Odżelazianie wody - klasyka, cz. 1.

   A jakie są sposoby odżelaziania. Bez odnoszenia się do historii, wskazane jest rozpocząć od niejako klasyki usuwania żelaza i manganu. Warto sięgnąć do jednego z podstawowych podręczników, którym jest Oczyszczanie wody (A.L. Kowal, M. Świderska-Bróż, Wydaw. Naukowe PWN, Warszawa 2007). Oczywiście podstawowymi urządzeniami są filtry do usuwania żelaza, które równocześnie usuwają mangan - o różnej konstrukcji, rozwiązaniach, co do zastosowanego złoża filtracyjnego, przebiegu procesu, itd. W takim podręcznikowym ujęciu nie ma informacji o domowych stacjach uzdatniania wody.

   Należy podkreślić, że dalej omawiane filtry, sposoby mają zastosowanie głównie w zakładach oczyszczania wody, które przygotowują wodę na potrzeby korzystających z wody wodociągowej, czy też dużych ośrodków przemysłowych. Oczywiście ta wiedza stanowi bazę do rozwoju małych systemów uzdatniania lub doczyszczania wody.

Złoże filtracyjne 

     Do usuwania żelaza i manganu stosuje się filtry grawitacyjne lub ciśnieniowe wypełnione złożami filtracyjnymi. Złoże filtracyjne, czyli materiał przez który filtruje się woda, musi mieć odpowiednie właściwości. O takich złożach mówi się, że muszą być wpracowane, czyli z ziarenkami pokrytymi tlenkami żelaza i manganu. Taki materiał może adsorbować (w tym wypadku zatrzymywać na swojej powierzchni) i utleniać - następuje adsorpcja i katalityczne utlenianie żelaza i manganu.

     Wpracowanie złoża może następować naturalnie, czyli poprzez filtrowanie wody z żelazem i manganem, piasek, antracyt nabiera odpowiednich właściwości. Wadą takiego sposobu jest to, że nie wiadomo kiedy nastąpi wpracowanie - nie można zaplanować dokładnie takiego procesu. Zatem przed oddaniem do eksploatacji stacji uzdatniania wody ten etap trzeba mieć za sobą.

     Wyjściem z tej sytuacji są materiały filtracyjne, które mają właściwości złóż wpracowanych. Stosuje się je czasem jako jedyne wypełnienia, a najczęściej w połączeniu z innymi materiałami, czyli w złożach wielowarstwowych. W wielu przypadkach złoża te są regenerowane okresowo lub ciągle nadmanganianem potasu (KMnO4), który pozwala utrzymywać ich katalityczny charakter.

     Odżelazianie wraz z odmanganianiem wymaga odpowiednio wysokiej warstwy filtracyjnej. Najpierw następuje usuwanie żelaza, a potem manganu.  Żelazo potrzebuje więcej miejsca, czyli stosunkowo wyżej nasypanego złoża.  Taka wysokość to ok 1 m.

Napowietrzanie wody

     To co dzieje się w złożu filtracyjnym jest uzależnione od procesów poprzedzających filtrację wody. Często przed odżelazianiem wodę się napowietrza. To powoduje odkwaszenie wody (pozbycie się dwutlenku węgla, który obniża pH wody i może powodować właściwości korozyjne) i również w ten sposób następuje utlenianie żelaza i manganu. Napowietrzanie może być otwarte, czyli stosunkowo długie, z możliwością tego, że reakcje prowadzące do utlenienia, a więc powstania wodorotlenków żelaza, przebiegną z dużą efektywnością, wówczas na filtrze zatrzymają się wytrącające się w postaci kłaczków Fe(OH)3. Przy krótkim kontakcie wody z powietrzem to właśnie złoże jest miejscem odpowiedzialnym za wszystkie reakcje.

Prędkość filtracji

     Pierwszą część rozważań na temat odżelaziania warto zakończyć opisem prędkości filtracji. Łatwo wyobrazić sobie prędkość samochodu - jaki odcinek przejedzie w danym czasie. A prędkość filtracji? Jak szybko kropelka wody przeleci przez filtr? To chyba nie tak. Prędkość filtracji jest ważna, bo wpływa na czas kontaktu wody ze złożem filtracyjnym. Do odżelaziania potrzebna jest maksymalna prędkość wynosząca ok 10 m/h. Właściwą jednostką tej prędkości, a właściwie obciążenia hydraulicznego, jest m3/h wody na m2 złoża. Czyli jaka ilość wody, w danym czasie zostanie wlana na powierzchnię filtra. Zatem ma tu znaczenie średnica filtra. Im większa średnica, tym więcej wody, przy zachowaniu poprawnej prędkości filtracji, może zostać oczyszczona. Z tego wynika, iż planując stację uzdatniania wody bierze się pod uwagę chwilowe, maksymalne zapotrzebowanie na wodę i dobiera filtr (najczęściej filtry) o odpowiedniej średnicy, uwzględniając dodatkowo fakt, że będzie taki czas, kiedy filtry trzeba płukać. Duże odżelaziacze płucze się nie tylko wodą, ale również powietrzem.