Spośród wielu procesów pozwalających na usuwanie substancji organicznych z wody, w warunkach domowych największym zainteresowaniem cieszą się niskociśnieniowe procesy membranowe, tj. odwrócona osmoza i ultrafiltracja, które skutecznie eliminują również inne zanieczyszczenia. W zakładach uzdatniania wody najszersze zastosowanie ma przede wszystkim utlenianie, wymiana jonowa i adsorpcja na węglu aktywnym.
Spis treści:
- Związki organiczne w wodzie – co warto wiedzieć?
- Dlaczego należy usuwać związki organiczne z wody?
- Technologie usuwania związków organicznych z wody
- Usuwanie związków organicznych z wody – przegląd rozwiązań
- Jak usunąć związki organiczne z wody – podsumowanie
Związki organiczne w wodzie – co warto wiedzieć?
Substancje organiczne, zarówno w formie rozpuszczonej jak i nierozpuszczonej, występują we wszystkich rodzajach wód na świecie, nawet w zbiornikach powszechnie uważanych za czyste, takich jak jeziora na terenach oddalonych od skupisk ludzkich. Naturalne substancje organiczne w wodzie są mieszanką związków o różnych właściwościach[1][2].
Ogólny węgiel organiczny (OWO), czyli Total Organic Carbon (TOC) to parametr służący opisywaniu zanieczyszczeń organicznych (związków węgla) występujących w wodzie.
Związki organiczne w wodzie można oznaczyć na podstawie takich wskaźników jak utlenialność oraz intensywność zabarwienia wody. O tym drugim decydują przede wszystkim związki humusowe, które powstają w procesie humifikacji, czyli rozpadu materii organicznej. Można je podzielić na trzy grupy:
- Kwasy fulwowe – odpowiadają za żółtą lub żółto-brązową barwę wody
- Kwasy huminowe – odpowiadają za brązową lub brązowo-czarną barwę wody i rozpuszczają się w środowisku zasadowym
- Huminy – są nierozpuszczalne i nadają wodzie czarną barwę
Związki organiczne w wodzie – normy
Z uwagi na wyśrubowane normy wody pitnej, w dzisiejszych czasach usuwanie związków organicznych stało się koniecznością.
Zgodnie z najnowszymi wytycznymi Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) stężenie ogólnego węgla organicznego w wodzie (OWO) nie powino być wyższe niż 5 mg/l.
W polskich aktach prawnych również można znaleźć informacje dotyczące stężenia węgla organicznego w wodach. Są one określone dla trzech kategorii wód powierzchniowych (A1, A2 oraz A3) i prezentują się następująco:
- 5 mg/l dla wód wymagających prostego uzdatniania fizycznego
- 10 mg/l dla wód wymagających typowego uzdatniania fizycznego oraz chemicznego
- 15 mg/l dla wód wymagających wysokosprawnego uzdatniania fizycznego oraz chemicznego
Najwyższa dopuszczalna zawartość OWO w ściekach odprowadzanych do wód lub ziemi może wynosić do 30 mg/l. W kontekście wody przeznaczonej do spożycia, polskie normy wskazują, że zawartość zawartość ogólnego węgla organicznego musi pozostać „bez nieprawidłowych zmian”. W praktyce oznacza to, że stężenie OWO w ciągu roku nie powinno przekraczać 40 proc. wartości minimalnej.
Skąd biorą się związki organiczne w wodzie?
W wodach niezanieczyszczonych na skutek działalności człowieka, o stężeniu związków organicznych decydują przede wszystkim naturalne substancje organiczne (NOM), stanowiące produkty rozkładu organizmów roślinnych i zwierzęcych lub będące wydzieliną makro- i mikroorganizmów. Naturalna materia organiczna została podzielona przez naukowców na trzy odrębne grupy:
- Frakcja hydrofobowa w połowie odpowiada za stężenie rozpuszczonego węgla organicznego w wodzie i obejmuje substancje o dużej masie cząsteczkowej
- Frakcja hydrofilowa obejmuje związki takie jakie węglowodory, aminokwasy i białka
- Frakcja transfilowa w około 25 proc. odpowiada za stężenie rozpuszczonego węgla organicznego w wodzie i obejmuje związki o najmniejszej masie cząsteczkowej
Związki organiczne w wodach powierzchniowych to głównie kwasy hydrofobowe i substancje hydrofilowe, natomiast w wodach podziemnych występują głównie zanieczyszczenia zwane bituminami, czyli mieszaniny kwasów naftalenowych, tłuszczowych i węglowodorów. Znaczący wpływ na stężenie związków organicznych występujących w wodzie mają również procesy zachodzące w toni wodnej. Szczątki materii organicznej mogą się również przedostawać z lądu do wód podziemnych i powierzchniowych razem z opadami atmosferycznymi i spływem.
W wodach, których dotyczy zanieczyszczenie antropogenie, o stężeniu związków organicznych decyduje przede wszystkim rolnictwo, ścieki komunalne i przemysłowe, a także rurociągi, przez które przepływa woda.
Dlaczego należy usuwać związki organiczne z wody?
Chociaż materia organiczna w wodzie nie musi być toksyczna, jej wysokie stężenie może znacząco wpływać na jej właściwości fizykochemiczne oraz uszkadzać domowe sprzęty.
Związki organiczne mocno zmieniają parametry organoleptyczne wody, takie jak barwa, zapach i smak. Co więcej, powodują zakłócenie równowagi biologicznej, w tym samooczyszczanie wód.
W przypadku zanieczyszczenia wody materią organiczną, zawsze zalecam ostrożność podczas dezynfekcji wody. Niektóre związki organiczne mogą bowiem wchodzić w reakcje z chlorem tworząc w ten sposób szkodliwe produkty uboczne.
Piotr Pisarski
Obecność zanieczyszczenia, jakim są związki organiczne w wodzie jest zatem wysoce niepożądana. Z drugiej strony dobór optymalnej metody uzdatniania nie zawsze wydaje się oczywisty na pierwszy rzut oka. Aby znaleźć rozwiązanie optymalnie dopasowane do swoich potrzeb, warto poprosić o pomoc eksperta.
Choć węgiel organiczny nie jest tak szeroko dyskutowanym zanieczyszczeniem, jak choćby żelazo w wodzie, jego redukcja jest bardzo ważna, zarówno w przypadku wody przeznaczonej na cele spożywcze, jak i tej wykorzystywanej w przemyśle.
Technologie usuwania związków organicznych z wody
Usuwanie z wody związków organicznych, takich jak substancje humusowe, białka, lipidy, węglowodany, czy barwniki roślinne może się odbywać na różne sposoby. W zależności od przeznaczenia wody oraz jej zastosowania stosuje się bowiem zupełnie inne technologie. Spośród wielu procesów pozwalających na usuwanie substancji organicznych z wody, w warunkach domowych najlepiej sprawdzają się procesy membranowe, w tym odwrócona osmoza i ultrafiltracja. Z kolei w zakładach uzdatniania wody największą popularnością cieszy się utlenianie i adsorpcja na węglu aktywnym.
Adsorpcja na węglu aktywnym
Adsorpcja zanieczyszczeń organicznych na węglu aktywnym usuwa produkty uboczne utleniania chemicznego czy dezynfekcji, niektóre wirusy i zanieczyszczenia nieorganiczne. Do tego celu najczęściej wykorzystywany jest węgiel aktywny w postaci ziarnistej bądź granulowanej. O skuteczności tej metody decyduje jednak przede wszystkim pojemność adsorpcyjna, wielkość powierzchni właściwej węgla aktywnego, a także średnica i rozkład porów.
Utlenianie związków organicznych
Stosowanie utleniania do usuwania związków organicznych ma na celu mineralizację zanieczyszczeń oraz wytworzenie dwutlenku węgla i wody. Związki organiczne charakteryzują się skomplikowaną budową, w związku z czym ich redukcja jest trudniejsza niż w przypadku związków nieorganicznych.
Do utleniania najczęściej stosuje się chlor, dwutlenek chloru, nadtlenek wodoru, a także ozon. Wielocząsteczkowe związki organiczne rozpadają się pod wpływem tych substancji na struktury o mniejszej masie, przez co łatwiej je usunąć.
Przebieg procesu utleniania warunkuje kilka czynników, w tym budowa i stężenie utlenianego związku, rodzaj oraz dawka zastosowanego utleniacza, czas kontaktu, odczyn pH wody, temperatura, a także obecność innych zanieczyszczeń towarzyszących.
Wymiana jonowa
Ponieważ wiele makrocząsteczek organicznych ma charakter jonowy, możliwe jest również usuwanie związków organicznych w procesie wymiany jonowej.
Do redukcji związków organicznych z wody wykorzystywane są żywice anionowymienne. Zastosowanie takiej metody daje możliwość wykorzystania różnych mechanizmów separacji tych zanieczyszczeń.
Jeśli związki organiczne występują w postaci makroanionów, pomiędzy grupami jonowymi żywicy i grupami funkcyjnymi makrocząsteczek pojawiają się oddziaływania elektrostatyczne, dzięki którym możliwa staje się wymiana jonowa. Jeśli jednak cząsteczki związków organicznych mają postać niezdysocjowaną lub roztwór charakteryzuje się dużą siłą jonową, wówczas efekt redukcji stężenia związków organicznych jest osiągany dzięki fizycznej sile adsorpcji żywicy jonowymiennej. Jest ona rezultatem występowania tak zwanych sił van der Waalsa. Skuteczność oddziaływania wymiany jonowej na związki organiczne warunkuje skład fizykochemiczny, pH i temperatura wody, a także budowa jonów oraz rodzaj i ilość grup funkcyjnych.
Procesy membranowe
Redukcja związków organicznych w wodzie może się również odbywać w procesach membranowych. W aplikacjach przemysłowych i komercyjnych, optymalna metoda uzdatniania powinna być dobrana na podstawie jej atrakcyjności ekonomicznej oraz możliwości technicznego wykonania. Dzięki zastosowaniu procesów membranowych roztwór może być oczyszczany, zatężany i frakcjonowany. W kontekście usuwania materii organicznej, przemysłowa odwrócona osmoza jest uznawana za dobre rozwiązanie, ponieważ nie powoduje transformacji zanieczyszczeń i nie doprowadza do wtórnego zanieczyszczenia wody.
Usuwanie związków organicznych z wody – przegląd rozwiązań
W warunkach domowych związki organiczne można usuwać na dwa sposoby – centralnie za pomocą stacji uzdatniania wody lub punktowo, montując filtry kuchenne. Jednym z częściej stosowanych rozwiązań jest połączenie wymiany jonowej i procesów membranowych.
Uzdatnianie wody pitnej
W zakresie pozyskiwania wody pitnej, najlepiej sprawdza się odwrócona osmoza, która oprócz materii organicznej usuwa do 99 proc. innych zanieczyszczeń, w tym szkodliwe dla zdrowia drobnoustroje. W tej kategorii produktów świetne recenzje zbierają filtry kuchenne polskiej marki Ecoperla – innowacyjne i wielostopniowe systemy filtracyjne obejmujące nie tylko membranę osmotyczną, ale również wkłady węglowe i mechaniczne. Ponieważ woda po odwróconej osmozie nie zawiera naturalnie występujących w niej minerałów, można je uzupełnić montując wkład rewitalizacyjny Ecoperla Elixir. Na szczególną uwagę zasługują także systemy odwróconej osmozy Atlas Filtri OASIS Sanic z bakteriostatyczną powłoką Microban®, która działa w oparciu o właściwości srebra oraz triklosanu. Węgiel impregnowany srebrem zapewnia maksymalnie higieniczny pobór wody, ponieważ eliminuje ryzyko namnażania drobnoustrojów wewnątrz filtra.
W warunkach domowych usuwanie związków organicznych z wody pitnej może się również odbywać na drodze ultrafiltracji. Membrana kapilarna zatrzymuje substancje niejonowe, koloidalne oraz makromolekuły wykorzystując do tego efekt sitkowy. Dodatkowo ultrafiltracja pozbawia wody białek, polsacharydów, niektórych wirusów, barwników, enzymów, chloru i witamin. Pozostają w niej natomiast minerały, cukry, kwasy organiczne, jony nieorganiczne, a także produkty degradacji cieplnej.
Ultrafiltracja to doskonała metoda filtracji dla tych, którzy mają wodę nie najgorszej jakości, czyli średnio lub mało zanieczyszczoną. Nie polecam tego rozwiązania w przypadku wody bardzo twardej, ponieważ membrana kapilarna potrafi się zapchać po kilku miesiącach.
Piotr Pisarski
Uzdatnianie wody w całym domu
Na pytanie jak usunąć związki organiczne z wody w całym domu, najlepszą odpowiedzią są kolumny węglowe. Oczyszczanie wody na bazie tego rozwiązania sprawdza się nie tylko w dużych zakładach przemysłowych, ale także w warunkach domowych. Filtry węglowe eliminują niemal 99 proc. zawiesin obecnych w wodzie, a jednocześnie usuwają z niej chlor i jego pochodne. W efekcie, woda jest nie tylko czysta, ale też delikatniejsza dla skóry i włosów podczas kąpieli.
Centralna stacja uzdatniania wody może również obejmować kolumny wielofunkcyjne, takie jak seria Ecoperla Multitower. Są to urządzenia zbudowane z solidnej butli epoksydowej wypełnionej najlepszej jakości autorskim złożem marki Ecoperla, które skutecznie usuwa aż pięć rodzajów zanieczyszczeń – wyeliminuje z wody żelazo, mangan, amoniak, związki organiczne, a także zredukuje barwę i wysoki stopień twardości wody.
Ecoperla Multitower została wyposażona w innowacyjny Ecoperla Smart System, dzięki któremu można znaczne obniżyć koszty eksploatacji urządzenia, dlatego polecam tę serię wszystkim osobom, które szukają maksymalnie ekonomicznych sposobów na poprawę jakości wody w całym domu.
Piotr Pisarski
Złoże zastosowane w Ecoperla Multitower to jedna z najlepszych i najbardziej wydajnych mieszanek filtracyjnych obecnych na rynku, którą regeneruje się przy udziale roztworu solanki oraz przepływu współprądowego. Stacje wielofunkcyjne Ecoperla Multitower występują w trzech wariantach różniących się wydajnością oraz wymiarami. Dobór produktu uzależniony jest od parametrów wody oraz pożądanej wydajności procesu uzdatniania.
Jak usunąć związki organiczne z wody – podsumowanie
Ze względu na powszechne występowanie związków organicznych w wodzie, ich usuwanie jest obecnie koniecznością. Chociaż zakłady wodociągowe mają obowiązek uzdatniać wodę zgodnie z obowiązującymi normami, istnieje wiele skutecznych rozwiązań tego problemu, które można stosować również w warunkach domowych. Adsorpcja na węglu aktywnym, wymiana jonowa i procesy membranowe to doskonały sposób na to, aby uzyskać czystą i zdrową wodę prosto z kranu. Wystarczy sięgnąć po urządzenia od sprawdzonych producentów.
