Uzdatnianie wody

Niekorzystne przemiany zachodzące w środowisku wodnym, potwierdziły że zarówno uzdatnianie wód jak i oczyszczanie ścieków są problemami ściśle ze sobą związanymi. Zanieczyszczenie wód powierzchniowych prowadzi do: wzrostu zasolenia, temperatury i stężenia związków organicznych, co ma wpływ na eutrofizację; zmiany zabarwienia, smaku, zapachu, odczynu pH i nadmiernego zużycia tlenu.

Zanieczyszczenia wód naturalnych

Zanieczyszczenie wód naturalnych, spowodowało deficyt zasobów wody. Niekorzystne przemiany zachodzące w środowisku wodnym, potwierdziły, że zarówno uzdatnianie wód jak i oczyszczanie ścieków są problemami ściśle ze sobą związanymi.
Dla celów jakościowej i ilościowej analizy zanieczyszczeń wód naturalnych oraz rozpoznania mechanizmów jego samooczyszczania się, wygodnym okazał się podział tych zanieczyszczeń na:

 - mikrozanieczyszczenia tzn. związki lub substancje powodujące częściowe lub całkowite skażenie środowiska już przy stężeniach śladowych (p.p.m lub nawet p.p.b.) oraz makrozanieczyszczenia, występujące w wodach w znacznie większych stężeniach i przez to łatwiejsze do chemicznej identyfikacji,
 - substancje i związki zdolne do pełnego biochemicznego rozkładu oraz te, które nie dają się rozłożyć przez mikroorganizmy, bądź ulegają bardzo powolnej degradacji metabolicznej.

Do typowych mikrozanieczyszczeń zalicza się m.in. wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, aminy aromatyczne, barwniki azotowe, dioksyny chlorowane, związki aromatyczne, halogenowe węglowodory alifatyczne, pestycydy, metale ciężkie.
Niezwykle odporne na rozkład lub nierozkładalne biochemicznie są m.in. niektóre rodzaje detergentów i pestycydów, substancje radioaktywne, metale ciężkie, większość produktów pochodnych ropy naftowej. Ropa naftowa, jej pochodne i substancje smołowe pokrywają dno i rośliny zbiorników wodnych trudno rozkładalnym osadem uniemożliwiającym oddychanie organizmów wodnych. Detergenty, są czynnikiem eutrofizującym i powodują rozpuszczanie w wodzie wielu substancji np. rakotwórczych, które w normalnych warunkach są nierozpuszczalne.
Zanieczyszczenie wód powierzchniowych prowadzi do: wzrostu zasolenia, temperatury i stężenia związków organicznych, co ma wpływ na eutrofizację; zmiany zabarwienia, smaku, zapachu, odczynu pH i nadmiernego zużycia tlenu.

Wody podziemne są w mniejszym stopniu narażone na zmiany klimatyczne i na zanieczyszczenia antropogeniczne niż wody powierzchniowe, dlatego ich skład fizycznochemiczny jest w przybliżeniu stały i określony naturalnymi procesami hydrogeochemicznymi. Najbardziej uciążliwymi związkami przy wykorzystaniu tych wód dla celów komunalnych są sole żelaza i manganu.

Procesy i systemy uzdatniania wody 

Każdy system technologiczny uzdatniania wody jest uporządkowanym zbiorem operacji fizycznych i procesów chemicznych, fizycznochemicznych, biologicznych, biochemicznych, wzajemnie ze sobą powiązanych.
Projektowanie systemów uzdatniania wody wymaga dostosowania budowy, procesów uzdatniania i parametrów technologicznych systemu do jego zakładanej efektywności (z uwzględnieniem zmienności składu i temperatury wody, czystości stosowanych reagentów itp.).
Współczesne systemy uzdatniania wody oparte są głównie na procesach: koagulacji, sedymentacji, filtracji pospiesznej, chemicznego utleniania, adsorpcji, infiltracji, odżelaziania, odmanganiania, zmiękczania, dezynfekcji, odwróconej osmozy, napowietrzania i odprowadzania gazów.

Opis procesu

Koagulacja
W systemach uzdatniania wody proces koagulacji stosowany jest w celu obniżenia w wodzie mętności, barwy, a także częściowo rozpuszczonych substancji organicznych. Skuteczność koagulacji można zwiększyć dawkując do wody obok koagulantów także pylisty węgiel aktywowany. Do substancji, które mogą wspomagać proces koagulacji zalicza się:
wapno - dla korekty pH, wiązania CO₂ agresywnego i przyspieszenia hydrolizy koagulantu;
silne utleniacze np. Cl₂, ClO₂, O₃, KmnO₄, H₂O₂) - przyspieszające koagulację przez utlenienie organicznej warstwy koloidow ochronnych;
gliny, bentonit, ziemia okrzemkowa, przyspieszające flokulację oraz zwiększające gęstość powstających flokuł;
krzemionka aktywowana, przyspieszająca koagulację domieszek wody siarczanem glinowym w niskich temperaturach;
polielektrolity anionowe przyspieszające koagulację w niskich temperaturach oraz w przypadku występowania polifosforanów.
 
Sedymentacja
Efekty sedymentacji cząstek zawiesiny w osadnikach zależą od właściwości hydraulicznych osadników, określonych m.in. rozkładem rzeczywistych czasów przepływu wody i ich stabilnością hydrauliczną. Do urządzeń wysokosprawnych zalicza się osadniki wielostrumieniowe. Osadniki te są stosowane zarówno w nowych rozwiązaniach, jak i w modernizacji obiektów istniejących . Znaczną intensyfikację koagulacji i sedymentacji uzyskuje się w osadnikach z zawieszonym osadem typu klarownik lub pulsator. Efekty działania takich urządzeń zależą od hydraulicznych właściwości kłaczków osadu, od spełnienia warunków utrzymania ich w stanie fluidalnym, od zdolności sorpcyjnych kłaczków oraz jakości technicznej połączenia koagulacji i sedymentacji. 

Omówione systemy charakteryzuje znaczna złożoność struktury, do której zaliczamy połączenia procesów:

 - szeregowe, gdy wielkości wyjściowe procesu poprzedniego są zarazem wielkościami wejściowymi procesu następnego,
 - szeregowo-równoległe stosowane w systemach ujmowania wody z kilku ujęć,
 - szeregowe z możliwością ominięcia procesów stosowanych okresowo, gdy ujmowana woda charakteryzuje się dużą zmiennością składu.

W zależności od rodzaju wód i zanieczyszczeń można zastosować następujące technologiczne systemy uzdatniania:
 - dla wód powierzchniowych z zanieczyszczeniami geogenicznymi: koagualcja - sedymentacja - filtracja pospieszna - dezynfekcja
 - dla wód powierzchniowych z zanieczyszczeniami geogenicznymi i antropogenicznymi: utlenianie wstępne - koagualcja z adsorpcją - sedymentacja - filtracja pospieszna - utlenianie chemiczne - adsorpcja na filtrach węglowych - dezynfekcja
 - dla wód powierzchniowych z okresowym zakwitem fitoplanktonu: utlenianie wstępne - filtracja na mikrositach - koagulacja z adsorpcją - sedymentacja - utlenianie chemiczne - filtracja pospieszna - dezynfekcja
 - dla wód podziemnych średnio-twardych z zanieczyszczeniami mineralnymi (związki żelaza i manganu o niskich i średnich stężeniach): napowietrzanie - filtracja pospieszna - dezynfekcja

Uzdatnianie wody dla miast, przemysłu i rolnictwa staje się coraz droższe i technologicznie trudniejsze. Dalszy postęp tej technologii wymaga prowadzenia wielostronnych badań nad mineralizacją związków i substancji organicznych metodami biologicznymi, szczególnie w zakresie łączenia technologii wody, mikrobiologii oraz biochemii.

Literatura:
1. Mielcarzewicz E.W. i inni: Zasady projektowania obiektów sztucznej infiltracji wody, Ochrona Środowiska, PZITS, Wrocław 1984
2. Sozański M.M., Jeż-Walkowiak J.: Chemiczne utlenianie w uzdatnianiu wody, Poznań 1996
3. Sozański M.M., Grocholski K., Jeż-Walkowiak J.: Chemizm i kryteria stosowania siarczanu glinowego w uzdatnianiu wody do picia, 1996
4. Sozański M.M.: Współczesne systemy uzdatniania wód dla celów komunalnych, XLIII Konferencja naukowa KILiW PAN i KN PZITB, Krynica 1997