Subiectul tehnicilor de filtrare a apei ar putea speria pe cititorul neavizat, dar, te asigur că modul de prezentare este simplu, clar și ușor de înțeles de către oricine.
Prezentarea tehnologiilor folosite de filtrele de apă nu este exhaustivă pentru că nu se adresează specialiștilor.
Acest capitol are ca scop să îți pună la dispoziție informațiile strict necesare pentru ca tu să înțelegi corect ce poate să facă și ce nu poate să facă fiecare tehnologie în parte. În acest fel, vei putea să discerni mai ușor informațiile false de cele corecte și să îți alegi filtrul dorit, în deplină cunoștință de cauză.
Tehnologiile de filtrare se împart în 3 mari clase: mecanică, fizică și chimică. Există și tehnologii care au o natură mixtă fizico-chimică, cum este cazul cărbunelui activat, dar acestea vor fi abordate separat.
Filtrarea mecanică
Filtrarea mecanică presupune existența unei bariere de care anumiți contaminanți să nu poată să treacă. Cea mai simplă comparație este cu sitele folosite în bucătarie pentru separarea plantelor din ceai.
Principiul de funcționare este extrem de ușor de înțeles: cu cât „ochiurile” sitei sunt mai mari, cu atât vor putea să treacă particule cu diametru mai mare. Și reciproca este deopotrivă valabilă: cu cât ochiurile sunt mai mici, particulele cu diametru mai mare vor fi oprite și vor putea trece doar cele cu diametru mai mic decât al porilor.
Filtrarea mecanică echivalează cu „arestarea” particulelor mai mici decât porii pentru ca acestea să nu ajungă în organism.
Exemple: prefiltrarea (filtrarea de sedimente), microfiltrarea, ultrafiltrarea, nanofiltrarea și osmoza inversă.
Avantaje: principalul avantaj constă din aceea că, dacă bariera este corect proiectată și executată va apăra cu străjnicie corpul tău de contaminanții din apă susceptibili a fi capturați mecanic.
Dezavantaje: filtrarea mecanică, deși atât de mult lăudată, are și unele dezavantaje, de care este bine să ții cont.
Este susceptibilă de colmatare dacă particulele mai mari acoperă porii mici ai „sitei”. Aspect valabil și prin dezvoltarea microorganismelor capturate și formarea de biofilm.
Are nevoie de redundanță fiindcă, dacă materialul are un defect sau dacă un obiect înțepător lărgește porii, pot să treacă contaminanți pe care te-ai fi așteptat să îi rețină (se întâmplă destul de rar, dar nu este de ignorat).
De obicei, conduce la scăderea debitului apei, în special în cazul membranelor și a oricăror alte tipuri de filtre submicronice (care filtrează toate particule mai mari de 1 micron).
Nu toți contaminanții sunt susceptibili de a fi opriți prin filtrare mecanică, nici măcar în cazul osmozei inverse. Am auzit, în destule cazuri, chiar vânzători de filtre de apă care erau convinși că osmoza inversă oprește tot mai puțin molecula de apă, lucru complet fals.
În continuare, îți voi prezenta, succint, câteva dintre cele mai reprezentative filtre mecanice.
Filtrarea sedimentelor
Filtrarea sedimentelor se poate face cu filtru dedicat din spumă de PP, fir de PP sau bumbac, filtru de tip acordeon din celuloză, filtru ceramic sau cu o membrană de tip acordeon.
Filtrarea de sedimente, denumită și prefiltrare, este acea tehnică prin care particulele relativ mari, 10-1000 μm, sunt oprite mecanic cu scopul de a menaja filtrele următoare.
În ceea ce privește filtrele de uz casnic, prefiltrarea privește intervalul 1-10 μm. Precizare: teoretic, acest interval ține, mai degrabă, de microfiltrare, însă, în practică, este alocat filtrării de sedimente, iar microfiltrarea are alocat intervalul 0,1 μm-1 μm.
Filtrarea de sedimente este „Cenușăreasa” domeniului, cea mai puțin observată, discutată și apreciată.
Cu toate acestea, ea joacă un rol foarte important în durata de viață și performanța filtrelor următoare, care, de cele mai multe ori, sunt și mult mai scumpe.
Cel mai bun tip de prefiltrare este cea bazată pe o membrană dedicată care îi asigură un plus de performanță comparativ cu prefiltrele obișnuite, iar, dacă este de tip acordeon, o să asigure o durată de viață mai mare.
Particule cel mai frecvent separate din apă cu ajutorul prefiltrării sunt: rugină, mâl, nisip, formațiuni calcaroase, etc.
Descrierea detaliată a tipurilor de prefiltre, cum să le alegi, când se schimbă, le găsești în pagina dedicată tehnicii de prefiltrarare a sedimentelor.
Microfiltrarea (MF)
Microfiltrarea este acel procedeu de separare mecanică a particulelor mici din apă cu ajutorul unei membrane, a unui bloc de carbon sau a unui filtru ceramic.
Le nivel teoretic, microfiltrarea vizează intervalul 0,1 μm – 10 μm, însă, în practică se referă doar la intervalul 0,1 μm – 1 μm.
Cel mai frecvent, microfiltrarea se realizează folosind o membrană, dar există și cartușe ceramice sau cartușe din bloc de carbon care pot face acest lucru cu succes (deși mult mai rar).
Materialele folosite la fabricarea unui filtru de microfiltrare sunt următoarele: oțelul inoxidabil de grad alimentar, plasticul, ceramica, cărbunele activat, țesăturile textile, etc.
Particule cel mai frecvent separate din apă cu ajutorul microfiltrării sunt: nisipul, nămolul, argila, rugina, polenul, protozoarele (ex. Giardia lamblia și Cryptosporidium), algele, hidrocarburile aromatice policiclice (PAHs) și unele bacterii mari.
Ultrafiltrarea (UF)
Ultrafiltrarea este una dintre cele mai utilizate tehnici de filtrare mecanică atât a apei, cât și a altor lichide și presupune separarea particulelor submicronice cu ajutorul presiunii aplicate asupra unei membrane semipermeabile.
Ultrafiltrarea, în sens larg, comportă o porozitate între 0.1 micron și 0,01 microni.
Cele mai cunoscute materiale din care sunt fabricate membranele de ultrafiltrare sunt patru polimeri, respectiv: fluorura de poliviniliden hidrofilizată (PVDF), polisulfona (PSU), polipropilenă (PP) și acetat de celuloză (CA).
Cu ajutorul unei membrane de UF se pot reduce următorii contaminanți: polenul, protozoarele (ex. Giardia lamblia și Cryptosporidium), algele, hidrocarburile aromatice policiclice (PAHs), aproape toate bacteriile, turbiditatea, virusurile de dimensiuni mari sau virusurile mici atașate de bacterii precum și macromoleculele organice (carbohidrați, lipide, proteine, acizi nucleici).
Nanofiltrarea (NF)
Nanofiltrarea este un proces mecanic de filtrare a apei sau a altor lichide care constă în trecerea lichidului printr-o membrană hidrofilă, semipermeabilă cu ajutorul presiunii.
Nanofiltrarea, în sens larg, comportă o porozitate între 0.01 micron și 0,001 microni.
Cele mai cunoscute materiale din care sunt fabricate membranele de nanofiltrare sunt acetatul de celuloză (CA), poliamidă (PA) și polietilen tereftalat (PET) TFC (thin-film composite).
Membrana de NF va reduce următorii contaminanți: polenul, protozoarele (ex. Giardia lamblia și Cryptosporidium), algele, hidrocarburile aromatice policiclice (PAHs), bacteriile, virusurile, turbiditatea, moleculele organice, zaharuri, ioni multivalenți, pesticide, sulfat, unele metale grele.
Osmoza inversă (RO)
Osmoza inversă este cea mai strictă tehnică dintre cele mecanice, porii acesteia fiind cuprinși între 0,001 și 0,0001 microni. Evident că, pentru a funcționa corect, are nevoie de cea mai mare presiune dintre toate tehnicile mecanice de filtrare a apei.
Cele mai cunoscute materiale din care sunt fabricate membranele de osmoză inversă sunt triacetatul de celuloză (CTA) și polietilen tereftalat (PET) de tipul thin film composite (TFC).
Membrana de RO va reduce următorii contaminanți: polenul, protozoarele (ex. Giardia lamblia și Cryptosporidium), algele, hidrocarburile aromatice policiclice (PAHs), turbiditatea, moleculele organice, zaharuri, ioni mono și multivalenți, pesticide, sulfat, metale grele, nitrați.
Ce contaminați nu se pot reduce/elimina prin osmoză inversă: nitriți, gaze dizolvate precum hidrogen sulfurat, dioxidul de carbon sau radon, pesticide (parțial), solvenți organici (parțial), substanțe organice volatice (VOCs – parțial), clor (parțial).
RO este o metodă nesigură în privința bacteriilor și virusurilor de dimensiuni mici. Pentru controlul acestora se vor folosi metode alternative precum membrana de NF, clorinare, radiație UV-C sau ozonare.
Filtrarea fizică
Filtrarea fizică joacă un rol la fel de important precum cea mecanică.
Tehnologiile reprezentative pentru acest tip de filtrare sunt: radiația ultravioletă, adsorbția (diferită de absorbție) și sedimentarea.
Radiația ultravioletă (UV-C)
Principala tehnologie care este și de uz casnic din această categorie este radiația cu ultraviolete tip C, cunoscută și ca UV-C sau UVC.
Radiația UV-C are un efect germicidal proporțional cu mai mulți factori, printre care amintesc aici: puterea și calitatea lămpii, gradul de transmitere a luminii UV-C al sticlei de cuarț, calitatea starterului, calitatea prefiltrării apei, mentenanța.
Dacă este folosită o lampă profesională, montată corect, cu o prefiltrare de calitate, eficiența germicidală poate să ajungă și la 99,99%. În cazul lămpilor ieftine și cu prefiltrări modeste, procentul scade și sub 50%.
Lungimea de undă a razei de lumină este, de obicei, în jurul valorii de 254 nm (nanometri). În cazul lămpilor ieftine, lungimea de undă diferă mult, la unele ajungând mai aproape de spectrul vizibil decât de cel al UV-C.
Principalul avantaj al acestui tip de dezinfecție a apei este că lumina nu va genera subproduse periculoase. Așadar, radiația UV-C este cea mai curată metodă de dezinfecție a apei.
Printre dezavantaje menționez faptul că această tehnologie este complet ineficientă în cazul contaminaților chimici, faptul efectul germicidal nu este remanent și că unele microorgamisme se pot reactiva dacă doza încasată a fost insuficientă.
Adsorbția fizică (include dedurizarea)
Adsorbția fizică este fenomenul de atracție dintre substanțele dizolvate în apă și suprafața poroasă a unui material solid. Deși este vorba despre cea mai slabă formă de atracție la nivel intermolecular (Van der Waals), cu toate acestea, este foarte eficientă în filtrarea contaminanților solubili din apă.
O a doua formă de adsorbție fizică este cea a schimbului ionic, mai cunoscut ca dedurizare, care presupune înlocuirea ionilor de calciu și magneziu cu cei de sodiu care nu formează calcar. În acest caz, forța de atracție este electrostatică.
Sedimentarea
În ceea ce privește uzinele de filtrare a apei municipale, o importantă tehnică de filtrare fizică este sedimentarea. Această constă în depozitarea apei brute (netratate) în bazine unde, sub efectul gravitației, particulele mai grele (cu densitate mai mare decât a apei) se vor sedimenta la fundul bazinului, iar apa mai curată rămânând la suprafață.
Distilarea
Distilarea este procesul prin care apa este încălzită, iar vaporii rezultați prin fierbere sunt condensați într-un recipient colector.
Deși foarte eficientă în reducerea contaminanților microbiologici, în privința celor chimici eficiența rămâne mare doar în cazul substanțelor solide și/sau dizolvate, în timp ce gazelor dizolvate în apă (hidrogen sulfurat, dioxidul de carbon, radon sau substanțele volatile organice -VOC) sunt eliminate doar parțial.
Filtrarea chimică
Cele mai relevante tehnologii de filtrare chimică sunt: clorinarea, adsorbția chimică, coagularea și flocularea precum și dedurizarea chimică.
Clorinarea
Clorinarea este una dintre cele mai vechi și mai eficiente metode de dezinfecție a apei și constă în dozarea de clor în apă.
Principalele avantaje constau din aceea că metoda are o bună eficiență în combaterea microorganismelor din apă, cât și faptul că efectul este remanent, dezinfectarea efectuându-se pe toată lungimea conductelor.
Principalele dezavantaje sunt că această metodă generează subproduse toxice, unele chiar cu potențial cancerigen (precum THM), dar și faptul că metoda nu ajută la combaterea și altor contaminanți precum cei chimici.
Adsorbția chimică
Adsorbția chimică, este similară celei fizice, descrisă puțin mai sus, cu deosebirea că, de această dată, forța de atracție la nivel intermolecular este cea mai puternică, respectiv de tip covalent. Cel mai simplu exemplu este când apropii un magnet de frigider.
Coagularea și flocularea
Coagularea și flocularea sunt tehnici folosite la scară municipală/industrială și presupun adăugarea de substanțe chimice precum sulfat de aluminiu, aluminat de sodiu, etc. Scopul este de a determina particulale cu densitate foarte mică care nu se depun în mod natural în partea de jos a bazinului, să se adune și, ca urmare a creșterii masei, să se poată decanta în etapa de sedimentare.
Dedurizarea chimică
Dedurizarea chimică este, de asemenea, o tehnică folosită la scară municipală/industrială și presupune adăugarea de substanțe chimice precum hidroxid de calciu și carbonat de sodiu, urmate de sedimentare. În acest fel, este redusă cantitatea de ion de calciu care poate forma calcar.
Filtrarea fizico-chimică
Există și tehnici care au natură mixtă fizico-chimică precum aerarea, ozonarea și cărbunele activat.
Caracteristica acestora este că au atât elemente de filtrare fizică, cât și de filtrare chimică.
Aerarea
Astfel cum este ușor de intuit, aerarea presupune amestecarea apei cu aer.
Aspectul fizic: gazele dizolvate din apă (contaminanți precum dioxid de carbon sau hidrogenul sulfurat) sunt sunt înlocuite cu aer.
Aspectul chimic: oxigenul din aer ajută la oxidarea fierului și manganului dizolvate în apă, conducând la precipitarea acestora, făcând posibilă filtrarea mecanică a acestora.
Ozonarea
Ozonul suflat în apă are un oxidativ extrem de puternic. Principala sa utilizare este în dezinfecția apei, fiind foarte eficient în combaterea microorganismelor.
Aspectul fizic: oxidează peretele membranei celulare a microrganismelor și nu le permite refacerea.
Aspectul chimic: conduce la degradarea oxidativă a multor compuși organici și formează legături chimice puternice cu ionii de metale precum fier, mangan, arsenic, conducând la formarea de oxizi solizi insolubili care pot fi apoi filtrați mecanic.
Ca și dezavantaje, menționez costul ridicat precum și riscul de producere a unor produse reziduale periculoase dacă se ozonează o apă în care există substanțe precum bromură, iodură sau cloruri.
Cărbunele activat
Cărbune activat cunoscut și sub denumirea de carbon activat este una dintre tehnicile vechi și eficiente de filtrare a apei.
Acesta este, în general, eficient în reducerea contaminanților organici și puțin sau deloc în ce privește pe cei anorganici.
Calitatea materiei prime, cât și procesul tehnologic joacă un rol esențial în capacitatea cărbunelui activat de a reține contaminanții țintă.
Aspectul fizic: adsorbția fizică a contaminanților dizolvați în porii cărbunelui ca urmare a forței de atracție.
Aspectul chimic: interacțiunea dintre cărbune și contaminant poate să ducă la formarea unor compuși neutri care nu mai sunt toxici. Spre exemplu, clorul liber din apă împreună cu carbonul formeză cloruri, eliminând clorul care este toxic.
