Pierwszy etap uzdatniania wody – filtracja mechaniczna

Woda to nie tylko podstawowy składnik całej materii ożywionej i budulec zarówno prostszych, jak i najbardziej złożonych organizmów, ale też niezbędny element wielu procesów technologicznych. Dla większości zastosowań woda musi być odpowiednio oczyszczona i pozbawiona wszystkich substancji, które mogłyby zakłócić przebieg różnych reakcji czy wpłynąć na właściwości używanych materiałów. Wstępnym etapem uzdatniania wody jest filtracja mechaniczna.

Zanieczyszczenia wody

Jakość wody ma duże znaczenie zarówno w zastosowaniach przemysłowych, jak i przy wykorzystaniu na cele spożywcze czy gospodarcze. Przekroczenia dopuszczalnych przy konkretnym sposobie użycia zawartości związków chemicznych, mikroorganizmów czy cząstek stałych zmieniają właściwości wody. Może to prowadzić do zaburzenia procesów technologicznych, w których jest ona używana jako jeden składników lub substancja pomocnicza, a także zmniejszyć skuteczność czyszczenia, płukania czy chłodzenia, może też być przyczyną uszkodzeń samej instalacji przesyłowej oraz różnych podzespołów. Zanieczyszczona woda bywa także powodem zatruć oraz schorzeń u ludzi i zwierząt hodowlanych, a jej nieodpowiedni skład lub właściwości wpływają na rozwój uprawianych roślin.

W wodzie występującej w przyrodzie w formie naturalnej może znajdować się wiele substancji chemicznych, ciał stałych oraz materii organicznej. Część z nich jest traktowana jako zanieczyszczenie, gdy ich stężenie przekracza określony poziom, inne są niepożądane niezależnie od ich ilości. Wśród substancji, których pewna ilość zawsze znajduje się w wodzie, będą przede wszystkim rozpuszczone pierwiastki, takie jak żelazo czy mangan. W wodzie mogą się jednak znaleźć również dwutlenek węgla, siarkowodór i metan. Stosunkowo często będzie w niej także pewna ilość wirusów, bakterii, choćby stanowiąca źródło zatruć Escherichia coli, a także mikrofauna, w tym pierwotniaki oraz organizmy wielokomórkowe, np. nicienie lub wrotki. Niekiedy w wodzie znajdą się również pestycydy lub podobne związki chemiczne – wyjaśnia specjalista z firmy Global Concepts 2000, która jest ekspertem w dostarczaniu systemów uzdatniania wody i preparatów chemicznych do jej dezynfekcji.
 

Nieodłącznym składnikiem zanieczyszczeń wody są również zawiesiny składające się z różnych substancji mineralnych, np. piasków czy iłów. Woda, która jest przesyłana rurociągami, niesie ze sobą wiele zanieczyszczeń wielocząsteczkowych, które dostają się do niej, za sprawą uszkodzeń materiałów, z których jest wykonana instalacja, a także gromadzących się w niej osadów. Są to zwykle produkty korozji w postaci tlenków metali, drobiny tworzyw sztucznych, a także zbierające się za sprawą sedymentacji zachodzącej w zbiornikach czy rzadziej wykorzystywanych odcinkach rur osady. Najczęściej jest to wytrącający się węglan wapnia, ale także szlam zawierający drobne cząsteczki metali, minerałów, a niekiedy również substancji organicznej.

Zasada działania filtracji mechanicznej

Przygotowanie wody do spełniania określonych parametrów wymaga jej uzdatnienia. Proces ten może w zależności od potrzeb obejmować różne etapy, stosowane w miarę pojawiających się wymagań. Woda może być oczyszczana za sprawą sedymentacji, koagulacji, ale również dezynfekcji w przypadku zanieczyszczeń mikrobiologicznych lub napowietrzania w celu utlenienia związków chemicznych. Do osiągania optymalnego składu wody wykorzystywane są różne urządzenia do uzdatniania wody. Popularne są zarówno metody chemiczne polegające na dodawaniu określonych substancji, jak i używanie promieniowania UV, ozonowania czy stosowanie węgla aktywnego. Wiele systemów uzdatniania wody korzysta też z wysokich temperatur czy filtracji membranowej. Podstawową metodą, która stanowi wstęp do dalszych procesów technologicznych, jest jednak zawsze filtracja mechaniczna.

Procesy filtracji mechanicznej polegają na przepuszczaniu cieczy przez otwory, których średnica sprawia, że wszelkie cząsteczki o większych rozmiarach zostają zatrzymane i nie przechodzą do dalszych części systemu uzdatniania. Do oczyszczania wody można stosować różne rodzaje sit lub złóż, czyli substancji, przez które przepływa ciecz. W zależności od typu filtra zatrzymywać można zarówno bardzo duże zanieczyszczenia stałe, jak i pojedyncze cząsteczki. Dolną granicą będzie tu rozmiar sięgający 1 µm. Naturalnie tak dokładna filtracja mechaniczna nie zawsze będzie miała uzasadnienie, choćby ze względu na możliwy przepływ czy częstotliwość czyszczenia filtra tego rodzaju.

Największe stosowane filtry mechaniczne mają postać krat i służą do wychwytywania największych zanieczyszczeń o rozmiarach przekraczających 10 mm. Dokładniejszą filtrację oferują sita, które mogą wychwytywać ciała stałe o rozmiarach przekraczających 1 mm. Tego rodzaju filtracja jest wykorzystywana zwykle na wstępnych etapach poboru wody, głównie tam, gdzie korzysta się z ujęć powierzchniowych, np. w rozbudowanych układach chłodzenia. Dokładniejsze oczyszczanie jest możliwe dzięki mikrositom, co pozwala na eliminowanie cząsteczek o rozmiarach powyżej 20 µm. Poniżej tego zakresu konieczna jest filtracja cząsteczkowa, przy której korzysta się ze złóż filtracyjnych lub wkładów, np. tkaninowych czy produkowanych z tworzyw sztucznych. Zanieczyszczenia o jeszcze mniejszych rozmiarach mogą być usuwane przy zastosowaniu membran.

Poza filtracją wykorzystującą przepływ cieczy przez przegrodę stosowana jest także filtracja przez złoża porowate i namywane. Filtracja, w której stosuje się przepływ przez złoże działa na podobnej zasadzie co filtracja barierowa, jednak w tym przypadku ciecz przedostaje się przez przestrzenie znajdujące się między cząstkami, z których składa się konkretna substancja, a w przypadku złóż porowatych – istniejące w nich kanaliki. Przepływ cieczy przez filtr może się odbywać zarówno grawitacyjnie, jak i ciśnieniowo. Metoda grawitacyjna będzie z reguły stosowana w filtracji powolnej, a przepływ wymuszony tam, gdzie konieczna jest filtracja ciągła.

Właściwe przygotowanie wody pozwala na nadanie jej cech niezbędnych przy konkretnym sposobie wykorzystania. Filtracja mechaniczna pozwala na pozbycie się zanieczyszczeń stałych i stanowi wstęp do dalszych procesów uzdatniania.