Woda odgrywa kluczową rolę w wielu procesach przemysłowych, jednak jej jakość często wymaga poprawy, aby spełnić surowe normy i standardy przemysłowe. Uzdatnianie wody na obiektach przemysłowych staje się zatem niezbędnym procesem, mającym na celu zapewnienie odpowiednich parametrów fizykochemicznych i mikrobiologicznych. W tym artykule omówimy różne metody uzdatniania wody, jakie wykorzystywane są w przemyśle oraz wskażemy, jakie są wady i zalety najczęściej wybieranych metod.
Zaczniemy od jednego z popularniejszych sposobów uzdatniania wody pitnej, mianowicie odwróconej osmozy. Zapewne wielu z Was słyszało kiedyś to hasło lecz prawdopodobnie niewiele Wam ono mówiło – wyjaśnimy zatem co kryje się pod tą nazwą.
Potocznie terminem „odwrócona osmoza” opisuje się system uzdatniania wody przy użyciu procesu o tej samej nazwie. Aby najlepiej zrozumieć jak działa ten proces, należy wyobrazić sobie zbiornik, w którym znajdują się dwa różne roztwory soli przedzielone półprzepuszczalną membraną. W standardowej osmozie, woda siłami natury przechodzić będzie w kierunku roztworu o niższym stężeniu do tego o wyższym stężeniu – inaczej powiedzieć można, że woda przechodzi od czystej do brudnej, wyrównując stężenie roztworów po obu stronach membrany. Jest to zjawisko spowodowane działaniem ciśnienia osmotycznego. W odwrotnej osmozie, wysokociśnieniową pompą wymusza się przechodzenie wody w kierunku odwrotnym – z brudnej do czystej, gdzie na membranie zatrzymuje się sól, chlor, metale ciężkie, związki organiczne oraz bakterie. Zatem membrana działa jak sitko zatrzymujące zanieczyszczenia, pozostawiając jednocześnie czystą wodę po drugiej jej stronie.
Poniżej rysunek pokazuje przebieg procesów osmozy i odwróconej osmozy.
Źródło: www.prostozkranu.pl/Odwrocona-osmoza-news-pol-1584093568.html
Odwrócona osmoza jest wykorzystywana w wielu branżach, w tym w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, energetycznym, a także w domowym uzdatnianiu wody pitnej czy do oczyszczania ścieków.
W praktyce, system ten może mieć kilka stopni, na które składać się mogą dodatkowe filtry np. węglowy i mechaniczny. Istotnymi elementami układu odwróconej osmozy są również pompa wysokociśnieniowa, dzięki której wymusza się przepływ wody przez membranę a także zbiornik gromadzący oczyszczoną wodę.
Warto wspomnieć, że system odwróconej osmozy nie jest tym samym co systemy używające tabletek solnych – to opiszemy osobno.
Do zalet układu odwróconej osmozy zaliczyć można:
🔷 Wysoką skuteczność oczyszczania wody dzięki czemu dostajemy bezwonną, bezsmakową wodę wysokiej jakości
🔷 Przyczynianie się do ochrony środowiska – recykling wody, brak konieczności stosowania chemikaliów do uzdatniania, itp.
🔷 Łatwość obsługi i konserwacji, gdyż wymiana filtrów jest najczęściej na tyle prosta, że może wykonać ją każdy
Do wad systemu odwróconej osmozy należą:
🔶 Dość wysokie koszty początkowe związane z wykonaniem układu uzdatniania
🔶 Konieczność cyklicznej konserwacji systemu – tym większa im gorsza jakość wody wejściowej
🔶 Fakt, że odwrócona osmoza jest procesem stratnym – oczyszczanie wody brudnej jest na poziomie 20-35% wody wejściowej
Mimo wad, odwrócona osmoza pozostaje jedną z najskuteczniejszych, powszechnie używanych metod uzdatniania wody, zapewniając jednocześnie wodę o czystości akceptowalnej do spożycia przez człowieka.
Warto jednak zaznaczyć, że metody uzdatniania wody wybiera się w zależności od jakości wody wejściowej, rodzaju minerałów które chcemy z niej usunąć, przeznaczenia wody i kosztu instalacji. Często zatem, gdy woda wejściowa będzie charakteryzować się stosunkowo dobrą jakością, wybór padać będzie na te systemy, które poprawiają wybrany parametr wody np. usuwają kamień. Jednym z najpopularniejszych takich systemów są wcześniej wspomniane, instalacje centralnego zmiękczania wody, wykorzystujące tabletki solne.
Uzdatnianie wody przy użyciu tabletek solnych polega na zmiękczeniu twardej wody poprzez proces zwany wymianą jonową.
W urządzeniach do miękkiej wody, tabletki solne umieszczane są w specjalnym zbiorniku, zwanym zbiornikiem solankowym. Woda ze zbiornika solankowego jest pompowana do zmiękczacza wody, który zawiera żywicę jonowymienną. Podczas procesu wymiany jonowej, jony wapnia i magnezu obecne w twardej wodzie są wymieniane na jony sodu, co prowadzi do zmniejszenia twardości wody. Tabletki solne są niezbędne do regeneracji żywicy jonowymiennej, która po pewnym czasie traci zdolność do wymiany jonów i musi zostać ponownie aktywowana – warto dodać tylko, że tabletki te nie są zrobione ze zwykłej soli kuchennej lecz ze specjalnej soli zawierającej chlorek sodu i bogate są w jod.
W skład systemów centralnego zmiękczania wody najczęściej wchodzą trzy elementy: programowalna głowica sterująca, złoże filtracyjne w postaci żywicy jonowymiennej oraz zbiornik na sól regeneracyjną.
Przykład takiego systemu przedstawiony został poniżej.
Przykład przemysłowej instalacji zmiękczania wody, używającej tabletki solne
Ta metoda stosowana jest powszechnie w domach, przemyśle oraz innych aplikacjach, gdzie konieczne jest zmniejszenie twardości wody – jest to podyktowane głównie ochroną urządzeń, w których kamień może powodować awarie lub przegrzania. Sama jakość takiej wody jest dopuszczalna dla picia jednak u niektórych może być niezalecana z przyczyn medycznych. Przy wyborze niższej jakości systemu, trzeba też przyzwyczaić się do zmienionego smaku wody.
Do zalet centralnych systemów zmiękczania należą:
🔷 Zapewnienie dłuższej żywotności urządzeń i systemów wykorzystujących wodę (kotły, grzałki, itp.)
🔷 Dzięki usuwaniu kamienia, łatwiejsze utrzymanie różnych powierzchni w czystości, co przekłada się na mniejsze zużycie detergentów
🔷 Stosunkowo niski koszt montażu i konserwacji
🔷 Łatwość zainstalowania i późniejszej obsługi
Do wad systemu zaliczyć można:
🔶 Konieczność cyklicznej wymiany soli regeneracyjnej
🔶 Możliwość tworzenia się tzw. mostów solnych blokujących przepływ solanki
🔶 Niektóre osoby mogą odczuwać zmianę smaku wody (zależy od jakości systemu)
Warto dodać też, że na rynku dostępnych jest sporo różnych rodzajów systemów zmiękczania, produkowanych przez różnorakich producentów, zatem warto przed zakupem takiego systemu poświęcić czas, aby zrobić porządny research lub poradzić się specjalistów.
Dwa dotychczas omówione systemy są najczęściej używanymi w praktyce zarówno w domach jak i na zakładach produkcyjnych, jednak istnieje jeszcze cała gama pozostałych procesów uzdatniania, które spotkać można głównie w przemyśle. Procesy te mogą być wykorzystywane indywidualnie a także jako jeden ze stopni całego obiektowego procesu uzdatniania wody.
Wyróżnić można tu dwa rodzaje procesów: biologiczno – fizyczne i chemiczne.
Na początek scharakteryzujemy uzdatnianie biologiczno – fizyczne.
Zaliczyć do nich możemy:
➡ Filtrację mechaniczną, która wykorzystuje specjalne filtry do zatrzymywania cząstek stałych, jak piasek, muł czy osady. Filtry mogą być wykonane z różnych materiałów, takich jak piasek kwarcowy, węgiel aktywny czy włókna polipropylenowe. Filtrację można też realizować przy pomocy zwykłych, siatkowych filtrów osadnikowych, które odsiewają cząsteczki o wielkości zależnej od oczek siatki zastosowanej we wkładach.
➡ Dekantację czyli proces polegający na oddzieleniu cząstek stałych od wody poprzez pozostawienie wody nieruchomej, co pozwala na opadanie osadów na dno zbiornika.
➡ Ozonowanie, które wykorzystuje ozon do dezynfekcji wody poprzez zabijanie mikroorganizmów i usuwanie nieprzyjemnych zapachów oraz smaków. Do tego procesu wykorzystuje się urządzenia zwane ozonatorami.
➡ Naświetlanie lampami UV, które powodują reakcję fotochemiczną, niszczącą DNA bakterii. Dzięki naświetlaniu, mikroorganizmy tracą możliwość rozmnażania się lub eliminowane są całkowicie.
➡ Destylację czyli proces odparowywania wody, a następnie kondensowania jej pary wodnej w celu usunięcia zanieczyszczeń, soli i substancji lotnych. Oczyszczona woda zwana jest wtedy po prostu wodą destylowaną. Ten proces prowadzony jest najczęściej w urządzeniu zwanym destylerem.
Wiele z wyżej wymienionych procesów biologiczno-fizycznych znajdzie zastosowanie tylko w niektórych branżach np. destylacja, której używa się w branży chemicznej do produkcji kosmetyków lub w farmacji do produkcji niektórych leków. Warto zatem mieć na uwadze fakt, że są to systemy, które nie będą możliwe do aplikacji we wszystkich rodzajach produkcji.
Powyższa fotografia przedstawia zestaw lamp UV, zainstalowany wewnątrz kolumny uzdatniającej wodę
Ostatnim ze wspomnianych rodzajów procesów uzdatniania wody, który spotkać możemy na obiektach przemysłowych jest uzdatnianie chemiczne.
Przykładami takiego rodzaju uzdatniania są:
➡ Koagulacja, która polega na dodaniu koagulantów, takich jak siarczan glinu lub chlorek żelaza, które powodują zbieranie się cząstek zanieczyszczeń stałych, pływających na powierzchni wody w większe cząstki zwane flokami. Floki tworzone są przez skupianie się zawiesin stałych oraz mikroorganizmów, których obecność może mieć negatywny wpływ na zdrowie człowieka oraz na jakość wody. Dzięki skupieniu, można je potem łatwiej usunąć za pomocą procesów fizycznych, takich jak filtracja. Koagulanty – oprócz tworzenia floków, zabezpieczają też przed degradacją betonowe elementy konstrukcji elementów oczyszczalni ścieków np. bioreaktorów.
➡ Flokulacja czyli proces, w którym do wody dodaje się flokulanty, które pomagają w zagęszczeniu floków. To ułatwia ich późniejsze usunięcie.
➡ Odkwaszanie, które stosuje się w celu zmniejszenia kwasowości wody poprzez dodanie substancji alkalicznych, takich jak wodorowęglany wapnia lub wodorowęglany sodu, co pomaga w zneutralizowaniu kwasów.
➡ Odżelazianie. W przypadku wód zawierających dużo żelaza, dodaje się specjalne środki chemiczne, takie jak polifosforany, które wiążą jony żelaza i zapobiegają powstawaniu osadów.
➡ Dezynfekcja czyli proces istotny dla usuwania bakterii i innych mikroorganizmów chorobotwórczych z wody, poprzez dodanie odpowiedniej dawki substancji dezynfekujących – najczęściej jest nią chlor.
Systemy chemicznego uzdatniania wody również znajdują swoje zastosowanie tylko w niektórych gałęziach przemysłu, np. w chemii ciężkiej przy produkcji nawozów sztucznych lub w oczyszczalniach ścieków – czy to komunalnych czy przyzakładowych.
Fotografia przedstawia widok z góry na oczyszczalnię ścieków
Istnieją oczywiście jeszcze inne, osobliwe metody uzdatniania wody chociażby fitoremediacja wykorzystująca rośliny do usuwania zanieczyszczeń z wody, ale z uwagi bardzo rzadkie wybieranie takich metod do rozwiązań przemysłowych, darujemy sobie ich omawianie.
Jak wspomniano, wymienione przez nas procesy często używane są jako wzajemnie uzupełniające się stopnie procesu uzdatniania wody.
Niezależnie od sposobu, odpowiednie uzdatnianie wody w przemyśle jest kluczowe dla zapewnienia niezawodności procesów produkcyjnych, minimalizacji zużycia wody oraz spełnienia wymagań norm jakościowych i środowiskowych wody. Obszar racjonalnego zarządzania wodą stanowi również składnik oceny współczynnika ESG firm, który z założenia, docelowo ma zobligować wszystkie firmy działające na rynku europejskim, do stosowania zasad zrównoważonego rozwoju. Jest to aspekt, który w dzisiejszym – kładącym nacisk na ekologię świecie, będzie coraz częściej pojawiał się jako temat rozmów biznesowych.
Warto mieć go zatem na uwadze.
