Produkcja wody pitnej
Woda oczyszczona używana w laboratorium jest zwykle wytwarzana na miejscu z lokalnie dostępnej wody pitnej, która została wyprodukowana poprzez uzdatnienie wody z naturalnych źródeł.
Dla wody pitnej ogólnym wymogiem jest wyprodukowanie wody do spożycia zgodnej z regulacjami prawnymi (w Polsce - wg Rozporządzenia Ministra Zdrowia z 19.11.2002) oraz posiadającej akceptowalną przejrzystość, smak i zapach. Woda surowa jest pobierana ze źródeł powierzchniowych, takich jak zbiorniki wodne naturalne lub sztuczne, z rzek lub z warstw wodonośnych podziemnych, a woda pitna jest produkowana poprzez szereg etapów, które się różnią zależnie od źródła wody, regulacji prawnych państwowych oraz lokalnych oraz wyboru technologii. Jeden z kierunków jest niżej wymieniony.
Po przejściu przez szereg sit dla usunięcia nieczystości, woda jest mieszana z ozonem w zbiornikach kontaktowych, w celu utlenienia pestycydów i herbicydów oraz zabicia bakterii i alg. Nadmiar ozonu jest niszczony. Woda jest następnie klarowana dla usunięcia zawiesin stałych, które są odbierane jako warstwa osadu. W celu wspomożenia tego procesu może być dodany flokulant taki jaki chlorek poliglinu. Przed końcowym etapem filtracji na granulowanym węglu aktywnym może być użyty grawitacyjny filtr piaskowy i/lub dodatkowe ozonowanie. Zatrzymywane są substancje stałe oraz materia organiczna. Na końcu jest dodawany chlor dla zabicia pozostałych bakterii. Niewielka zawartość chloru jest pozostawiana dla utrzymania niskiego poziomu bakterii w wodzie. Ostatnio coraz częściej stosuje się dodatkowy etap ultrafiltracji dla usunięcia cryptosporidium.
Zanieczyszczenia w wodzie pitnej
Unikalne zdolności wody do rozpuszczania, do pewnego stopnia, prawie każdego związku chemicznego oraz do podtrzymywania praktycznie każdej formy życia, oznaczają jednocześnie, że źródła zasilania wodą pitną zawierają wiele substancji w roztworze lub zawiesinie.
Zmienność jakości wody surowej
Odmiennie od innych surowców, woda pitna może zmieniać się wyraźnie pod względem czystości zależnie od regionu geograficznego i od pory roku. Woda uzyskiwana z wyżynnych źródeł powierzchniowych, na przykład, zwykle ma niską zawartość rozpuszczonych soli i jest względnie miękka, ale ma wysokie stężenie zanieczyszczeń organicznych, w dużej części koloidalnych. Przeciwnie, woda ze źródeł podziemnych ma generalnie wysokie stężenie soli i twardość, ale niską zawartość związków organicznych. Źródła rzeczne są pośrednie w jakości, lecz często także zawierają produkty działalności przemysłowej, rolniczej i komunalnej.
Sezonowe wahania jakości wody są najbardziej widoczne w wodach powierzchniowych. Podczas miesięcy jesiennych i zimowych, opadłe liście i gnijąca roślinność uwalniają duże ilości materii organicznej do strumieni, jezior i innych zbiorników wodnych. W rezultacie, stopień zanieczyszczenia organicznego w wodach powierzchniowych osiąga szczyt zimą, i spada do minimum latem. Wody podziemne są znacznie mniej zależne od pory roku.
Jakość i charakterystyka zasilania wodą pitną ma ważne znaczenie dla warunków pracy i technologii oczyszczania wymaganych do produkcji wody oczyszczonej.
Zawiesiny stałe
Zawiesiny w wodzie zawierają muł, nieczystości z rurociągów oraz koloidy. Cząsteczki koloidalne, które mogą być pochodzenia organicznego lub nieorganicznego - nie są ani zawiesiną, ani roztworem - powodują wzrost mętności wody.
Cząsteczki zawiesin mogą zablokować membrany odwróconej osmozy oraz kolumny analityczne o małych średnicach, jak również wpływać na pracę zaworów oraz czujników.
Rozpuszczone związki nieorganiczne
Substancje nieorganiczne są głównymi zanieczyszczeniami wody. Są to głównie:
- Sole wapnia i magnezu, które powodują twardość 'przemijającą' lub 'stałą'
- Dwutlenek węgla, który rozpuszcza się w wodzie dając słabo kwaśny kwas węglowy
- Sole sodu
- Krzemiany wypłukane z piaszczystych koryt rzek
- Związki żelazowe i żelazawe pochodzące z minerałów i rdzewiejących rur stalowych
- Chlorki z wtrąceń solnych
- Aluminium z dozowania chemikaliów i z minerałów
- Fosforany z detergentów
- Azotany z nawozów
Rozpuszczone związki organiczne
Organiczne zanieczyszczenia wody pochodzą z rozkładu materii roślinnej - zasadniczo są to kwasy huminowe i fulwowe, oraz z działalności rolnictwa, papiernictwa oraz ze ścieków komunalnych i przemysłowych. Zawierają one detergenty, tłuszcze, oleje, rozpuszczalniki oraz pozostałości pestycydów i herbicydów. Dodatkowo, zawarte w wodzie związki organiczne mogą być wyługowane z rurociągów i zbiorników oraz pochodzić ze środków czyszczących.
Mikroorganizmy
Podstawowym mikroorganizmami istotnymi dla systemu oczyszczania wody są bakterie. Typowy poziom bakterii w pitnej wodzie zasilającej laboratorium wynosi dziesięć kolonii na mililitr (CFU/ml) lub mniej. Bakterie są utrzymywane na takich niskich poziomach przy użyciu resztkowej zawartości chloru lub innego środka dezynfekującego. Gdy środki dezynfekujące zostają usunięte podczas procesu oczyszczania - bakterie mają szansę rozwoju.
Rozpuszczone gazy
Woda pitna jest w równowadze z powietrzem i dlatego zawiera rozpuszczony tlen oraz dwutlenek węgla. Dwutlenek węgla zachowuje się jak słaby anion i zużywa pojemność żywic jonowymiennych. Rozpuszczony tlen jest zwykle tylko istotny wtedy, gdy problemem jest tworzenie się pęcherzyków. W zastosowaniach, gdzie woda oczyszczona jest używana w otwartych pojemnikach szybko wchodzi ponownie w równowagę z gazami powietrza.
Tlen i dwutlenek węgla są dwoma gazami najczęściej znajdowanymi w wodach naturalnych. Dwutlenek węgla zachowuje się jak słaby anion i jest usuwany przez silnie zasadowe żywice jonowymienne.
Pomiar zanieczyszczeń w wodzie pitnej
W celu zaprojektowania lub wyboru systemu oczyszczania niezbędne jest posiadanie informacji o składzie wody zasilającej, zwykle miejscowej wody pitnej. Uśrednione dane mogą być często otrzymane u lokalnego dostawcy wody, jednakże analiza wody podaje informacje bezpośrednie.
Skłonność do blokowania filtrów może być oceniona przy użycie testu indeksu blokowania (fouling index, FI) lub, mniej wiarygodnie, mętności. Szeroka gama metod jest dostępna do określenia składników nieorganicznych. Często używane są metody chromatografii jonowej, spektrometrii ICP-masowej lub spektrofotometryczne. Przewodnictwo elektryczne dostarcza wskazówek co do potencjalnych problemów. Związki organiczne mogą być określone indywidualnie, n/p chromatograficznie, albo ogólne wskazanie zawartości organicznej może być dostarczone przez pomiar całkowitego węgla organicznego (Total Organic Carbon, TOC). Całkowita liczba żywych bakterii jak również ich indywidualnych gatunków może być zmierzona przez filtrację lub zaszczepienie i inkubację na odpowiedniej pożywce.
Całkowite substancje stałe rozpuszczone (lub 'sucha pozostałość') (Total Dissolved Solids, TDS) jest to pozostałość w ppm otrzymana tradycyjną metodą odparowania próbki wody do suchości i ogrzewania do 180°C. Jak dotąd największą częścią pozostałości są sole nieorganiczne i TDS jest używane jako wskaźnik całkowitego poziomu obecnych w wodzie związków nieorganicznych. Może on być mierzony bezpośrednio lub szacowany w sposób przybliżony przez pomnożenie przewodnictwa wody w µS/cm w 25°C przez współczynnik 0,7.