Woda i powietrze w przemyśle

CZĘŚĆ 1. WODA I ŚCIEKI

Woda w przemyśle jest szeroko wykorzystywana, m.in. do produkcji pary, jako składnik produktów, czynnik grzewczy, chłodzący, myjący. Używa się jej w obiegu otwartym lub zamkniętym, w postaci wody surowej, procesowej lub wtórnej. Pierwsza jest pobierana z wodociągu miejskiego, własnego ujęcia głębinowego, okolicznych zbiorników naturalnych (rzek, jezior) albo zbierana w czasie deszczu.

Procesowa, inaczej technologiczna, to woda poddana uzdatnianiu w celu uzyskania właściwości odpowiadających wymaganiom instalacji i zastosowania. Woda wtórna jest odzyskiwana z innych procesów i bez uzdatniania używana tam, gdzie występują mniej rygorystyczne kryteria jakościowe. Dla oszczędności można też oczyszczać ścieki.

Rys. 1.

W przedsiębiorstwach przemysłowych zużywających dużo wody - na przykład w branży tekstylnej, spożywczej, farmaceutycznej i elektrowniach, zaopatrzenie w nią zakładu wymaga zorganizowania miniinfrastruktury wodociągowej. Do jej zadań należy przygotowanie wody, jej transport, często między odległymi częściami przedsiębiorstwa oraz dystrybucja.

Przygotowanie polega na uzdatnianiu. Technologia, jaka zostanie zastosowana w tym celu, zależy od przeznaczenia wody oraz specyfiki instalacji i urządzeń, z którymi ma styczność - pod uwagę trzeba wziąć m.in. możliwość tworzenia się w nich osadów, korozji, pienienia i rozwoju bakterii. Ważne jest również źródło wody, które determinuje jej początkową jakość (zobacz ramkę).

WODA W PRODUKCJI SPOŻYWCZEJ I FARMACJI

W zależności od zastosowania wymagania są różne. Przykładowo woda, która będzie składnikiem żywności lub będzie miała z nią kontakt, powinna spełniać co najmniej zalecenia Rozporządzenia Ministra Zdrowia z 2017 roku w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Według tego dokumentu jest zdatna do użycia, jeżeli nie występują w niej mikroorganizmy chorobotwórcze ani pasożyty w liczbie, w której stanowiłyby zagrożenie dla zdrowia, ani jakiekolwiek substancje w stężeniach groźnych dla zdrowia i nie wykazuje agresywnych właściwości korozyjnych.

Dokładne wymagania mikrobiologiczne oraz chemiczne zostały przedstawione w załącznikach do rozporządzenia. Poza ogólnymi wytycznymi poszczególne gałęzie przemysłu spożywczego mają specyficzne potrzeby.

Na przykład woda używana w produkcji piwa m.in. powinna charakteryzować się niską zawartością wapnia, magnezu i azotanów, które niekorzystnie wpływają na przebieg procesu fermentacji i smak gotowego wyrobu. W przypadku wódek twardość tego surowca także jest ważna - powinna być jak najniższa, inaczej tworzą się w nich zmętnienia.

Duża zawartość żelaza i manganu pogarsza jakość (smak, wygląd) wyrobów przemysłu mleczarskiego. W przetwórstwie owoców oraz warzyw duże znaczenie ma twardość wody używanej do mycia (twarda powoduje ich blaknięcie) i gotowania - woda o dużej zawartości wapnia i magnezu odbarwia, powoduje twardnienie i wydłuża obróbkę cieplną.

Kolejną gałęzią przemysłu, która stawia wysokie wymagania wodzie jest branża farmaceutyczna. Ze względu na jej przeznaczenie wyróżnia się kilka kategorii, które różnią się stopniem czystości. Główne z nich to: woda oczyszczona (Purified Water, PW), wysoko oczyszczona (Highly Purified Water, HPW) i woda do iniekcji (Water For Injection, WFI).

Dla każdego typu normy obowiązujące producentów leków określają dopuszczalne wartości kluczowych parametrów, czyli: zawartości węgla organicznego, przewodności elektrolitycznej, ilości zanieczyszczeń mikrobiologicznych, stężenia endotoksyn, czyli substancji pozostałych po rozpadzie bakterii, zawartości azotanów i metali ciężkich.

Rodzaje wody a jej jakość

Jeżeli chodzi o jakość przed uzdatnianiem, to inna charakteryzuje wody opadowe, powierzchniowe, podziemne i wodę pobieraną z wodociągu miejskiego. Na przykład w deszczówce występują liczne zanieczyszczenia z powietrza. Są to gazy, w tym: dwutlenek węgla, dwutlenek siarki, siarkowodór, azot, amoniak, ciecze i substancje stałe rozpuszczone w wodzie jak azotany, wodorowęglan amonu, chlorek sodu, siarczan sodu, kwas siarkowy, produkty niepełnego spalania paliw, chemiczne środki chwastobójcze, owadobójcze oraz ciała stałe, w tym nierozpuszczalne sole nieorganiczne magnezu, wapnia, metale ciężkie, pył, sadze, mikroorganizmy i pyłki roślinne.

Deszczówka, bezpośrednio i spływając po ziemi, uzupełnia wody powierzchniowych, w tym jeziora, rzeki i inne naturalne zbiorniki. Ponieważ wody opadowe mają kontakt z glebą wody powierzchniowe charakteryzuje większe zasolenie i większa twardość. Występują w nich także zanieczyszczenia, na przykład nawozy z pól. Poza tym do jezior i rzek odprowadza się nie zawsze dokładnie oczyszczone ścieki.

Na jakość wód powierzchniowych ma również wpływ obecność różnego typu planktonu (zwierzęcego, roślinnego, bakteryjnego). Gazy rozpuszczone to przede wszystkim tlen i dwutlenek węgla. Z kolei wody podziemne im głębiej się znajdują i im więcej warstw nieprzepuszczalnych oddziela je od powierzchni, tym zawierają mniej zanieczyszczeń chemicznych i mikrobiologicznych. Woda w kranie powinna natomiast spełniać wymagania jakościowe przepisów właściwych dla wody pitnej. Piszemy o nich w artykule.

Skład wody wtórnej i ścieków przemysłowych zależy od specyfiki działalności prowadzonej w danym zakładzie. Na przykład podczas produkcji mas celulozowych oraz papieru powstają ścieki zawierające związki organiczne i nieorganiczne pochodzące z drewna, chemikaliów procesowych albo będące wynikiem reakcji drewna ze środkami chemicznymi, jak lignina i kwasy żywiczne. W branży mleczarskiej z kolei ścieki poprodukcyjne powstają przede wszystkim w czasie mycia oraz płukani linii technologicznych. W związku z tym główne zanieczyszczenia to substancje organiczne m.in. tłuszcze, serwatka, resztki mleka oraz chemiczne środki myjące.