes oplost. De heterogene kristallisatie wordt vervangen door homogene kristallisatie. Echter, de homogene kristallisatie gebeurt zo gauw als de oplossing oververzadigd wordt, door de aanwezigheid van een grote hoeveelheid kristalkernen gevormd door HydroFLOW. Als resultaat zal de oude kalkaanzet uiteindelijk volledig terugkeren in de oplossing en is veranderd in vaste individuele kristallen. Deze vaste vormloze kristallen kunnen worden verwijderd door filtratie vanuit de circulerende systemen. In open systemen (tapwater) worden ze meegevoerd met de stroom en via het tappunt verwijderd worden.