Stacje zmiękczania wody – przegląd rozwiązań

Konieczność uzdatniania wody dotyczy wielu firm i gospodarstw domowych, zarówno korzystających z sieci wodociągowej, jak i użytkujących własne ujęcia. Wśród urządzeń pozwalających na poprawę parametrów wody ważną rolę odgrywają nie tylko filtry usuwające zanieczyszczenia metodą mechaniczną, ale również stacje zmiękczania wody, które wpływają na dopasowanie jej składu chemicznego do potrzeb konkretnego użytkownika.

Znaczenie używania wody o odpowiednich parametrach

Nieodpowiednie parametry wody powodują wiele problemów zarówno przy korzystaniu w gospodarstwie domowym, jak i przy zastosowaniach przemysłowych. Zła jakość wody może dotyczyć jej różnych cech fizyko-chemicznych łączących się z zawartymi w niej substancjami. Kłopotliwa może być obecność zanieczyszczeń biologicznych, pojawianie się szkodliwych chemikaliów czy wreszcie nieodpowiedni poziom rozmaitych związków, które, choć powinny się w niej znaleźć, to ich stężenie nie odpowiada potrzebom konkretnego zastosowania. W przypadku wody wykorzystywanej do celów produkcyjnych optymalny skład wody może znacznie odbiegać od tego, jaki jest pożądany w przypadku wody pitnej czy używanej do celów gospodarczych. Woda do użytku przemysłowego często musi być np. pozbawiona obecności minerałów, które będą jednak niezbędne do prawidłowego funkcjonowania ludzkiego organizmu. Część problemów będzie jednak wspólna – zauważa przedstawiciel firmy Global Concepts 2000, specjalizującej się w systemach uzdatniania wody i preparatach do jej dezynfekcji.

Woda pitna musi spełniać normy określone w Rozporządzeniu Ministra Zdrowia na temat wymagań dotyczących wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, które określają dopuszczalną zawartość poszczególnych składników. Wśród najważniejszych parametrów znajduje się brak obecności mikroorganizmów chorobotwórczych takich jak choćby bakterie E. Coli, paciorkowce kałowe czy Legionella. Ważny jest poziom amoniaku, azotanów, azotynów, chloru wolnego i chlorków. Wśród najczęściej spotykanych problemów jest zbyt wysoka zawartość żelaza, manganu, nieodpowiednie pH czy zbyt duża twardość wody.

W wodzie przeznaczonej do wykorzystania w działalności przemysłowej dopuszczalny poziom poszczególnych składników zależy od szczegółowych wymagań określanych przez obowiązujące przepisy – np. w odniesieniu do wody stosowanej przy produkcji napojów i żywności oraz od specyfiki przeprowadzanych procesów technologicznych. Wśród najczęściej wymagających korekty parametrów znajdują się zanieczyszczenia biologiczne związane z tworzeniem się tzw. biofilmu, czyli osadzających się wewnątrz instalacji wodnej kolonii bakterii wytwarzających toksyny i uwalniających swoje formy przetrwalnikowe roznoszące się po całym układzie. Kłopotliwa jest również nieodpowiednia kwasowość objawiająca się niskim pH oraz zbyt wysoka twardość wody.

Nieodpowiednia twardość wody jest jednym ze wspólnych problemów zarówno przy wodzie pitnej, jak i przemysłowej. W przypadku instalacji domowej woda o wysokiej twardości oznacza powstawanie zacieków na wannach, brodzikach, umywalkach i zlewach, a także na ceramice. Pojawiają się problemy z praniem, sprzątaniem i myciem, ponieważ środki czystości nie pienią się w twardej wodzie zbyt dobrze. U osób korzystających z twardej wody w celach higienicznych często pojawiają się podrażnienia i zaczerwienia skóry, staje się ona także wysuszona. Poważne problemy występujące przy obu typach zastosowań dotyczą także odkładania się kamienia kotłowego. W instalacjach domowych wiąże się to przede wszystkim z systemem centralnego ogrzewania, używanym kotłem oraz pralkami i zmywarkami. W przemyśle kamień będzie się pojawiał na elementach systemów grzewczych, rurociągach oraz zbiornikach wody technicznej i technologicznej czy wewnątrz poszczególnych urządzeń, np. chłodnic, pomp czy zaworów.

Twardość wody oraz sposoby na jej zmiękczenie

Tworzenie się kamienia kotłowego wynika ze zbyt wysokiej twardości wody, która jest uzależniona od obecności węglanu wapnia (CaCO₃) oraz węglanu magnezu (MgCO₃), a także wodorotlenku magnezu (Mg(OH)₂). Poza nimi przyczynami powstawania kamienia są rozmaite sole – azotany, siarczany, chlorki, krzemiany, jak również sole wapnia i magnezu. W skład powstających osadów wchodzi przede wszystkim węglan wapnia (CaCO₃), ale znaczenie ma też m.in. obecność krzemianu wapnia (CaSiO₃) i krzemianu magnezu (MgSiO₃), a ponadto choćby siarczanu wapnia (CaSO₄) czy tlenków żelaza (Fe₂O₃).

Określenie czy mamy do czynienia z twardą wodą wiąże się z zawartością węglanu wapnia w jednym litrze wody. Jeśli w wodzie znajduje się mniej niż 100 mg/dm³ CaCO₃ mówimy o wodzie bardzo miękkiej. Przy zawartości między 100 a 200 mg/dm³ CaCO₃ mamy do czynienia z wodą miękką, a 200–350 mg/dm³ CaCO₃ oznacza wodę średnio twardą. Jeśli węglan wapnia znajduje się w przedziale od 350 do 500 mg/dm³ woda zostanie określona jako twarda. Wartości przekraczające 550 mg/dm³ CaCO₃ to woda bardzo twarda.

Sposobem na obniżenie twardości wody jest jej zmiękczenie przy wykorzystaniu specjalnego urządzenia, czyli stacji zmiękczania wody. Na użytek domowy, np. w celu ochrony pralki lub zmywarki można też skorzystać ze specjalnych tabletek. Zarówno w zastosowaniach domowych, jak i przemysłowych korzysta się z urządzeń do odwróconej osmozy, które są w stanie uzyskać wodę pozbawioną wszelkich substancji obcych poza rozpuszczonymi w niej gazami. Jeśli jednak problemem jest jedynie niewłaściwa twardość wody, bardziej uzasadnione ekonomicznie będzie skorzystanie ze zmiękczacza, ponieważ filtry osmotyczne zużywają sporą ilość wody tylko do wytwarzania odpowiedniego ciśnienia.

Rodzaje stacji zmiękczających wodę i ich charakterystyka

Zmiękczanie wody może być prowadzone na różne sposoby, jednak największą skuteczność można osiągnąć, korzystając z metody jonitowej. Wiąże się ona z wiązaniem jonów magnezu i wapnia oraz zastępowaniu ich innymi, niebędącymi zagrożeniem dla wykorzystywanych instalacji i urządzeń ani przebiegu procesów technologicznych w przypadku wody na potrzeby przemysłu. Pozbywanie się nadmiaru węglanu wapnia polega na przepuszczaniu twardej wody przez odpowiednie złoże składające się z żywicy jonowymiennej. Ponieważ zawiera ona znaczną ilość jonów sodu Na⁺ może dojść do procesu zastąpienia znajdujących się w wodzie w dużej ilości jonów magnezu Mg²⁺ i wapnia Ca²⁺.

Stacja zmiękczania wody może działać do momentu, aż poziom jonów sodu nie spadnie poniżej zawartości krytycznej, która spowoduje zatrzymanie reakcji jonowymiennej. Złoże zmiękczacza może być stosunkowo łatwo zregenerowane przez wypłukanie jonów magnezu i wapnia oraz dostarczenie nowego zapasu jonów sodu. Proces ten następuje wskutek przepłukania złoża wodą, a następnie solanką tworzoną dzięki uzupełnianemu w głowicy zmiękczacza tabletkom.

Złoża jonowymienne mają najczęściej postać kolumn filtracyjnych, przez które przepływa zmiękczana woda podawana przez zawór sterowany przez głowicę butli. Po wyczerpaniu się zapasu jonów praca urządzenia musi zostać wstrzymana, a złoże przepłukane. Częstotliwość regeneracji może być ustalana na podstawie czasu, jaki upłynął od ostatniego płukania – taka metoda sprawdza się dobrze tam, gdzie złoże filtruje wodę cały czas i można dość precyzyjnie ustalić tempo zużywania się jonów sodu. Inną możliwością jest prowadzenie płukania wówczas, gdy głowica zarejestruje odpowiedni poziom przepływu. Takie rozwiązanie będzie przydatne tam, gdzie filtracja zachodzi nieregularnie, a zużycie wody podlega dużym wahaniom.

Stacje zmiękczania wody występują w wersjach wyposażonych w różne głowice, jednak różnice między nimi obejmują również ilość kolumn filtracyjnych. Najprostsze urządzenia typu Simplex są wyposażone w jedną kolumnę filtrującą. Oznacza to, że w trakcie regeneracji po wyczerpaniu się złoża woda trafiająca do podłączonych do instalacji urządzeń nie jest filtrowana. Tam, gdzie taka sytuacja nie może mieć miejsca, używane są stacje zmiękczające typu Duet. W tym przypadku urządzenia są wyposażone w dwa złoża, w przypadku wyczerpania się pierwszego z nich głowica automatycznie przełącza się na na drugie, podczas gdy zużyta kolumna jest poddawana regeneracji. Producenci stacji zmiękczających oferują również rozwiązania składające się z kilku złóż. W zmiękczaczach typu multi filtracja jest przeprowadzana nieustannie, a z uwagi na wykorzystanie kilku kolumn filtracyjnych nie następują spadki ciśnienia.

Warto pamiętać, że stacje zmiękczające wodę powinny być podłączane do instalacji za filtrami mechanicznymi, tak by nie przedostawały się do nich inne zanieczyszczenia. W przypadku, gdy woda zawiera duże ilości żelaza albo manganu powinny one być usunięte wcześniej, ponieważ ich obecność wpływa niekorzystnie na trwałość złoża, powodując konieczność znacznie częstszej regeneracji.