81-033 GDYNIA
ul. Chylońska 110
tel/fax +48 (58) 663 33 99
kom.: +48 602 697 414
TECHNOLOGIE I URZĄDZENIA


    Procesy stosowane do oczyszczania wody ogólnie można podzielić na: fizyczne, chemiczne, biologiczne. Mogą być one łączone w układy fizyczno-chemiczne, fizyczno-biologiczne itp. Wybór sposobu uzdatniania wody musi być poprzedzony określeniem ilości ujmowanej wody, analizą fizykochemiczną składu wody. Od prawidłowej oceny składu wody zależy dobór odpowiednich urządzeń jak również efektywność usuwania z niej zanieczyszczeń.
Wśród stosowanych metod wyróżniamy:

 
Filtracja mechaniczna
 
Filtracja na węglu aktywnym
 
Odżelazianie i Odmanganianie
 
Zmiękczanie
 
Usuwanie azotanów
 
Demineralizacja wody metodami: odwróconej osmozy oraz wymiany jonowej
 
Dezynfekcja (UV, chlorowanie)
 
Dozowanie preparatów chemicznych

 

  Filtracja mechaniczna. Stanowi niezbędny proces w usuwaniu zanieczyszczeń stałych jak piasek, resztki z materiałów uszczelniających. Zapewnia usunięcie z oczyszczanej cieczy cząstek o średnicy d>0,1 μm. Najczęściej stosowanymi urządzeniami w tym procesie stanowią filtry. Skuteczność filtracji w głównej mierze zależy od zastosowanego materiału filtracyjnego, jego uziarnienia oraz wysokości warstwy złoża. Typowe złoża filtracyjne to piasek kwarcowy, antracyt, węgiel aktywny, mający dużą powierzchnię adsorpcyjną, granit, tworzywa sztuczne o gęstości mniejszej niż gęstość wody.
W doborze rodzaju wkładu filtracyjnego, bierzemy pod uwagę rodzaj i efektywność usuwania zanieczyszczeń, wydajność filtracji, wytrzymałość mechaniczną, jak również koszty eksploatacyjne.
Wśród oferowanych przez firmę Water Service filtrów wyróżniamy:
1. Filtry z możliwością spustu nagromadzonych zanieczyszczeń
2. Filtry z płukaniem przeciwprądowym (automatycznie lub półautomatycznie)
3. Filtry ochronne z wkładami wymiennymi

 

 

  Filtracja na węglu aktywnym. Stosuje się w celu poprawienia cech organoleptycznych wody takich jak smak, zapach i barwa. Węgiel aktywny wykazuje dużą skuteczność w usuwaniu chloru i jego związków, fenolu, oraz niektórych metali. Usuwanie zanieczyszczeń odbywa się poprzez adsorpcję mieszaną (fizyczną i chemiczną), wiązaniu usuwanych zanieczyszczeń na powierzchni adsorbenta (węgiel aktywny). Dzięki zastosowaniu filtrów z węglem aktywnym smak uzdatnionej wody poprawia się, znika też przykry zapach oraz żółte zabarwienie pochodzące od rozpuszczonych w niej związków organicznych. O skuteczności i przydatności węgli aktywnych decydują m.in. pojemność adsorpcyjna, wielkość powierzchni właściwej, wielkość porów i ich rozkład, chemiczna natura powierzchni czy też uziarnienie.
Filtrację na węglu aktywnym należy poprzedzić filtracją mechaniczną. Filtry z wymiennymi wkładami węglowymi stanowią najprostszą odmianę tego rodzaju urządzeń. Stosowane są głównie dla stosunkowo małych wydajności. Montowane mogą być narurowo na doprowadzeniu wody użytkowej, pod zlewozmywakiem, bądź też na wylewce kranu. Częstotliwość wymiany wkładów zależy od ilości przepuszczanej przez nie wody. Natomiast konstrukcja filtrów sorpcyjnych na większe wydajności przypomina swoją budową filtry odżelaziające – są to zbiorniki ciśnieniowe, wypełnione węglem aktywnym.

 

 

   Odżelaźnianie i odmanganianie. Wody podziemne i infiltracyjne charakteryzują się podwyższoną zawartością manganu (Mn) i żelaza (Fe), a także obecnością siarkowodoru i amoniaku. W wodach podziemnych żelazo występuje w postaci wodorowęglanu lub siarczanu żelazawego. Obecność jonów żelaza jest szkodliwa dla wielu procesów produkcyjnych a wysokie stężenia żelaza i manganu w wodzie powodują wzrost jej mętności i barwy oraz powstawanie rdzawych osadów na urządzeniach sanitarnych. Odżelazianie wody stosuje się wówczas, gdy zawartość żelaza przekracza 0,2 mg/l. Oczyszczona woda nie na żadnego smaku, zapachu i jest bezbarwna. W praktyce stosuje się wiele sposobów oczyszczania wody tą metodą, najczęściej jednak wykorzystuje się wytrącanie żelaza z wody poprzez napowietrzanie oraz filtrację lub podczas reakcji chemicznych. Usuwanie żelaza z wody polega na utlenieniu jonów Fe(II) do Fe(III) i usunięciu wytrąconych związków Fe(OH)3 na drodze filtracji na odpowiednim złożu w filtrze pośpiesznym. Proces technologiczny usuwania związków żelaza czy manganu przedstawia się następująco:
→ napowietrzanie wody surowej → sedymentacja (przy dużych ilościach Fe(OH)3 → odżelazianie (filtracja na odpowiednim rodzaju złoża) → dezynfekcja
Mangan w wodach naturalnych bardzo często występuje wraz z żelazem, jednak w znacznie mniejszych ilościach. Nadmiar manganu, występujący w wodzie usuwa się metodą bardzo podobną do odżelaziania. Istota procesu polega na utlenieniu jonów Mn(II) do Mn(IV) i wytrąceniu ich w postaci MnO2· H2O. Woda z zawartością manganu nie jest klarowna i ma ciemną barwę. Chociaż zawartość manganu w wodzie nie jest w zasadzie szkodliwa dla zdrowia, to jednak do celów przemysłowych nie może zawierać więcej niż 0,1 mg/l.

 

 

   Zmiękczanie. Stosowane jest w celu usunięcia z wody składników mających wpływ na jej twardość. Twardość wody jest spowodowana obecnością jonów wapnia i magnezu (kationów podstawowych), żelaza, glinu, manganu oraz kationów metali ciężkich. W twardości wody rozróżnia się twardość wapniową i magnezową. Ze względu na rodzaj anionów towarzyszących tym kationom, twardość ogólna jest sumą twardości węglanowej (spowodowana obecnością rozpuszczonych w wodzie wodorowęglanów, węglanów i wodorotlenków wapnia i magnezu) i niewęglanowej (spowodowana obecnością w wodzie chlorków, siarczanów i krzemianów wapnia i magnezu).
Twogólna = Twwęglanowa + Twniewęglanowa
Nadmierna twardość wody powoduje powstawanie kamienia kotłowego, większego zużycia środków myjąco-piorących. Zmiękczanie wody polega na usuwaniu twardości na drodze wymiany jonowej. Twardość ogólna jest usuwana na kationicie silnie kwaśnym w cyklu sodowym. Podczas przepływu przez żywicę jonowymienną jony wapnia (Ca2+) i magnezu ( Mn2+) wymieniane są na jony sodu (Na2+). Wymiana jonowa przebiega zgodnie z reakcjami:
2KtNa + Ca(HCO3)2 ↔ Kt2Ca + 2NaHCO3 ,
2KtNa + Mg(HCO3)2 ↔ Kt2Mg + 2NaHCO3,
2KtNa + CaCl2 ↔ Kt2Ca + 2NaCl,
2KtNa + MgSO4 ↔ Kt2Mg + Na2SO4 ,
kationity (Kt) – wymieniające kationy,
Gdy zdolność jonowymienna złoża zostanie wyczerpana, jest ono poddawane regeneracji roztworem soli kuchennej (NaCl). Zmiękczanie wody wymagane jest zwłaszcza w przemyśle, pralniach, farbiarniach, fabrykach celulozy itp. Jako środki chemiczne do zmiękczania stosuje się mleko wapienne – Ca(OH)2, sodę – Na2CO3 lub ług sodowy – NaOH.

 

 

    Usuwanie azotanów. W wodach podziemnych azot występuje w różnego rodzaju postaciach, podlegających ciągłym przemianom. Dominującą jego formą stanowią azotany. Zanieczyszczenia te jako bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie, nie są podatne na usuwanie w procesach koagulacji oraz strącania chemicznego. Również chemiczna redukcja azotanów do azotu gazowego nie zapewnia wystarczającego stopnia usuwania. Azotany najczęściej usuwane są w procesach odwróconej osmozy i wymiany jonowej. Skuteczną metodą usuwania azotanów z wody jest także wymiana na anionitach silnie zasadowych regenerowanych NaCl, lub pracujących w cyklu wodorowęglanowym czy wodorotlenowym.

 

 

  Demineralizacja wody. Stosowana w celu usunięcia z niej kationów i anionów, które pochodzą od rozpuszczonych w niej soli. Proces ten stosuje się w celu uzyskania wody o wysokiej jakości, wykorzystywanych w niektórych gałęziach przemysłu, jak również do celów kotłowych oraz w laboratoriach chemicznych. W zależności od wymagań stawianych zdemineralizowanej wodzie oraz składu chemicznego wody surowej w procesie demineralizacji wody wykorzystuje się wiele różnych układów technologicznych i urządzeń.
Wymianę kationów i anionów zapewnia układ składający się z procesu dekationizacji ( na kationitach) i deanionizacji (na anionitach). Kationity mają charakter kwasów lub ich soli, a anionity zasad lub ich soli
 

 

 

    Wymiana jonowa. Proces wymiany jonowej polega na zastępowaniu jonów jonitu jonami przepuszczanego przez jonit roztworu. Jeżeli istnieje konieczność usuwania z wody kationów, to stosuje się proces dekationizacji na kationitach, jeśli anionów –deanionizacji na anionitach. Jonitami są wymieniacze jonowe, żywice jonowymienne; substancje zbudowane z nierozpuszczalnego w wodzie szkieletu, na którym osadzone są grupy funkcyjne dysocjujące w wodzie i zdolne do wymiany jonowej. Kationity wiążą kationy z roztworu, uwalniając w ich miejsce jony wodorowe, anionity natomiast wiążą aniony uwalniając grupy hydroksylowe. Roztwór elektrolitu po przepuszczeniu przez warstwę jonitu, stanowiącą mieszaninę kationitu i anionitu, wypływa jako woda dejonizowana, pozostawiając na złożu związane przez jonit jony. Po zablokowaniu przez jony wszystkich centrów wymiany, jonity można regenerować przepuszczając przez nie silny kwas (kationity) lub zasadę (anionity), które skutecznie wypierają zaabsorbowane wcześniej jony.
Wymianę jonową w oczyszczaniu wody stosuje się do:
    zmiękczania,
    demineralizacji i odsalania,
    usuwania fosforanów i azotanów,
    usuwania azotanów i fosforanów, azotu amonowego, metali ciężkich i radionuklidów,
    usuwania zanieczyszczeń organicznych
 
W celu właściwego doboru urządzeń konieczna jest znajomość następujących parametrów:
    ilość i skład chemiczny uzdatnianej wody oraz jej pH,
    temperatura wody,
    rodzaj jonitu,
    robocza zdolność wymienna jonitu,
    dopuszczalne obciążenie hydrauliczne złoża jonitowego oraz prędkość przepływu wody przez złoże,
    rodzaj i jednostkowe zużycie czynnika regenerującego,
    częstotliwość i czas regeneracji,
  ilość zużytej wody w procesie spulchniania i płukania złoża

Urządzenie tego typu charakteryzuje zwarta konstrukcja, prosta obsługa, wysoka niezawodność oraz niskie koszty eksploatacyjne. Zapewniają one odpowiednie, wstępne przygotowanie wody, jak również wysoką jakość wody zdemineralizowanej.

 

 

    Odwrócona osmoza. Procesy membranowe pozwalające na separację zanieczyszczeń na poziomie molekularnym lub jonowym, wykorzystywane są najczęściej do odsalania wód słonawych, do zmiękczania wody a także do usuwania z jej składu radionuklidów i substancji organicznych. Membrany wytwarzane mogą być z materiałów organicznych, nieorganicznych, syntetycznych lub naturalnych. Do procesów membranowych najczęściej stosowanych w oczyszczaniu wody należą: odwrócona osmoza (OO), ultrafiltracja (UF), elektrodializa (ED). Odwrócona osmoza (OO) służy do rozdzielania substancji rozpuszczonych w wodzie o małej masie cząsteczkowej. Podstawą tego procesu jest zjawisko osmozy polegające na transporcie rozpuszczalnika przez warstwę membrany półprzepuszczalnej (przepuszczalnej dla rozpuszczalnika a nieprzepuszczalnej dla substancji rozpuszczonych). Jeżeli membrana oddziela roztwory o różnym ciśnieniu osmotycznym, to następuje osmotyczny przepływ rozpuszczalnika do roztworu o większym stężeniu aż do momentu, gdy różnica ciśnień po obu stronach membrany będzie równa ciśnieniu osmotycznemu, które jest charakterystyczne dla danego roztworu. Zwiększenie ciśnienia wewnętrznego powyżej wartości ciśnienia osmotycznego powoduje wzrost potencjału chemicznego rozpuszczalnika w roztworze i jego przepływ w kierunku przeciwnym do kierunku wytyczonego osmozą tzn. rozpuszczalnik będzie przepływał przez membranę z roztworu bardziej stężonego do rozcieńczonego. Zjawisko to nazywa się odwróconą osmozą. W tym celu najczęściej stosuje się membrany z poliamidów aromatycznych oraz z octanu celulozy.
 

 

 

    Dezynfekcja. Z uwagi na możliwość występowania w wodach powierzchniowych i podziemnych bakterii, wirusów oraz pasożytów jako końcowy etap uzdatniania stosuje się dezynfekcję wody. Głównym jej celem jest zniszczenie żywych i przetrwalnikowych form organizmów patogennych oraz zapobieżenie ich wtórnemu rozwojowi w sieci wodociągowej. Zabezpieczenie czystości mikrobiologicznej wody ma istotne znaczenie szczególnie w przemyśle spożywczym, kosmetycznym i farmaceutycznym. Metody dezynfekcji można podzielić ogólnie na dwie grupy:
     metody fizyczne (gotowanie, pasteryzacja, promieniowanie ultrafioletowe, ultradźwięki, lub promieniowanie gamma)
     metody chemiczne (chlorowanie, ozonowanie, dawkowanie silnych utleniaczy jak: chlor, ozon, podchloryn sodowy, dwutlenek chloru, chloroaminy, ozon, brom czy też jod.
Skuteczność dezynfekcji zależy nie tylko od środka dezynfekującego, ale również od dawki i czasu kontaktu, pH, oraz odporności mikroorganizmu.
Dezynfekcja za pomocą promieniowania UV skutecznie niszczy mikroorganizmy, pozwala uniknąć wprowadzania do wody środków chemicznych, nie zmienia jej składu fizyczno-chemicznego, smaku i zapachu, nie grozi również przedawkowaniem środka dezynfekującego. Woda poddawana dezynfekcji promieniami UV powinna być pozbawiona cząstek koloidalnych i zawieszonych, mogących sorbować pewne ilości promieni UV, co w konsekwencji może pogardzać efekty dezynfekcji.
Chlorowanie wody stanowi najbardziej rozpowszechnioną formę dezynfekcji. Wodę chloruje się stosując chlor gazowy lub jego związki. Proces wymaga wstępnego określenia dawki chloru jak i czasu jego kontaktu z wodą. W zależności od jakości wody chlorowanie można przeprowadzać w następujący sposób: chlorowanie małą dawka chloru, gdy woda zawiera niewielką liczbę bakterii, wykazuje małe zapotrzebowanie na chlor; chlorowanie nadmiarem chloru, a następnie usunięcie nadmiaru (dechloracja np. adsorpcja chloru na węglu aktywnym). Ilość pozostałego w wodzie chloru powinno wynosić 0,3-0,5 g Cl2/m3 w postaci wolnego chloru, jego nadmiar powoduje pogorszenie smaku i zapachu wody.

 

 

    Dozowanie preparatów chemicznych. Stopień koniecznego oczyszczania wody zależy od jej przeznaczenia. Inne wymagania stawia się wodzie przeznaczonej do celów bytowo-gospodarczych, a inne wodzie do celów przemysłowych. Stosowanie różnego rodzaju preparatów chemicznych ma na celu przede wszystkim poprawę parametrów wody tak, aby spełniała ona wymagania zależnie od jej przeznaczenia oraz wspomaganie procesów towarzyszących w jej uzdatnianiu. Dozowanie chemikaliów stosowane jest powszechnie w przemyśle, przy różnego rodzaju technologiach uzdatniania wody (m.in. przy uzdatnianiu wody kotłowej, chłodniczej, technologicznej, do klimatyzacji), jak również przy dezynfekcji wody. Dawkowanie preparatów odbywa się za pomocą stacji dozujących, w skład, których wchodzą pompa membranowa, zbiornik roztworów oraz przewody doprowadzające.