Úprava vody pro průmysl

Průmyslová úprava vody představuje důležitou etapu ve výrobě nejrůznějších produktů. Denně konzumujeme nápoje různých druhů a ani nám nepřijde na mysl, kolika etapami filtrace vlastně prochází voda, ze které se vyrábějí. Stejně důležité je i průmyslové čištění odpadních vod, s nimiž se do přírodních zdrojů dostává spousta škodlivých chemikálií. Průmyslovou úpravu podstupuje i voda, která proudí do centrálních systémů pro zásobování vodou.

Současné problémy spojené s deficitem pitné vody

Každým rokem stále naléhavěji pociťujeme problém nedostatku pitné vody. Už teď k ní nemá přístup zhruba 1/6 obyvatel Země. K příčinám deficitu sladké vody patří: mnohem vyšší spotřeba, která neodpovídá potřebám; rostoucí počet populace; tání ledovců; znečištění povrchových vod odpady z domácností a průmyslovými odpady. Hlavními zdroji znečištění jsou komunální a průmyslové odpadní vody. Komunální odpadní vody obsahují různé škodlivé bakterie schopné vyvolat vážná onemocnění. Průmyslové odpadní vody představují směs nejrůznějších chemických látek: kyselin a zásad, těžkých kovů, ropných produktů apod.

Průmyslové úpravny vody

Průmyslové úpravny vody se dělí na úpravu (předběžné ošetření) vody a čištění vody. Úpravou se rozumí vyčištění a dekontaminace vody za účelem jejího použití ve výrobě. Během úpravy probíhá ozáření, změkčení, odželeznění, degazace, dezodorizace a dezinfekce.

Odkalením se odstraní různé suspendované a rozpuštěné částice, které vyvolávají zabarvení a zakalení. Změkčení napomáhá vyloučit soli vápníku a hořčíku. Díky degazaci se z kapaliny odstraní různé rozpuštěné plyny, např. sirovodík. Dezinfekcí se zničí patogenní mikroflóra, a během dezodorizace zmizí vedlejší nepříjemné pachy. K dosažení výše uvedených cílů se používají fyzikální, chemické a fyzikálně-chemické metody.

Fyzikální metody (způsoby) úpravy

Fyzikálními metodami průmyslového čištění se z vody odstraňují příměsi, a to bez použití reagentů. Základem těchto metod jsou různé fyzikální jevy. K dané skupině patří: mechanická filtrace, ultrafiltrace, nanofiltrace a mikrofiltrace.

Mechanická filtrace vody

Průmyslové úpravny vody mechanickou filtrací je nejjednodušší metodou, provádí se v prvotní fázi úpravy vody. Mechanické filtry se dělí na filtry pro hrubé a filtry pro jemné čištění. Filtry pro hrubé čištění se používají ve fázi odběru vody. Fungují následovně: síto zabraňuje procházení velkých částic příměsí – písku, hlíny, organiky, solí vápníku a hořčíku. Jsou nezbytným prvkem úpravy vody. Díky nim zmizí zabarvení a zakalení, ale i nepříjemné pachy.

Filtry pro jemné čištění mají cartridge (zásobník) se sorbentem. Voda prochází sorbentem a čistí se přitom od nejrůznějších plynů, chemických sloučenin, některých mikroorganismů. Mezi fyzikálními metodami jsou zvlášť populární membránové technologie. Tyto filtry se navzájem liší propustností membrány.

Reverzně osmotické systémy

Nejefektivnější membránovou technologií je úprava vody pomocí zpětné (reverzní) osmózy. Póry v reverzně osmotické membráně jsou menší než 0,0001 µm. Tato membrána propouští molekuly vody a kyslíku, přičemž zadržuje různé příměsi. Reverzně osmotické filtry dokážou upravit vodu na molekulární úrovni prakticky až do podoby destilované vody.

K membráně v reverzně osmotických zařízeních se musí dostat roztok zbavený mechanických příměsí.

Reverzně osmotické systémy se proto skládají z několika prvků, z nichž nejdůležitější jsou:

• Filtr pro předčištění, který odstraní primární nečistoty
• Filtr pro jemné čištění se sorpčním materiálem
• Membrána
• Mineralizátor

Reverzně osmotická membrána likviduje kromě škodlivých nečistot i potřebné minerály, k jejichž obnově slouží mineralizátor. Mimo zmíněného zásobníku mohou být do systému přidány ionizátor a změkčující blok. K nedostatkům uvedeného způsobu patří nízká efektivnost, velké rozměry zařízení a ztráta vody, která odchází zároveň s příměsemi.

Ultrafiltrace

Princip, na němž funguje ultrafiltrace, se shoduje s reverzně osmotickými systémy. Voda prochází membránou, která zachytí mikroorganismy, řasy, suspendované částice, napomáhá odstranění zákalu a zabarvení. Póry této membrány mají velikost 0,002…0,1 µm a jsou tedy větší než póry v membránách reverzní osmózy a nanofiltrace. Ultrafiltrace nepodporuje odstranění solí kovů, a proto je třeba vodu dodatečně změkčovat.

Jak bylo řečeno výše, uvedená metoda se svým principem fungování shoduje s reverzní osmózou, ale jsou tu i rozdíly. Membrána v ultrafiltraci sestává z mnohokanálových vláken zhotovených z modifikovaného polyethersulfonu. Vláken je několik desítek tisíc. Membrána reverzní osmózy je zhotovena ze syntetických materiálů a má podobu válce z fólie smotané do role. Při ultrafiltraci zůstanou nečistoty v membráně. V případě reverzní osmózy vycházejí z membrány dva proudy vody. První představuje vyčištěnou kapalinu, druhý pak koncentrát, který se vylévá. V reverzně osmotických systémech tak při čištění dochází ke ztrátě až 1/3 vody. Ultrafiltrace - na rozdíl od reverzní osmózy - neodstraňuje soli tvrdosti.

Technologický řetězec ultrafiltrace

1. Kapalina prochází filtrem pro odstranění hrubých nečistot, kde se zbavuje mechanických nečistot, které mohou poškodit membránu.
2. Pak vstupuje do interakce s membránou.
3. Voda míjí modul a postupuje do nádrže čisté vody, které se říká nádrž zpětného výplachu – voda z ní se používá k výplachu membrán od povrchových nečistot.

Výhody ultrafiltrace:

• kompaktnost zařízení
• maximální dezinfekce a odstranění suspense
• nepoužití chemických reagentů, i když někdy se ve fázi přísunu vody do čisticího systému mohou do vody přidávat koagulanty

Chemické metody čištění vody

Princip fungování: Do vody se přidávají speciální reagenty, které napomáhají jejímu vyčištění.

Chlórování

Dezinfekční účinek chlóru byl objeven už v 19. století. Lékaři jedné z vídeňských nemocnic si v roce 1846 začali oplachovat ruce vodou s chlórem. Tím bylo zahájeno používání chlóru jako dezinfektoru.

Chlór je silný oxidant, reaguje s vodou, vytváří kyselinu chlornou, a ta ničí bakterie. K dosažení efektu musí být voda v kontaktu s chlórem nejméně 30 minut. Účinek působení kyseliny chlorné může přetrvávat ještě dlouho po bezprostředním ošetření, což vyžaduje větší množství chlóru. Dávka reagentu se v každém případě počítá individuálně. Je důležité nepřehnat to s přemírou chlóru, protože ve velkém množství může vyvolat zdravotní problémy, zvláště nebezpečné jsou jeho sloučeniny. Například trihalometany vyvolávají astmatické symptomy.

Chlorování se dělí na:

• přípravné
• závěrečné

Přípravné chlorování

se provádí při odběru vody. V této fázi nemá reagent pouze zničit bakterie, ale má také okysličit kovy a odvést je tak z vody. A chlór samozřejmě rovněž dezinfikuje čisticí zařízení.

Závěrečné chlorování

se provádí v poslední fázi přípravy kvůli dekontaminaci.

V závislosti na dávce použitého reagentu můžeme chlorování rozdělit na:

• normální
• přechlorování
• kombinované

Normální chlorování

se používá k úpravě vody při dobrých sanitárních a fyzikálně-chemických ukazatelích.

Přechlorování

se použije v případě silné kontaminace zdrojů odběru vody, kdy normální chlorování je vůči patogenní mikroflóře neúčinné. Dávka reagentu je nadsazená, tato přemíra chloru může u vody způsobit změnu organoleptických ukazatelů. Zbytkový chlor se odstraňuje dechlorováním. K tomu se používají metody beztlakové aerace, koagulace nebo filtrace vody pomocí aktivního uhlí.

Kombinované metody

jsou způsoby úpravy vody chlorem v kombinaci s dalšími reagenty: stříbrem, mědí, hořčíkem atd. Používají se ke zvýšení účinnosti chloru, ale i k zajištění déletrvajícího efektu.

K pozitivům chlorování patří:

• efektivita, jednoduché použití
• úspornost metody
• kompletní úprava vody

K negativům se řadí:

• náročné požadavky na skladování a přepravu sloučenin s obsahem chloru
• vznik vedlejších sloučenin, které - pokud vniknou do lidského organismu- představují pro něj vážné nebezpečí
• rezistence řady mikroorganismů vůči působení chloru

Odželeznění

Zvláštní pozornost si zaslouží odželezovací zařízení. Železo v rozpuštěném stavu totiž zanáší průmyslová zařízení, která se kvůli tomu rychle ničí. Základem odželezovacích filtrů je speciální materiál Greensand, což je vlastně jemnozrnný písek, nahoře pokrytý oxidem manganičitým. Právě tento oxid okysličuje molekuly železa, které pak odcházejí do sedimentu. Odželezovací filtr je nedílnou součástí moderních filtračních zařízení na vodu.

Fyzikálně-chemické metody úpravy vody

Fyzikálně-chemické metody zahrnují jak úprava pomocí reagentů, tak mechanické odstranění příměsí.

K nejrozšířenějším metodám této skupiny patří:

• adsorpce
• koagulace
• flotace

Adsorpce

Adsorpcí se rozumí pohlcování molekul nečistot povrchem adsorbentu – pevného tělesa s porézním povrchem. Jedním z nejpopulárnějších adsorbentů je aktivní uhlí, které dokáže nejen upravit vodu od ropných produktů, chlóru a fosforu, ale i stimulovat rozpad ozónu a fosforu.

Filtry na bázi aktivního uhlí se často používají k výslednému čištění vody. Jsou nenahraditelným prvkem téměř každé filtrace. K jejich nedostatkům patří rychlé zanesení zásobníku, který je tudíž potřeba často měnit.

Variantou adsorpce je iontová výměna. Filtry na bázi iontové výměny obsahují filtrační vložku s pryskyřicí, ve které jsou ionty sodíku. Voda se zvýšeným obsahem solí se při průchodu filtrem změkčuje. Soli ve vodě se nahrazují k výměně připravenými ionty sodíku, v důsledku čehož je voda po prostoupení filtrem měkká.

Iontovýměnné filtry se bohužel rychle zanášejí, a proto je třeba často měnit filtrační vložky

Koagulace

Metoda koagulace (srážení) spočívá v tom, že speciální látky - koagulanty – k sobě přitahují nečistoty – soli kovů, písek, hlínu, a pak v podobě chuchvalců odcházejí do sedimentu. Voda se pak po odstátí buď dále čistí filtrací, nebo vylévá. Tato metoda je velmi rozšířená v čištění odpadních vod v průmyslových podnicích.

Roli koagulantů mohou plnit síran hlinitý, síran železnatý a chlorid železitý, síran draselno-hlinitý, hlinitan sodný.

Variantou koagulace je flokulace (vločkování). Na rozdíl od koagulace neprobíhá spojování částic jen v okamžiku jejich bezprostředního střetu, ale i během zprostředkovaného střetu molekul.

Flotace

Flotace (separace, rozdružování) se aktivně využívá k čištění odpadních vod v průmyslu. Je účinná při odstraňování ropných produktů. Je založena na přidávání dispergovaného vzduchu do vody. V důsledku jeho působení se molekuly nečistot shromažďují na povrchu vody v podobě bílé pěny a odtud se pak odstraňují pomocí speciálního zařízení. Po flotaci se voda ještě dočistí sorpcí.

K pozitivům flotace patří:

• Úspornost metody
• Jednoduchá konstrukce
• Rychlost čištění odpadních vod
• Možnost odstranění ropných produktů

Průmyslové filtry k úpravě vody: druhy, rozdíly, ceny

Výše už bylo napsáno hodně o metodách průmyslové úpravy a čištění odpadních vod. Pokusíme se o jejich klasifikaci v závislosti na druhu nečistot:

1. Odstranění mechanických příměsí – mechanické a sorpční filtry, mikrofiltrace.
2. Dekontaminace – všechny membránové metody, kromě mikrofiltrace (reverzní osmóza, nanofiltrace, ultrafiltrace), ozónování.
3. Odželeznění – chlorování, ozónování, materiál Greensand.
4. Úprava vody od sirovodíku – tlaková a beztlaková aerace, chlorování, ozónování, adsorpce.
5. Odstranění organiky, chlóru, ozónu – adsorpce, koagulace.
6. Vyloučení ropných produktů – flotační zařízení.
7. Změkčení – iontová výměna, reverzní osmóza.

Cena průmyslových filtrů se odvíjí od komplikovanosti montáže a použitých materiálů, proto se přesná částka vždy počítá pro zcela konkrétní případ.