Uzdatnianie wody
Problematyka uzdatniania wody jest zagadnieniem stosunkowo starym, gdyż już w starożytności filtrowano wodę przez piasek w celu jej oczyszczenia. Uzdatnianie wody polega na tym, aby dostosować właściwości fizykochemiczne do określonych wymagań. Podstawowym czynnikiem, który decyduje o wyborze sposobu uzdatniania wody jest jej skład. Pierwszym krokiem wyboru technologii uzdatniania jest analiza fizykochemiczna wody.
Najstarszą metodą jest tzw. filtracja mechaniczna, która jest pierwszym i niezbędnym elementem każdej stacji uzdatniania wody. Woda podawana do stacji uzdatniania zawiera zanieczyszczenia stałe takie jak piasek, blaszki rdzy itd. Filtracja mechaniczna usuwa te zanieczyszczenia. Proces ten w dzisiejszych czasach jest przeprowadzany przez specjalistyczne filtry, które zabezpieczają instalację oraz pozostałe urządzenia uzdatniające wodę przez uszkodzeniami mechanicznymi oraz zamuleniem. Drugą metodą uzdatniania wody jest jej zmiękczanie. Stężenie rozpuszczonych w wodzie związków wapnia i magnezu wpływa na ogólną twardość wody, w wyniku czego występuje proces powstawania osadów, tzw. kamień kotłowy. Zmniejsza to wydajność i powoduje awarię kotłów, instalacji, zmywarek, czajników, itp. Zmiękczanie wody służy przeciwdziałaniu ujemnym skutkom nadmienionym powyżej i dokonuje się drogą magnetyczną lub jonowymienną. Metoda magnetyczna polega na polaryzacji m. in. jonów wapnia i magnezu. W wyniku odpychania się ładunków nie dochodzi do osadzania ani łączenia się z innymi związkami i koagulantami.
Proces zmiękczania jonowymiennego wody polega na przepuszczeniu wody przez złoża żywic jonowymiennych. W trakcie przepływania wody zachodzi reakcja wymiany jonów wapnia i magnezu na jony sodu. W wyniku użytkowania złoże traci swoje właściwości , dlatego co określony czas wymagany jest proces regeneracji złoża, który polega na wymianie zgromadzonych jonów wapnia i magnezu na jony sodu. Urządzenia zmiękczające wodę mogą być sterowane czasowo - regeneracja złoża następuje w zaprogramowanych odstępach czasowych, lub objętościowo - regeneracja urządzenia następuje po zmiękczeniu zaprogramowanej objętości wody.
Zmiękczanie wody zapobiega powstawaniu kamienia kotłowego w instalacjach wodnych i sprzętach gospodarstwa domowego, zapewnia tym samym wyższą jakość wody. Uzdatniona woda eliminuje problem nacieków na wyschniętym szkle, porcelanie łazienkowej, naczyniach, bateriach, armaturze, przedłuża jednocześnie życie zmywarki, pralki, jacuzzi, a przede wszystkim przedłuża życie kotłów i bojlerów eliminując powstawanie w nich warstwy kamienia. Zmniejsza się również zapotrzebowanie na energię (o 17 do 21%) potrzebną na ogrzanie takiej samej ilości wody. Nie wytrąca się kamień w rurach, nie zatykają się zawory w armaturze, sitka w kranach, nie wytrąca się kamień w czajniku. Woda zmiękczona nie tylko zwiększa siłę czyszczenia, ale także obniża zapotrzebowanie na proszki do prania, środki czyszczące, chemikalia i detergenty. Miękka woda jest delikatna dla skóry, co jest ważne nie tylko przy kąpieli ale również przy myciu naczyń. Niewielkie gabaryty urządzenia pozwalają na zainstalowanie w każdym miejscu - zarówno mieszkaniu jak i w kotłowni lub pralni. Prosty w obsłudze elektroniczny sterownik gwarantuje niezawodną i bezobsługową pracę przez długie lata. Transformataor 12V zapewnia całkowicie bezpieczną pracę. Układ elektroniczny wykrywa wartość napięcia zasilania. Optyczny czujnik pozwala obserwować zmiany poszczególnych cykli urządzenia - aktualny cykl wraz z pozostałym czasem regeneracji pokazywany jest na wyswietlaczu. Zawory klapowe dociskane ciśnieniem wody gwarantuję niezawodność systemu i całkowitą szczelność. W opcji urzadzenie wyposazone jest w czujnik braku soli oraz generator chloru.
Użytkownicy studni głębinowych często mają problemy z nadmiernym występowaniem zawartości żelaza oraz manganu. Wysokie stężenie żelaza i manganu w wodzie powoduje wzrost jej barwy i mętności, co niekorzystnie wpływa na właściwości organoleptyczne.
Na urządzeniach pojawiają się rdzawe osady zostawione przez mieszaniny rozpuszczonych tlenków żelazowych i manganowych. Odżelazianie i odmanganianie polega na przeprowadzeniu rozpuszczonych związków żelaza i manganu w formy trudno rozpuszczalne, które są zatrzymywane w drodze filtracji na odpowiednim złożu w filtrze.
Usuwanie żelaza i manganu składa się z:
- napowietrzania wody surowej;
- korekty odczynu wody;
- filtracja na złożu. Jeżeli żelazo i mangan występują w znacznych ilościach ważne jest aby odżelazianie przeprowadzane było dwustopniowo, z zastosowaniem jako pierwszego filtra usuwającego żelazo.
Bardzo ważne jest również, aby odżelaźnianie stosować jako pierwsze, tzn. filtry odżelaźniające i odmanganiające stosowane muszą być zawsze przed filtrami zmiękczającymi wodę. Złoża najczęściej wykorzystywane w procesie odżelaziania i odmanganiania wody to: Birm, Bewaclean, Filter AG, Greensand, MTM. Ogólnie dostępna woda, poza zanieczyszczeniami wyżej wymienionymi zawiera inne różnego rodzaju związki, takie jak: związki azotu (amoniak, azotany, azotyny), fosforany, chlorki, siarczany, związki krzemu, sód, tlen czy dwutlenek węgla. Niektóre dziedziny przemysłu spożywczego, kosmetycznego, energetycznego, elektroni-cznego, farmaceutycznego lub procesy technologiczne występujące w tych dziedzinach wymagają dostarczenia wody prawie całkowicie pozbawionej jakichkolwiek jonów o idealnie obojętnym odczynie; czyli wody nazywanej „demineralizowaną". Proces demineralizacji polega więc na usunięciu wszystkich kationów i anionów soli rozpuszczonych w wodzie - można tego dokonać za pomocą: wymiany jonowej lub odwróconej osmozy.
Wymiana jonowa polega na wymianie jonów związanych z żywicą jonowymienną na jony znajdujące się w otaczającym go roztworze. Proces jest odnawialny a wymiana zachodzi w równoważnych ilościach (stechiometrycznych). Wymiana jonowa może być przeprowadzana w układzie dwóch kolumn, z których jedna wypełniona jest silnie kwaśnym kationitem pracującym w cyklu wodorowym, a druga - anionitem (z reguły silnie zasadowym), pracująca w cyklu wodorotlenowym. Klasyczna metoda demineralizacji na dwóch kolumnach pociąga za sobą konieczność rozbudowy instalacji o układy magazynowania i dystrybucji NaOH i HCl służących do regeneracji oraz prowadzenia w zakładzie odpowiedzialnej gospodarki wodno-ściekowej, związanej z neutralizacją ścieków poregeneracyjnych. Do regeneracji jonitów silnie kwaśnych używa się zwykle 6% roztworu kwasu solnego (HCl), który magazynowany jest w zbiorniku kwasu w formie zatężonej tj. 33%. W wyniku tej regeneracji powstają ścieki silnie kwaśne o pH 1-2 zawierające duże ilości jonów chlorkowych. Do regeneracji jonitów silnie zasadowych używa się zasady sodowej (NaOH) o stężeniu 4-6%, która magazynowana jest w zbiornikach ługu o stężeniu 42%. W wyniku tego procesu powstają ścieki alkaliczne o pH 11-12.
Innym sposobem jest wymiana jonowa na złożu mieszanym. Złoże mieszane to specjalnie zestawiona kombinacja jonitów, składająca się z kationitów silnie kwaśnych i anionitów silnie zasadowych. Technika wymiany jonowej na złożu mieszanym jest zwykle stosowana jako końcowy etap oczyszczania wody - pozwala ona na uzyskanie wody o wysokiej jakości, która znacznie przewyższa jakość wody uzyskanej w wyniku wymiany jonowej na dwóch kolumnach. Metoda ta pozwala również na usunięcie rozpuszczonego CO2 oraz krzemionki. Demineralizacja metodą odwróconej osmozy polega na podaniu pod wysokim ciśnieniem wody surowej (wstępnie uzdatnionej) na półprzepuszczalną membranę, która oddziela dwa roztwory o różnych stężeniach. Cząsteczki czystej wody pod wpływem wysokiego ciśnienia przechodzą przez membranę tworząc permeat (woda oczyszczona), zaś cząsteczki soli i innych zanieczyszczeń takich jak: koloidy, bakterie zostają zatrzymane po stronie naporu wody surowej (koncentrat). Rozpuszczone cząsteczki soli i innych zanieczyszczeń ulegają koncentracji i są odprowadzane do kanalizacji. Gazowe składniki wody (tlen, dwutlenek węgla itp.) przechodzą przez membranę. Przygotowanie wody przed podaniem jej na stację odwróconej osmozy polega na usunięciu z niej wszystkich substancji mogących zakłócić lub uniemożliwić pracę membran wskutek ich zablokowania. W związku z tym ciąg technologiczny przygotowania wody do procesu odwróconej osmozy wygląda następująco:
- Filtracja mechaniczna;
- Odżelazienie;
- Odchlorowanie;
- Zmiękczenie;
- Odwrócona osmoza
Technologia przygotowania wody do procesu odwróconej osmozy uzależniona jest pełnej analizy wody surowej, którą należy sporządzić przed doborem urządzenia
Następną metodą uzdatniania wody jest jej dezynfekcja. Woda w środowisku naturalnym zawiera różnego rodzaju zanieczyszczenia organiczne. W związku z tym, aby zapobiec rozprzestrzeniania się wirusów oraz bakterii musi zostać oczyszczona. Dezynfekcja polega na pozbawieniu wody mikroustrojów oraz bakterii co zapewni jej czystość mikrobiologiczną. Dezynfekcji wymaga praktycznie każda woda, zarówno ta wykorzystywana w przemyśle spożywczym, browarniczym, jak i w basenach kąpielowych oraz w obiegach chłodniczych i kotłowych. Poza oczywistą dyskusją pozostaje woda bezpośrednio konsumowana.
Dezynfekcja może być przeprowadzana za pomocą:
- Chlorowanie wody;
- Naświetlania wody światłem UV.
Chlorowanie polega na tym, że woda po uzdatnieniu poddawana jest procesowi dezynfekcji bardzo małą dawką chloru gazowego. Z uwagi na to, że wody głębinowe posiadają bardzo dobrą jakość pod względem bakteriologicznym, dezynfekcja prowadzona jest jedynie w celu zabezpieczenia wody w trakcie jej przesyłu do mieszkańców, często na duże odległości.
Chlor gazowy uzyskiwany jest przez odparowanie chloru ciekłego dostarczanego w 50 kg butlach. W celu zabezpieczenia przed przedostaniem się ewentualnych przecieków chloru do otoczenia w sytuacjach awaryjnych automatycznie załączany jest system wentylacji, który kieruje strumień skażonego powietrza do zbiornika, gdzie roztworem neutralizującym jest wodny roztwór wodorotlenku sodu lub mieszaniny wodorotlenku sodu i tiosiarczanu sodu lub system oparty na adsorbcji na węglu aktywnym. Druga metoda dezynfekcji (droższa) wykorzystuje zalety promieniowania UV. Promieniowanie UV jest częścią widma słonecznego o silnym bakteriobójczym działaniu. Dotyczy to w szczególności promieniowania o długości fali od 254 do 265 nm (w zakresie UV-C). Promieniowanie tego zakresu powoduje błyskawiczną reakcję fotochemiczną w DNA komórki (kwas dezoksyrybonukleinowy), który decyduje o życiu wszystkich mikroorganizmów. Dzięki tej reakcji mikroorganizmy albo zostają zabite albo też tracą zdolność rozmnażania się.
Jak wynika z powyższych rozważań metoda uzdatniania wody zależy przede wszystkim od jej składu fizykochemicznego. W dobie dzisiejszych technologii jesteśmy w stanie oczyścić wodę zarówno pod potrzeby gospodarstw domowych, jak i potrzeby przemysłowe. Możliwości takie na pewno wpłyną pozytywnie na nasze zdrowie, jak i komfort użytkowania urządzeń zasilanych wodą.
Pogłębiaj swoją wiedzę, czytaj poradniki
Opracowanie redakcja : (A.J.)
Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji portalu www.ogrzewnictwo.pl
