Gaze dizolvate in apa

Apa se gaseste in natura intr-un circuit continuu. Apa de la suprafata (apa din rauri, lacuri, mari, oceanuri) se evapora ajungand sub forma de vapori in atmosfera, rezultand apa atmosferica. Aceasta este purtata de curenti pana in zonele cu temperaturi scazute unde se condenseaza si cade pe pamant sub diferite forme formand apa meteorica. Odata ajunsa pe sol apa meteorica se infiltreaza pana in momentul cand intalneste straturi impermeabile. Aceasta poarta numele de apa subterana si poate fi de doua feluri: A. ape cu nivel liber si de mica adancime sau ape freatice;B. ape captive, aflate intre doua straturi impermeabile. Daca se ridica pana la nivelul solului acestea poarta numele de ape ascensionale; daca depasesc nivelul solului se numesc arteziene. In circulatia lor prin sol apa subterana iese la suprafata formand izvoare. Acestea si apa meteorica ce nu s-a putut infiltra formeaza apa de suprafata. In natura apa nu se gaseste niciodata in stare pura. In apa se gaseste intotdeauna o oarecare cantitate de substante chimice dizolvate sau aflate in suspensie. Acestea pot fi grupate in urmatoarele categori:1. gaze dizolvate;2. ioni de hidrogen;3. substante minerale;4. substante biogene;5. substante organice;1. Gazele dizolvate. Cele mai intalnite gaze dizolvate in apa sunt: oxigenul, dioxidul de carbon si hidrogenul sulfurat.

Oxigenul

Oxigenul dizolvat in apa este necesar respiratiei organismelor acvatice prin intermediul carora au loc neincetat procese chimice aerobe. Bilantul oxigenului este dat de doua procese: unul care mareste cantitatea de oxigen si unul care o reduce. Din primul grup face parte oxigenul atmosferic dizolvat in apa si intr-o cantitate mai redusa oxigenul rezultat in urma procesului de fotosinteza al vegetatiei subacvatice.Cel de-al doilea grup este reprezentat de consumul oxigenului in procesul de transformare si degradare biochimica a substantelor organice sau oxidarea elementelor minerale.

Dixidul de carbon

Principalele surse de carbon in apa sunt reprezentate de respiratia organismelor acvatice, procesele biochimice de degradare si procese geochimice rezultate datorita contactului apei cu solul. Reducerea de carbon este determinate de trecerea lui in atmosfera si de procesele de fotosinteza.

Hidrogenul sulfurat

Se intalneste mai rar in apele naturale si cu precadere in apele subterane. Provenienta sa este telurica fiind legat de existenta unor zacaminte de sulf care un urma unor procese chimice biogene dau hidrogen sulfurat. Hidrogenul sulfurat apare ca o caracteristica a apelor terapeutice. Totusi poate sa apara si in apele naturale, cunoasterea acestuia fiind necesara in caracterizarea apei, acesta fiind un indicator de poluare.

2. Ionii de hidrogen Apar si in apa pura ca urmare a procesului de disociere partiala. Desi apa are o constanta de disociere foarte redusa, concentratia ionilor de hidrogen este o caracteristica naturala foarte importanta, ea determinand pH-ul apei. In mod obisnuit pH-ul apei naturale este cuprins intre 6,5 8,5 ,avand in general tendinta spre alcalinitate.3. Substantele minerale Elementele minerale cele mai frecvente sunt: calciu, sodiu, potasiu si magneziu la care se adauga cantitati mici de mangan, cadmiu, nichel, cobalt, litiu, bariu etc. In functie de combinatiile acestora cu anionii prezenti in apa, apele naturale pot fi: clorurate, sulfurate, bicarbonate etc. Cantitatea totala a sarurilor minerale prezente in apa determina gradul de mineralizare al apei. Astfel deosebim:- ape slab mineralizate, care au sub 500 mg/dm3- ape mineralizate, care au intre 500 si 1000 mg/dm3- ape puternic mineralizate, care au peste 1000 mg/dm3 In cea mai mare parte sarurile minerale ajung in apa in urma contactului cu rocile sedimentare. De aceea mineralizarea apelor subterane este mai mare decat a celor de suprafata, mineralizarea crescand odata cu adancimea.4. Substantele biogene Substantele biogene sunt legate de activitatea vitala a organismelor acvatice. Ele au in general o provenienta biologica rezultand din descompunerea substantelor organice sub actiunea enzimelor. Cele mai intalnite sunt amoniacul, azotitii, azotatii, fosfatii si uni compusi ai fierului si siliciului.5. Substantele organice Acestea se pot gasi sub forma dizolvata, coloidala sau in suspensie si provin din distrugerea si descompunerea florei si faunei acvatice dar si din unii produsi de metabolism ai acestor organisme. Substantele organice se gasesc in concentratii mai ridicate in apele de suprafata decat in cele subterane, cu exceptia unor zone specifice precum cele petroliere, carbonifere etc, uneori superioare celor din apele de suprafata.Apa utilizata in generarea aburului nu este niciodata pura, deoarece apele naturale sunt supuse continuu proceselor de evaporare si condensare. in timpul acestor procese, apa dizolva gaze din atmosfera si substante ce se gasesc in scoarta terestra. Gazele dizolvate, substantele si alte impuritati pot fi inlaturate intr-o anumita masura prin tratarea externa a apei. Apa de alimentare a cazanului tratata extern contine inca contaminanti ce pot duce la formarea de depuneri, coroziuni ale metalelor si creeaza probleme in diversele componente ale sistemului de producere al aburului cum ar fi tevile cazanului, supraincalzitoarele, economizoarele si instalatia de condensare.Coroziunea si crusta din sistem conduc la reducerea transferului termic, cresterea consumului de combustibil si supraincalziri ale metalelor ce culmineaza cu spargerea tevilor, crescand costurile de intretinere si de inlocuire a echipamentelor. De asemenea, pot aparea frecvent pierderi indirecte datorita perioadelor de oprire a cazanului. Pe langa neplacerile produse in operare si reducerea duratei de viata a componentelor, creste frecventa accidentelor produse datorita formarii excesive de crusta si deteriorarilor provocate de coroziune in sistemele generatoare de abur.Incontinuare sunt tratate pe scurt problemele de incrustare si coroziune si sunt prezentate masuri pentru evitarea lor prin tratarea apei de alimentare a cazanului.2. PROBLEMELE TIPICE CARE APAR PE SUPRAFETELE AFLATE IN CONTACT CU APA2.1. Efectul sarurilor aflate in apa de alimentare a cazanuluiSarurile dizolvate de calciu, magneziu, fier, cupru, aluminiu si silice contribuie la formarea depozitelor . La inceput aceste depozite au fost asociate numai cu prezenta in apa a sarurilor de calciu si magneziu, sub denumirea de saruri de duritate.Concomitent cu cresterea presiunii de operare, cazanele au devenit mai complicate si efectele impuritatilor de fier, aluminiu, cupru si silice din apa de alimentare au inceput sa fie evidente. Pe langa sarurile obisnuite de calciu si magneziu (carbonatul de calciu, sulfatul de calciu, hidroxidul de magneziu si fosfatul de magneziu), s-au gasit in compozitia crustelor silicati de fier, aluminiu, calciu si magneziu. Silicatii complecsi formeaza una din cele mai tari cruste izolatoare, dand nastere la grave probleme de transfer termic. in sistemele moderne de producere a aburului, cel mai mare procent din condensat este recirculat, reunindu-se cu apa de alimentare a cazanului si astfel produsii de coroziune sunt readusi in cazan, contribuind de asemenea la dezvoltarea si intarirea crustelor.2.2. Coroziunea electrochimicaDiferentele de potential ce exista intre diferitele portiuni de metal sau intre doua metale creeaza celule electrochimice intre aceste zone. in cazul fierului in contact cu apa din cazan, reactia:Fe > Fe+2 + 2e2apare la anodul celulei electrochimice avand ca efect solubilizarea fierului in apa. La catod se formeaza ionii de hidroxil incarcati negativ. Acesti anioni se deplaseaza catre anod unde se combina cu cationii Fe+2 si formeaza hidroxidul feros conform reactiei :Fe+2 + 2 OH >Fe(OH)2Hidroxidul feros, sub forma unui precipitat alb, este rapid oxidat la hidroxidul feric:4Fe(OH)2 + O2 + 2 H2O >4Fe(OH)3Hidroxidul feric este apoi dehidrolizat formand produsi de coroziune cunoscuti sub denumirea de rugina si oxidul feric hidratat:2Fe(OH)3 > Fe2O3 + 3 H2OFe(OH)3> FeO(OH) + H2OProdusii de coroziune precipita la anod si formeaza pe suprafata acestuia un film ce poate contine si urme de alte tipuri de saruri. Functie de porozitatea filmului, care afecteaza penetrarea lui de catre ionii de metal, reactiile de coroziune vor continua.2.2.1. Efectul temperaturii asupra coroziuniiViteza reactiei de coroziune creste o data cu cresterea temperaturii. Difuziunea oxigenului dizolvat este marita (vascozitatea este redusa dand posibilitate oxigenului atmosferic sa patrunda mai usor in solutie). Oxigenul atinge suprafata catodica mult mai usor si astfel are loc o depolarizare a celulei electrolitice. Un alt fenomen ce apare la temperaturi ridicate este cresterea activitatii hidrogenului la catod. Toate aceste procese maresc incidenta coroziunii. De exemplu, o crestere a temperaturii apei potabile de la 15 C la 80 C mareste viteza de coroziune de patru ori.2.2.2. Efectul pH-ului asupra coroziuniiLa un pH foarte scazut al apei de cazan (pH12, pH alcalin), hidrogenul apare la suprafata metalului si accelereaza coroziunea. La pH ridicat, pe langa fenomenul aratat mai sus, apar probleme legate de un atac caustic, de spumare si antrenare de impuritati. La valori ale pH-ului din domeniul intermediar, oxigenul dizolvat este factorul care determina coroziunea. in practica, apa de cazan este mentinuta la un pH intre 8.5 si 10.0, in functie de presiunea si temperatura de operare.2.3. Efectele gazelor dizolvate in apa de cazanCele mai periculoase dintre gazele dizolvate in apa de cazan sunt bioxidul de carbon si oxigenul. Alte gaze cum ar fi amoniacul, hidrogenul sulfurat si clorul se datoreaza in special procesului de contaminare.Efectul bioxidului de carbon este scaderea pH-ului prin formarea acidului carbonic si deci coroziunea este initiata datorita activitatii hidrogenului.Oxigenul dizolvat in apa cauzeaza depolarizare la catod intensificand astfel coroziunea. Chiar cantitati foarte mici de oxigen pot provoca coroziune in cazane, mai ales daca presiunea si temperatura de operare sunt ridicate.Dintre celelalte gaze amoniacul ataca cuprul, hidrogenul sulfurat si clorul produc coroziune datorata unui pH scazut. in cazul hidrogenului sulfurat se formeaza sulfura de fier (catodica pentru fier) si coroziunea este ulterior agravata.RECOLTAREA PROBELOR DE GAZE IN FLACOANE INCHISERecoltarea in flacoane inchise se recomada pentru gazele aflate in concentratie mare, deoarece prin aceasta metoda nu este posibila o concentrare a poluantului.Vasele de recoltare sunt confectionate din sticla sau materiale plastice cu o capacitate de 1 5 litri inchise ermetic cu robinete sau dopuri de cauciuc.Recoltarea se poate realiza prin trei metode:1. Recoltarea prin golire (flacoanele dupa ce au fost spalate sunt umplute cu apa distilata si transportate la de recoltare. Aici prin scurgerea apei aerul va patrunde in flacon, dupa care se va inchide ermetic.2. Recoltarea prin inlocuirea aerului (flaconul spalat si uscat se adapteaza la un sistem de aspiratie si se recolteaza un volum de 10 ori mai mare decat volumul flaconului pentru a ne asigura ca intreaga cantitate de aer din flacon a fost inlocuita cu gazul ce urmeaza a fi aspirat)3. Recoltarea cu ajutorul vidului (cu ajutorul unei pompe de vid prevazute cu manometru se scoate aerul din flacon (de volum V0) pana la atingerea unui vid maxim P0, iar la locul de recoltare se deschide flaconul si datorita vidului aerul va patrunde in interiorul flaconului. Se va nota presiunea aerului la locul recoltarii PR.

Bibliografie

1. J. D. WINEFORDNER - Sample Preparation Techniques in Analytical Chemistry, 2003 by John Wiley & Sons, Inc., ISBN 0-471-32845-62. Handbook of Elemental Speciation: Techniques and Methodology, Handbook of Elemental Speciation: Techniques and Methodology R. Cornelis, H. Crews, J. Caruso and K. Heumann, 2003 John Wiley & Sons, Ltd ISBN: 0-471-49214-03. http://alix.ecosapiens.ro/apa-din-natura/

Gaze dizolvate in apa

Boeru Anca-Cristina Grupa 2113 Seria D