Uzdatnianie wody podziemnej: Metody i procesy

Szczegóły: Opublikowano: 01. April 2026

Wody podziemne, choć często uważane za czystsze od powierzchniowych, zawierają często podwyższone stężenia substancji mineralnych i organicznych pochodzenia naturalnego lub antropogenicznego, co wymaga ich uzdatniania. Wykorzystanie wód podziemnych wiąże się więc najczęściej z koniecznością ich uzdatniania.

Substancje wymagające usunięcia z wody podziemnej

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.

Żelazo i mangan

Żelazo jest najczęstszym pierwiastkiem występującym w wodach podziemnych. Duża ilość żelaza w wodzie do picia nadaje jej specyficzny zapach, posmak. Osadzają się w rurach zmniejsza ich światło, powodując duże straty energii pomp, tłoczących wodę przez tak zażelazione rury.

Wody podziemne zawierają żelazo w bardzo szerokim przedziale. Spotyka się studnie, w których zawartość tego pierwiastka jest niższa od 0,2 mgFe/L - wody nie wymagają odżelaziania i jeśli inne parametry są w normie to taką wodę można od razu wtłaczać do sieci. Żelazo w wodzie surowej występuje w postaci rozpuszczonej, praktycznie nie do usunięcia na filtrach klasycznych, bez wcześniejszej obróbki wody (np dodatku tlenu lub jakiejś substancji chemicznej np.

Bardzo łatwo się jednak wytrąca z wody - tworząc osad, który można odcedzić na piasku filtracyjnym. Mangan zazwyczaj współwystępuje w wodzie z żelazem. Mangan tworzy charakterystyczne czarne osady (wg niektórych określeń - smoliste) osadzające się w rurach, armaturze, itp.

Przeczytaj także: Rozwiązania dla uzdatniania wody gruntowej

Osady te są jeszcze bardziej uciążliwe niż w przypadku żelaza (jeszcze trudniej je usunąć), zwłaszcza jeśli zostanie zabrudzona armatura lub pranie (przyczyna licznych skarg konsumentów). W przypadku studni eksploatowanych w kraju obserwuje się dużą rozpiętość zawartości manganu. Mangan występuje w wodzie surowej w postaci rozpuszczonej.

Niestety jego usunięcie jest znacznie trudniejsze niż w przypadku żelaza. Mangan tak łatwo się nie wytrąca i trzeba stosować specjalne metody uzdatniania wód zamanganionych, tj. Paradoksalnie znacznie łatwiej uzdatnić wody o średniej i dużej zawartości manganu niż gdy zawartość tego pierwiastka jest niska.

Amoniak

W wodach podziemnych bardzo często spotyka się również przekroczone stężenia amoniaku. Jego niska zawartość w wodzie do spożycia jest ważna przede wszystkim ze względu na aspekty zdrowotne. Występowanie amoniaku zależy od odczynu wody.

Jeśli odczyn jest wysoki, wówczas amoniak występuje jako gaz, który bardzo łatwo ulatnia się podczas napowietrzania (rozdeszczania wody). Obowiązujące przepisy mówią, że zawartość amoniaku w wodzie podawanej do sieci nie powinna być większa niż 0,5 mgNH4+/L. Stare normy dopuszczały stężenie azotu amonowego w wodach, do których nie dawkuje się chloru na poziomie 1,5 mgNH4+/L.

Amoniak w wodzie podziemnej występuje zazwyczaj w ilościach 0,5 - 1,0 mg/L. Amoniak w wodzie może być pochodzenia naturalnego oraz antropogenicznego (ścieki). Dotyczy to zwłaszcza rejonów upraw rolnych, składowisk odpadów, intensywnej hodowli zwierzęcej (pastwiskowej).

Przeczytaj także: Woda Podziemna: Uzdatnianie

Odnotowuje się również przypadki, że ktoś, wprowadzał ścieki bezpośrednio do warstwy wodonośnej, przez źle zabezpieczone stare studnie, lub otwarte piezometry. Jak wspomniano wcześniej usuwanie amoniaku rozpuszczonego z wody odbywa się w procesie biologicznym. Najpierw trzeba na złożu filtracyjnym zasiedlić bakterie, które „żywią" się amoniakiem.

Warunkiem poprawnego funkcjonowania bakterii jest uzyskanie odpowiedniego stężenia tlenu.

Mikroorganizmy

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. Doniesienia z ostatniego dwudziestolecia informują jednak o coraz liczniejszym występowaniu bakterii w wodach podziemnych, będącym wynikiem wzrostu zanieczyszczenia tych ostatnich.

Flora bakteryjna stanowi dominujący element wśród organizmów tam występującym. W przypadku zanieczyszczenia wód materią organiczną zaczynają w nich dominować bakterie heterotroficzne. Są to m.in. bakterie wiążące żelazo, utleniające mangan oraz utleniające lub redukujące związki siarki.

Należą do drobnoustrojów niezwykle uciążliwych w odniesieniu do wód zarówno podziemnych, jak i powierzchniowych. Do najczęściej spotykanych w wodach studziennych należą rodzaje: Galionella, Leptrothrix, Crenothrix, Clonothrix, Sphaerotilus, Siderocapsa, Sideromonas, Naumanniella i Thiobacillus (Ferrobacilus). Stanowią one niekiedy niekorzystny czynnik biologiczny w eksploatacji ujęć wody.

Przeczytaj także: Technologie oczyszczania wody: Przegląd

Obok bakterii żelazowych ważną rolę w powstawaniu osadów w studniach i sieci wodociągowej odgrywają bakterie manganowe. W urządzeniach wodociągowych obserwuje się często efektywne odkładanie osadów zawierających mangan bez udziału klasycznych bakterii manganowych.

W wodach powierzchniowych spotyka się fotosyntetyzujące bakterie siarkowe purpurowe i zielone. Dostępu światła nie wymagają natomiast bakterie siarkowe autotroficzne chemosyntetyzujące oraz mikotroficzne i heterotroficzne. Wody podziemne stanowią optymalne środowisko dla rozwoju bakterii redukujących siarczany (VI) w warunkach braku tlenu, przy niskim potencjale redoks oraz zawartości związków organicznych.

Bakterie z rodzaju Desulfovibrio są czynnikiem korozji rur wodociągowych w warunkach beztlenowych.

Metody uzdatniania wody podziemnej

Uzdatnianie wody polega na dostosowaniu jej właściwości fizykochemicznych do wymagań wynikających z jej przeznaczenia. 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.

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.

Na ujęciach komunalnych woda podziemna zazwyczaj jest poddana uzdatnianiu mechanicznemu, odżelazianiu oraz odmanganianiu, w niektórych przypadkach dodatkowo stabilizuje się organoleptycznie, tzn. usuwają się nieprzyjemne zapachy oraz zabarwienia. Taki schemat uzdatniania jest standardowy dla ujęć podziemnych i nie wymaga dużej ilości stopni uzdatniania oraz skomplikowanych urządzeń jak w przypadku ujęć wód powierzchniowych.

Procesy filtracji

Filtracja mechaniczna początkuje uzdatniania wody w każdym przypadku. Jest to proces pozbywania się zanieczyszczeń stałych, które występują w wodzie studziennej, jak również z sieci wodociągowych. Takie działanie ma bardzo dobry wpływ na ochronę przewodów i urządzeń w naszym domu pracujących z wykorzystaniem wody - kotły c.o. (tzw. kamień kotłowy), pralki, czajniki itp.

Odżelazianie i odmanganianie

Wzrost zawartości żelaza i manganu negatywnie wpływa na właściwości organoleptyczne wody, zmiania się jej barwa i wzrasta mętność. Jest to proces rozpuszczania tych związków w formy trudno rozpuszczalne, które są zatrzymywane na drodze filtracji na odpowiednim złożu, w filtrze pospiesznym.

Wybór rodzaju złoża zależy od składu fizykochemicznego wody, postaci, w jakiej występuje żelazo czy mangan, zawartości tlenu rozpuszczonego oraz dwutlenku węgła i związków organicznych. Jeżeli żelazo i mangan występują w znacznych ilościach woda powinna być filtrowana dwustopniowo. Filtry odżelaziające i odmanganiające montuje się za filtrami mechanicznymi, ale zawsze przed urządzeniami zmiękczającymi wodę.

Przy doborze metody usuwania żelaza i manganu istotny jest także prawidłowy dobór płukania filtrów.

Zmiękczanie wody

Zmiękczania wymaga woda tzw. twarda, czyli zawierająca dużą ilość jonów wapnia i magnezu. Twardą wodę należy zmiękczyć. Przed zmiękczaczem powinien być zainstalowany filtr mechaniczny, który zabezpieczy głowicę sterującą zmiękczacza i żywicę jonowymienną przed zanieczyszczeniami mechanicznymi, przyczyniając się tym samym do lepszej pracy i przedłużenia żywotności urządzenia.

Woda poddawana zmiękczaniu powinna być również odżelaziona i odmanganiona, w przeciwnym wypadku część zdolności jonowymiennej zostanie wykorzystana na wymianę jonów żelaza i manganu. Twardość ogólna, będąca sumą twardości węglanowej i niewęglanowej jest usuwana na kationicie silnie kwaśnym w cyklu sodowym - podczas przepływu wody przez żywicę jonowymienną powodujące twardość jony wapnia (Ca2+) i magnezu (Mg2+) wymieniane są na jony sodu (Na+).

Częstość regeneracji zmiękczacza zależy od twardości oraz ilości uzdatnianej wody. Zmiękczacza uwzględnia zdolności jonowymienne urządzenia, tj. iloczyn trzech następujących wartości: twardość wody surowej [°d]; przepływ hydrauliczny [m3/h]; czas tworzenia się solanki potrzebnej do regeneracji żywicy jonowymiennej [ok. 1.

Dezynfekcja

Celem dezynfekcji wody jest zniszczenie żywych i przetrwalnikowych form organizmów patogennych oraz zapobieżenie ich wtórnemu rozwojowi w sieci wodociągowej. Związane jest to z występującym w naturalny sposób skażeniu biologicznym (wirusy, bakterie, pasożyty) wody powierzchniowej oraz płytkich wód podziemnych.

Promienie UV (bez użycia środków chemicznych, dlatego nie zmienia jej składu fizykochemicznego, smaku i zapachu) - jest to promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali 10- 400 nm; umownie wydziela się trzy pasma: UV-A (320-400 nm), UV-B (280-320 nm) i UV-C o działaniu bakteriobójczym (200-280 nm).

Różna odporność mikroorganizmów na działanie ultrafioletu wymaga dobrania odpowiedniej dawki promieniowania. Dla potrzeb dezynfekcji wody pitnej w wodociągach zwykle zakłada się skuteczność względem bakterii Escherichia coli na poziomie 99,9%. Nie grozi również przedawkowaniem środka dezynfekcyjnego; zawiesiny i cząstki koloidalne mogą sorbować pewne ilości promieni UV, zmniejszając tym samym efekty dezynfekcji, dlatego wstępnie należy się ich pozbyć.

Poprawę jakoiści wody można osiągnąć stosując również różnego rodzaju preparaty chemiczne. Trzeba jednak pamiętać, że tego typu sposoby uzdatniania wody musi przebiegać w określonych warunkach, aby do wody nie dostało się zbyt dużo środka czyszczącego.

Inne metody

Ozonowanie: Ozon w uzdatnianiu wody stosuje się w roli czynnika dezynfekującego lub jako utleniacz. Likwiduje substancje zaburzające prawidłowy smak i zapach wody.
Odwrócona osmoza: Podstawowym elementem każdego urządzenia odwróconej osmozy jest moduł, zawierający jedną lub więcej membran. Wysokociśnieniowa pompa w sposób ciągły podaje wodę do obudowy, w której zainstalowana jest półprzepuszczalna membrana.
Wymiana jonowa: 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. Innym sposobem jest wymiana jonowa na złożu mieszanym.

Parametry jakości wody

Ocena jakości wody oparta jest na analizie fizykochemicznej wykonanej w profesjonalnym laboratorium (stacje sanitarno-epidemilogiczne, laboratoria kontroli środowiska lub laboratoria na wyższych uczelniach). Na tej podstawie dokonuje się doboru metody uzdatniania wody.

Wybrane wskaźniki jakości wody:

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.
pH: Oznaczenie pH - wykonuje sie kolorymetrycznie lub elektrometrycznie.
Twardość ogólna (całkowita): Właściwość wywołana obecnością substancji rozpuszczonych w wodzie, głównie soli wapnia i magnezu.
Zasadowość (alkaliczność): Wskaźnik określający zawartość wodorotlenków, wodorowęglanów i węglanów metali alkalicznych (Na, K) i metali ziem alkalicznych (Ca, Mg).
Żelazo, mangan: W wodach naturalnych występują przeważnie w postaci węglowodorów, siarczanów, chlorków, związków humusowych i niekiedy fosforanów.
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.
Siarkowodór: Nadaje wodzie nieprzyjemny zapach, powoduje rozwój bakterii siarkowych oraz wywołuje korozje.
Siarczany: Obok chlorków najbardziej rozpowszechnione zanieczyszczenia w wodzie.
Dwutlenek węgla agresywny: Cześć wolnego dwutlenku węgla, która jest niezbędna do zabezpieczenia rozpuszczonych w wodzie wodorowęglanów przed rozkładem.
Przewodność elektryczna: Jest wywołana obecnością jonów powstałych w wyniku dysocjacji rozpuszczonych soli oraz amoniaku i dwutlenku węgla.

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. W filtrach domowych mogą zachodzić procesy filtracji, sorpcji, wymiany jonowej, odwróconej osmozy, utleniania i mineralizacji wody.

Wybór systemu uzdatniania wody

Woda ze studni może zawierać nadmiar żelaza, manganu, azotanów lub bakterii. Jakość i skład wody - decyduje o rodzaju systemu (np. Wymagania konserwacyjne - niektóre systemy (np. odwrócona osmoza) wymagają częstszej wymiany wkładów, inne (np.

Lokalizacja urządzeń do uzdatniania wody

Lokalizacja montażu urządzeń do uzdatniania wody ma znaczenie zarówno techniczne, jak i praktyczne. Pomieszczenie techniczne / kotłownia - najczęstszy wybór w nowoczesnym budownictwie. Przy wyborze lokalizacji należy upewnić się, że w pobliżu znajduje się dostęp do głównego przyłącza wody, odpływ kanalizacj.

Tabela: Porównanie metod uzdatniania wody

Metoda	Zalety	Wady	Zastosowanie
Filtracja mechaniczna	Prosta, tania	Usuwa tylko zanieczyszczenia stałe	Wstępne uzdatnianie
Odżelazianie i odmanganianie	Skuteczne usuwanie żelaza i manganu	Wymaga doboru odpowiedniego złoża i płukania	Wody z wysoką zawartością żelaza i manganu
Zmiękczanie	Usuwa twardość wody	Wymaga regeneracji, zmiany w składzie chemicznym wody	Wody twarde
Dezynfekcja UV	Skuteczna, nie zmienia składu chemicznego wody	Nie usuwa zanieczyszczeń, może być ograniczona przez zawiesiny	Dezynfekcja wody pitnej
Odwrócona osmoza	Bardzo skuteczna, usuwa większość zanieczyszczeń	Usuwa minerały, wymaga wstępnego uzdatniania	Woda pitna, przemysł

tags: #uzdatnianie #wody #podziemnej #metody