tel.: +48 500 068 835, e-mail: biuro@hydropath.pl
H2O

Metody Uzdatniania Wody

Źródła pozyskiwania wody i możliwe opcje jej zanieczyszczenia

Woda to bardzo dobry rozpuszczalnik i nośnik życia.

Woda ze źródeł powierzchniowych jest często zanieczyszczona przez mikroorganizmy i drobnoustroje.

Woda ze źródeł podziemnych jest zwykle bezpieczniejsza, ale nawet wody podziemne mogą być zanieczyszczone szkodliwymi substancjami chemicznymi z działalności człowieka lub pochodzącymi ze środowiska naturalnego.

Woda uzdatniona u źródła może ulec wtórnemu zanieczyszczeniu lub skażeniu w sieci dystrybucyjnej niewłaściwie chronionej. Dotyczy to zarówno wodociągów przesyłowych jak i sieci wewnątrz budynków.

Przy wyborze systemu uzdatniania wody należy skorzystać z pomocy fachowców. Poznanie efektów działania danego systemu, przeciwwskazania, koszty związane z wdrożeniem i eksploatacją to podstawa dokonania właściwego wyboru. Nie wszystkie metody uzdatniania są wskazane i optymalne dla danego zastosowania. Istotna jest znajomość parametrów fizykochemicznych i biologicznych wody surowej jak i tej po uzdatnieniu.

cząsteczki wody

Metody uzdatniania wody do picia

Uzdatnianie wody w zakresie zmiany struktury

Woda ma dwie istotne cechy:

  1. silną polarności molekuły H2O
  2. zdolność do tworzenia wiązań wodorowych

Molekuły polarne wody, o rozdzielonych środkach ładunków dodatnich i ujemnych, mają trwały moment dipolowy. Oznacza to, że w przyłożonym polu elektrycznym molekuły polarne dążą do ustawienia się wzdłuż tego pola.

Wiązania wodorowe powodują powstanie otwartych trójwymiarowych cyklicznych struktur. Struktury przestrzenne, powstające w wodzie w wyniku wiązań wodorowych zmieniają się bardzo dynamicznie. Struktury otwarte tworzą („klatki”), w których mogą być zamykane obce molekuły tworząc hydraty.  Struktura wody ulega zmianie pod wpływem substancji w niej rozpuszczonych. Szczególnie wyraźnie zjawisko to przebiega w roztworach elektrolitów, czyli substancji, które w wodzie ulegają dysocjacji na jony. Każdy z powstałych jonów otacza się kulą dipolowych molekuł wody – ulega solwatacji (hydratacji).

Otoczki solwatacyjne bardzo silnie wpływają na mechanizm przewodzenia prądu w roztworach elektrolitów. Zjawisko przewodzenia prądu w roztworach wodnych s sposób istotny wpływa na strukturę wody jako rozpuszczalnika. Stosując pole elektryczne o wysokiej częstotliwości możemy wprowadzić usystematyzowanie dipoli elektrycznych cząsteczek. Takie usystematyzowanie, porządkuje strukturę wody oraz zdysocjowanych w niej jonów minerałów.

Jonów zdysocjowanych minerałów, nadal oddzielonych cząsteczkami “klatkami” wody, na skutek oddziaływania elektrostatycznego zbliżają się do siebie tworząc struktury/grupy nazywane “klastrami”.

Klastry, w warunkach przesycenia roztworu wody zdysocjowanymi jonami, stanowią zarodki krystalizacji. W tym przypadku krystalizacja zachodzi w wodzie i nazywana jest krystalizacją homogeniczną.

Zmiana i uporządkowanie struktury wody jako dielektryka, poprzez tworzenie zarodków krystalizacji, wykorzystywane jest w technologii Hydropath do zapobiegania powstawaniu twardych osadów mineralnych na ściankach instalacji.

Klatka tworzona przez H2O
Woda z uporządkowaną strukturą cząsteczek

Woda wodociągowa z większą lub mniejszą ilością zdysocjowanych jonów minerałów może mieć, uzyskać uporządkowaną strukturę cząsteczek. Uporządkowanie struktury, stworzenie klastrów w oparciu o jony minerałów, wystarczy by spełnić oczekiwania użytkowników co do wody nie tworzącej kamienia.

Proces porządkowania możliwy jest do zrealizowania w instalacji dystrybucji wody poprzez przyłożenie odpowiednio zmodulowanego sygnału elektrycznego o odpowiednio wysokiej częstotliwości. W przypadku stosowania technologii Hydropath częstotliwość zmiennego sygnału wynosi około 150 kHz. Taki sygnał powoduje powstanie przepływu elektronów o łącznym napięciu na tyle niskim, że do jego pomiaru wymagane jest użycie czułych urządzeń pomiarowych np. oscyloskopu.

Jednym z efektów wprowadzenia do wody odpowiednio przygotowanego sygnału elektrycznego jest możliwość ograniczenia powstawania osadów kamienia w instalacjach.

Uzdatnianie wody w zakresie rozpuszczonych i zwieszonych w niej substancji oraz mikroorganizmów

(kliknij w temat poniżej i zobacz więcej)

Polega na przepuszczaniu wody surowej przez kawałek delikatnej, czystej bawełnianej tkaniny w celu usunięcia niektórych zawieszonych ciał stałych.

Utlenia żelazo (Fe) i mangan (Mn) co umożliwia odfiltrowanie tych związków. Napowietrzanie wody jest również ważne dla powolnej, filtracji na łożach piaskowych, zwłaszcza jeśli w wodzie powierzchniowej nie ma wystarczającej ilości tlenu. Woda może być łatwo napowietrzona przez potrząsanie nią w naczyniu lub przez umożliwienie jej ściekania przez perforowane tace zawierające drobne kamienie.

Sedymentacja w odstojnikach. Magazynowanie wody tylko przez jeden dzień może wyeliminować niektóre bakterie a magazynowanie przez 48 godzin larwy ślimaków. Im dłużej woda jest przechowywana, tym bardziej zawieszone ciała stałe i patogeny osiadają na dnie zbiornika. Górną warstwę wody można następnie użyć jako wodę po sedymentacji.

Do koagulacji czyli destabilizacji cząstek koloidalnych stosuje się koagulanty chemiczne. Flokulacja to łączenie się zdestabilizowanych cząsteczek w mikroagregaty przy pomocy środków chemicznych lub technologii fizycznych.  Utworzenie większych cząstek (floków), pozwala usunięcie ich przez sedymentację, osiadanie lub filtrację.

Woda przechodzi powoli ze stałą prędkością w dół przez złoże drobnego piasku. Woda nie może być zbyt mętna, w przeciwnym razie filtr zostanie zatkany. Patogeny są naturalnie usuwane w górnej warstwie, gdzie gromadzi się biofilm. Potencjalnym problemem jest to, że niektórzy użytkownicy nie wykorzystują tej technologii właściwie oraz skutecznie. Woda może pozostać wiec zanieczyszczona.

Zastosowany piasek jest grubszy niż w przypadku powolnej filtracji piaskowej, a natężenie przepływu jest wyższe. Metoda służy do usuwania zawieszonych ciał stałych i jest skuteczna po zastosowaniu koagulacji / flokulacji. Nie dochodzi do tworzenia i narastania biofilmu. Często w tego typach filtrów przepływ realizowany jest w górę złoża filtracyjnego. 

Filtrację na węglu aktywnym można stosować do filtracji, co skutecznie poprawia smak, zapach i kolor wody. Jednak filtr należy regularnie wymieniać, ponieważ bakterie i inne mikroorganizmy mogą się w nim szybko namnażać.

Filtr ceramiczny jest porowatym, nieszkliwionym cylindrem ceramicznym i to na jego powierzchni osadzają się zanieczyszczenia. Filtry ceramiczne o bardzo małych porach mogą usuwać większość patogenów. Metoda filtra ceramicznego może być stosowana tylko z czystą chemicznie wodą.

Promieniowanie ultrafioletowe pochodzące od słońca zniszczy większość patogenów, a zwiększenie temperatury wody zwiększa skuteczność dezynfekcji. Na obszarach tropikalnych większość patogenów można zabić, wystawiając skażoną wodę na słońce na kilka godzin. Woda musi być odfiltrowana, aby zabieg dezynfekcji był skuteczny.

Chlorowanie jest najczęściej stosowaną metodą dezynfekcji wody pitnej. Można stosować inne biocydy.  Jako chemiczny środek dezynfekujący może być stosowany Jod. Wybór odpowiedniej ilości biocydu do skutecznej dezynfekcji może być trudny, ponieważ skuteczność dezynfekcji zależy od jakości wody nieuzdatnionej, która może się zmieniać okresowo.

Gotowanie. Doprowadzenie wody do temperatury wrzenia zabije większość patogenów, a wiele z nich ginie już w niższych temperaturach (np. 60 – 70 ° C). Taki sposób jest dośc kosztowny i w wielu przypadkach trudny do zastosowania.

Odsalanie / odparowanie.  Odsalanie przez destylację wody  prowadzi do uzyskania wody bez soli chemicznych. Metoda ta jest kosztowna, mało wydajna ale prosta w wykonaniu.

Oddziaływanie na wodę polem elektrycznym stosowane jest w celu eliminacji patogenów – dezynfekcja oraz w celu poprawy flokulacji przed procesem filtrowania.

Metody uzdatniania wody pitnej

Czy wszystkie są bezpieczne i opłacalne?

Opisane powyżej metody uzdatniania wody mogą zmniejszyć liczbę patogenów w wodzie, ale nie zawsze eliminują je całkowicie. I chociaż dezynfekcja termiczna jest skuteczna, metoda ta jest nieekonomiczna przy dużych objętościach  wody. Dezynfekcję chemiczną można stosować przy dużych ilościach wody. Związki chloru zazwyczaj niszczą patogeny po 30 minutach czasu kontaktu, a pozostały wolny chlor (0,2–0,5 mg na litr oczyszczonej wody) może być utrzymywany w dopływie wody, aby zapewnić ciągłą dezynfekcję.

Przed chlorowaniem woda powinna być dokładnie odfiltrowana tak by nie powstawały w reakcji z chlorem szkodliwe dla człowieka związki mutagenne.

Na czym polega uzdatniania wody?

Przykłady - redukcja związków chemicznych zawartych wodzie

Żelazo i mangan

Woda ze studni może mieć wysokie stężenie żelaza (większe niż 0,2 mg / l). Może to być wynikiem naturalnie wysokiej zawartości żelaza w glebie lub w wyniku korozji (z rur stalowych, obudów odwiertów i ekranów). Żelazo nadaje wodzie nieprzyjemny metaliczny smak i zapach. Powstają plamy na praniu i białej emalii i ceramice łazienkowej, a także odbarwia produkty spożywcze.  Żelazo jest również niebezpieczne dla zdrowia ludzi i zwierząt.

Większość żelaza można usunąć w prosty sposób, napowietrzając wodę i filtrując ją przez piasek i żwir.

Podobne problemy pojawiają się, gdy woda ma nadmierne stężenia manganu (powyżej 0,05 mg / l), ale znowu woda taka może być napowietrzana, po czym następuje filtracja osadów.

Fluor

Wysokie stężenia fluoru (powyżej 1,0 mg / l) mogą uszkodzić kości i zęby.

Tanie metody uzdatniania obejmują system Nalgonda (który wykorzystuje wapno do uzdatniania wody), a także ałun jako koagulant.

Arsen

Arsenu jest szeroko rozpowszechniony w skorupie ziemskiej i przechodzi do wody jako rozpuszczone minerały. Może również przedostawać się do zbiorników wodnych w ściekach przemysłowych lub osadzać się z atmosfery. Stężenia arsenu większe niż wartość 0,01 mg / l (wytyczna WHO) są toksyczne.

Proste metody uzdatniania obejmują dodawanie wapna w celu zmiękczenia wody lub dodawanie ałunu jako koagulanta, następnym krokiem jest usuwanie powstałego osadu.

Metody oczyszczania i uzdatniania wody

U źródła i w miejscu poboru

Uzdatnianie u źródła.

Ujęcia wody pitnej która jest transportowana do odbiorców wyposażone są w instalacje uzdatniania wody. Jakość wody spożywczej wprowadzanej do wodociągów regulują przepisy.

Najbardziej powszechne typy tych instalacji uzdatniania wody składają się z:

  • filtra mechanicznego
  • urządzenia do usuwania lub obniżania poziomu niektórych związków chemicznych (np. żelazo, mangan)
  • filtra piaskowego
  • urządzenia do dezynfekcji chemicznej

 

Uzdatnianie u odbiorcy końcowego.

Odbiorcy końcowi podejmują dodatkowe środki ostrożności  i w wielu przypadkach stosują dodatkowe formy oczyszczania i uzdatniania wody montując punktowe systemy uzdatniania.

  • Woda w wodociągu może ulec zanieczyszczeniu przez osady mineralne i korozyjne.
  • Woda w drodze do odbiorcy może ulec skażeniu patoganemi np. bakterie E.coli
  • Smak i zapach wody może ulec pogorszeniu w wyniku dezynfekcji związkami chloru lub w skutek zanieczyszczenia biologicznego

Systemy punktowe są instalowane na kranach oraz rurach zasilających miejscowe odbiory.
Najbardziej powszechne typy tych systemów uzdatniania wody składają się z:

  • filtra mechanicznego
  • filtra z węglem aktywnym
  • uzdatniacza wody zapobiegającego powstawaniu kamienia lub zmiękczacza wody
  • uzdatniacza do dezynfekcji wody i instalacji
  • stacji odwróconej osmozy
  • urządzenia do mineralizacji wody
  • urządzenia do jonizacji wody