Användare:SofieJansson/sandlåda

Avhärdning, eller mjukgöring, av dricksvatten innebär att halterna av kalcium- och magnesiumjoner reduceras för att på så sätt minska vattnets hårdhet. Hårt vatten kan leda till problem vid vattenanvändning, exempelvis i form av beläggningar. Det finns olika tekniker för att avhärda hårt vatten, till exempel jonbyte, utfällning, kristallisering och membranfiltrering.

Kalkavlagringar i ett ledningsrör.

Bakgrund

Ett hårt vatten innehåller höga halter av alkaliska jordartsmetaller, främst kalcium och magnesium. Kalcium kan tillsammans med karbonat bilda svårlösligt kalciumkarbonat som kan forma oönskade beläggningar i ledningar, duschmunstycken med mera. Löslighetsprodukten för kalciumkarbonat minskar vid högre temperatur vilket gör att utfällningar av kalciumkarbonat kan orsaka stora problem i exempelvis varmvattenberedare. Kalciumjoner kan även bilda svårlösliga föreningar med de fettsyror som finns i tvål och såpa vilket gör att tvätt-­ och diskmedelsförbrukning ökar vid hårt vatten .

Avhärdning av dricksvatten kan ske antingen i reningsverk eller i enskilda hushåll. Då avhärdningen utförs i enskilda fastigheter avhärdas oftast endast en del av vattnet, exempelvis det vatten som går in till varmvattenberedare eller disk­- och tvättmaskiner. Avhärdning av vatten centralt i reningsverket är dock ofta ett mer ekonomiskt alternativ som även är bättre ur bakteriologisk synpunkt.

Det är viktigt att inte låta avhärdningen gå alltför långt eftersom man då riskerar att ta bort för mycket av ämnen som kroppen behöver. Kalcium och magnesium är essentiella mineraler som bland annat påverkar muskel­- och skelettfunktioner. Det har visat sig att hårt vatten, speciellt med avseende på magnesium, är kopplat till en minskad risk för hjärt- och kärlsjukdomar. Magnesiumhalten bör ej sjunka under 10 mg/l.

Tekniker för avhärdning av dricksvatten

Det finns olika tekniker för att mjukgöra vatten. Avhärdningen kan ske via jonbyte, kemiska metoder eller membranfiltrering. Beroende på vilken avhärdningsteknik som används försvinner olika mängder av kalcium respektive magnesium. Vid användning av membrantekniker försvinner lika mycket kalcium som magnesium och vid jonbyte minskar magnesiumhalten något mindre än kalciumhalten. Kemiska metoder tar främst bort kalcium och lämnar magnesiumhalten relativt oförändrad, vilket gör att dessa metoder kan vara att föredra ur hälsomässig synpunkt.

Jonbyte

Jonbyte är en process inom vattenrening där vattnets kalcium- och magnesiumjoner byts ut mot natriumjoner. Processen består av ett avhärdningsfilter där man låter råvatten passera igenom. Filtret utgörs av en jonbytarmassa som är laddad med positiva katjoner. När vattnet passerar genom jonbytarmassan binds kalcium- och magnesiumjoner in vid aktiva punkter och natriumjonerna frisläpps och följer med det behandlade vattnet ut. Reaktionen sker enligt:

R × 2Na + Ca²+ → R × Ca + 2Na⁺

R × 2Na + Mg²⁺ → R × Mg + 2Na⁺

Där R är den aktiva jonbytarmassan. Massan har en förmåga att snabbt kunna ta upp en viss mängd kalcium- och magnesiumjoner för att sedan bli mättad. Innan all massa är förbrukad bör jonbytarmassan återställas i ursprungligt skick, detta görs med en regenerering. Först returspolas massan med vatten för borttag av eventuellt slam. En regenereringslösning bestående av en 10-procentig natriumklorid passerar sedan filtret så att natriumjonerna kan återta de aktiva ställena på jonbytarmassan och på så sätt återställa dess funktion.

Kemiska metoder

Kemiska metoder innebär att kemikalier tillsätts för att höja vattnets pH-värde så att fast kalciumkarbonat bildas och vattnets alkalinitet samt halten kalciumjoner minskar. Detta sker enligt reaktionen

HCO₃^- + OH^- ↔ CO₃^2- + H₂O

Ca²⁺ + CO₃^2- ↔ CaCO₃ (s)

Oftast används kalk eller lut som kemikalier.

Utfällning

Den kemiska utfällningen kan fortsätta tills (till) antingen kalcium- eller vätekarbonatjonerna i stort sett är förbrukade om pH-värdet är tillräckligt högt. Genom reglering av pH-värdet kan reaktionen styras så att det avhärdade vattnet får önskad alkalinitet och hårdhet. Vid utfällning bildas ett slam som måste deponeras. Kalk innehåller kalciumjoner och kommer att sänka halten av karbonatsystemets komponenter mer än vad lut gör. Kalk är därför lämpligt att använda på råvatten med hög alkalinitet.

Kristallisering

Kristallisering sker i speciella avhärdningsreaktorer med fluidiserad bädd av små sandkorn. På sandkornen kristalliseras kalciumkarbonat och när partiklarna nått en viss storlek sjunker de mot botten och kan avlägsnas.

Membranfiltrering

Med metoden membranfiltrering avskiljs vatten och föroreningar genom ett semipermeabelt membranfilter. Det är inte bara rent vatten som bildas, det bildas även en saltlösning som leds till avlopp alternativt behandlas vidare. Membranets porstorlek avgör hur stor andel föroreningar det är som avskiljs men diffusion och absorption kan även ha en viss betydelse. Membranmodulerna är oftast normerade till 8-tums diameter och 1 meters längd till montage i 6 m långa tryckrör. Man placerar ofta ett filter framför membranet för att skydda det från de allra grövsta partiklarna. Vattentrycket är den drivande kraften för separationen.

Det finns ett flertal membranprocesser men inom avhärdning för dricksvatten är processerna omvänd osmos och nanofiltrering lämpliga. Vid nanofiltrering används samma metod som vid omvänd osmos, men med ett lägre tryck och mer genomsläppliga membran. Magnesium och kalcium, som är tvåvärda joner, tas bort till en större del medan envärda joner tas bort till en mindre del.

Trots ett filter framför membranet kan större organiska ämnen göra att membranet täpps igen. Detta kallas för “fouling” och minskar membranets kapacitet. Fouling kan även uppstå då vissa ämnen når sin löslighetsgräns och ger utfällning på membranet. För att förhindra fouling kan man, förutom ett extra filter, tillsätta syra eller komplexbildare innan vattnet når membranet.