Филтрација воде

Филтрација воде је поступак пропуштања воде кроз порозну средину (филтерски материјал). Примењује се за уклањање колоидних честица и микроорганизама (првенствено бактерија) који су након процеса таложења заостале у води, посебно најситнији колоиди који се нису успели слепити у флокуле, већ се и даље налазе у води. Током филтрације ће и те честице бити уклоњене у додиру с филтерским материјалом.^[1]

У водоводима се данас као основни филтрациони материјал примјењује кварцни песак. Ова врста песка садржи силицијум диоксид (СиО₂), који успешно неутралиђе преостале могуће силе колоида заостале у води након процеса таложења. На филтрацију се доводи вода са мутноћом до 8 (изузетно 16) [°НТУ], јер би већа мутноћа изазвала брзо прљање филтерског материјала, и потребу за његово врло често прање (чишћење).

Филтрација воде је сложен поступак који у себи обједињује следеће:^[2]

• Механичко дејство — које се састоји у одстрањивању честица већих од пора филтерског материјала,
• Адхезијско дејство — које се огледа у приањању честица на површину филтерског материјала,
• Адсорпцијско дејство — које се састоји од припијања (на површини филтерског материјала) честица које са водом продиру у порозну средину,
• Таложно дејство — које се састоји у гравитацијском издвајању честица које с водом продиру у унутрашњост филтерског материјала,
• Хемијско дејство — које се огледа у растављању (дисоцирању) мутноће на ситније делове или у њеном претварању у нераствориву масу која се потом уклања из воде,
• Биолошко дејство — које се огледа у стварању биолошке опне или превлаке (филма, мембране) од микроорганизама.

Поступак филтрирања се одвија у посебним објектима – или филтрационим уређајима.

Током 19. и 20. века, пречишћавање воде за пиће у домаћинствима обављало се углавном спорим филтерима или бррзим филтерима. Споро пречишћавањевршено је кроз биолошку опну коју стварају микроорганизми на површини филтрирајућег слоја, и зато носи назива и површинско филтрирање. Брзо пречишћавање настаје филтрирањем кроз цели филтарски слој, и носи назив дубинско филтрирање.

Иако је и пре било мањих система за пречишћавање питке воде, град Паислеy у Шкотској био је први који је створио систем за пречичћавање воде за цели град 1804. године (таснован на спором филтрирању). Након тога је више стотина система за филтрирање воде саграђено у Европи. Убрзо је откривено да се додавањем алуминијум сулфата у необрађену воду не само побољшава квалитет воде већ и убрзава сам поступак. Тако је настало брзо филтрирање које је убрзало сам поступак пречишчавања воде и до 60 пута.

Зависно од начину кретања воде кроз филтарски материјал, филтери се деле на:

• гравитационе филтере
• филтере под притиском,
• вакуумске филтере.

По начину рада и задржавања растворених честица могуће је разликовати:

• споро филтрирање
• брзо филтрирање.

Гравитациони филтер је отворени резервоар у којем се изнад филтрирајућег слоја налази вода са слободним водненим лицем. Филтрирањ настаје због деловања силе теже због висинске разлике између довода и одвода воде на филтеру.

Гравитационо филтрирање се одвија у филтрима који се граде као отворени армиранобетонски базени у чијем је доњем делу дренажни систем (дренажа) за одвод филтриране воде. На дренажни систем се полаже слој филтрирајућег материјала. Вода која је прошла поступак таложења доводи се на филтрацииони материјал и силазним током пречишчава.

Основни елементи који се одређују приликом проектирања ових филтера су брзина филтрирања, дозвољени хидраулички губици на филтеру и оптимално време рада филтера између два прања, односно чишћења. Хидраулички губици првенствено зависе од:

• особина филтерског материјала (дебљина слоја, порозности, димензије и проценату учешћа појединих фракција),
• брзине филтрирања,
• вискозности воде,
• гравитацијском деловању.

Оптимално време рада филтера одређује се на основу два услова:

• Првог, који се односи на прљање филтерског материјала, због чега у процесу филтрирања постепено долази до смањења порозности испуне филера, односно до зачепљења пора, а тиме и до до повећања хидрауличких губитака (колматације). Ти се губици повећавају кроз период током којег њихова вредност досеже вредност расположивог притиска;
• Други увслов се односи на чињеницу да са порастом прљања филтерског материјала долази до повећања брзине протока воде у порама, што доводи до деломичног изношења честица суспензије које су се претходно задржале у порама. Као резултат тога долази до погоршавања квалитета филтриране воде.

Филтери под притиском су затворени (челични) цилиндрични резервоари у који се вода доводи под притиском. Филтрирање настаје због разлике притиска на доводу и одводу воде.

Вакуумски филтри су врста филтера код којег на одводу филтриране воде влада потпритисак (који је нижи од атмосферског притиска).

Споро пречишчавање воде настаје филтрирањем кроз биолошку опну коју образују микроорганизми на површини филтерског слоја. Зато се оно назива и површинско пречишчавање. Одлика ових филтера је велико смањење мутноће и велики проценат задржавања бактерија (од 98 до 99%).

Поступак спорог пречишћавање које се одвија на спорим филтерима, примењује са за филтрирање некоагулисане воде која садржи ниску мутноћу (ретко преко 8°НТУ).

Ови филтери раде на малим брзинама филтрирања, обично 0,1 до 0,3 м/х (најчешће 0,2 м/х) и протока до 1.000 м³/дан.

Како је овим филтерима потребна велика површина, то утиче на њихове релативно високе инвестиционе трошкове.

Брза филтрација се врши кроз цели филтарски слој, изато носи назива и дубинско филтрирање. Поступак се одвија на брзим процеђивачима који се примењују за филтрирање воде која је прошла поступак таложења и има мутноћу највише 8°НТУ.

Ова филтрација ради на релативно великим брзинама филтрирања, обично 5 до 7 м/х (изнимно 15 м/х), у зависности од гранулометријским особина филтерског слоја и врста филтера. Због велике брзине филтрирања, потребна површина ових филтрира је вишеструко мања у односу на споре филтре. Међутим, са друге стране, код брзих филтера присутно је знатно брже загађење, а тиме и потреба њиховог чешћим прањем (у просеку 1 до 2 пута дневно).

Филтрација активним угљем се користи за филтрирање ваздуха и гасова (пречичавање ваздуха, пречишћавање биогаса, уклањање мириса, пречишћавање димних гасова, природно пречишћавање, филтрирање пара растварача), филтрирање воде (филтрирање воде за пиће, филтрирања индустријских или комуналних отпадних вода, филтрирања котловских и расхладних вода, у филтерима за кућну употребу, за филтрирање воде у базенима и акваријима), обрада течности (активни угаљ се користи за уклањање растворених органских суспстанци, и за контролу укуса и мириса у хемијској, фармацеутској и прехрамбеној индустрији, као што су глукоза, масти и уља, глутамати, шећери, пиво и сокови) и за посебне примене (код прераде злата, мембранске филтрације, у дуванској индустрији, у климатизационим уређајима, код разних каталитичких процеса и друго).

Керамички филтери за пречићавање воде су врста једноставних, јефтиних и корисних филтера, који се у поступку пречишчавања користе за уклањање прљавштине, нечистоћа и бактерија из воде.

Најраширенији материјал за филтрацију воде је кварцни песак. Осим кварцног песка, у примени су и материјали као што су:^[2]

• хидроантрацит,
• активни угаљ,
• специјални минерали (зеолити)
• заштићени производи разних произвођача.

Честице или зрнца кварцног песка требају бити што сличније облику кугле. Зависно од намене филтера (квалитета прљања) бира се одговарајућа филтрацијска испуна, која одговара једној ог гранулацијских испуна. За сваку гранулацијску групу стандард прописује дозвољени садржај честица изнад и испод гранулацијског распона. Осим удела финијих и крупнијих честица, прописана је и расподела гранулационих фаза филтрацијске масе, увођењем коефицијент униформности У:

У = д₆₀ / д₁₀ ≤ 1,5

гдје је:

• д₆₀ — величина честице филтрацијске испуне у мм са 60% масеног удела филтарционе испуне коју чине честице мање или једнаке д₆₀;
• д₁₀ — величина честице филтрационе испуне у мм са 10% масеног удела филтарцијске испуне коју чине честице мање или једнаке д₁₀.^[2]

Гранулометријска исправност филтра је врло битна за квалитету филтрацијског процеса. Јер се тиме постижу већи учинци одвајања (сепарације) суспендованих супстанци, дужи радни век између два прања, већи учинак (капацитет) филтера, мањи пад притска преко филтерске испуне.

Садржај, односно масени удео кварца (СиО₂) мора бити минимално 96%. Филтрацијски материјал за припрему питке воде не сме бити загађен сусптанцама, чије би растварање погоршавало квалитет у филтриране воде. Густоћа кварцног песка мора бити у распону од 2.500 до 2.670 кг/м³. Насипна густоћа сувог кварцног песка је око 1.600 кг/м³.

Примена вишеслојних филтерских испуна доноси знатна побољшања у процесу филтрације, јер се примјењују различити материјали као што су кварцни песак, хидроантрацит, кокс и други. Једна од најчешћих комбинација је хидроантрацит/кварцни пиесак.

Хидроантрацит је чврсти, сјајно-црни, оштроугаони минерал мање специфичне тежине, па се у филтер ставља као горњи слој испуне. По свом саставу је готово чисти угљеник, а по пореклу најстарији угљеник, односно последњи у низу трансформације биљних остатака.^[2]

Важно својство ових филтера је да је гранулација хидроантрацита уекк већа од гранулације песка. Као доњи, носиви слој користи се кварцни песак гранулације од 2,0 до 3,15 мм.

Гравитациони, односно отворени филтери се пројектују са минималним висинама слоја од 600 мм за кварцни песак, и 400 мм за хидроантрацит. Уз то се препоручује и носиви слој кварцног песка већи од 200 мм. Приликом прања филтера специфично лакши антрацит хидрауличном сепарацијом остаје као горњи слој филтерске масе. Како се хидроантрцит састоји од честица веће гранулације (у односу на песак) задржавају се само крупније нечистоће, а финије пролазе кроз антрацит до финије гранулираног кварцног песка односно до другог филтрацијског слоја. Тиме се омогућује дубинска филтрација, која има одређене предности:

• бољи учинак филтрације,
• повећање брзине филтрације,
• повећање учинка филтера,
• повећање сигурности против продора нечистоћа,
• смањење специфичног утрошка воде за прање,
• продужење трајања радног периода филтера.

Постоје, међутим извесни захтеви код система за прање филтера. Наиме док се за једнослојне пешчане филтере поступак прања састоји од противпрања водом од око 20 м³ воде/м²х и проветравања ваздуха с око 50 м³/м²х, код вишеслојних филтера користе се већи волумни протока од 40 до 70 м³ воде/м²х уз краће трајање самог прања.

Медији везани за чланак Филтрација воде на Викимедијиној остави