Uzdatnianie wody do celów konsumpcyjnych: metody i technologie

Szczegóły: Opublikowano: 24. December 2025

Instalacje uzdatniania wody są obecnie nieodzownym elementem wielu obszarów życia codziennego i przemysłu. Ich zadaniem jest poprawa jakości cieczy poprzez usuwanie niepożądanych składników, takich jak zanieczyszczenia mechaniczne, sole, bakterie czy nadmiar żelaza i manganu. Proces ten umożliwia dostarczenie wody spełniającej określone normy, zarówno dla celów konsumpcyjnych, jak i technologicznych. W zależności od przeznaczenia stosuje się różne metody, w tym filtrację, odwróconą osmozę czy zmiękczanie. Zapotrzebowanie na skuteczne systemy oczyszczania rośnie z uwagi na coraz bardziej wymagające standardy jakości oraz rozwój technologii, w których czystość wody odgrywa istotną rolę. W domach jednorodzinnych oraz blokach mieszkalnych instalacje uzdatniające stosuje się głównie w celu poprawy parametrów cieczy płynącej z sieci wodociągowej lub ze studni głębinowych.

W wielu regionach kraju ciecz zawiera wysokie stężenie związków wapnia i magnezu, co prowadzi do powstawania kamienia kotłowego w urządzeniach AGD oraz na armaturze. Aby temu zapobiec, montuje się stacje zmiękczające, które przedłużają żywotność instalacji hydraulicznych i sprzętów codziennego użytku. W budynkach wielorodzinnych uzdatnianie często odbywa się centralnie, co pozwala na zaopatrzenie wszystkich mieszkań w wodę o lepszych właściwościach fizykochemicznych.

W sektorze przemysłowym instalacje uzdatniające mają znaczenie strategiczne. Woda stosowana w produkcji, chłodzeniu maszyn czy myciu elementów musi być wolna od substancji, które mogłyby zakłócić proces technologiczny. W zakładach chemicznych, farmaceutycznych, spożywczych czy kosmetycznych kluczowe jest osiągnięcie wysokiego poziomu czystości, dlatego wykorzystuje się wieloetapowe systemy, w tym demineralizatory oraz technologie membranowe.

W obiektach komercyjnych, takich jak hotele, restauracje czy szpitale, odpowiednia jakość wody wpływa na komfort użytkowników oraz bezpieczeństwo sanitarne.

Metody uzdatniania wody

Uzdatnianie wody polega na dostosowaniu jej właściwości fizykochemicznych do wymagań wynikających z jej przeznaczenia. Podstawowym czynnikiem decydującym o sposobie uzdatniania wody jest jej skład. Dlatego przed doborem technologii i uzdatniania wody konieczne jest wykonanie analizy fizykochemicznej przez profesjonalne laboratorium. Badania takie wykonują stacje sanitarno-epidemiologiczne, laboratoria kontroli środowiska lub laboratoria na wyższych uczelniach.

Przeczytaj także: Technologie oczyszczania wody: Przegląd

Proces uzdatniania dokonuje się na kilka sposobów np. poprzez flokulację, koagulację, filtrację, napowietrzanie i dezynfekcję.

Flokulacja i Koagulacja

Podczas flokulacji zanieczyszczenia koloidalne łączą się w większe płatki, które łatwiej się w wodzie, a następnie osadza się je i filtruje. Koagulacja, tj. proces, w którym następuje neutralizacja ładunku elektrycznego cząstek koloidalnych, w którego odbywa się flokulacja, tj. zlepianie się małych cząstek w większe agregaty. Te większe agregaty następnie są usuwane w wyniku filtracji na odpowiednich filtrach.

Odżelazianie i odmanganianie

Odżelazianie wody polega na utlenianiu rozpuszczonego żelaza ^Fe2+, a następnie utlenia się tlenem z powietrza do ^Fe(OH)3. Proces ten może być realizowany przez napowietrzanie lub wapnowanie. Dalszy proces przebiega jak wyżej.

Odmanganianie polega na utlenianiu związków manganu na powierzchni odpowiednio uformowanego złoża manganowego.

Dezynfekcja

Dezynfekcja ma na celu zniszczenie bakterii i mikroorganizmów zawartych w wodzie. Chlorowanie jest powszechnie stosowaną metodą dezynfekcji ze względu na swoje właściwości bakteriobójcze i dezynfekcyjne. Ozonowanie, wykorzystuje ozon, który jest silnym utleniaczem i dezynfektantem. Ozonowanie wyraźnie poprawia właściwości organoleptyczne spożywanej wody.

Przeczytaj także: Grupa Azoty Puławy - oczyszczanie wody

Odgazowanie

Odgazowanie ma na celu usunięcie gazów rozpuszczonych w wodzie, takich jak dwutlenek węgla. Dwutlenek węgla jest agresywnym gazem, który powoduje korozję metali. Ponadto rozpuszcza CaCO3, np. wzrasta zawartość soli. Ponieważ rozpuszczalność gazów maleje ze wzrostem temperatury, można je usunąć przez ogrzewanie wody.

Zmiękczanie wody

Zmiękczanie wody polega na usunięciu z niej związków powodujących twardość, czyli głównie soli wapnia i magnezu. Można to osiągnąć poprzez:

Ogrzanie wody, co usuwa twardość przemijającą.
Dodawanie substancji chemicznych, takich jak wapno i soda, polifosforany itp., które wiążą jony wapnia i magnezu.

Skutki twardej wody

Twarda woda powoduje powstawanie mułu kotłowego. Kamień kotłowy jest złą przewodnikiem ciepła, jego przewodności wynosi 0,3 - 21 kJ/m h0C. Powoduje straty energii i może prowadzić do uszkodzeń instalacji. W skład kamienia mogą wchodzić inne substancje, np. ciśnieniem. Kamień powstaje w wodzie wrzącej. Osady wapnia i magnezu powodują duże straty energii (1 mm warstwy osadów zwiększa zużycie energii o ok. 10%). Dodatkowo, osady w rurach wodociągowych stanowią idealne środowisko dla rozwoju najróżniejszych mikroorganizmów.

Metody usuwania kamienia kotłowego

Kamień kotłowy można usunąć metodą chemiczną, roztwarzając go w roztworach kwasów np. HCl, H3PO4 itp. Proces prowadzi się w podwyższonej temperaturze ok. 60 - 800C.

Zmiękczanie wody metodami chemicznymi

Zmiękczanie wody metodą wapienną polega na dodawaniu do wody wapna hydratyzowanego Ca(OH)2. Woda surowa z rozdzielacza kierowana jest do sytnika wapna, w którym jest nasycana wodorotlenkiem wapniowym ( stężenie Ca(OH)2 w nasyconym roztworze wodnym wynosi ok. i ogrzewacza kaskadowego.

Przeczytaj także: Przewodnik po uzdatnianiu wody szkłem

Zmiękczanie wody metodą wapienno-sodową wykorzystuje wapno i sodę kalcynowaną Na2CO3. Dodawanie wapna powoduje wytrącanie węglanu wapnia, a soda usuwa twardość nie węglanową. Wartości stałe 0.5 i 1 określają nadmiar reagentów stosowany dla przeprowadzenia reakcji strącania całkowitego.

Zmiękczanie wody metodą fosforanową jest proces końcowy po wstępnym zmiękczeniu metodą wapno-soda. Schemat aparatu do zmiękczania fosforanami przedstawia rysunek poniżej.Twardość szczątkowa uzyskana tą metodą wynosi ok. mval/dm3. dziala w podobny sposób, jak opisany powyżej. Inne źródła podają tzw. gdzie oznaczenia jak powyżej, ale dawka wyrażana w [g/m3] zmiękczanej wody.

Inne metody uzdatniania

Do innych metod uzdatniania wody należą destylacja i metody membranowe, takie jak elektrodializa i elektroosmoza. Są to jednak procesy energochłonne i przez to kosztowne.

Organizmy uciążliwe dla ujęć wodociągowych

Od szeregu lat wiele stacji wodociągowych w kraju i na świecie napotyka na kłopoty związane z eksploatacją ujęć wody oraz sieci wodociągowej. Problemy te są związane, między innymi, z obecnością organizmów występujących w rzekach, zbiornikach zaporowych i jeziorach, stanowiących źródło ujmowanej wody. Reprezentują one różne jednostki systematyczne spośród bakterii, grzybów, roślin i zwierząt. Najmniejsze i najbardziej rozpowszechnione na kuli ziemskiej są bakterie. Wymiary komórek większości bakterii mieszczą się w zakresie od 1 do kilku mikrometrów.

W zależności od sposobu odżywiania, bakterie można zaliczyć do:

autotrofów, czyli organizmów samożywnych, które korzystają z utlenionych związków węgla (CO2),
heterotrofów, czyli organizmów cudzożywnych, które wymagają obecności zredukowanych form węgla w przyswajalnym pokarmie,
miksotrofów, czyli organizmów jednocześnie samożywnych i cudzożywnych.

W odniesieniu zarówno do wód powierzchniowych jak i podziemnych, niezwykle uciążliwe są promieniowce. Rozkładając wielkocząsteczkowe związki organiczne, wydzielają one do wody nieprzyjemny zapach określany jako ziemisty, stęchły lub pleśniowy. W wodach podziemnych najczęściej występują bakterie żelazowe. Ich obecność w zwiększonych ilościach niekorzystnie wpływa na barwę, smak i zapach wody. Obok bakterii żelazowych ważną rolę w powstawaniu osadów w sieci wodociągowej oraz w studni odgrywają bakterie manganowe. Przyczyniają się one do wzrostu barwy, mętności wody oraz nadają jej metaliczny posmak.

W przemianach związków siarki w wodach powierzchniowych biorą udział fotosyntetyzujące bakterie siarkowe purpurowe i zielone. W wodach podziemnych, ze względu na brak światła, występują one tylko przypadkowo. Natomiast bakterie siarkowe autotroficzne chemosyntetyzujące oraz miksotroficzne i heterotroficzne nie wymagają dostępu światła.

Bardzo często niekorzystny wpływ na jakość ujmowanej wody wywiera fitoplankton. Jest to zespól drobnych, autotroficznych organizmów wodnych unoszących się w wodzie. Z punktu widzenia ujęć wodociągowych szczególnie uciążliwe są sinice, ponieważ oprócz produkowania dużej ilości biomasy wydzielają związki toksyczne oraz negatywnie wpływają na zapach i smak wody.

Dużą rolę w eksploatacji filtrów pospiesznych odgrywają procesy biologiczne. Organizmy biorące udział w tych procesach tworzą na powierzchni filtrów tzw. błonę biologiczną, w skład której wchodzą bakterie, glony, pierwotniaki i bezkręgowce.

Dezynfekcja wody i jej produkty uboczne

Zastosowanie chloru jako środka dezynfekującego jest praktykowane na całym świecie. Powszechnie znane efekty towarzyszące procesowi chlorowania wody to jej nieprzyjemny smak i zapach. Podczas reakcji chloru ze związkami organicznymi mogą powstawać liczne produkty dezynfekcji, a wiele z nich w nadmiernej ilości nie jest obojętnych dla zdrowia człowieka. Najlepiej poznaną grupą ubocznych produktów chlorowania są trihalometany (THM). Dwutlenek chloru - obok ozonu - jest coraz częściej stosowany do dezynfekcji zamiast chloru gazowego. Dwutlenek chloru ma silne właściwości bakteriobójcze, wirusobójcze oraz zarodnikobójcze. Hamuje rozmnażanie glonów, niszczy też fito- i zooplankton.

Ozon jest zarówno bardzo silnym utleniaczem, jak i dezynfektantem. Zastosowanie ozonu do dezynfekcji jest celowe wówczas, gdy zawodzi chlorowanie z powodu tworzenia chlorowych pochodnych związków organicznych lub związków nadających wodzie smak i zapach. Zabieg ozonowania wyraźnie poprawia właściwości organoleptyczne spożywanej wody. Istotną wadą ozonu, jako dezynfektanta jest jego mała trwałość, przez co ozonowana woda pozostaje aseptyczna przez krótki czas (tzn. nie można jej bezpiecznie przesyłać długimi rurociągami).

Procesy dezynfekcji wody przeznaczonej do spożycia kontrolowane są na każdym etapie jej produkcji. Dla nas konsumentów, to bardzo dobra wiadomość, ponieważ możemy być pewni, że w kranie znajduje się woda bezpieczna dla naszego zdrowia.

Uzdatnianie wody podziemnej

Wody podziemne zawierają często podwyższone, przekraczające normę dla wód do picia i na potrzeby gospodarcze, stężenia substancji mineralnych i/lub organicznych pochodzenia naturalnego (neogenicznego) lub antropogenicznego. Spośród substancji pochodzenia naturalnego przekroczenia normy dotyczą najczęściej żelaza i manganu, niekiedy również azotu amonowego, substancji organicznych (barwa), siarkowodoru i siarczanów (VI). W zakresie zanieczyszczeń antropogenicznych podstawowy problem stanowią azotany(V) pojawiające się w znacznych ilościach w szczególności na terenach intensywnego rolnictwa oraz nieskanalizowanego osadnictwa.

Wykorzystanie wód podziemnych wiąże się więc najczęściej z koniecznością ich uzdatniania. Jest ono stosunkowo proste, jeśli dotyczy żelaza i manganu, i można zrealizować je za pomocą napowietrzania oraz filtracji na filtrach ciśnieniowych w układzie zamkniętym. Wszelkie inne technologie komplikują procesy uzdatniania, a możliwość ich wykorzystania, szczególnie na małych ujęciach wiejskich, jest ze względów ekonomicznych ograniczona.

Z uwagi na przeznaczenie zasobów wód powierzchniowych, jak i podziemnych do celów konsumpcyjnych i na potrzeby gospodarcze, obecność w nich bakterii jest najczęściej zjawiskiem niepożądanym. Niewskazana jest obecność bakterii zarówno heterotroficznych z grupy form chorobotwórczych (np. z rodzaju Salmonella), jak i saprofitycznych (np. promieniowców), których funkcje metaboliczne wywołują niekorzystne zmiany składu chemicznego wód (np. smak, zapach). Niepożądana jest też obecność chemoautotrofów (np.

Doniesienia z ostatniego dwudziestolecia informują jednak o coraz liczniejszym występowaniu bakterii w wodach podziemnych, będącym wynikiem wzrostu zanieczyszczenia tych ostatnich. Niekiedy zwiększone ilości bakterii obserwuje się także w warunkach naturalnych, charakteryzujących się podwyższonymi stężeniami związków mineralnych. Są to m.in. bakterie wiążące żelazo, utleniające mangan oraz utleniające lub redukujące związki siarki.

W urządzeniach wodociągowych obserwuje się często efektywne odkładanie osadów zawierających mangan bez udziału klasycznych bakterii manganowych. Wybrane bakterie żelazowe (np. Sphaerotilus manganifera), łącząc zdolność utleniania soli żelaza (II) i manganu (II), kumulują w swych pochewkach wodorotlenek manganu (III) obok wodorotlenku żelaza (III). Przedstawiciele tej grupy biorą udział w przemianach związków siarki. W warunkach beztlenowych, wyniku dysymilacyjnej redukcji siarczanów(VI) wytwarza się siarkowodór (H2S), który reaguje z obecnymi w wodzie jonami metali, np. żelaza (II), tworząc trudno rozpuszczalny osad siarczku żelaza (II) (FeS).Najczęściej spotykanym gatunkiem cechującym się dużą aktywnością biochemiczną jest Desulfovibrio desulfuricans.

Domowe stacje doczyszczania wody

Do doczyszczania wody wodociągowej służą domowe stacje doczyszczania wody, popularnie zwane filtrami domowymi, stosowanie których ma na celu usunięcie skutków wtórnego zanieczyszczenia wody w systemach wodociągowych oraz polepszenie jakości wody do picia. Domowe stacje doczyszczania wody dostępne są w zróżnicowanych układach technologicznych. W filtrach domowych mogą zachodzić procesy filtracji, sorpcji, wymiany jonowej, odwróconej osmozy, utleniania i mineralizacji wody. Dobór konkretnego rozwiązania stacji doczyszczania wody zależy od jakości wody ujmowanej oraz od przeznaczenia wody.

W celu realizacji wymienionych zadań stosuje się procesy filtracji, sorpcji, wymiany jonowej, odwróconej osmozy, utleniania, wzbogacania.

Parametry jakości wody

Podstawowe parametry jakości wody to:

Barwa - wskaźnik jakości wody wyrażony w jednostkach barwy, tj. stopniach skali platynowo-kobaltowej (1° odpowiada barwie, jaka nadaje 1 mg Pt w postaci soli rozpuszczonej w 1 dm3 wody).
Zapach - wskaźnik jakości wody określany organoleptycznie za pomocą powonienia na podstawie skali natężenia zapachu: oznacza sie na zimno (z) lub na gorąco (g). R - zapachy roślinne pochodzenia naturalnego, wywołane związkami organicznymi, które nie znajdują się w stanie rozkładu gnilnego (np. G - zapachy gnilne pochodzenia naturalnego, spowodowane obecnością * wodzie substancji organicznych znajdujących sie w stanie rozkładu gnilnego {np.
Oznaczenie pH - wykonuje sie kolorymetrycznie lub elektrometrycznie.
Twardość ogólna (całkowita) - właściwość wywołana obecnością substancji rozpuszczonych w wodzie, głównie soli wapnia i magnezu (również innych kationów, które występują jednak w dużo mniejszych ilościach, takich jak jony: żelaza, glinu, manganu oraz metali ciężkich).
Twardość węglanowa (przemijająca) - jest spowodowana obecnością rozpuszczonych w wodzie wodorowęglanów, węglanów i wodorotlenków wapnia i magnezu. Podczas podgrzewania wodorowęglany wapnia i magnezu wytrącają sie częściowo z roztworu w wyniku odwracalnych reakcji rozkładu i hydrolizy.
Zasadowość [alkaliczność) - wskaźnik określający zawartość wodorotlenków, wodorowęglanów i węglanów metali alkalicznych (Na, K) i metali ziem alkalicznych |Ca, Mg). Zasadowość wody wyraża sie w mval/dm3 i oznacza miareczkując 100 cm3 wody 0,1-normalnym kwasem solnym lub siarkowym wobec fenoloftaleiny {zasadowość p), a następnie wobec oranżu metylowego (zasadowość m).
Żelazo, mangan - w wodach naturalnych występują przeważnie w postaci węglowodorów, siarczanów, chlorków, związków humusowych i niekiedy fosforanów. Obecność jonów żelaza i manganu jest bardzo szkodliwa dla wielu procesów technologicznych, szczególnie w przemyśle papierniczym, włókienniczym i produkcji błon fotograficznych.
Chlorki - zawartość chlorków w wodzie może być wywołana wymywaniem pokładów chlorków bądź też mogą się w niej pojawić wskutek obecności ścieków.
Związki azotu (amoniak, azotyny, azotany) - powstają głównie z substancji białkowych, które dostają sie do wody z doprowadzanymi ściekami. Amoniak występujący w wodzie może być pochodzenia organicznego lub nieorganicznego.
Siarkowodór - nadaje wodzie nieprzyjemny zapach, powoduje rozwój bakterii siarkowych oraz wywołuje korozje. Siarkowodór występujący zazwyczaj w wodach podziemnych, może być pochodzenia mineralnego, organicznego lub biologicznego, przy czym przybiera postać rozpuszczonego gazu lub siarczków.
Siarczany - obok chlorków najbardziej rozpowszechnione zanieczyszczenia w wodzie. Dostają sie one do niej wskutek wymywania skal osadowych, wyługowania gleby oraz niekiedy na skutek utleniania siarczków i siarki stanowiących produkty rozkładu białka pochodzącego ze ścieków.
Dwutlenek węgla agresywny - cześć wolnego dwutlenku węgla, która jest niezbędna do zabezpieczenia rozpuszczonych w wodzie wodorowęglanów przed rozkładem. Jest bardzo aktywny i powoduje korozje metali. Ponadto powoduje on rozpuszczanie węglanu wapnia CaCO3 w zaprawach lub betonie i dlatego powinien być usunięty z wody przeznaczonej do celów budowlanych. Przy ocenie agresywności wody, obok stężenia agresywnego dwutlenku węgla, należy uwzględniać również zawartość soli w wodzie.
Przewodność elektryczna - jest wywołana obecnością jonów powstałych w wyniku dysocjacji rozpuszczonych soli oraz amoniaku i dwutlenku węgla. Jednostką przewodności jest S/cm (μS/cm). Przewodność elektryczna należy podawać dla temperatury 20°C.

Przewodność elektryczna wody

Przewodność wody jest ważną właściwością, z której można wyciągnąć wnioski dotyczące jakości wody. Zasadniczo czysta woda nie przewodzi prądu, to znaczy nie przewodzi prądu. Tylko substancje rozpuszczone w wodzie, takie jak chlorki, siarczany czy węglany sprawiają, że woda jest przewodząca. Mierząc to przewodnictwo, można wyciągnąć wnioski na temat ilości cząstek rozpuszczonych w wodzie. Im więcej cząstek rozpuści się w wodzie, tym wyższa przewodność wody.

Pomiar przewodności wody oczywiście nie zastąpi precyzyjnej analizy chemicznej substancji rozpuszczonych w wodzie. Przewodność daje jedynie wskazanie bezwzględnej liczby cząstek rozpuszczonych w wodzie. Im niższe przewodnictwo, tym mniej cząstek rozpuszcza się w wodzie.

Wartość TDS jest często podawana w połączeniu z przewodnością wody. Wartość TDS podawana jest w jednostkach ppm (części na milion), tj. Aby określić przewodność wody, miernik przewodności mierzy opór elektryczny wody. Wartość ta jest następnie przeliczana na przewodność w mikrosimensach na cm lub wartość TDS w ppm. W przybliżeniu wartość 2 mikrosimensów odpowiada około 1 cząsteczce na milion cząsteczek wody.

W celu prawidłowego obliczenia przewodności lub przeliczenia na wartość TDS, profesjonalny miernik przewodności powinien również mierzyć temperaturę wody. Mierząc opór elektryczny wody, można wyciągnąć wnioski na temat przewodności, a tym samym liczby cząstek rozpuszczonych w wodzie.

Ze względu na wiele składników normalna woda mineralna ma średnią przewodność od 400 do 2000 mikrosimensów i rezystancję od 500 do 2500 omów. Wszelkie zanieczyszczenia takie jak minerały, sole czy zanieczyszczenia zwiększają przewodność lub zmniejszają rezystancję.

Przewodnictwo wody pitnej dostarcza informacji o tym, czy woda w organizmie może wchłaniać i transportować substancje. Według badań naukowych prof. Louis-Claude Vincent zdrowa woda pitna powinna mieć przewodność nie większą niż 160 mikrosimensów lub rezystancję co najmniej 6000 omów. Zdolność absorpcyjna komórek organizmu zależy od nasycenia wody obcymi substancjami. Od pewnego stopnia nasycenia, wyrażonego przewodnictwem, woda nie może już penetrować komórek poprzez osmozę i rozwijać swoje działanie detoksykujące.

Woda o przewodności nie większej niż 120 mikrosimensów lub rezystancji co najmniej 8300 omów jest szczególnie łatwo wchłaniana przez komórki organizmu. Z przewodności ponad 300 mikrosimensów woda nie może już spełniać swojej funkcji w komórce. Przydatne może być również oczyszczanie wody pitnej za pomocą urządzenia destylacyjnego lub systemu osmozy. Na przykład w procesie odwróconej osmozy woda jest przeciskan...

tags: #uzdatnianie #wody #do #celów #konsumpcyjnych #metody