Filtry do wody wychwytują drobne rozpuszczone zanieczyszczenia, które są rozproszone w wodzie. Poprzez filtrację w systemach oczyszczania wody można z wody usunąć piasek, rdzę, mętność, azotany, chlor, żelazo, magnez oraz nawet wiry i bakterie obecne w wodzie. Filtrowanie wody to niezbędny proces w przemyśle i przedsiębiorstwach. Ważny jest jednak odpowiedni dobór stacji uzdatniania wody.
filtracja wody chłodniczej
automatyczna prefiltracja
filtracja wody
usuwanie chloru
zmiękczanie wody
usuwanie żelaza i manganu
odsalanie wód procesowych
woda procesowa
woda ultraczysta
Filtry dyskowe wykorzystują cienkie, wyżłobione ukośnie po obu stronach dyski polimerowe o różnym mikronażu. Dyski, ułożone jeden na drugim i skompresowane na trzpieniu nośnym, tworzą element filtrujący o dużej powierzchni filtracyjnej z wieloma kanałami, które skutecznie wychwytują zanieczyszczenia. Dyski umieszczone są w obudowie odpornej na korozję i wysokie ciśnienie. Główną zaletą filtrów dyskowych jest możliwość łatwego demontażu, co znacznie ułatwia czyszczenie. Niektóre modele wyposażone są w system automatycznego płukania w zależności od spadku ciśnienia lub zgodnie z programem czasowym. Skuteczność filtracji zależy od rodzaju stosowanych dysków, które w zależności od poziomu filtracji oznaczone są odpowiednimi kolorami. Typowy zakres filtracji wynosi od 20 mikronów dla najbardziej skutecznego poziomu filtracji do 400 mikronów dla największych cząstek.
Filtry sitowe służą do wychwytywania z wody zanieczyszczeń mechanicznych, takich jak liście, gałęzie, piasek gruboziarnisty, szlam czy glony. Mogą być również oczyszczać wody używane w przemyśle. Służą m.in. do usuwania zmętnień lub osadów powstających w wyniku reakcji fizykochemicznych zachodzących w obiegu (korozja rur, nagrzewanie, parowanie itp.). Zasada działania filtra sitowego jest bardzo prosta. Na powierzchni sita ze szczelinami wyłapywane są większe od szczelin cząsteczki, które są następnie usuwane. Największą zaletą filtrów sitowych jest możliwość ciągłej pracy, również podczas płukania. Wyróżnia je też długa żywotność i duża wydajność filtracji.
Działanie filtra piaskowego opiera się na tzw. filtracji wgłębnej. Oznacza to, że przefiltrowana ciecz przepływa przez złoże zbudowane z piasku lub podobnego materiału ziarnistego. W filtrach piaskowych wyróżniamy dwa podstawowe rodzaje filtracji — powolną i szybką. W przypadku filtracji powolnej ważną rolę odgrywają drobnoustroje na powierzchni samego złoża piaskowego, które skoncentrowane są w membranie biologicznej. Potrafią one m.in. mineralizować usuwane z wody substancje. Filtracja szybka opiera się z kolei na wykorzystaniu piasku o znormalizowanej wielkości ziarna. Dzięki wykorzystaniu wody pod ciśnieniem możliwe jest osiągnięcie do 100 razy większej prędkości niż ma to miejsce w przypadku filtracji powolnej. Z reguły jest to filtracja zanieczyszczeń o wielkości od 10 µm.
Podobnie jak w przypadku filtra piaskowego, usuwanie niepożądanych substancji za pomocą filtra z węglem aktywnym opiera się na kilku mechanizmach. Węgiel aktywny występuje również pod nazwą węgiel adsorpcyjny, co wskazuje na to, że jest to materiał o dużej powierzchni aktywnej, na której mogą być zatrzymywane zanieczyszczenia. Usuwanie niepożądanych substancji rozpuszczonych w wodzie, zwłaszcza związków chloru lub zanieczyszczeń organicznych, działa na zasadzie adsorpcji, która znajduje zastosowanie również w oczyszczaniu wody pitnej. Należy zaznaczyć, że adsorpcja na węglu aktywnym jest tak silna, że niektóre zanieczyszczenia nie są uwalniane nawet podczas płukania wstecznego. Z czasem pojemność filtra się wyczerpuje i konieczna jest wymiana złoża.
Filtry demineralizujące działają na zasadzie wymiany jonowej. Wypełnione są specjalistyczną żywicą jonowymienną, która jest w stanie wychwycić pojedyncze jony i wymienić je na inne, nieszkodliwe. Rozróżniamy złoża anionowe, czyli anionity oraz złoża kationowe — tak zwane kationity. Na powierzchni jonitu koncentruje się ładunek dodatni (w przypadku żywicy kationowymiennej wychwytywane są aniony naładowane ujemnie) lub ładunek ujemny (w przypadku żywicy anionowymiennej wychwytywane są kationy naładowane dodatnio). Zastosowanie wymiany kationowej lub anionowej zależy od rodzaju usuwanych jonów. Szczególną grupą złóż jonowymiennych są złoża mieszane, zawierające anionit i kationit. Ten typ złoża filtracyjnego usuwa wszystkie związki, dlatego przepuszczenie przez nie wody skutkuje usunięciem wszystkich obecnych jonów naładowanych dodatnio i ujemnie. Złoża mieszane są zwykle wykorzystywane do produkcji wody demineralizowanej, najczęściej jako ostatni etap jej uzdatniania.
Mikrofiltracja jest wykorzystywana w procesach uzdatniania jako oczyszczanie wstępne przed ultrafiltracją oraz nanofiltracją. Moduły membranowe do mikrofiltracji, które wychwytują cząstki o wymiarach od 0,1 do 10 µm, składają się najczęściej z włókien i mogą być płaskie, rurowe lub spiralnie zwijane. Materiały wykorzystywane do ich produkcji to najczęściej polimery (teflon, poliamidy, polietylen, polipropylen, poliwęglan, polisulfon, polifluorek winylidenu) lub materiały nieorganiczne (szkło, aluminium, mieszaniny tlenku cyrkonu i węgla, stal). Mikrofiltracja może być prowadzona w konfiguracji „dead end” lub „cross-flow”. W mikrofiltracji jednokierunkowej strumień cieczy jest prostopadły do powierzchni membrany, a sama ciecz i mniejsze cząstki przez nią przepływają. Większe cząstki są wychwytywane przez membranę i tworzą placek filtracyjny. W układzie cross-flow strumień cieczy jest równoległy do powierzchni membrany, część cieczy i mniejsze cząsteczki przepływają przez nią, a większe są odprowadzane przez strumień cieczy i stopniowo zagęszczane.
Ultrafiltracja może być rozumiana jako membranowa operacja dezynfekcji i klarowania. Membrany ultrafiltracyjne mogą być wykonane z włókien kapilarnych, płaskich, rurowych lub spiralnie zwijanych. Wielkość wychwytywanych cząstek waha się od 2 nm do 0,1 µm. Odpowiada to wymiarom białek, polisacharydów, cząstek koloidalnych, bakterii i wirusów. Membrany mogą być też wykonane z polimerów (polisulfon, poliester, poliamid) lub z ceramiki na bazie aluminium i cyrkonu.
Nanofiltracja usuwa z wody cząstki mniejsze niż 2 nm. Taką wielkość mają na przykład cząsteczki pestycydów, herbicydów lub barwników. Mechanizm separacji jest jednak inny niż w przypadku mikrofiltracji i ultrafiltracji, gdzie mamy do czynienia z prostym efektem sitowym. W przypadku nanofiltracji w grę wchodzi aktywność adsorpcyjna substancji rozpuszczonej na membranie, ładunek membrany i wartościowość substancji rozpuszczonej. Za jej pomocą możemy oddzielić kwasy i barwniki od soli. Nanofiltracja jest więc wykorzystywana głównie w uzdatnianiu wody procesowej z zakładów chemicznych.
Odwrócona osmoza to proces, który umożliwia transport wody przez membranę, wychwytując jednocześnie sole rozpuszczone oraz składniki o niewielkiej masie cząsteczkowej. Oczyszczanie wody metodą odwróconej osmozy polega na zastosowaniu takiego ciśnienia zewnętrznego, które spowoduje odwrócenie naturalnego zjawiska osmozy. Membrana musi być przepuszczalna dla wody, ale nie dla substancji rozpuszczonych. Ciśnienie osmotyczne w układzie odpowiada różnicy stężeń po obu stronach membrany. Jeśli ciśnienie po stronie substancji rozpuszczonej jest większe, niż ciśnienie osmotyczne, to zjawisko osmozy ulegnie odwróceniu i pewne składniki wody przepłyną przez membranę, a niektóre z nich skoncentrują się tuż przed nią. Najważniejszym elementem procesu odwróconej osmozy jest membrana o porach wielkości 0,0001 µm. Oznacza to, że większe substancje są wychwytywane i nie przenikają przez nią. Są one często wykonane z polimerów organicznych. Najczęściej stosuje się membrany polietylenowe, polisulfonowe oraz wytworzone z pochodnych celulozy (octan celulozy, azotan celulozy itp.). W przypadku niektórych zastosowań można wykorzystać membrany metalowe i ceramiczne.