Filtrowanie wody (mechaniczne) jest procesem separacji, w którym woda z zawieszonymi w niej zanieczyszczeniami / cząstkami przeprowadzana jest przez wkład filtracyjny lub złoże piaskowe – filtr zatrzymuje zawieszone w wodzie zanieczyszczenia fizyczne i cząstki, które mają rozmiary od mniej więcej 5 do kilkuset mikrometrów. Filtrowanie wody na filtrach piaskowych stosowane jest powszechnie w stacjach uzdatniania wody, jako jeden z pierwszych etapów oczyszczania wody. Filtracja wody jest również jednym z kroków w procesie usuwania z wody żelaza (Fe), manganu (Mn) i koloidów. Filtrowanie na węglu aktywnym jest z kolei jednym z najskuteczniejszych sposobów usuwania z wody chloru i innych substancji niekorzystnie wpływających na jej walory smakowe i zapachowe.
Filtracja wody | Filtry piaskowe | Usuwanie żelaza i manganu z wody | Usuwanie koloidów z wody | Filtracja węglem aktywnym | Filtrowanie wody |
Filtracja wody na złożach piaskowych i antracytowych
W procesie filtracji usuwane są w wody m.in. drobiny piasku (pasek posiada rozmiar >100 µm) i inne zanieczyszczenia swoim rozmiarem przekraczające rozmiar 1 µm. Jeśli celem prowadzonego uzdatniania wody miałoby być zatrzymywanie cząstek poniżej 1 µm, zamiast typowego filtrowania na złożu piaskowym i antracytowym, musiałyby zostać zastosowane procesy membranowe.
Technikę usuwania cząstek dobiera się zależności od wielkości cząstek, rozkładu wielkości cząstek, spodziewanej ilości zanieczyszczeń, oczekiwanej wydajności układu (ilości wody, która ma być produkowana). Gdy woda zawiera mało zawieszonych cząstek (< 1mg/l) i instalacja pracuje przy małych przepływach, wówczas często optymalnym rozwiązaniem jest zbudowanie systemu do filtrowania wody w oparciu o wymienialne filtry kartridżowe lub filtry z funkcją przemywania wstecznego (backwash). Gdy woda zawiera więcej zawieszonych cząstek lub też instalacja pracuje przy większych przepływach, wówczas do filtrowania wody stosuje się filtry piaskowe lub sita z automatycznym backwashem. Niejednokrotnie najlepiej sprawdzają się filtracje kilkuwarstwowe zamiast jednej warstwy opartej o złoże piaskowe – wówczas piasek tworzy warstwę dolną filtra, a antracyt (jedna z odmian węgla) warstwą górną.
Z punktu widzenia utrzymania higieny i poprawnego działania stacji uzdatniania wody, ważne jest:
- Prowadzenie monitoringu różnicy ciśnień przed i za filtrem
Wzrost różnicy ciśnienia przed i za filtrem jest dobrym wskaźnikiem stopnia zużycia filtra.
- Prowadzenie okresowego przepłukiwania filtra (backwash) lub wymiana filtra
Niedostateczna częstotliwość tych czynności może nawet doprowadzić do przerwania i zniszczenia złoża.
- Ocena wizualna warstwy filtracyjnej
Filtry piaskowe posiadają swoją funkcyjną mikroflorę (więc nie dezynfekuje się ich), ale nie jest pożądana nadmierna ilość osadów biologicznych (zwłaszcza na sitach).
Usuwanie manganu, żelaza i koloidów z wody
Mangan i żelazo
Filtrowanie w samodzielnym procesie nie usunie manganu i żelaza z wody. Aby usunąć Fe i Mn z wody, przed etapem filtracji, konieczne jest wcześniejsze napowietrzanie wody, aby przekształcić rozpuszczalne formy manganu II i żelaza III w formy nierozpuszczalne (następuje utlenienie żelaza do żelaza III i manganu do manganu II do manganu IV), a następnie ich wytrącenie jako osadu wodorotlenków. Wytrącenie osadu wodorotlenku żelaza i wodorotlenku manganu następuje w pH >7,0. Aby zwiększyć pH wody do zasadowego, możliwe jest np. dodanie do wody wodorotlenku wapnia Ca(OH)2, co powoduje przyspieszenie procesu wytrącania wodorotlenków. Gdy pH jest poniżej 7,0, należy wstępnie usunąć dwutlenek węgla (CO2) obecny w wodzie przez napowietrzanie lub wapnowanie. Wapnowania wymagają wody zawierające żelazo w postaci siarczanu żelaza (FeSO4). Dopiero wymienione wcześniej osady wodorotlenków mogą zostać osadzone i odfiltrowane na złożu piaskowym.
Warto zaznaczyć, że duży udział w usuwaniu z wody jonów żelaza i manganu (jak również jonów amonowych i siarkowodoru), mają drobnoustroje, które są obecne w złożu piaskowym i w swoich procesach życiowych prowadzą proces rozkładu żelaza, manganu, jonów amonowych, siarkowodoru. Filtrowanie wody nie jest więc tylko procesem stricte fizycznym – filtrowanie wody jest również po części procesem biologicznym.
Teoretycznie, mangan, żelazo i inne jony, mogą być również usuwane z wody przez RO (odwróconą osmozę). Dochodziłoby jednak do zapychania membran i zwiększałoby to dodatkowo koszt produkcji wody RO.
Substancje koloidalne
Filtracja sama w sobie nie jest również w stanie usunąć koloidów obecnych w wodzie (koloidy w wodzie to głównie glina i krzemiany). Aby usnąć z wody koloidy konieczne jest w pierwszym kroku ich wytrącenie poprzez dodanie koagulanta np. siarczanu aluminium, siarczanu żelaza, węglanu wapnia, polimerów i szybkie, lecz krótkie mieszanie np. przez 1 – 2 minuty. W drugim kroku wymagane jest dłuższe i powolne mieszanie (15 – 30 min), w trakcie którego odbywa się flokulacja, tj. narastanie utworzonych „kłaczków” i adsorpcja przez nie bardzo drobnych zawiesin, cząstek koloidalnych.
Proces ten pozwala wytrącić z wody znaczną część zawiesin, co z kolei pozwala na rzadszą wymianę filtrów, wydłuża czas pomiędzy kolejnymi płukaniami filtrów. Po etapie flokulacji woda kierowana jest na złoże piaskowe, na którym następuje odfiltrowanie koloidów.
Koloidy i cząstki zawieszone będą również usuwana w procesach membranowych (ultrafiltracja i RO), przy czym podobnie jak w przypadku żelaza i manganu, bazowanie na RO jako jedynym procesie usuwania tych substancji byłoby nieekonomiczne.
Filtracja na węglu aktywnym
Węgiel aktywny ma zdolność odfiltrowania z wody przede wszystkim substancji niepolarnych (następuje ich adsorpcja na powierzchni węgla aktywnego) oraz usuwania z wody niektórych substancji, między innymi chloru, dzięki reakcjom chemicznym zachodzących na powierzchni filtra z węglem. Węgiel aktywny nie usuwa z wody substancji rozpuszczonych (substancje te usuwane mogą być przez RO) oraz dużych cząstek (zanieczyszczeń).
Usuwanie chloru z wody na węglu aktywnym
Usuwanie chloru z wody czasami jest konieczne, gdy woda ma się stać składnikiem wyrobu, i wyrób, lub opakowanie wyrobu, byłby wrażliwy nawet na śladowe jego ilości. Warto zaznaczyć, że podczas usuwania chloru na filtrze z węglem aktywnym, powstaje chlorowodór (HCl), który przyczynia się do obniżenia alkaliczności wody. O znaczeniu alkaliczności wody w procesie przygotowania wody kotłowej pisaliśmy w jednym z naszych wcześniejszych wpisów.
Węgiel aktywny oprócz chloru może usuwać również inne substancje odpowiedzialne za tworzenie obcych posmaków w wodzie, czy niszczenie membran RO np. chloraminy.
Wzrost bakterii na filtrach z węglem aktywnym
Należy pamiętać, że woda z usuniętym chlorem nie jest wodą stabilną mikrobiologiczne. Kumulacja osadów na węglu aktywnym będzie prowadziła do wzrostu w wodzie TOC (całkowity węgiel organiczny), wzrostu ilości mikroorganizmów na filtrze i w dalszej części instalacji. Wzrost TOC w wodzie, nawet jeśli woda byłaby później utrwalana poprzez ozonowanie, zdecydowanie utrudnia jej dezynfekcję ozonem. Czynniki te powodują, że instalacja do uzdatniania wody wykorzystująca etap filtracji na węglu aktywnym, powinna być wykonana w standardzie higienicznym oraz odpowiednio utrzymywana – poddawana regularnemu płukaniu (backwash), sanityzacji. Samo złoże powinno być okresowo regenerowane lub wymieniane. Jeśli usuwanie chloru jest etapem poprzedzającym produkcję wody RO, ze względu na podwyższone ryzyko mikrobiologiczne, warto rozważyć usuwanie chloru z wody nie za pomocą węgla aktywnego a lampy UV.
Zdecydowanie warto również objąć monitoringiem mikrobiologicznym wodę, która wpływa i wypływa z filtrów z węglem aktywnym. Prowadzone w tych punktach badania mikrobiologiczne pozwolą nam się szybko dowiedzieć o potencjalnym źródle problemów mikrobiologicznych i zminimalizować prawdopodobieństwo utworzenia biofilmu w dalszej części sieci dystrybucji wody.
NASZE USŁUGI
AUDIT HIGIENICZNY INSTALACJI PRODUKCYJNEJ
Zamów wykonanie oceny budowy linii produkcyjnej
w swoim zakładzie, u dostawcy
lub w firmie, w której budujesz instalację
SZKOLENIE HYGIENIC DESIGN
Dowiedz się więcej na temat
zasad projektowania
higienicznych linii produkcyjnych