Tvrdá voda a vysoká teplota – ideálne podmienky pre vznik vodného kameňa

Vo vodárenstve je pitná voda ku koncovému užívateľovi často vedená na dlhé vzdialenosti. Chemické a biologické pochody, ktoré môžu jej kvalitu významne znižovať, tak získavajú široké pole pôsobnosti.

Ak obsahuje voda ióny, začnú sa tieto pri zmene podmienok (teplota, rýchlosť prúdenia) zrážať a tvoriť pohyblivé kaly alebo sa usadzovať. Vzniká vodný kameň, ktorý obmedzuje tok vody potrubím, zvyšuje tlak na jeho steny a prispieva ku korózii.

Človeka pitie tvrdej vody nijako zvlášť neobmedzuje. Tá primerane tvrdá je dokonca zdraviu prospešná. Nadmerne tvrdá však už ľudské zdravie ohroziť môže, pretože sa v organizme ukladá veľké množstvo minerálov, ktoré predstavuje záťaž najmä pre obličky.

Tvrdá voda – roztok, z ktorého kryštalizuje vodný kameň

Vodný kameň sa tvorí v potrubiach av zariadeniach, ktorými preteká hlavne teplá voda. Čím je voda teplejšia, tým viac sa ho ukladá. V domácnostiach vodný kameň znižuje životnosť prietokových ohrievačov, umývačiek, práčok a varných kanvíc. V tvrdej vode sa horšie rozpúšťa mydlo a ďalšie pracie prostriedky. Znižujú sa preto ich dezinfekčné a čistiace účinky.

Sprievodným javom tvorby vodného kameňa býva korózia kovových materiálov. Tú však spôsobuje aj voda, ktorá žiadne ďalšie ióny neobsahuje. Na vyvolanie korózie postačí len kyslík v nej obsiahnutý. Voda sama o sebe má vďaka nemu oxidačné schopnosti. Aj ďalšie rozpustené plyny prispievajú ku korózii – oxid uhličitý, prípadne amoniak, ktorý sa do nej môže dostať v stopovom množstve ako kontaminant.

Mechanizmus tvorby vodného kameňa

Prvky, ktoré sa podieľajú na tvorbe vodného kameňa, sa vo vode nachádzajú vo forme iónov. Pokiaľ je prekročený koeficient rozpustnosti, tvoria sa precipitáty, ktoré sa usadzujú na vnútorných stenách potrubia. Usadeniny môžu aj voľne plávať. Vodný kameň tiež slúži ako pevný základ pre baktérie rastúce v biofilmoch. S jeho odlúčenými časťami sa efektívne šíri celou vodovodnou sieťou.

Vápenaté a horečnaté soli – hlavné zložky vodného kameňa

Soľ vzniká zlúčením aniónu kyseliny a katiónu určitého prvku (väčšinou kovu). Katión je nabitý kladne, zvyšok kyseliny zase nesie negatívny potenciál. Výsledná zlúčenina je neutrálna.

Každá soľ kryštalizuje v inej sústave. Pod elektrónovým mikroskopom môžeme vidieť poréznu spleť ihlíc, kocôčok, guličiek a ďalších útvarov.

Najčastejšie vodný kameň obsahuje nasledujúce soli:

• Uhličitan vápenatý
• Hydrogénuhličitan vápenatý
• Síran vápenatý
• Uhličitan horečnatý
• Síran horečnatý

Vo vodnom kameni sa môžu vyskytnúť aj ďalšie minoritné zlúčeniny:

• Depozity železných rúd (krevel)
• Magnetit
• Oxid zinočnatý

Nájsť v ňom je možné aj voľné prvky ako horčík, kremík, fosfor, zinok, meď a síru. Najčastejšou zložkou vodného kameňa zostáva stále uhličitan a hydrogénuhličitan vápenatý.

Vznik uhličitanových depozitov

CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca²⁺ + 2HCO₃⁻

Reakcia prebieha v oboch smeroch

Ako sa meria tvrdosť vody – skôr v nemeckých stupňoch, dnes v milimoloch

Tvrdosť vody sa u nás predtým merala v nemeckých stupňoch (1 stupeň predstavoval 10 mg oxidu vápenatého, prípadne 7,2 mg oxidu horečnatého na 1 liter). Dnes je tvrdosť definovaná súčtom koncentrácií vápnika a horčíka. Jednotkou je milimol na liter. Norma, dnes už zrušená, udávala, že tvrdosť teplej vody nesmie byť vyššia ako 6°dH (zdroj Wikipédie)

Poznámka: Mol je jednotka látkového množstva a jedna zo základných jednotiek SI. Vyjadruje počet častíc akejkoľvek látky v jednom litri.

Metódy odstránenia vodného kameňa z potrubných systémov

• Chemické metódy – používajú sa inhibítory ukladania minerálnych solí. Napríklad do vody pre vykurovacie systémy sa pridáva zmes obsahujúca etylénglykol. Prídavok fosforečnanov zase stabilizuje tvrdosť. Vodný kameň je možné rozpúšťať aj pomocou kyselín.
• Mechanické odstraňovanie – úsady sa odvŕtavajú, zoškrabávajú, alebo narúšajú vibráciami.

Teória prevedená do praxe – ako sa zbaviť tvrdej vody v priemysle aj v domácnosti

• Zmäkčovače vody – pracujú na princípe iónovej výmeny. Ióny vápnika a horčíka sa pomocou špeciálnej náplne vymieňajú za ióny sodíka.
• Elektrolytické úpravne teplej vody – ochráni bojlery a ich rozvody, výmenníky a potrubia na vedenie teplej vody. Zmäkčenie vody je založené na princípe elektrokoagulácie. Vplyvom jednosmerného prúdu dôjde k zrážaniu železa a ďalších nerozpustných nečistôt na vločky, ktoré zachytia filtre.
• Reverzné osmózy – Reverzná osmóza patrí medzi membránové metódy. Ide o metódu neselektívnu, čo znamená, že odstraňuje všetky ióny bez rozdielu náboja. Metóda RO je ideálna, ak je cieľom vyrobiť demineralizovanú vodu na laboratórne použitie a tiež v mnohých priemyselných aplikáciách. Na účely pitia je metóda nevhodná.