Współczynnik filtracji a odżelazianie wody: Kompleksowy przegląd
- Szczegóły
Filtracja jest powszechnie stosowanym procesem w zakładach uzdatniania wody (ZUW). W rezultacie tego procesu z uzdatnianej wody usuwane są cząstki stałe i mikroorganizmy obecne w wodach naturalnych, a także zawiesiny powstałe podczas wcześniejszych etapów uzdatniania.
W większości efektywnych systemów uzdatniania wody powierzchniowej filtracja pospieszna następuje po procesach koagulacji i sedymentacji, a przed utlenianiem chemicznym i adsorpcją. Sam proces filtracji w ZUW odbywa się w urządzeniach zwanych filtrami.
Rodzaje filtrów i prędkości filtracji
Filtry, ze względu na stosowaną prędkość filtracji, dzielą się na:
- Filtry powolne: prędkość filtracji rzędu 0,1 m/h.
- Filtry pospieszne: prędkość filtracji od 5 do 15 m/h.
Filtry powolne pracują w układzie otwartym i grawitacyjnym, natomiast filtry pospieszne mogą działać w układach ciśnieniowych i otwartych.
Współczynnik filtracji i jego znaczenie
Współczynnik filtracji charakteryzuje zdolność przesączania wody w ruchu laminarnym przez skały porowate i jest miarą przepuszczalności hydraulicznej gruntu. Istnieją metody laboratoryjne i terenowe pozwalające na określenie wartości współczynnika filtracji.
Przeczytaj także: Jakość powietrza wewnątrz budynków
Grunty o współczynniku filtracji kf < 10-6 można zakwalifikować jako nadające się do infiltracji. Roczny odpływ z powierzchni uszczelnionych jest istotnym czynnikiem branym pod uwagę przy projektowaniu systemów rozsączających.
Jak wynika z przedstawionych powyżej informacji współczynnik filtracji ma wpływ na kluczowe parametry zbiornika rozsączającego. Jego wartość determinuje po pierwsze w ogóle zasadność zastosowania rozsączania w grunt wody deszczowej.
Jego wartość determinuje:
- pojemność [m3]
- powierzchnie rozsączającą zbiornika [m2]
- gabaryty ( szerokość x długość x wysokość ) [m]
- czas opróżniania zbiornika [h]
- wydatek rozsączający [l/s].
W tym przypadku zasadne wydaje się, iż odpowiednie oszacowanie wartości współczynnika filtracji jest kluczowe w projektowaniu zbiornika rozsączającego, jego nieprawidłową pracę.
Warto moim zdaniem w przypadku dużych instalacji wykonać terenowe badania tego współczynnika w kilku miejscach w celu wysondowania najbardziej korzystnych warunków geologicznych dla pracy zbiornika. w okresie relatywnych wysokich poziomów zwierciadła wody gruntowej oraz opadów deszczu. Najlepszym okresem jest tutaj późna wiosna lub jesień.
Przeczytaj także: Wpływ mas powietrza na klimat
Orientacyjne wartości współczynników filtracji dla gruntów
W Polsce istnieje kilka publikacji, które podają orientacyjne wartości współczynników filtracji dla gruntów. Z tabeli można zauważyć, iż podawane w literaturze wartości współczynników filtracja dla gruntów tego samego typu są dość rozbieżne.
W praktyce można na podstawie tego sformułować wniosek, iż zastosowanie rozsączania zależy głównie od warunków geologicznych gruntu i jego zdolności do wchłonięcia wody. wielkości zbiornika rozsączająego.
Tabela 1. Przykładowe czasy rozsączania w zależności od rodzaju gruntu.
| Rodzaj gruntu | Czas rozsączania |
|---|---|
| Grunty przepuszczalne | Poniżej 24 godzin |
| Grunty ilaste | Prawie 2 lata |
Odżelazianie wody: Metody i wyzwania
Dla uzyskania odpowiedniej jakości wody pitnej w dużej liczbie gospodarstw domowych korzystających z wody studziennej konieczne jest odżelazianie. Jeśli lecąca z kranu ciecz jest mętna i ma żółty kolor, a na armaturze pozostają brzydkie, rdzawe plamy, symptomy te są dowodem na podwyższony poziom żelaza w wodzie. Zjawisko to ma negatywny wpływ nie tylko na jej wartości odżywcze i smak, ale też na stan techniczny domowej instalacji.
Żelazo w wodzie pitnej to problem spowodowany najczęściej wymywaniem go z gleby oraz skał. Bardzo często okazuje się również, że źródłem problemu jest woda pobierana z przydomowej studni. I chociaż niewielka ilość żelaza w wodzie, nieprzekraczająca 0,2 mg Fe/l, nie wpływa negatywnie na właściwości cieczy, tak większe stężenie powinno być już powodem do podjęcia odpowiednich kroków. Zażelaziona woda nie nadaje się bowiem ani do picia, ani podlewania nią roślin. Pamiętajmy przy tym, że oprócz samego żelaza, równie groźne jest tu także duże stężenie manganu.
Przeczytaj także: Spalanie w silniku i jakość filtra
Osadzanie się żelaza na powierzchni rur prowadzi nie tylko do zwiększenia stopnia zanieczyszczenia samej wody. Osad, przybierający na ogół formę twardą bądź mazistą, gromadzi się w instalacji w coraz większych ilościach wraz ze wzrostem stopnia twardości wody. W efekcie do rur przedostaje się mniej światła. Z czasem pojawiają się tu kolejne problemy, takie jak zaburzona wydajność przepływu oraz duże straty pomp odpowiedzialnych za tłoczenie wody. Nie zapominajmy też, że osad z żelaza lub manganu stanowi idealne środowisko dla rozwoju szkodliwych mikroorganizmów.
Myli się ten, kto uważa, że dużo żelaza w wodzie to problem ograniczony wyłącznie do samych rur. Wszystkie miejsca poboru wody, a więc krany, umywalki i kabiny prysznicowe, bardzo szybko zaczną pokrywać się nieestetycznym osadem. Takie rdzawe zacieki są niezwykle trudne do usunięcia, szczególnie w przypadku, gdy problem żelaza w wodzie pojawia się już od dłuższego czasu.
Metody odżelaziania wody
Odżelazianie możemy przeprowadzić, stosując dostępne na rynku specjalistyczne sprzęty. Opcji jest tu jednak naprawdę sporo, dlatego też powinniśmy poświęcić nieco czasu na dokładną ocenę sytuacji oraz przyjrzenie się dostępnym ofertom.
Użytkownicy przydomowych studni bardzo często decydują się na odżelazianie wody domowym sposobem. Pierwszą czynnością, której powinniśmy dokonać, jest tu przeprowadzenie analizy chemicznej i fizycznej wody. W celu usunięcia zbędnych jonów żelaza, będziemy musieli napowietrzyć wodę za pomocą odżelaziacza. Jeśli nie uśmiecha nam się jednak zakup takiego urządzenia, możemy stworzyć jego odpowiednik samodzielnie.
Nowoczesne stacje wielofunkcyjne to urządzenia, dostępne zarówno w wersji dwuczęściowej, jak i kompaktowej. Ich działanie bazuje na specjalnej mieszance, ułożonej warstwami. To właśnie one pozwalają na efektywne oczyszczenie przepuszczanej przez nie wody. Niewątpliwym atutem tego rozwiązania jest jego ogólna wszechstronność - stacje wielofunkcyjne są bowiem zdolne do oczyszczenia wody nie tylko z żelaza i manganu, ale również związków organicznych oraz jonów amonowych. Za ich pomocą możemy też poradzić sobie z problemem twardości wody.
Odrdzewiacz do wody z komorą sprężonego powietrza to rozwiązanie, które znakomicie sprawdzi się zarówno w pomieszczeniach o niewielkim metrażu, jak i domach wykorzystujących hydrofory ze zbiornikiem membranowym. Ponieważ proces napowietrzania zachodzi tu wewnątrz butli, urządzenie nie wymaga instalacji zewnętrznego napowietrzacza. Odżelaziana woda trafia wpierw do butli, gdzie odrdzewiacz nakierowuje ją na poduszkę sprężonego powietrza. To właśnie na tym etapie dochodzi do wstępnego utleniania. Następnie ciecz jest kierowana do złoża odżelaziającego, gdzie zachodzi proces katalizy.
Główną rolę w pracy tego urządzenia odgrywają zewnętrzny aerator oraz hydrofor ocynkowany. Pamiętajmy jednak, że dobór odrdzewiacza zawsze powinna poprzedzić profesjonalna analiza stanu wody. Oprócz samego stężenia żelaza i manganu należy tu bowiem uwzględnić utlenialność wody, a także współczynnik pH czy zasadowość.
Mechaniczne filtry narurowe to rozwiązanie, które idealnie sprawdzi się w przypadkach, gdy w wodzie obecne są cząsteczki żelaza, które zostały już wytrącone. Wykorzystuje się je przede wszystkim do ochrony innych urządzeń uzdatniających. Dzięki temu możemy zabezpieczyć delikatne komponenty, jak chociażby głowice sterujące.
Nanofiltracja: Zaawansowana technologia uzdatniania wody
Nanofiltracja (NF) to proces filtracji membranowej, w którym siłą napędową jest różnica ciśnień pomiędzy dwiema stronami membrany, czyli ciśnienie transmembranowe. Pod względem dokładności filtracji NF plasuje się między ultrafiltracją i odwróconą osmozą.
Membrana NF jest membraną jonoselektywną. Oznacza to, że potrafi rozpoznać rodzaj jonów obecnych w wodzie (jedno- lub wielowartościowe), a nie tylko ich rozmiar. Ponieważ wewnątrz membrany zbierają się grupy cząstek stałych, pomiędzy składnikami płynu i powierzchnią membrany mogą powstawać oddziaływania elektrostatyczne - siły odpychania i przyciągania, które do pewnego stopnia powodują działanie jonoselektywne.
Systemy do nanofiltracji to wielostopniowe urządzenia uzdatniające wodę. Najważniejszym podzespołem jest membrana NF, wykonująca główne zadanie. Oprócz niej systemy NF wyposażone są w dodatkowe filtry wstępne oraz opcjonalnie filtry po membranie NF (postfiltracja).
Przed skierowaniem wody do membrany system NF wstępnie oczyszcza wodę przy pomocy wkładów wstępnych - najczęściej wkładu piankowego i wkładu węglowego. Każdy skuteczny system uzdatniania wody jest zbudowany z kilku etapów, przy czym każdy kolejny jest dokładniejszy od poprzedniego. Pierwszy etap usuwa z wody relatywnie największe zanieczyszczenia, a mniejsze przepuszcza. Są one wychwytywane na kolejnym etapie.
Podstawowe różnice między systemami nanofiltracji to jakość wkładów i podzespołów, wydajność, czyli szybkość z jaką system uzdatnia wodę, i opcje dodatkowe. Podczas jakiejkolwiek filtracji wody traci się część ciśnienia, co skutkuje wolniejszym przepływem wody. Im dokładniejsza filtracja, tym większe straty ciśnienia. Aby ułatwić korzystanie z filtra, stosuje się różne metody zwiększenia przepływu.
Poza kwestią przepływu niektóre systemy wyposażono w dodatkowe wkłady poprawiające parametry wody już uzdatnionej przez membranę NF. Może to być np. wkład jonizujący, demineralizujący lub wkład węglowy.
Filtracja w przemyśle: Wymagania i technologie
Woda odgrywa niezwykle istotną rolę w wielu procesach przemysłowych, od produkcji żywności i napojów, poprzez wytwarzanie leków i preparatów chemicznych, aż po energetykę czy motoryzację. Jej parametry mają zatem kluczowe znaczenie dla efektywności operacyjnej, jakości produktów końcowych oraz zgodności z normami regulacyjnymi.
W praktyce, każdą wodę stosowaną w procesach produkcyjnych i technologicznych trzeba uzdatniać, nawet jeśli pochodzi z zakładów wodociągowych. Rozbudowana stacja uzdatniania wody jest gwarancją jakości ultra czystej wody dla urządzeń m.in.
Regulacje i normy dotyczące jakości wody przemysłowej mają na celu zagwarantowanie parametrów odpowiednich do zastosowań tego surowca, minimalizując tym samym ryzyko zanieczyszczenia produktów, uszkodzeń sprzętu czy negatywnego wpływu na środowisko.
W zależności od zastosowania, woda przemysłowa występuje również pod postacią wody lodowej, albo pary technologicznej. Woda technologiczna ma zazwyczaj bezpośredni kontakt z produktem i jest stosowana m.in. do mycia i obróbki surowców. W tym przypadku konieczne jest utrzymanie jakości zgodnej z Rozporządzeniem Ministra Zdrowia z dnia 7 grudnia 2017 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (Dz.U. 2017 poz.
Nowoczesne przedsiębiorstwa coraz częściej wykorzystują ścieki z jednego procesu w innym (zazwyczaj mniej wymagającym). Wielowymiarowe użytkowanie wody w przemyśle jest nieodłącznie związane z jej recyklingiem.
Niezależnie od finalnego przeznaczenia, woda przemysłowa nie może zawierać zanieczyszczeń stałych i zawiesin. Należy ją również pozbawić wszelkich substancji zaburzających procesy technologiczne, sprzyjających powstawaniu osadów na liniach produkcyjnych oraz oddziałujących na parametry organoleptyczne wody.
Do określania jakości wody stosuje się ściśle określone wskaźniki, takie jak - barwa, mętność, zapach, odczyn (wody o niskim pH charakteryzują się dużą korozyjnością), stężenie żelaza i manganu, zawartość chlorków i azotanów oraz twardość.
W większości przypadków kluczowe znaczenie dla efektywności prowadzonych procesów ma również czystość mikrobiologiczna. Ważnym wskaźnikiem jakości wody przemysłowej jest także bez wątpienia przewodność elektryczna stanowiąca miarę stężenia soli - woda o małej zawartości elektrolitów ma niewielką przewodność (duży opór).
Dobór filtrów przemysłowych
Nie istnieje jedna, uniwersalna technologia umożliwiająca skuteczne usuwanie wszystkich zanieczyszczeń jednocześnie. Podobnie wygląda kwestia doboru metod uzdatniania wody dla specjalistycznych zastosowań przemysłowych.
Przemysłowe stacje uzdatniania wody projektuje się na podstawie szczegółowych danych, tj. wyniki analizy wody, wymagania procesu, zapotrzebowanie na wodę czy choćby rodzaj instalacji. Inżynierowie firmy KLARSAN podkreślają, że dobór metod filtracji nierzadko bazuje na testach obciążeniowych przeprowadzanych na różnych rodzajach złóż, a poszukiwania optymalnego rozwiązania odbywają się często metodą prób i błędów.
Dzięki zebranym na różne sposoby informacjom powstaje szczegółowy projekt technologiczny, który po zatwierdzeniu można przenieść do fazy realizacji. Łatwo zauważyć, że opracowanie skutecznego systemu uzdatniania wody dla przemysłu wymaga przekrojowej wiedzy i dużego doświadczenia.
Przegląd filtrów przemysłowych
Główne, choć oczywiście nie jedyne, metody uzdatniania wody w aplikacjach przemysłowych to filtracja mechaniczna, zmiękczanie, odżelazianie, odmanganianie, demineralizacja, dejonizacja, dezynfekcja oraz filtracja membranowa (w tym przemysłowa odwrócona osmoza). Oprócz specjalistycznych filtrów o dużej wydajności, często konieczne okazuje się kondycjonowanie wody.
Filtracja mechaniczna w przemyśle
Surowa woda w pierwszej kolejności powinna zostać wstępnie oczyszczona, czyli pozbawiona piasku, żwiru i wszelkich zawiesin. Stosowane do tego celu sita, osadniki i filtry mechaniczne to nieodłączny element przemysłowych systemów uzdatniania wody.
Usuwanie manganu i żelaza z wody
Obecność jonów żelaza i manganu jest szkodliwa w przypadku większości procesów produkcyjnych. Odżelazianie przeprowadza się, gdy surowa woda zawiera związki żelaza na poziomie wyższym niż 0,2 mg/l.
W celu redukcji żelaza i manganu z wody stosuje się najczęściej przemysłowe odżelaziacze i odmanganiacze wody wykorzystujące wstępne napowietrzanie. Aeracja wody przyspiesza proces strącania żelaza w formie nierozpuszczalnych osadów, które zostają zatrzymane na złożu katalitycznym (np. na mieszance Ironit-Defeman), obniża stężenie dwutlenku węgla oraz umożliwia niewielką korektę pH wody.
Do regeneracji złoża filtracyjnego nie stosuje się w tym przypadku żadnych preparatów chemicznych, wystarczy woda.
Zmiękczanie wody w przemyśle
Zmiękczanie wody polega przede wszystkim na usuwaniu jonów wapnia i magnezu, które nadają wodzie twardość, co z kolei sprzyja powstawaniu kamienia kotłowego. Do redukcji wysokiego stopnia twardości w przemyśle stosuje się zmiękczacze wody o dużej wydajności działające na zasadzie wymiany jonowej.
Zmiękczanie wody znacząco wydłuża żywotność instalacji oraz urządzeń mających styczność z wodą. W zakładach o dużym zapotrzebowaniu na miękką wodę instaluje się stacje uzdatniania zbudowane z kilku zmiękczaczy wody funkcjonujących w trybie równoległym lub alternującym.
Na drodze wymiany jonowej można przeprowadzić jeden z najbardziej pożądanych procesów w przemyśle, czyli demineralizację wody. W zależności od rodzaju i potrzeb instalacji przemysłowej, stosuje się dwa rodzaje filtrów - pojedyncze urządzenie wypełnione złożem mieszanym lub układ dwóch kolumn jonitowych, z których jedna zawiera silnie kwaśny kationit, druga natomiast jest wypełniona anionitem o odczynie zasadowym.
Przemysłowa odwrócona osmoza
Przemysłowa odwrócona osmoza jest niezbędna do produkcji wody o bardzo wysokim stopniu czystości. Najważniejszą częścią tych filtrów jest membrana osmotyczna, na której zachodzi właściwy proces oczyszczania wody. Jej dokładność wynosi 0,0001 mikrona, przez co zapewnia niezwykle precyzyjną filtrację na poziomie pojedynczych jonów.
Parametry przemysłowej odwróconej osmozy dobiera się na podstawie wymagań procesów produkcyjnych oraz jakości wody na wejściu. Ta technologia znalazła szerokie zastosowanie przede wszystkim w przemyśle spożywczym, kosmetycznym i farmaceutycznym, ale nie tylko.
Technologia odwróconej osmozy wymaga niezwykle starannego wstępnego przygotowania wody przed właściwą filtracją membranową. Stężenie wolnego chloru - maks.
tags: #współczynnik #filtracji #a #odżelazianie #wody
