Wasserinhaltsstoffe und Auswirkungen auf die Textilien

Transkript

1 Leonardo da Vinci Projekt Nachhaltigkeit in der gewerblichen Wäscherei Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe und Auswirkungen auf die Textilien Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 1

2 Inhalt anorganische Inkrustation organische Inkrustation Schwermetalle Enthärtung Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 2

3 Lernziele Nach Beendigung des Kapitels werden Sie die verschiedenen Effekte von Wasserinhaltsstoffen auf das Waschverhalten kennen und erklären können Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 3

4 Kesselsteinbildung T > 60 C Calcium- und Magnesiumcarbonat fallen aus Ca(HCO 3 ) 2 CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Calciumcarbonat Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 4

5 Kesselsteinbildung Calcium- und Magnesiumausfällungen führen zu - Rückständen auf der Wäsche - Vergrauung - hohem Aschegehalt - mechanischer Faserverletzung (auf Grund scharfer Ecken/Kanten der Mikrokristalle) - Ablagerungen an den Wänden von Rohrleitungen und elektrischen Heizspiralen (Kesselstein) Rohrleitungen verstopfen, Heizspiralen werden beschädigt Illustrationen hierzu auf den folgenden Folien Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 5

6 Kesselsteinbildung Ursprünglich Mit Kesselstein Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 6

7 Kesselsteinbildung Heizspirale mit Kesselstein-(= Kalk- ) Ablagerungen Mikrokristalle Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 7

8 Anorganische Inkrustation In Gegenwart von Seifen und seifen-basierten Waschmitteln bilden Calcium- und Magnesiumionen unlösliche Kalkseifen Konsequenz unlösliche Kalkseifen fallen aus die Konzentration der waschaktiven Substanzen in der Flotte wird minimiert Folge: erhöhter Waschmittelverbrauch bei der Ausfällung von Kalkseifen werden Schmutzpartikel umhüllt, das Absetzen dieser Verbindungen auf der Wäsche führt zur Vergrauung Aufbau eines wasserabweisenden Films auf der Faseroberfläche reduziertes Wasseraufnahmevermögen des Textils Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 8

9 Schwermetalle Vorkommen Wasser korrodierte Rohrleitungen und Tanks Dampfleitungen Textilien angereicherte Schwermetalle in den Textilien Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 9

10 Schwermetalle Vorkommen in Wasserversorgung die Schwermetallkonzentration im Oberflächengewässer kann je nach äußeren Umständen innerhalb kurzer Zeit stark variieren störend für den Waschvorgang sind insbesondere: Fe 2+, Mn 2+, Cu 2+ Ionen einzige zufriedenstellende Methode ist das Wasser zur Entfernung von Eisen- und Manganionen aufzubereiten dies bedeutet in der Regel Belüftung und Filtration, möglicherweise unter Zugabe von Reagenzien Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 10

11 Schwermetalle korrodierte Rohrleitungen/Tanks sehr weiches Wasser aus der städtischen Versorgung (oder enthärtetes wasser) ist ziemlich korrosiv und tendiert dazu, Eisenleitungen und Tanks anzugreifen, insbesondere wenn das Wasser gelöste Gase enthält Vorsorge: Tanks und Rohrleitungen können mit Natriumsilikat (Wasserglas) behandelt werden um das Ablösen von Rost zu vermeiden (entsprechend einer Dosis von 15 mg/dm 3 ) Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 11

12 Schwermetalle Eisen aus Dampfleitungen während des Waschprozesses können von korrodierten Dampfleitungen Rostspritzer auf die Textilien gelangen und Rostflecke hinterlassen dieses Problem tauchte auf, als alte Systeme durch neue Maschineninstallationen gestört wurden Lösung: Austausch des alten Systems durch ein neues ist wahrscheinlich die einzige Lösung zum Abstellen dieses Problems Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 12

13 Schwermetalle im Textil Textilien enthalten manchmal Schwermetalle, die in den Waschprozess eingetragen werden dadurch kann der Wasch- und Bleichvorgang gestört werden hervorgerufen durch die Anwesenheit von Schwermetallen im Schmutz und Staub (Cd, Pb, Zn, Mn, Fe, und Ni sowie in Farbstoffen (Cr, Ni, Cu, and Co) Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 13

14 Schwermetalle im Textil Anreicherung einige ungefärbte Wollsorten enthalten zunächst Eisen Wolle ist empfänglicher für Eisenspuren im Wasser als Baumwolle und Leinen Wolle hat die Eigenschaft, Eisen von Wäsche zu Wäsche anzureichern Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 14

15 Schwermetallionen Auswirkungen auf Wäsche und Bleiche Ablagerung auf Textilien Vergilbung von Textilien katalytische Zerlegung von Peroxiden (Aufhebung der Bleichwirkung) Depolymerisation von Zellulose Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 15

16 Schwermetallionen Auswirkungen auf Wäsche und Bleiche Schwermetallionen in den Textilien (Fe 2+, Mn 2+ ) werden in Gegenwart von Alkalien oxidiert und auf den Textilien abgelagert 2 Fe(HCO 3 ) 2 + H 2 O + ½ O 2 2 Fe(OH) CO 2 2 Mn (HCO 3 ) H 2 O + O 2 2 Mn(OH) CO 2 Mn(OH) 4 MnO H 2 O Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 16

17 Schwermetallionen Auswirkungen auf Wäsche und Bleiche Vergilbung von Textilien gelbe Verfärbungen können wie folgt hervorgerufen werden - Anwesenheit von Eisen, Mangan und Kupfer im Wasser - Eisen aus den gewaschenen Textilien teilweise gelbe Verfärbungen können hervorgerufen werden durch - Rostspritzer im Wasser - Eisen aus Dampfleitungen - Anreicherung von Eisen Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 17

18 Schwermetallionen Auswirkungen auf Wäsche und Bleiche katalytische Zersetzung von Peroxiden während der Bleiche in Anwesenheit übergehender Metallionen (insbesondere Fe 3+, Mn 2+, and Cu 2+ ) Lösung: wässrige Peroxide müssen mit Komplexbildnern stabilisiert werden, die die übergehenden Metallkationen ausschalten Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 18

19 Schwermetallionen Auswirkungen auf Wäsche und Bleiche Zerlegung von Bleiche und Peroxid wird durch Metallionen katalytisch beschleunigt; Zellulose kann depolymerisiert werden Anwesenheit von Metallpartikeln aus den Webstuhl bzw. Webschiffchen können zur Anwesenheit von Oxycellulose führen - kann zu Lochbildung führen Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 19

20 Eisenionen aus dem Spülwasser Effekt auf Vergilbung von Baumwolle Vergilbungsindex yellowing index [%] [%] ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Fe concentration Konzentration [g/l] Vergilbung von Baumwolle ist auf erhöhte Eisenionenkonzentration im Wasser zurückzuführen Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 20

21 Baumwolle mit Wasser verschiedener Härtegrade gewaschen Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 21

22 Veränderungen Waschwirkung in Abhängigkeit von Mn 4+ -Ionen bei Baumwolle was hing efficiency [%] Waschwirkung [%] washing Waschmittel agent [2g/l] washing Waschmittel agent [5g/l] Mn 4+ Ionen Konzentration [mg/l] Mn 4+ ions concentration [mg/l] Die Waschwirkung wird durch die Anwesenheit von Mn-Ionen beeinflusst. Die gleiche Waschwirkung wird nur durch eine wesentliche Erhöhung der Waschmittelkonzentration erzielt Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 22

23 Entmineralisierung Im Folgenden: Prinzip der Entmineralisierung Ionenaustauschertechnologie Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 23

24 Wasserquellen/Wasserhärte nicht alle Wasserquellen bieten das qualitativ hochwertige Wasser zum Waschen. Wasser aus Torfböden beinhaltet zum Beispiel Huminsäuren. Diese verursachen eine gelblich bis bräunliche Verfärbung der gewaschenen Textilien die meisten Wäschereien haben eigene Wasserquellen, jedoch ist das Wasser meist auf Grund des hundertfach erhöhten Eisen- oder Mangangehaltes nicht ohne Aufbereitung zum Waschen geeignet. Um Wasser zu sparen, verwenden einige Wäschereien gesammeltes Regenwasser. Dieses enthält jedoch gelöste saure Gase (NO X, CO 2 ), diese können den ph-wert auf bis zu 3,5 reduzieren das größte Problem sind die gelösten Mineralsalze. Ein hoher Mineralsalzgehalt kann das Waschen unmöglich machen Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 24

25 Wasserhärte variiert Wasser aus dem Wasserversorgungsnetzwerk ist oft aufbereitet. Die Härte dieses Wassers ist zwischen 0,7 und 1,3 mmol/l (0-7 d) - damit gilt dieses Wasser als weich ist der Anteil des Brunnenwassers größer, steigt die Wasserhärte auf bis zu 1,3 bis 3,75 mmol/l (7 21 d) - dieses Wasser gilt als hartes Wasser viele Brunnen liefern Wasser mit Härtegraden über 3,75 mmol (21 d) - dieses Wasser ist sehr hart Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 25

26 Ionenaustauschertechnologie Es gibt nur eine Technologie, die zur Entfernung von Härtebildnern eingesetzt wird - die Ionenaustauschertechnologie Dieses Verfahren ist - zuverlässig - technisch hoch entwickelt - wirtschaftlich akzeptabel Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 26

27 Prinzip der Ionenaustauschertechnologie das Wasser wird in einem Tank durch synthetische Harzkügelchen gefiltert. Die Kügelchen sind chemisch aufbereitet um entweder positiv (Kationen) oder negativ (Anionen) geladene Ionen zu absorbieren Calcium- und Magnesiumionen werden während der Aufbereitung durch Natriumionen ersetzt. Der Ionenaustauscherprozess reinigt das Wasser bis die Wirkung des Granulats (der Kügelchen) erschöpft ist. Zu diesem Zeitpunkt muss das Granulat unter Einsatz bestimmter Reagenzien regeneriert werden Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 27

28 Entmineralisierung des Wassers Schema Unbehandeltes Wasser Ventil Um die Ionen des harten Wassers zu binden, müssen die Kunstharzperlen mit Na(OH) und Säure regeneriert werden Ionenaustauschertank Demineralisiertes Wasser Fließschema: Wasser - Entmineralisierung Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 28

29 Beispiel für eine automatisierte Wasserenthärtungsanlage Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 29

30 Ionenaustauscherkapazität Die Ionenaustauscherkapazität ist ein sehr wichtiger Faktor diese ist definiert als Menge der ausgetauschten Ionen in einem Liter Ionenaustauscher. Angegeben wird dies in mol oder Gramm CaCO 3 pro Liter die Größe des eingesetzten Ionenaustauschers hängt von der erforderlichen Kapazität ab, d.h. davon, wie viel Wasser aufbereitet werden muss Beispiel: Die Kapazität von Purolite C-100 ist 2 mol Ionenaustausch pro Liter Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 30

31 Regenerierung der Ionenaustauscher wenn das Harz aufgebraucht ist, muss es mit Hilfe von Natriumdichlorid- (=Kochsalz-)Lösung regeneriert werden Na+ hat eine höhere Affinität (ein höheres Bindungsbestreben) zu den Kationenaustauschergruppen als Calcium und Magnesium Natriumionen ersetzen Ca- und Mg-Ionen im Ionengitter des Harzes damit ist das Austauscherharz regeneriert und kann weiterarbeiten. Theoretisch entspricht der Verbrauch des Regeneriersalzes der Ionenaustauscherkapazität, in der Praxis ist der Verbrauch höher Praktisch ist die Anzahl der möglichen Ionenaustauscher- Regenerierungen unbegrenzt. Die Lebensdauer der Kationen- Austauscher hängt von der mechanischen Belastbarkeit des Gitters ab Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 31

32 Regenerierung praktische Aspekte zur Regeneration wird 15-20%ige Salzlösung (NaCl) im Tank verwendet. Das Salz wird als Tab oder Kissen hinzugefügt NaCl-Verbrauch wird üblicherweise pro Liter Kationen-Austauscher angegeben theoretischer Verbrauch: bei einer Wasserhärte von 1 N und 1 m 3 Wasser = 20,7 g NaCl praktischer Verbrauch: g NaCl ( g bei kleineren oder älteren Einheiten) Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 32

33 Ionentauscherfilter ältere Modelle bestehen aus Stahl oder Stahlummantelung mit einer salzwasserresistenten Beschichtung, die der manuellen Bedienung bedürfen. Ein Mitarbeiter beobachtet den Umfang des aufbereiteten Wassers und die Wasserhärte. Die Durchführung der Regenerierung wird dokumentiert häufige Kombinationen sind zwei Filter und ein Tank mit Salzwasserlösung. Die Filter werden abwechselnd eingesetzt moderne Entsalzer (z.b. Kinetico, Earth Resources) funktionieren automatisch. Die Aufbereitungs- und Regenerationsprozeduren werden durch einen automatischen Durchflussmengenfühler kontrolliert dabei wird automatisch die Wasserhärte mit gemessen Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 33

34 Wasserqualität in Filtern oder zwischen den Ionenaustauscher-(Harz-)Kügelchen können sich Keime Vermehren. Dies kann zu einer unerwünschten Kontamination führen bei der Wasserenthärtung dürfen keine Verkeimungen entstehen Modul 6 Spezielle Aspekte Kapitel 1 Wasserinhaltsstoffe 34