Tilegnet projekterende ingeniører , fysikere, kemikere samt alle øvrigemed interesse for et større kendskab til emnet.

Til afhjælpning af det hårde vands følgevirkninger benyttes fysiske og kemiske metoder, hvis resulterende virkning og bivirkninger er afhængig af kendskabet til deres forskellige reaktioner.

Livet på vor jord er totalt beroende på vandets eksistens. Vand er vort bedste opløsningsmiddel og ikke alene at betragte som rent vand, men har et meget variabelt indhold af andre stoffer, der alment kan opdeles efter sted:

Vand benyttes til mange forskellige formål: Drikkevand, brugsvand (proces-, opvarmning og køling) og ender som spildevand. Afhængig af anvendelsen udnyttes vandets særlige egenskaber, især

Vand indeholder naturlige grundstoffer, som kalk og magnesium, der gør det egnet til drikkevand, men disse livsnødvendige stoffer gør også vandet "hårdt" og medfører i praksis andre tekniske problemer.

Tabel 1 angiver de forskellige metoder til behandling af vandets hårdhed, som kan opdeles i de følgende kategorier:

Begge behandlinger fungerer effektivt under konstante strømningsforhold, men med tab af virkning ved en tidsmæssig begrænset behandling eller indflydelser af anden natur. Til de vigtigste hører:

Der er er tæt forhold mellem skadelig materialekorrosion og belægninger i termiske systemer og anlæg. Kriterierne til en anvendelig og effektiv vandbehandling er derfor:

Tabel 1: Metoder til vandbehandling (Oversigt)

Der findes ingen generelle løsninger for vandbehandling. Dertil varierer vandets beskaffenhed for meget fra sted til sted. Desuden kan kravene til de utallige anvendelser være meget forskellige. Grundlaget for enhver afgørelse om vandkvaliteten bestemmes alene ud fra en kemiske vandanalyse.

På grund af disse molekylekræfter opnår vandet sin store overfladespænding. Vandmolekyler, som kommer i kontakt med krystaller, neutraliserer krystalstrukturen tiltrækningskræfter og tvinger ionerne ind i en vandklokke, for derved at forhindre en genforening og fornyet krystaldannelse. Herved får vandet en høj ledningsevne (dielektricitetskonstant) og bliver til vort mest universelle opløsningsmiddel. Vandet selv lader sig næsten ikke ionisere og har derfor ingen ledningsevne, men forholder sig som en isolator. Først gennem opløsningen af ioniserende stoffer i vandet forbedres det sin ledningsevne og bliver en elektrolyt. Der kræves ekstern energi som f. eks. svingningsenergi, varme eller elektriske og magnetiske felter til at forandre overfladespændingen og viskositeten, d.v.s. ændre på molekylernes interne gnidninger i vandet.

I periodesystemets 2. Hovedgruppe (1868/70: L. Meyer, D. Mendeljew) med de kemiske elementer findes mineralmetallerne kalk, magnesium m.v.. Disse har for vandets kemi en særlig betydning. Under opløsningen af mineralsaltene i vandet opstår der nye stoffer med ensartede kemiske egenskaber fra de atomer der forlader mineralerne med en relativ lille Molmasse, svarende til summen af deres atommasse (). Vandkemien anvender dog overvejende begrebet Æquivalentmasse = Molmasse / Valens.

- Kationer: Alkalimetaller (+1), Leralkalimetaller (+2), Ammonium (NH₄ / +1) m.v.

Generelt øges opløsningsevnen af mineralerne med stigende vandtemperatur. De kemiske forbindelser af mineralerne Calciumkarbonat CaCO₃ (Kedelsten), Calciumsulfat CaSO₄ (Gips), Magnesiumkarbonat MgCO₃, Magnesiumhydroxid Mg(OH)₂ mf. udgør imidlertid en bemærkelsesværdig undtagelse. Som en følge af deres reciprokke egenskaber til en opløsning forringes deres opløsningsevne med en stigende vandtemperatur.

Vandets anvendelsesmuligheder kan bestemmes ved dets indhold og mængden i en kemisk analyse:

Vandanalyser tillader som regel en beregning af hårdhedsgraden. Forud behandlet vand kan dog angive en forkert værdi ved forekomst af anioner i basisk lav, organisk syre.

Summen af indholdet af mineralsalte (Ca + Mg) defineres som den samlede (totale) hårdhed GH.

Karbonathårdheden modsvarer den tidligere Ca-hårdhed, men angives i dag ved Hydrogenkarbonat HCO₃ respektiv afledt af indflydelsen ved en syrekapacitet ved værdien pH = 4,3.

Tabel 2:Hårdhedsskema, nationale og internationale standard

Den internationale hårdhedsskala (mmol/l) bør foretrækkes frem for de mange nationale jf. tabel 2.

1 mmol/l 100 mg/l CaCO₃

og grundværdien for vandets ledningsevne:

Forholdet mellem æquivalentmassen af stoffer i vandet til calciumkarbonat CaCO₃ (=100 ; / v = 50) leder til en ensartet bestemmelse af ion-strømmen og bliver dermed en enhedsstørrelse til kontrol af den kemiske vandanalyse og de deri noterede angivelser.

Substanser af den samme kemiske sammensætning kan optræde i forskellige krystalformer (sne / is). Det samme gælder for kalkforbindelser som f.eks. Calciumkarbonat (CaCO₃) med en stabile struktur Calcit = trigonal og en ustabil struktur Aragonit = rhombisk. Enhver tilstandsændring vil være særlig stabil ved en bestemt termisk tilstand (tryk og temperatur).

Modstandsdygtigheden i krystallernes byggestene forringes ved elektriske kræfters indvirkning - såkaldt polarisation, der fremtvinger en deformation. Den polariserende virkning stammer fra ionerne, som selv bliver polariseret. Kationer lader sig i mindre grad deformere, end Anioner. Antallet af de tilførte Anioner er ikke afhængig af valensen, men af kationernes virkningsradius. Et krystalgitter består af bindings-kræfter i ligevægt, der med forskellig ladninger tiltrækker og frastøder hinanden. Krystallets fysiske egenskaber bestemmes af disse bindingskræfter, medes den elektriske ledningsevne under den krystaline tilstand i almindelighed er lav. Krystalgitterets stabilitet svarer til ionernes polariseringsniveau. Dette betyder, at jo kraftigere polariseringen er, jo mindre bliver den indbyrdes stabilitet mellem krystallets byggestene. Den fysiske påvirkning som Aqua Correct udøver er en øget polarisering i kalkkrystallerne, der effektivt nedbryder deres stabilitet

Forskellige teknisk-fysiske påvirkninger får vand til at reagere og forholde sig anderledes:

• ved forstøvning og kondensering i kølekredsløb
• ved fordampning i dampkedler og varmevekslere
• i varmtvandskredsløb og produktionstekniske anlæg
• under påvirkning ved gennemstrømning (turbulens & gnidningseffekter)
• ved iltning samt optagelse af luftarter og grundmaterialer i rørsystemer
• ved en ændring af tryk og temperatur m.v.

Kalkstensbelægninger og andre urenheder i vandet har under normalt kendte driftsbetingelser følgende muligheder (tabel 3):

Strømningsforhold defineres ved Reynolds-tal Re , som i sin enkleste form kan udtrykkes ved:

Hertil gælder følgende retningslinier for flow hastigheden (c):

- c < 0,5 m/s = udskilning af de hårdhedsdannende produkter, = Korrosionsfare, især øget mulighed for rørtæringer.

- c > 3,0 m/s = erosionsfare (materiale nedbrydning ved gnidningseffekter).

På baggrund af den forud beskrevne virkning ved en tilførsel af energifelter til forbedring af ionaktiviteten kan magnetfelter med fordel anvendes under nævnte kriterier. I overensstemmelse med de fysiske love påvirker magnetfelternes alene bevægelige ladninger i vandet, i modsætning til elektriske felter som også øver indflydelse på ladninger i stilstand (tabel 4). Derfor er vandets strømningshastighed af betydning og en faktor der må inddrages i den tekniske projektering af en vandbehandling.

De ladede partikler i vand bliver afbøjet med vandhastigheden i henhold til formlen for Lorenz-kræfter F_L :

(Q = elektrisk ladning (As), c = Strømningshastighed (m/s), B = induktion (Vs/m²) )

Før vandet løber ind in magnetfeltet bevæger Kationen und Anionen sig parallel i vandstrømmen og bliver ved indtræden i magnetfeltet således afbøjet, at de bevæger sig mod hinanden. Følgevirkningen er sammenstød mellem de enkelte, men forskelligt ladede ioner, som for en kort tid danner ustabile CaCO₃ - molekyler og, som ved uforandrede ligevægtsbetingelser igen vil regénerere. For at undgå dette må Aqua Correct fremtvinge dannelse af nye uligevægtige tilstande. Det skal bemærkes, at ionernes energetiske bevægelighed og sammenstødning, respektiv størrelsen af mulige sammenstød alene er afhængig af vandhastigheden og, at magnetbehandlingen har ingen indflydelse på denne faktor.

De nu frembragte CaCO₃ - molekyler en med ringe stabilitet (Aragonit) forlader magnetfeltet som krystalisationskim, men i en afladet tilstand og form. Jo større kimtallet er, jo mere fint amorft kalkpulver er der dannet , som kan udledes med vandstrømmen, men som samtidig også skaber en effektiv film til beskyttelse mod korrosion på rørvæggens indersider. Denne kalkfilm lader sig let fjerne manuelt og opbygger ingen tiltagende hård belægning.

Tabel 3: Klassificering af aflejringer, belægninger og snavsstoffer fra vand 

En forudsætning for behandlingen er anvendelsen af effektive permanentmagneter, uden nettilslutning. Sådanne benyttes af Aqua Correct i flere udførelser og med de nødvendige energifelter, beregnet for den gennemstrømmende vandmængde til en integreret montering på rørsystemet med gevind eller flanger. De ægte permanent magnetiske produkter har et frit og uhindret gennemløb og derfor intet nævneværdigt tryktab. De er normalt helt servicefri (kan eventuelt renses indvendigt for magnetiske partikler) og forbliver, som øvrige permanente magneter, uden tab af effekt på nærmest ubestemt tid.

Med den stadig stigende mængde af elektronisk udstyr, er en afskærmning af kraftige magnetfelter et uafviseligt krav. Magnetkort, som efterhånden anvendes af de fleste i dag vil med det samme være ubrugelige, hvis de kom i nærheden af en magnetisk vandbehandler som ikke er skærmet. Især har de fleste tidligere kalkspaltere for både udvendig og integreret rørmontering som regel ingen afskærmning.

A = Ampere, G = Gauss, J = Joule, M = Maxwell, Oe = Ørsted, T = Tesla, V = Volt, Wb = Weber

Danmark er ophavslandet for anode/katode behandling mod korrosion og anvendelsen langt mere udbredt her end i den øvrige verden. Den gamle metode med anoder i beholdere måtte, efter den stigende omstilling til ren drift med pladevarmevekslere - uden mulighed for en montering af anoder - naturligvis stille krav til opfindsomhed for at overleve i fremtiden. Løsningen blev ændring fra plus til minus: katodisk. Havde man taget fejl i 70 år, som et elektrysefirma annoncerede? Force Instituttets korrosionsafdeling med sin ekspertise på området har, så vidt kendt til dato, endnu ikke taget stilling til dette emne.

Overskriften peger på, at problemet omkring valget mellem former for korrosionsforhindring bedst kan beskrives som "kaotisk"! Branchebetegnelsen elektrolysefirmaer kan sikkert ændres til katalysefirmaer, men er dette fair eller for tidligt? De tidligere års påstande fra branchen har anført, at en behandlingseffekt med ny teknik først med rimelig sikkerhed kan evalueres efter 5 år.

At de fysiske sammenhænge er komplicerede viser det næste afsnit og i erkendelse af den generelle usikkerhed om funktionen og virkningen af både tidligere og nuværende elektrisk korrosionsbeskyttelse, kan andre fortolkninger naturligvis ikke udelukkes.

De praktiske resultater med langt færre eller ingen øgede tæringer i rørsystemer efter installation af fysisk AQUA CORRECT behandling og med en afbrydelse af elektrolyse er imidlertid accepteret som faktum, også af Force Instituttets Korrosionscentral. Som et nye teknisk alternativ har fysisk korrosionsbehandling nogle væsentlige fordele:

På det enkelte anlæg er således flere driftstekniske hensyn nødvendig. Ofte bliver disse på mange varmtvandsanlæg ikke tilgodeset og resultatet er uheldige konsekvenser, som manglende korrosionsbeskyttelse, ildelugtende anodeslam og bakteriekim.

Som aktiv anode benyttes metallegeringer med ringe egenpotential (magnesium, zink, aluminium). Tabel 5 viser fordelene for zink (Zn-anode) i forhold til andre materialer. Forzinkning af rør benyttes i stor udstrækning til korrosionbeskyttelse, men zink anvendes kun sjældent som aktiv anode i varmtvandsanlæg. I naturligt vand opfører zink og kalk sig næsten ens ved at være svært opløselige og begge er derfor velegnet til korrosionsforhindring i drikkevandsanlæg.

Tabel 5: Aktive anoder's materialeegenskaber

Erfaringerne viser, at termiske belægninger har et asymptotisk forløb men, at der er altid ligevægt mellem mængden af partikler der aflejres og den mængde der udledes:

C = Vandhastighed; KH = Karbonathårdhed; Klein = Lille; Gross = Stor; Opt = Optimal; Vandabtrag = Erosion rørvæg.

En forebyggelse mod belægninger som medfører korrosion, energi- og tryktab m.v. kan være en kombination af en optimal gennemstrømning, mekanisk konstruktion og materialevalg (især i varmevekslere og rørsystemer) samt en fysiske vandbehandling, der efter de mange tekniske og praktiske test i dag må betragtes som gennemprøvet og effektivt egnet til en forebyggelse af både aflejringer og tæringer. Med en funktionsgaranti på op til 5 år eller mere, gælder dette dog kun de produkter med en magnetisk feltenergi, som kan reducere vandets overfladespænding med ca. 10% (se vigtigt).

Reduktionsventiler og især de temperaturafhængige er utvivlsomt velegnet til energibesparelser, men de bør med jævne mellemrum aktiveres for at skabe rette flowforhold til en udslamning af løse partikler og forhindring af belægninger. Som reglen kan dette let udføres ved at reducere den primære energitilførsel (fjernvarme m.v.) til en lavere temperatur.

Man må her skelne mellem drikkevand og brugsvand (procesvand), helt uafhængigt af hinanden.

Drikkevand fra vandværkerne underligger strenge krav til kvaliteten fra myndighederne og de nye EU-retningslinjer. Vandets hårdhed er i reglen høj, idet kalk og magnesium hører til de livsnødvendige elementer for vor ernæring og indholdet skal være højere end > 1,5 mmol/l (= min. ca. 8,5 °dH). Enhver efterfølgende manipulering af drikkevandets kemiske kvalitet til husholdninger er utilladelig. Materialer, som anvendes på drikkevandsforsyninger skal, uden undtagelse, være VA-godkendte (ETA-afprøvet).

Industrielle metoder til blødgøring af vandet (ionbytning) er i husholdninger ikke tilladt og er af hygiejniske grunde, ligesom en øgning af saltmængder (NaCl) i spildevandet, uønsket.

Derfor er den fysiske vandbehandling af drikkevand ideel. Installationen er uden problemer og virkningen til forhindring af kalkbelægninger og korrosion i anlægget er vedvarende. Både før og efter behandlingen er drikkevandskvaliteten er den samme,.

Brugsvand benyttes i industrien til mange forskellige formål. Afhængig af virksomhedens beliggenhed anvendes både drikkevand, overflade- og råvand (ubehandlet grundvand). Ofte er behandlingen af dette vand en produktionsteknisk nødvendighed og følger andre regler end for drikkevandet i husholdninger.

Kølevand benyttes i industriens processer til varme- og energioverførsel, hvorved ca. 70% af den afgivne varme energi forsvinder ved fordampning og kun 30% ved konvertering til den frie luft i anlægget. For systemer med behov for større afkøling sker denne i de såkaldte kølekondensatorer med et primært og sekondært kredsløb. Primærkredsen er et lukket system til energitransport, som kan bestå af vand eller et andet kølemiddel (emulsion). Sekondærkredsen benyttes til optagelse og afgivelse af den overskydende varme til omgivelserne ved en overrisling af primærkredsens rør med vand og, i en modsat rettet luftstrøm. Der findes flere forskellige typer og kombinationer af køleanlæg, men i forbindelse med vandbehandling har fordampningskondensatorer her den største interesse.

Fordampningsprocessen giver et relativt lav vandforbrug (ca. 0,15...0,20 % af det cirkulerende vand per grad Kelvin afkøling). Dermed sker der en opkoncentration af mineralsalte i kølevandet. For at holde denne og især karbonathårdheden indenfor en fast grænse (KH = konstant), er en udslamning nødvendig (retningsvisende normer angiver: Fordampning Dræning). Vandforbruget på ca. 2 x den fordampede vandmængde fordrer tilsætning af spædevand (tabel 1), der i reglen forud må behandles. Benyttes blødgjort vand må der tilsættes korrosionsbeskyttende kemikalier, som igen på grund af en ofte toksisk karakter skal neutraliseres før dræning.

En fysiske vandbehandling er absolut at anbefale og foretrække, idet dræningen ikke belaster miljøet. Med undtagelse af biologisk vækst (alger), som denne ikke påvirker, er den fysiske metode yderst effektiv, når kravene til dræningen overholdes (gælder også for anvendelsen af kemikalier, se tabel 3).

I alle varmtvandskredsløb, f. eks. cirkulationer, kræves en basishårdhed i vandet til korrosionsbeskyttelse. Erfaringsværdier angiver 0,35 mmol/l < KH < 0,7 mmol/l (2 °dH < KH < 4 °dH) ved 7,5 < pH < 9. Korrosionsdannende klorid und sulfat bør begge begrænses til 50 mg/l. Polyphosphat virker nedsættende på hårdheden og forhindrer korrosion men, med en fare for skadelige følger efter længere driftstid ved en omdannelse til Ortho-Phosphat. Modvirkes dette ved tilsætning af inhibitorer, må det give anledning til bekymringer med hensyn til spildevandet, da fosfat i koldvand giver god næring til biologisk vækst. Den fysiske behandling af vandet er utvivlsom også her at foretrække, både af hensyn til miljøet, men også ud fra en økonomisk betragtning.

Dampanlæg og dampkedler under tryk er underlagt særlige regulativer. Normalt anvendes demineraliseret vand (ionbytning) og en fysisk vandbehandling vil i almindelighed være unødvendig. Den benyttes derfor kun undtagelsesvis på sådanne anlæg.

For en fysisk behandling af spildevandsrør gælder de samme principper som tidligere nævnt. I biologiske rensningsanlæg bidrager den nedsatte overfladespænding til en øget mænge af fri ilt og dermed en betydelig optimering af den biologiske nedbrydningsprocess. Lokale forhold afgør de økonomiske fordele ved behandlingen der, som nævnt i første afsnit kræver en forudgående vandanalyse før en projektering. Generelt kan en fysiske behandling med fordel anvendes på eksisterende spildevandsanlæg med utilstrækkelig dårlig biologisk nedbrydning og lugtgéner.

I mange ludbade ligesom køle-smøremidler i den spåntagende industri benyttes kemiske additiver til en nedsættelse af vandets overfladespænding og øgning af effektiviteten Nogle af disse er kendt som sundhedsskadelige eller kan give personale med overfølsomhed og allergi hudgéner. Reduktionen af overfladespændingen ved en fysisk behandling af vandopløselige emulsioner på 10% og derover viser i undersøgelser, at disse additiver helt eller delvis kan undværes, uden tab af emulsionernes effektivitet .

I de seneste 3 år har den fysiske behandling på dette område bevist flere praktiske fordele end man umiddelbart havde forventet:

• økonomiske besparelser i form af mindre forbrug af dyre additiver
• større udskilning og sedimentering fremmedprodukter (snavspartikler, metalspåner m.v.)
• miljøforbedringer, hvor indførelsen af den ny teknologi tilbagebetaler investering indenfor et år for 70% af applikationerne.
• øget produktion og kvalitetsforbedring
• bedre arbejdsklima