Filtrace silně znečištěné vody: Metody a technologie

Vážení zákazníci, na této stránce jsme pro Vás připravili souhrnný popis technologií úpravy vody, technologií čištění odpadních vod a terminologii.

Úprava vody koagulací a flokulací

Chemický (fyzikálně chemický) proces, při kterém je do vody dávkovaný koagulant (chemická látka na bázi železa nebo hliníku, nejčastěji FeCl3, Fe2(SO4)3, AL2(SO4)3 nebo polyaluminium chlorid) a dochází ke koagulaci + flokulaci nečistot ve vodě.

Koagulací (čiřením) se z vody odstraňují koloidní látky anorganického a organického původu. Cílem tohoto technologického postupu je vytvořit takové podmínky, aby se nečistoty přítomné ve vodě převedly do separovatelné formy, větších celků, které lze z vody odstranit například sedimentací či filtrací (tzv. koagulační filtrace).

Koagulace spočívá v dávkování solí železa nebo hliníku, koagulantů, které hydrolýzou poskytují hydroxid železitý nebo hlinitý. Na jeho povrchu pak dochází k adsorpci iontů a vznikají tak například kladně nabité produkty částečné hydrolýzy železité či hlinité soli a sorbovaných iontů železa a hliníku, které koagulují, popřípadě reagují s nečistotami koloidní povahy ve vodě se záporným elektrickým nábojem.

Produktem koagulace a flokulace (proces, při němž se srážejí vzniklé částice koagulace na větší grupy) jsou separovatelné částice - vločky, které se mohou odstranit sedimentací nebo filtrací. Pro zvýšení účinnosti flokulace se často užívá chemický přípravek, tzv. polyflokulant, nebo též pomocný flokulant, který zvyšuje účinnost tvorby vloček.

Čtěte také: Jak filtrovat vodu v přírodě?

U malých úpraven vod je využívaná filtrace vloček (např.

Dezinfekce vody

Obecně proces, při kterém se chemickou, fyzikálně-chemickou nebo fyzikální metodou separují nebo zahubí patogenní mikroorganismy a viry ve vodách. Právě mikrobakteriální a virové znečištění vod je nejčastější příčinnou vzniku „nemocí z vody“.

Ve většině případů jsou „nemoci z vody“ způsobené mikrobakteriálním znečištěním vody, menšinové procento je způsobeno viry nebo chemickými polutanty (znečišťujícími látkami), které jsou často kumulativní a projevují se negativně na lidském organismu až po dlouhé době expozice (pití).

Na této myšlence je založená velká část outdoorových úpraven vod a definice pojmu „bezpečná voda“. Voda se zde primárně dezinfikuje (oprošťuje) od mikrobakteriálního znečištění. Chemické znečištění není tak přísně sledované, jelikož jeho koncentrace ve většině případů není nebezpečná pro lidský organismus.

Je to dáno i tím, že vybrané sledované chemické látky do sebe dostáváme i prostým dýcháním nebo potravinami.

Čtěte také: Nepřekonatelná filtrace: Klíč k čistšímu vzduchu

Nejčastější způsob dezinfekce vody je prostřednictvím dávkování chemických látek na bázi chlóru (NaClO, chloramin, oxid chloričitý), ultrafialového zářením skrze UV lampu nebo například ozonizací. Ozón se připravuje ze vzdušného kyslíku nebo čistého kyslíku elektrickým výbojem při vysokém napětí.

Ozón (O3) má energeticky bohaté molekuly a může se rychle rozkládat za odštěpení kyslíku. Vznikající kyslík ve stavu zrodu má pak značnou oxidační účinnost.

Principem úpravy vody je v případě ozonizace silná oxidace, kterou lze účinně využít pro dezinfekci vody, zlepšení senzorických vlastností, odbarvování vody, odželeznění nebo odmanganování a k oxidaci některých toxických a radioaktivních látek.

Filtrace vody

Filtrace je separační metoda oddělení pevné, nerozpuštěné fáze od fáze kapalné (vody). V technologii vod to můžou být různé hrubé mechanické nečistoty typu zbytky potravin, listí, kamenů, ale i vyflokulovaných vloček po čiření, sraženin po redox reakcích (oxidačně-redukčních reakcích) až po mikrobakteriální a viroidní znečištění.

• Prostá (Koláčová) filtrace - větší než přibližně 1μm, často viditelné pouhým okem (kvasinky, mouka, sraženiny atd.). V praxi se používá náplň písku o různé zrnitosti nebo granulované aktivní uhlí, které je dobré i na odfiltrování zápachu ve vodě, chloru a některých organických látek.
• Mikrofiltrace - přibližně od 0,1μm do 1μm (pigmenty, bakterie, asbest).
• Ultrafiltrace - přibližně od 3 nm do 0,1 μm (bílkoviny, viry, želatina).

Ionexy

Ionexy se dělí na katexy a anexy dle iontové výměny. Katexy na změkčení vody - při úpravě vody pomocí filtrů s náplní silně kyselého katexu ( dále jen katex ) pracujícím v Na+ cyklu se z vody odstraňují kationty vápníku (Ca2+) a hořčíku (Mg2+), které způsobují tvorbu vápenatých usazenin. Kationty jsou nahrazeny kationty sodíku (Na+).

Čtěte také: Přírodní filtrace vody – principy

Katex se regeneruje chloridem sodným NaCl, tedy solí. Do odpadu odchází při regeneraci chloridy vápníku a hořčíku. Pro regeneraci je nutné používat výhradně čistou tabletovou sůl určenou k regeneraci úpraven vod. Regenerace probíhá automaticky, bez nutnosti přítomnosti člověka.

Reverzní osmóza

Reverzní osmóza - je oddělení části roztoku z jeho druhé části pomocí uplatňování tlaku na polopropustnou membránu. Během procesu reverzní osmózy jsou z roztoku odstraněny iontové, organické a rozpuštěné látky. Na rozdíl od obyčejné filtrace, membránová filtrace funguje na principu "crossflow filtration".

Vstupní roztok (obecně vstupní voda) se pomocí RO membrány rozděluje na 2 průtoky, permeát a koncentrát a shromažďují se po obou stranách RO membrány. Polopropustná RO membrána, když na ni působí dostatečný tlak, umožňuje propouštění očištěné vody (permeát), ale odmítá propouštět rozpuštěné látky, které se koncentrují v "koncentrátu".

Systém používá speciální namotané RO membrány se speciálním designem pro turbulentní tok roztoku (vody). Tyto membrány akumulují očištěnou vodu, která prošla skrz membránu, ve vnitřní trubce pro permeát. Vstupní roztok prochází skrz vyměnitelný mechanický filtr s porozitou 5 mikronů, který absorbuje hrubé nečistoty.

Takto filtrována voda proudí do vstupního solenoidového ventilu, který se otevírá, když je systém puštěný, a umožňuje dodávku vody na vstup vysokotlakového čerpadla. Když je RO systém vypnut, tento solenoidový ventil se automatický uzavírá a zamezuje neturbulentním tokům v membránách, což se negativně projevuje na životnosti RO membrán.

Vysokotlakové čerpadlo tlačí vstupní vodu do membrán reverzní osmózy, které jsou uspořádány v paralelní kombinaci. Směr toku vody je vždy zobrazen pomocí šipky na kalichu každé membrány. Voda se rozděluje pomocí membrán na dva průtoky: permeát (očištěná voda) a koncentrát (koncentrovaná nebo "špinavá voda").

Permeát z každé membrány se shromažďuje do jednoho průtoku a proudí přes měřič průtoku vody do výstupu z RO stanice. Permeát musí být akumulován v netlakovém akumulačním tanku. Permeát může mít menší zpětný tlak, ale tento zpětný tlak nesmí být nikdy vyšší než závěrečný tlak koncentrátu.

Vždy musíme počítat s tím, že zpětný tlak na výstupu permeátu způsobuje snížení výkonu celé RO stanice a taky kvalitu výstupní vody.

Kvalita výstupní vody (permeátu) vždy záleží na kvalitě vstupní vody a zpravidla se popisuje jako odstranění MgSO4 96-98%. Po výstupu z membrány koncentrát proudí do kontrolního centru průtoku (rozvod Koncentrát / recyklát). V tomto místě ventil recyklátu pouští určité množství koncentrátu zpět na vstup do vysokotlakového čerpadla, umožňuje použití části koncentrátu znovu.

Taková recyklace hodně zvyšuje celkovou výtěžnost systému (až do 75%). Nastavitelný ventil koncentrátu reguluje množství proudění koncentrátu do odpadu, kontroluje pracovní tlak v celém RO systému a taky pomáhá kontrolovat výtěžnost.

Další solenoidový ventil, který je namontován paralelně s ventilem koncentrátu, je určen pro automatický proplach RO membrán a je řízen mikroprocesorem.

Chemická oxidace a redukce

Pro některé typy vod je důležité použít k likvidaci nebo inaktivaci nežádoucích látek chemickou oxidaci či redukci. Redukce se při úpravě a čištění odpadních vod používá méně často něž oxidace, protože vody obsahují velmi zřídka znečišťující látky ve vyšším oxidačním stupni. Příkladem chemické redukce může být redukce toxických sloučenin CrVI na CrIII u odpadních vod z galvanizoven.

Oxidace je mnohem častější a způsobů aplikace je více. Mezi nejčastější způsoby patří oxidace vzduchem, kyslíkem, ozónem, peroxidem vodíku, manganistanem draselným nebo chlorem a jeho sloučeninami.

Biologické čištění odpadních vod

Podstatou biologického čištění odpadních vod je urychlení samočisticích pochodů, které probíhají i ve volné přírodě v povrchových vodách. V umělých podmínkách se snažíme o vytvoření optimálních podmínek pro život a rozvoj mikroorganismů, jež rozkládají rozpuštěné a suspendované organické látky v odpadních vodách.

Mikroorganismy se nevznášejí separátně ve vodě, nýbrž se shlukují na vločkách kalu nebo pokrývají povrch pevné látky. Velkou část rozpuštěných a koloidních organických látek převedou mikroorganismy do nerozpuštěné a usaditelné formy, tedy kalu. Kal je tvořený sedimentovanými, z velké části odumřelými, mikroorganismy a ostatními látkami.

Biologické čištění odpadních vod probíhá v anaerobním nebo aerobním prostředí.

Aktivační čištění odpadních vod

Odpadní voda zbavená mechanických nečistot, případně i bez předcházejícího stupně usazení, se intenzivně míchá za současného provzdušňování (vhánění vzduchu skrze aerační elementy nebo mechanickým rozstřikováním vody). Před prvním uvedením nové ČOV tohoto typu do provozu je vhodné navést oživený kal, tzv. očkovací kal, většinou z jiné ČOV.

Proces aktivace tak proběhne rychle. Postup „očkování“ není nezbytný, urychlí však vývoj mikroorganismů v aktivaci a tím i zkrátí dobu čekání na plný výkon biologické ČOV (dále jen BČOV). Voda z aktivační nádrže odtéká do dosazovací nádrže, odtud odsazená a vyčištěná voda odtéká z BČOV. Oživený vločkový kal ze dna dosazovací nádrže je vracen zpět do aktivační nádrže.

Aktivační čištění odpadních vod v BČOV je v dnešní době nejrozšířenější technologií čištění.

Biologické filtry

Typ biologického čištění odpadních vod, při němž jsou mikroorganismy přisedlé na pevném podkladu a odebírají nečistoty z vody. Odpadní voda před vstupem na biologický filtr musí být zbavena mechanických nečistot, důležité je také dobré provzdušnění jejich náplně.

Název filtr (biofiltr) není zcela správný, jelikož nejde o filtraci, nýbrž pouze o průtok hrubě pórovitým prostředím. Mikroorganismy vytvoří na povrchu náplně (podkladu) biologický povlak, jehož tloušťka se s přísunem živin v odpadní vodě a přísunem nutrientů, postupně zvětšuje.

Rotační biologické reaktory

Jedná se o kruhové disky na horizontální ose, které jsou při pomalém otáčení zčásti ponořeny v odsazených odpadních vodách. Na povrchu disku se vytváří biologický povlak, který při ponoření odebírá nečistoty z odpadní vody, při vynoření si mikroorganismy berou kyslík potřebný k životu.

Stabilizační nádrže

Mechanicky předčištěná odpadní voda (ze septiku nebo jiné mechanické čistírny) se přivádí do mělké zemní nádrže s plochým dnem. Přívod kyslíku pro mikroorganismy v tomto typu ČOV probíhá hladinou přestupem ze vzduchu a fotosyntézou zelených vodních rostlin, zejména řas.

Dle ČSN 73 6708 může být zatížení hodnoty BSK5 vysoké, kolem 20 až 50 kg/(ha den). Udává se však optimální hodnota 33 kg/(ha den), při větším zatížení vyžaduje voda obvykle mechanické čiření hladiny (plovoucí povrchové aerátory) a další dočištění.

Kořenové čistírny odpadních vod

Typ biologického čištění odpadních vod, ve kterém není čistící proces realizován mikroorganismy, nýbrž rostlinami. Jedná se o vodní a bahenní rostliny, které vyrůstají nad vodní hladinu, zatímco jejich kořeny jsou trvale zaplaveny vodou. Nadzemní část, tělo rostliny, dopravuje kyslík do kořenové části, kde jej uvolňuje. V našich klimatických podmínkách (ČR) se využívají většinou rostliny rákosí a orobince.

Principem této metody čištění je biologický i částečně mechanický záchyt nečistot v kořenové části rostlin, mezi kterými horizontálně protéká již předem mechanicky vyčištěná odpadní voda. Principem této metody čištění odpadních vod je odbourávání nečistot zajišťované aerobní mikroorganismy, které jsou přisedlé na substrátu a přes které odpadní voda protéká.

Anaerobní čištění odpadních vod

Metody nejsou závislé na přívodu elektrické energie a nárocích na obsluhu. Anaerobní pochody jsou mnohem pomalejší než aerobní, probíhají za nepřítomnosti kyslíku a jsou mnohem energeticky úspornější. Mikroorganismy účastnící se anaerobních pochodů žijí v prostředí bez přístupu kyslíku a energii získávají přímo z organických látek v odpadní vodě.

Při anaerobních procesech přechází přibližně 95% uhlíku ze substrátu do bioplynu a 5% do biomasy, při aerobních procesech je tato situace odlišná, přibližně 50% uhlíku jde do biomasy a 50% uhlíku zoxiduje do formy CO2.

Anaerobní procesy probíhají běžně v přírodě, například v bažinách nebo rašeliništích. V technologiích ČOV se používají buď přímé anaerobní metody - anaerobní reaktory. Většinou se jedná o tzv. methanizační nádrže, které se používají pro stabilizaci kalu z BČOV a produkci bioplynu.

Další metody filtrace a čištění

• Elektrokoagulace: Účinek totožný jako koagulace. Vlivem anodového rozpouštění železných a/nebo hliníkových elektrod způsobeném průchodem elektrického proudu nastává koagulační účinek - vznikají hydroxidy železa a hliníku. Molekuly Al(OH)3 a Fe(OH)3 vytvářejí ve vodném roztoku částice, tzv. micely.
• Elektroflotace: Stejně jako flotace, využívá stoupavých účinků jemných bublinek plynu objemem flotované nádrže. Díky elektrolýze vody dochází k vývinu bublinek vodíku a kyslíku, které mají v průměru jen 50 až 70 µm.
• Flotace: Je separační proces, který se používá k oddělení tuhé fáze od kapalné, při kterém se nerozpuštěné látky spojují s mikrobublinkami plynů a vytvářejí flotační komplexy.

Získávání pitné vody v přírodě

Pitnou vodu na cestách můžeme získat několika způsoby. Mezi nejběžnější patří:

• Dešťová voda: Obvykle bezpečná, pokud je sbírána přímo a neprošla znečištěnou oblastí.
• Sníh a led: Po rozpuštění jsou obvykle bezpečné, ale vyhněte se žlutému sněhu.
• Voda z rostlin: Získaná odpařováním nebo sběrem z rostlin, za předpokladu, že rostlina není toxická.

Metody úpravy vody v přírodě

Při hledání a úpravě vody je důležité znát rozdíl mezi filtrací a čištěním. Filtrace vody je eliminace malých fyzikálních částic a některých bakterií. Mezi nejběžnější metody patří:

1. Převaření vody: Jedna minuta varu zničí vše špatné ve vodě včetně virů. Ve vysokých nadmořských výškách byste měli vodu nechat ve varu tři minuty, jelikož je tu nižší tlak. Ovšem neodstraníme zákal a chemické prvky. Navíc je to mnohdy časově náročný způsob.
2. Chemické úpravy vody: V minulosti se pro úpravu vody většinou používaly preparáty s velkým obsahem chlóru nebo jódu, dnes jsou to především ionty stříbra, mědi či zinku. Existují dva populární způsoby chemické úpravy vody pomocí kapiček činidla ve vodě: jód a chlór. I tak tyto látky nechávají ve vodě určitou pachuť.
   • Jód: Použijte 2% roztok jódu. Přidejte 4-5 kapek do jednoho litru, pokud je voda silně znečištěná, aplikujte dvakrát tolik. Nechte vodu asi 30 minut odpočívat.
   • Chlór: Chlor je obvykle dostupný ve formě tablet, které stačí vhodit do určitého množství vody. Nevýhodou chlóru patří výše zmíněné čekání a vyšší cena za litr čištěné vody. Na druhou stranu se chlór z vody zcela (nebo téměř úplně) odpaří, takže chuť to nijak neovlivní.
   • Bělicí prostředek: Ve skutečně naléhavých případech lze k čištění vody použít bělicí prostředek. Většina bělidel používá kapalnou formu chloru - chlornan sodný.
3. Mechanické filtry: Dnes asi nejrozšířenější způsob úpravy vody v přírodě. Voda prochází vložkou filtru vyrobenou z keramiky nebo skelných vláken dost často doplněnou o vrstvu aktivního uhlí. Odstraní se tím škodlivé mikroorganismy, pevné částice a bakterie, aktivní uhlí navíc odstraní i případný zápach či pachuť.
   • Přenosné vodní filtry: Malé a snadno přenosné filtry, které odstraňují bakterie, parazity a sedimenty z vody.
   • Filtrační láhve: Speciální filtrační láhve, jako jsou modely Katadyn BeFree, mají zabudované filtry, které odstraňují nečistoty při každém napití.
   • Gravitační filtry: Ideální pro skupiny nebo základní tábory. Voda se naplní do zásobníku a pomocí gravitační síly prochází filtrem.
4. UV filtry: Jak název napovídá, tyto filtry k čištění vody využívají ultrafialové (UV) paprsky, které jsou v ničení vodních bakterií, virů a prvoků velmi účinné. Jejich výhodou je snadné a jednoduché použití, rozměr i malá hmotnost. Nevýhodou může být použití baterií a především jejich nevhodnost na ošetření zakalené vody.
5. Improvizované metody filtrace: V krizových situacích, kdy nemáte k dispozici moderní filtry, můžete využít improvizované metody filtrace:
   • Filtrace přes látku: Odstraní hrubé nečistoty, ale nezničí bakterie a viry.
   • Usazování: Nechte vodu stát 12 hodin, aby se sediment usadil na dně.
   • Indiánská studánka: Vykopejte jámu poblíž vodního zdroje, voda se přirozeně přefiltruje přes půdu.
   • Transpirace: Dvě nádoby spojené savým materiálem, voda vzlíná do čisté nádoby.
   • Filtrace přes dřevo: Použijte pórovitou strukturu větvičky stromu jako filtr.
   • Solární dezinfekce: Nechte vodu v průhledné láhvi na slunci 12-48 hodin, UV záření zabije bakterie.

   Všechny tyto metody slouží pouze jako předfiltrace, je nutné vodu následně dezinfikovat.

Průmyslová úprava a čištění 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. 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.

Fyzikální metody průmyslového čištění

Fyzikálními metodami průmyslového čištění se z vody odstraňují příměsi, a to bez použití reagentů. Základem těchto metod jsou různé fyzikální jevy.

Mechanická filtrace

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.

tags: #filtrace #silně #znečištěné #vody #metody

Oblíbené příspěvky:

• Odpadkové koše IKEA – recenze
• Pobyty v přírodě s cestovní agenturou
• Výlety Česká Lípa příroda
• Efektivní čištění odpadů
• Mimoškolní aktivity a ekologické hry