Filtracja wody piaskiem kwarcowym — klasyka

Piasek kwarcowy od lat jest podstawowym materiałem filtracyjnym stosowanym do uzdatniania wody:

w wodociągach,

oczyszczalniach ścieków,

basenach,

studniach głębinowych.

Jego zadaniem jest mechaniczne usuwanie zanieczyszczeń stałych, takich jak piasek, muł, cząstki organiczne czy związki żelaza. Proces ten nazywamy sedymantacją lub filtracją mechaniczną.

Dlaczego piasek kwarcowy? Cechy dobrego złoża filtracyjnego

Wysokiej jakości piasek kwarcowy do filtracji musi spełniać konkretne wymagania:

Czystość SiO₂ ≥ 96,7%,

Dokładne odpylanie (płukanie wielokrotne),

Niska wilgotność (ok. 1%) dzięki suszeniu i wyprażaniu,

Wysoka temperatura spiekania (>1450°C),

Odporność na ścieranie i uszkodzenia,

Neutralne pH = 7 (nie zmienia smaku i barwy wody),

Codzienne kontrole jakości i atesty higieniczne.

Multimedialne złoża piaskowe — jak to działa?

Poprzez zastosowanie różnych frakcji (od 0,2 mm do 8,0 mm), piasek tworzy sito filtracyjne, które zatrzymuje cząstki o różnej wielkości. Z czasem, w trakcie pracy filtra, złoże „wpracowuje się” — czyli cząstki zanieczyszczeń oblepiają ziarna piasku, zwiększając jego skuteczność, ale i opory hydrauliczne.

Problemy klasycznego filtra piaskowego:

Wzrost oporów przepływu (złoże „zatyka się” zanieczyszczeniami),

Zlepianie się ziaren i tworzenie „stref martwych” w filtrze,

Spadek wydajności i częste płukania regeneracyjne,

Wysokie zużycie energii (fluidyzacja wymaga dużego przepływu wody),

Kominowanie przepływu wody (woda wybiera najłatwiejszą drogę, filtracja jest nierównomierna).

poniżej skolmatowane złoże kwarcowe

Płukanie złoża — czyli jak czyścić piasek?

Aby przywrócić sprawność złoża, stosuje się tzw. płukanie przeciwprądowe. Woda przepływa z dużą siłą od spodu filtra, oddzielając ziarna i usuwając zanieczyszczenia. Pomaga w tym również napowietrzanie (dmuchawy), które spulchnia luźne osady.

Jednak gdy złoże jest już skolmatowane (zlepione, „zużyte”), samo powietrze nie wystarczy. Wtedy konieczna jest wymiana piasku.

Nowoczesne rozwiązania: klinoptylolit i innowacyjne złoża

Alternatywą dla klasycznego piasku są nowoczesne media filtracyjne, jak klinoptylolit, które:

Mają większą powierzchnię właściwą,

Charakteryzują się lepszymi zdolnościami adsorpcyjnymi,

Wymagają mniejszych przepływów do fluidyzacji,

Są bardziej odporne na zlepianie i skolmatowanie.

Dysze filtracyjne — mały element, wielkie znaczenie

Prawidłowy dobór i stan techniczny dysz filtracyjnych jest kluczowy dla równomiernego przepływu wody przez złoże. Zużyte lub źle dobrane dysze przyczyniają się do powstawania „kominów” przepływu i nierównomiernego obciążenia złoża.

Podsumowanie: Piasek kwarcowy to sprawdzony i skuteczny materiał filtracyjny.

Jego skuteczność zależy od jakości ziarna, sposobu eksploatacji i konserwacji.

Nowoczesne rozwiązania (klinoptylolit, innowacyjne złoża, dmuchawy) pozwalają zoptymalizować pracę instalacji.

Dbałość o dobór i stan dysz filtracyjnych znacząco wpływa na wydajność i koszty eksploatacyjne.

Technologia, która bazuje na tradycyjnym modelu filtracyjnym z wykorzystaniem właściwości separacyjnych piasku kwarcowego z udziałem powietrza w procesie płukania jest bardzo powszechna i w wielu aspektach spełnia swoją rolę. Jednakże posiada też swoje wady wynikające z charakterystyki materiału filtracyjnego. Piasek tworzy tzw. sito filtracyjne o właściwościach zależnych od wielkości poszczególnych ziaren i jako taki dla drobnej zawiesiny nie stanowi bariery. Dopiero po wpracowaniu uzyskuje znacznie lepsze parametry filtracyjne, ale niestety jest to okupione ogólnym spadkiem wydajności filtracji i znacznym wzrostem kosztów eksploatacyjnych z tytułu częstotliwości i czasów płukań. Wpracowanie złoża, to nic innego jak gromadzenie się zanieczyszczeń na poszczególnych ziarnach piasku, przez co wzrasta opór hydrauliczny w cyklu pracy, ale co ważniejsze zmienia się charakterystyka pracy złoża w cyklu płukania. Aby filtr pomiędzy cyklami pracy uzyskał ponownie pełną zdolność filtracyjną musi zostać wywołane zjawisko fluidyzacji złoża, które jest realizowane w trakcie płukania przeciwprądowego i objawia się tym, że każde ziarno znajdujące się w filtrze jest od siebie oddzielone wodą i uzyskuje jako całość charakterystykę cieczy. Dzięki temu z filtra usuwane są zanieczyszczenia z całej jego objętości. Piasek niestety jest materiałem stosunkowo ciężkim (1 litr = ok. 1,6 kg) i aby nastąpiła fluidyzacja potrzebna jest duża ilość energii w postaci przepływającej wody, dodatkowo niezbędne do prawidłowej pracy filtra „wpracowanie”, czyli zanieczyszczenie ziaren znacznie zwiększa opory hydrauliczne i adhezyjne. Pojedyncze ziarna, są w pierwszej kolejności oblepiane zanieczyszczeniami, których siły przylegania są tak duże, że sam przepływ wody nie może ich oderwać, a następną fazą degradacji jest wzajemne zlepianie złoża. Z czasem obszar dysfunkcyjny wewnątrz filtra powiększa się znacznie ograniczając zdolności filtracyjne. 

Zapewniamy właściwy dobór dysz filtracyjnych, dostawę i jeśli potrzeba wymianę. 

Nie oznacza to, że filtr przestaje całkowicie działać, ponieważ występuje wówczas zjawisko separacji - wewnątrz filtra tworzy się strefa „intensywnej pracy” i „strefy martwe”. Woda zamiast być filtrowana całą objętością filtra przechodzi tylko przez jego część, a zewnętrznym efektem tego zjawiska jest pogorszenie parametrów wody, skrócenie czasów pomiędzy płukaniami lub wydłużenie czasów płukań oraz wzrost oporu hydraulicznego w trakcie filtracji. Panaceum na to zjawisko miało być zastosowanie dmuchaw i dołożenie powietrza w trakcie płukanie. Jeżeli chodzi o dmuchawy to spełniają one swoją rolę, ale tylko kiedy złoże nie jest skolmatowane. Ilość generowanego powietrze przy niskim ciśnieniu nie jest w stanie rozbić zbitego piasku, ma natomiast silne działanie spulchniające dla luźnych osadów zgromadzonych w filtrze, dzięki czemu są one łatwiej usuwalne. Reasumując dmuchawa działa bardzo dobrze na złoże w dobrej kondycji, ale nie oczyści zniszczonego, skolmatowanego złoża. Dodawanie powietrza do procesu płukania może pomóc, ale często jedynym efektem są straty złoża w płukaniach i wytworzenie wewnątrz filtra tzw. kominów, którymi woda wypracowuje sobie najłatwiejszą drogę. 

ALTERNATYWĄ dla złóż piaskowych jest Actiw Filter - aktywne złoże o cechach bardzo korzystnych z punktu widzenia uzdatniania wody. Złoże Actiw Filter jest materiałem porowatym zbudowanym głównie z krzemu z niewielką domieszką glinu, dzięki czemu przy zachowaniu wysokiej odporności mechanicznej oferuje właściwości sorpcyjne i bardzo dużą porowatość, która wynosi 32%, a powierzchnia aktywna to aż 60m²/g. - dla piasków powierzchni aktywnej się nie podaje, ponieważ jest ona znikoma. Złoże Actiw Filter podlega wyprażaniu w temperaturze powyżej 420 ⁰C w celu całkowitego oczyszczenia z mikrozanieczyszczeń organicznych i uzyskania wysokiej twardości.

- Opisywane złoże ma świetny stosunek masy do objętości 1 litr = 0,9 kg z czego wynikają znacznie mniejsze opory w trakcie płukań, a złoże nie ulega miejscowej kolmatacji.

- Struktura porowata i kształt pojedynczych ziaren wspomaga dynamikę płukania wstecznego dynamizując i poprawiając warunki dla skutecznego usunięcia zanieczyszczeń.

- Złoże nie wymaga stosowania powietrza w trakcie płukania.

- Zdolność filtracyjna wynosi od 2 - 5 micron, co pozwala produkować wodę o bardzo dużej klarowności. Piaski to zależnie od charakterystyki 20-40 micron.

- Jako materiał porowaty skuteczniej usuwa mikro zawiesiny koloidalne, ale również wspomaga usuwanie manganu i żelaza z wody.

- Skutecznie usuwa arsen po wstępnej aktywacji np. chlorkiem żelaza.

- Actiw Filter posiada właściwości wymiany jonowej, dzięki czemu usuwa z wody metale ciężkie i pierwiastki radioaktywne.

- Jest doskonałym materiałem filtracyjnym do usuwania niskich przekroczeń dla amoniaku bez dodatkowych inwestycji.

- Zastosowanie złóż Actiw Filter pozwala uniknąć problemów charakterystycznych dla piasków przy jednoczesnym uzyskaniu lepszych parametrów wody i zwiększeniu prędkości filtracyjnej.

Dzięki właściwościom fizycznym Actiw Filter możemy zarówno wydłużyć okresy pomiędzy płukaniami, jak i skrócić czasy płukań. Złoże nie generuje wysokich oporów hydraulicznych w trakcie pracy. Actiw Filter jest złożem trwałym i może pracować do 10 lat. Złoże dostarczamy w workach 20 kg lub big-bag. Posiadamy wszystkie niezbędne granulacje stosowane w uzdatnianiu wody od 0,5 - 8 mm. Actiw Filter unikatowe złoże, jego charakterystyka pozwala uzyskać wymienione wyżej konkretne efekty technologiczne i np. obniżone opory filtracji o 30% - powodując mniejsze obciążenie energetyczne pomp głębinowych i zmniejszając czasy regeneracji płukań wstecznych do 50%. Jednocześnie jest molekularnym sitem biologicznym: zdolność zatrzymywania mikroorganizmów jak bakterie E.coli i pasożyty.

Porównanie filtracji przy użyciu piasku kwarcowego i złoża ACTIW FILTER

Kategoria	Piasek kwarcowy	ACTIW FILTER
Efektywność filtracji	Wysoka dla większych cząstek, jednak mała skuteczność dla drobnych zawiesin (<20 μm). Skuteczność poprawia się po „wpracowaniu”, ale kosztem wydajności i wzrostu kosztów eksploatacyjnych.	Bardzo wysoka zdolność filtracyjna (2–5 μm), zapewniająca doskonałą klarowność wody. Skuteczne usuwanie mikro zawiesin koloidalnych, manganu, żelaza, a nawet arsenu i metali ciężkich.
Opory hydrauliczne	Rosną znacznie w miarę użytkowania złoża, wymagając większej energii do utrzymania przepływu.	Niskie opory hydrauliczne dzięki niższej masie złoża (1 litr = 0,9 kg) i dużej porowatości (32%). Redukcja oporów o 30%, co zmniejsza obciążenie pomp i zużycie energii.
Płukanie i regeneracja złoża	Wymaga dużych ilości wody i energii z powodu ciężaru złoża (1 litr = ok. 1,6 kg). Konieczność stosowania powietrza do płukania i ryzyko tworzenia stref martwych lub kominów w filtrze.	Niskie zapotrzebowanie na wodę i energię podczas płukań dzięki niższej masie, fluidyzacji i rezonansowi hydraulicznemu. Płukanie wsteczne jest bardziej efektywne i wymaga krótszego czasu, redukując koszty regeneracji nawet o 50%. Złoże nie wymaga stosowania powietrza podczas płukania.
Żywotność złoża	Wysoka, ale pogarszająca się w miarę kolmatacji i zlepiania ziaren zanieczyszczeniami. Wymaga częstej wymiany w przypadku intensywnego użytkowania. Zdarzają się przy "ścieżkowaniu" oberwania dennicy filtra.	Bardzo wysoka – złoże trwałe, może pracować do 10 lat. Nie ulega kolmatacji miejscowej, dzięki czemu zachowuje stałą wydajność i parametry filtracyjne przez długi okres użytkowania.
Zdolności sorpcyjne i aktywne	Minimalne – nie wspiera dodatkowych procesów oczyszczania wody (np. usuwania metali ciężkich, amoniaku, czy pierwiastków radioaktywnych).	Wysokie właściwości sorpcyjne i wymiany jonowej. Usuwa z wody metale ciężkie, pierwiastki radioaktywne, amoniak oraz mikroorganizmy, takie jak bakterie E. coli i pasożyty.
Praca w cyklu filtracyjnym	Występowanie stref martwych i „intensywnej pracy” w przypadku kolmatacji. Woda filtruje się tylko przez część złoża, co obniża jakość uzdatniania i zwiększa częstotliwość płukań.	Struktura porowata i jednolity rozkład przepływu zapewniają efektywną filtrację w całej objętości filtra, bez stref martwych. Możliwość wydłużenia okresów pomiędzy płukaniami.
Właściwości fizyczne	Ciężki materiał (1 litr = 1,6 kg), wymagający dużej energii do płukań i obsługi. Niska aktywna powierzchnia filtracyjna.	Lekki materiał (1 litr = 0,9 kg) o bardzo dużej powierzchni aktywnej (60 m²/g), co wspiera dynamikę płukania i skuteczność filtracji.
Zastosowanie dodatkowe	Ograniczone do filtracji mechanicznej większych cząstek.	Wspiera usuwanie trudnych zanieczyszczeń (arsen, amoniak), pierwiastków radioaktywnych, a także działa jako molekularne sito biologiczne zatrzymujące mikroorganizmy.
Koszty eksploatacyjne	Wysokie – duże zużycie wody i energii podczas płukań, częste wymiany złoża w przypadku intensywnej eksploatacji.	Niższe – redukcja zużycia energii o 30% i skrócenie czasów płukania do 50% co przekłada się na obniżenie ilości wody a co za tym idzie zmniejsza o tyle koszty. Dłuższa żywotność złoża zmniejsza potrzebę częstej wymiany

W razie pytań: grzegorz@actiw.pl tel. +48 883 106 900, +48 71 321 86 91