Czysta woda na co dzień

„Woda to życie” – to nie popularny slogan, ale fakt związany między innymi z tym, że ludzki organizm składa się w większej części z wody. 70% naszego ciała to właśnie ten płyn, którego nie może zabraknąć i którego jakość musi być na odpowiednim poziomie.

Czystość wody, jej skład chemiczny i biologiczny przekłada się na funkcjonowanie organizmu ponieważ wraz z nią dostarczamy całej masy substancji, które są niezbędnie do życia, ale również i te, które są dla nas szkodliwe. Jak zatem zadbać o właściwy skład wody? Do tego służą urządzenia odpowiedzialne między innymi za odkamienianie, odżelaźnianie i usuwanie szkodliwych mikroorganizmów.

Oprócz nawadniania wewnętrznego nasze ciało potrzebuje też wody na zewnątrz. Podczas codziennej toalety można się przekonać jak jakość wody wpływa na skórę. „Twarda” woda powoduje, że staje się szorstka i sucha, mogą wystąpić podrażnienia. Woda o niekorzystnym składzie mikrobiologicznym może powodować różnego typu schorzenia dermatologiczne. Pomijamy tu oczywiste uwagi na temat smaku i zapachu cieczy, które są najszybciej zauważalną cechą pogorszenia się jej jakości.

Organizm ludzki jest najdoskonalszą maszyną, działa perfekcyjnie, jeśli zapewni mu się optymalne warunki. Doświadczenia z funkcjonowania naszego ciała, można, choć na pierwszy rzut oka wydaje się to dość dziwne, porównać do działania różnych innych urządzeń. Te najbardziej skomplikowane technologicznie i elektronicznie są tak samo wrażliwe na niekorzystne warunki jak człowiek. Jako przykład, związany z tematem wody, niech posłużą nam skutki korzystania z wody zbyt bogatej w jony wapnia i magnezu. Twarda woda powoduje osadzanie się kamienia. Nieszczęśnicy, którzy poczuli jego obecność w nerkach wiedzą, że nie jest to nic wesołego. Natomiast dla urządzeń grzewczych, czy sprzętów AGD takich jak pralka lub zmywarka kamień jest zabójczy. Może doprowadzić do nieodwracalnych uszkodzeń. Ponadto, osadzanie się kamienia na elementach, na przykład systemów grzewczych, prowadzi do zmniejszonej wydajności instalacji i zwiększonych wydatków energetycznych. Dodatkowo wszelkie zanieczyszczenia mechaniczne mogą spowodować awarię różnych turbin czy wirników. Stosowanie więc filtrów i stacji uzdatniania wody uzasadnione jest nie tylko ze względów smakowych i zdrowotnych, ale również z uwagi na oszczędności wynikające z bezawaryjnej i efektywnej pracy urządzeń i instalacji. Przyjrzyjmy się więc (tab. 1) najczęściej stosowanym sposobom oczyszczania wody.

Tab. 1 Metody uzdatniania wody

Wskaźnik jakości wody	Metoda uzdatniania wody
Mętność	filtracja na węglu aktywnym, flokulacja + filtracja
Barwa	filtracja na węglu aktywnym, flokulacja + filtracja
Zapach	filtracja na węglu aktywnym, napowietrzanie, flokulacja + filtracja
Odczyn	korekta PH
Twardość ogólna	zmiękczanie, odwrócona osmoza
Żelazo ogólne	odżelazianie
Mangan	odmanganianie
Chlor	filtracja na węglu aktywnym
Chlorki	demineralizacja
Amoniak	chlorowanie + filtracja na węglu aktywnym, ozonowanie, odwrócona osmoza
Azotyny	ozonowanie, chlorowanie
Azotany	wymiana jonowa, odwrócona osmoza
Siarczany	wymiana jonowa, odwrócona osmoza
Dwutlenek węgla wolny	napowietrzanie, odkwaszanie, alkalizacja
Utlenialność	filtracja na węglu aktywnym, ozonowanie + filtracja na węglu aktywnym, chemiczne utlenianie + filtracja
Wapń	wymiana jonowa, odwrócona osmoza
Magnez	wymiana jonowa, odwrócona osmoza
Węgiel organiczny	filtracja na węglu aktywnym, ozonowanie + filtracja na węglu aktywnym
Krzemionka	odwrócona osmoza, wymiana jonowa
Przewodność elektryczna	odsalanie, odwrócona osmoza
Bakterie	dezynfekcja (promieniowanie UV, chlorowanie, ozonowanie)

Filtracja mechaniczna

To najprostszy i zarazem najpopularniejszy rodzaj filtracji, którego celem jest usunięcie zanieczyszczeń stałych takich jak na przykład piasek, czy fragmenty korodującej instalacji. Zastosowane filtry wyłapują z wody cząstki o średnicy d>0,1μm. Stosowane materiały filtracyjne są bardzo różne, do najczęściej stosowanych należą: piasek kwarcowy, antracyt, węgiel aktywny, granit oraz tworzywa sztuczne o gęstości mniejszej niż gęstość wody. Od jakości czynnika filtracyjnego (w tym uziarnienia) i grubości jego warstwy zależy skuteczność urządzenia.

Tab. 2 Wymagania fizyczne, jakim powinna odpowiadać woda przeznaczona do spożycia przez ludzi [1]

barwa	15
mętność [NTU]	1
przewodność [mS/cm w 20°C]	2500*
smak	akceptowalny
zapach	akceptowalny
*wartość powinna być uwzględniana przy ocenie agresywności korozyjnej

Filtracja na węglu aktywnym

Nieprzyjemny smak i zapach wody może popsuć najbardziej wyjątkową potrawę, a jej nienaturalna żółta barwa zniechęcić do codziennej toalety. Dlatego powstały jedne z prostszych w montażu i użytkowaniu filtry z wkładem z węgla aktywnego. Są to urządzenia dedykowane do niewielkich instalacji, montowanych najczęściej narurowo na instalacji doprowadzającej wodę, np. pod zlewozmywakiem lub na wylewce kranu. Filtry tego typu dedykowane do instalacji o większych wydajnościach oferowane są w formie zbiorników ciśnieniowych wypełnionych węglem aktywnym. Stosowana w filtrach substancja filtrująca, węgiel aktywny, skutecznie usuwa chlor i jego związki, fenol oraz niektóre metale. Oczyszczanie cieczy polega na wiązaniu, na skutek reakcji fizyczno-chemicznych, niepożądanych zanieczyszczeń na powierzchni adsorbenta jakim jest w tym przypadku węgiel aktywny. Wybierając model urządzenia warto zwrócić uwagę na parametry wpływające na skuteczność oczyszczania, czyli na: pojemność adsorpcyjną węgla aktywnego, jego wielkość powierzchni właściwej, wielkość i rozkład porów, chemiczną strukturę powierzchni i uziarnienie. Oczyszczanie na węglu aktywnym należy poprzedzić filtrowaniem mechanicznym.

Odżelaźnianie i odmanganianie

Mętna woda i doprowadzające każdą gospodynię do szału rdzawe zacieki na urządzeniach sanitarnych i świeżo upranej bieliźnie to sygnał, że woda zawiera jony żelaza. Wysokie stężenie żelaza, nie tylko wpływa na wygląd łazienki, ale ma szkodliwy wpływ na wiele procesów produkcyjnych. Gdy jego zawartość przekracza 0,2 mg/l konieczne jest zastosowanie specjalnych filtrów. Odżelaźnianie najczęściej odbywa się poprzez wytrącanie żelaza z wody na skutek napowietrzania oraz filtrację lub podczas reakcji chemicznych. Aby skutecznie usunąć żelazo z wody trzeba doprowadzić do utlenienia jonów Fe(II) do Fe(III) i usunięcia, poprzez filtrację na złożu pośpiesznym, wytrąconych związków Fe(OH)3. Proces technologiczny usuwania związków żelaza przedstawia się następująco:

• napowietrzanie wody surowej,
• edymentacja (przy dużych ilościach Fe(OH)3,
• odżelazianie (filtracja na odpowiednim rodzaju złoża),
• dezynfekcja.

W ten sposób otrzymujemy bezbarwną wodę pozbawioną smaku i zapachu. W oparciu o podobny schemat usuwany jest z zanieczyszczonej wody mangan, którego ilość w wodzie przeznaczonej do celów przemysłowych nie może przekraczać 0,1 mg/l.

Zmiękczanie

Twarda woda to powolna trucizna dla urządzeń cieplnych. Osadzający się w instalacji kamień kotłowy może doprowadzić nie tylko do uszkodzenia kotłów grzewczych, ale również grzałek w pralkach, czy zmywarkach. Dodatkowo wytrącające się osady na armaturze sanitarnej, skutecznie zmniejszają jej estetykę i trwałość. Twarda woda wymaga też stosowania większej ilości detergentów do prania i zmywania. Za takie zjawiska odpowiedzialna jest obecność w wodzie jonów wapnia i magnezu, żelaza, glinu, manganu oraz kationów metali ciężkich. Maksymalna, dopuszczalna wartość węglanu wapnia w wodzie zależy od klasy jej czystości:

• I klasa czystości – 350 mg/l CaCO3
• II klasa czystości – 550 mg/l CaCO3
• III klasa czystości – 700 mg/l CaCO3.

Twardość wody można rozdzielić na 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).

Twardość ogólna = twardość węglanowa + twardość niewęglanowa

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 [2].

Używając popularnego języka, zmiękczanie wody, to nic innego jak usuwanie, na zasadzie wymiany jonowej, kationów powodujących osadzanie się kamienia. Rozpuszczone w wodzie jony wapnia i magnezu wychwytywane są w kolumnie zmiękczacza w czasie przepływu wody przez złoże. Woda poddawana procesowi zmiękczania powinna być wstępnie oczyszczona z zawartości zanieczyszczeń mechanicznych, żelaza i manganu, w przeciwnym razie na żywicy wymieniane będą oprócz jonów powodujących twardość również jony Fe i Mn, przez co zdolność jonowymienna żywicy ulegnie znacznemu zmniejszeniu. Zmiękczacze, jednokolumnowe (z okresowymi przerwami w dostawie wody na czas regeneracji solanki) lub dwukolumnowe (zapewniające nieprzerwaną dostawę wody zmiękczonej) dobiera się biorąc pod uwagę zdolności jonowymienne urządzenia, tj. iloczyn trzech następujących wartości:

• twardości wody surowej [od];
• przepływu hydraulicznego [m3/h];
• czasu tworzenia się solanki potrzebnej do regeneracji żywicy jonowymiennej.

Przy stosowaniu tej metody zmiękczania wody należy pamiętać, że zdolność jonowymienna złoża co jakiś czas traci swoje właściwości. Kiedy złoże zostanie wyczerpane konieczna jest jego regeneracja za pomocą, np. soli kuchennej lub dedykowanych preparatów.

Tab. 3 Skala twardości wody

Stopień twardości	Skala twardości wody	zawartość CaCO3 [mg/l]
0 – 5	bardzo miękka	0 – 90
5 – 10	miękka	90 – 180
10 – 15	średniej twardości	180 – 270
15 – 20	znacznej twardosci	270 – 360
20 – 30	twarda	360 – 450
> 30	bardzo twarda	> 450

Odwrócona osmoza

Odwrócona osmoza połączona z systemem filtrów osadowych i aktywnych daje wodę pozbawioną zanieczyszczeń. Proces ten, nazywany membranowym, polega na odseparowaniu na poziomie molekularnym lub jonowym wody od rozpuszczonych w niej substancji. Głównym elementem urządzenia jest półprzepuszczalna membrana, przez którą mogą przeniknąć jedynie cząsteczki wody. Cały proces filtracji oparty jest na zasadzie wyrównania stężenia między dwoma zbiornikami z cieczą o większym i mniejszym stężeniu. Pod wpływem ciśnienia woda przechodzi przez membranę z roztworu o większym stężeniu do roztworu o mniejszym stężeniu. Proces ten zachodzi do momentu osiągnięcia równowagi osmotycznej między dwoma płynami, co w efekcie sprawia, że woda zostaje trwale oddzielona od zanieczyszczeń, które są odprowadzane do ścieków. Taki sposób filtracji wody sprawia, ze zostaje ona całkowicie zdemineralizowana. Taka woda nie nadaje się do spożycia, dlatego jako uzupełnienie filtracji do celów spożywczych zaleca się montaż mineralizatorów, które wzbogacą wodę o zdrowe, niezbędne elementy. Zwolennicy metody odwróconej osmozy przekonują jednak, że urozmaicona dieta jest wystarczająca, by zapewnić organizmowi niezbędną ilość minerałów. Woda oczyszczona w tym procesie nadaje się do picia bez przegotowania i nie pozostawia osadu kamiennego na naczyniach i urządzeniach domowych i, jak zapewniają producenci filtrów, można nią nawet płukać soczewki kontaktowe.

redakcja

Literatura:
[1] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 19 listopada 2002 r. w sprawie wymagań dotyczących jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. (Dz. U. Nr 203, poz. 1718). Załącznik
[2] http://waterservice.pl/technologie_i_urzadzenia. html