Vanduo vaidina svarbų vaidmenį maitinimo įmonėse. Jis naudojamas technologinėms reikmėms kaip žaliava maisto ruošimo procese, taip pat ir techninėms reikmėms: plauti darbuotojų rankas, žaliavas, inventorių, įrengimus, patalpas, atlikti šilumnešio funkcijas įrengimuose ir t.t.
Vanduo yra geras tirpiklis, todėl iš žemės gelmių išgautame vandenyje gausu nuo uolienų ištirpusių kalcio ir magnio druskų. Ši jo savybė yra apibrėžiama kaip vandens kietumas. Priklausomai nuo šių druskų koncentracijos yra skiriamas minkštas, vidutinio kietumo ir kietas vanduo.
Vandens kietumas – vandens savybių visuma, nulemta Ca+2 ir Mg+2 katijonų buvimu tirpale. Pagal tai, kokios druskos yra vandens sudėtyje yra skiriamas:
- Laikinasis (karbonatinis) vandens kietumas – sudaro vandenyje ištirpę kalcio ir magnio hidrokarbonatai, kurie kaitinimo metu skyla į CaCO3 ir Mg(OH)2 išsiskiriant CO2 dujoms.
- Pastovusis (nekarbonatinis) vandens kietumas – sudaro vandenyje ištirpę kalcio ir magnio sulfatai, chloridai, silikatai, nitratai, fosfatai.
Jų suma vadinama bendruoju vandens kietumu.
Maitinimo įmonėse yra naudojami įrengimai, kurių veikime numatytas vandens pašildymas. Tai indų plovimo mašinos, konvekcinės garo krosnys, kavos paruošimo aparatai, marmitai, virimo katilai ir pan. Vandens šildymo metu vandens kietumą sąlygojančios druskos skyla ir ant kaitinimo elementų bei kaitinimo paviršių, vamzdelių bei sienelių susidaro bei kaupiasi netirpi, baltos spalvos kieta medžiaga, vadinama kalkėmis, arba nuoviromis. Per ilgesnį laikotarpį susikaupęs nuovirų sluoksnis apsunkina šilumokaitos proceso intensyvumą, užkemša vamzdelius, perkaitinami konstrukcijos elementai, gaunamos didesnės energijos sąnaudos šildymui. Siekiant išvengti šio proceso ar bent jau sulėtinti, būtina pašalinti arba žymiai sumažinti ištirpusių vandenyje druskų kiekius. Šis procesas vadinamas vandens minkštinimu.
Kaip vienas iš būdų yra naudojamas katijonitinis vandens minkštinimo būdas. Naudojamos specialios medžiagos, vadinamos katijonitais, kurios gali su tirpale esančiomis druskomis keistis katijonais. Leidžiant vandenį pro tokią medžiagą, vyksta mainų reakcijos ir kalcio bei magnio katijonai pakeičiami natrio katijonais.
2Na[Kat]+Ca(HCO3)2=Ca[Kat]2+2NaHCO3;
2Na[Kat]+Mg(HCO3)2=Mg[Kat]2+2NaHCO3;
2Na[Kat]+MgCl2=Mg[Kat]2+2NaCl;
2Na[Kat]+MgSO4=Mg[Kat]2+Na2SO4;
Minkštinamajame vandenyje kaupiasi NaHCO3, kuris yra nepatvarus ir greit skyla. Todėl vanduo tampa šarminiu:
2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2;
Na2CO3+H2O=2NaOH+CO2;
Katijonitinės medžiagos keitimo galia ribota. Priklausomai nuo pratekėjusio vandens kiekio ir kietumo laipsnio ilgainiui minkštinimo procesas tampa vis mažiau ir mažiau efektyvus. Mat kol katijonitinėje medžiagoje yra pakankamai natrio katijonų, dalyvaujančių mainų reakcijoje su vandenyje ištirpusiomis kalcio ir magnio druskomis, tol vanduo minkštėja, o kai visi katijonai jau būna pakeisti jis nebeminkštėja. Tuomet būtina atstatyti jos savybes – regeneruoti.
Katijonitinė medžiaga regeneruojama valgomosios druskos tirpalu. Filtruojant regeneracinį druskos tirpalą pro katijonitinę medžiagą, vyksta ši mainų reakcija:
Ca[Kat]2+2NaCl=2Na[Kat]+CaCl2;
Kęstutis Borkertas
