Odżelazianie i uzdatnianie wody – podstawa jej uzdatniania
Żelazo i mangan w wodach podziemnych
Obecność żelaza w wodach podziemnych to skutek jego obecności w skalach formujących skorupę ziemską. Są to głównie skały magmowe, ilaste skały osadowe, rudy siarczkowe oraz piryty i łupki pirytowe, chociaż zdarzają się również inne, ponieważ żelazo jest składnikiem około 170 minerałów. To z nich właśnie pochodzą jony żelaza rozpuszczone w wodach podziemnych, których stężenie może osiągnąć nawet kilkadziesiąt miligramów na litr wody. Wysokiej zawartości żelaza sprzyja kwaśny odczyn wody oraz wysoka zawartość substancji organicznych. W przypadku manganu, jego dominującym źródłem są skały osadowe, a ponadto również gleby.
Żelazo i mangan mogą także przenikać do wód podziemnych także ze źródeł antropogenicznych: wód kopalnianych, odcieków ze zwałowisk odpadów górniczych i ścieków przemysłowych z kopalni. Ważnym źródłem jonów żelaza są też przetwórnie rud żelaza oraz ścieki z zakładów chemicznych i przemysłowych zajmujących się przerobem surowców i materiałów zawierających duże ilości tego pierwiastka.
W wodach podziemnych żelazo występuje w formie jonowej i rzadziej w postaci zawiesiny koloidalnej. Główną formą żelaza w wodzie jest dwuwęglan żelaza, który pod wpływem tlenu z powietrza rozkłada się do wodorotlenku żelazowego. Ten zaś jest trudno rozpuszczamy i powoduje zmętnienie wody na skutek tworzenia w niej zawiesiny. Mangan w wodzie występuje głównie w formie węglanów i siarczanów, a jego zawartość maleje wraz ze wzrostem zawartości tlenu w wodzie. Ma on większe zdolności migracyjne niż żelazo, ponieważ trudniej wytrąca się w formie osadów.
Skutki obecności jonów żelaza i manganu
Jony żelaza i manganu zawarte w wodzie pogarszają jej właściwości organoleptyczne. Po utlenieniu stają się przyczyną żółto-brunatnych plam i osadów na pranych tkaninach, a ponadto także na armaturze łazienkowej. Spożywane w nadmiarze rzadko kiedy stanowią zagrożenie dla ludzkiego zdrowia. Większym problemem może być natomiast zmiana smaku wody. Duża zawartość jonów żelazowych w wodzie sprzyja wzrostowi bakterii żelazowych, które zasiedlają wewnętrzne ścianki elementów wodociągowych i wytwarzają na nich biofilm. Skraca to ich żywotność, głównie przez zarastanie światła przewodów. Ten biofilm może zostać zasiedlony przez inne mikroorganizmy, w wyniku czego nawet spełniająca wymagania sanitarne woda wodociągowa może nie osiągać kryteriów czystości mikrobiologicznej w punkcie jej poboru. Problem nadmiernej zawartości żelaza w wodzie dotyczy około 70% miejsc poboru wód podziemnych. Podwyższonej zawartości żelaza często towarzyszy też obecność znacznych ilości jonów manganowych, amonowych oraz rozpuszczonego w wodzie dwutlenku węgla.
Odżelaziacze
Najprostszym sposobem na usunięcie żelaza i manganu z wody studziennej są odżelaziacze. Mogą być to urządzenia działające dwu- lub jednostopniowo. Rozwiązanie dwustopniowe jest prostsze w działaniu i eksploatacji. W urządzeniach tego typu, np. w odżelaziaczach firmy Wimest, w pierwszej fazie następuje napowietrzenie wody z użyciem aspiratora, co powoduje utlenienie rozpuszczalnych form metali. Ta napowietrzona woda kierowana jest do złoża filtracyjnego, na którym następuje osadzanie się zawieszonych w wodzie cząsteczek utlenionego żelaza w formie rdzawego osadu. Efektywność procesu wychwytywania zależy od zastosowanego złoża. Najpopularniejsze są dwa rodzaje złóż: kwarcowe lub Otoman. Te pierwsze wytwarzane są z piasków i żwirków filtracyjnych, na których, jak na sicie, zatrzymują osady żelaza i manganu. Złoże tego typu należy co jakiś czas przepłukiwać, by mogło prawidłowo działać przez długi czas. Dokonuje się tego poprzez przepuszczenie silnego strumienia wody w kierunku przeciwnym do roboczego. Złoże Otoman, oprócz właściwości filtracyjnych wykazuje także możliwości utleniające i katalityczne, które zawdzięcza zawartości dwutlenku manganu.
W urządzeniach jednostopniowych proces uzdatniania wody oparty jest na wykorzystaniu złoża katalitycznego, zawierającego dwutlenek manganu. Ma to na celu utlenienie rozpuszczonych jonów żelaza i manganu w wyniku działania tlenu i kontaktu z ziarnami katalizatora. W wyniku tego procesu żelazo i mangan wytrącane są z wody w formie wodorotlenków, dzięki czemu możliwe jest ich odfiltrowanie na ziarnach złoża. Złoże takie wymaga okresowej regeneracji przeciwprądowej, którą wykonuje się nie wodą lecz za pomocą roztworu nadmanganianu potasu (KMnO4).
Inne etapy uzdatniania wody
Po oczyszczeniu mechanicznym i odżelazieniu woda może zostać poddana kolejnym etapom uzdatniania. Najczęściej jest to jej zmiękczanie, wykonywane na zasadzie wymiany jonowej. Jony wapnia i magnezu wymieniane są na złożu z żywicy jonowymiennej na jony sodu, dzięki czemu nie wytwarzają się trwałe osady. Złoże zmiękczające warto zainstalować przed pralkami, ponieważ pozwala to ograniczyć ilość stosowanych środków piorących.
Może Cię również zainteresować: