Filtracja bez tajemnic

Pojęcie jakości wody do nawodnień nie obejmuje tylko zawartości związków rozpuszczonych w wodzie i ich wpływu na rośliny, ale także oddziaływanie na funkcjonowanie systemu nawadniania. W zależności od źródła wody spotyka się różnego rodzaju zanieczyszczenia upośledzające działanie systemu, a tym samym negatywnie wpływające na uprawy. W wodzie przeznaczonej do nawadniania można wyróżnić trzy rodzaje zanieczyszczeń o różnej genezie w zależności od źródła wody:

1. Zanieczyszczenia mechaniczne, np. iły, piaski, osady organiczne, osady wtórnie powstałe w instalacji
2. Zanieczyszczenia biologiczne, np. fito- i zooplankton, bakterie, glony i niewielkie części roślin
3. Osady nieorganiczne wytrącające się z rozpuszczonych w wodzie związków żelaza, manganu, wapnia i magnezu

Mikronawodnienia w postaci mikrozraszaczy, kroplowników, linii oraz taśm kroplujących są szczególnie narażone na negatywny wpływ zanieczyszczeń. Zraszacze polowe, ze względu na duże przekroje dysz, nie są podatne na zatykanie; jednak duża zawartość osadów, związków żelaza, manganu czy wapnia może negatywnie wpływać na estetyczną stronę roślin. Prawdopodobieństwo zatykania się kroplowników można określić na podstawie poniższej tabeli.

Tab 1. Prawdopodobieństwo zatykania kroplowników w zależności od zawartości związków rozpuszczonych w wodzie (wg W. Treder 2004)

W celu uniknięcia negatywnego oddziaływania zanieczyszczeń na system nawodnieniowy, a tym samym na jakość podlewania, stosuje się szereg metod pozwalających na zminimalizowanie zawartości w wodzie niepożądanych związków.

Uzdatnianie wody do nawodnień

Niezbędnym elementem każdej instalacji nawodnieniowej jest filtr. Powszechnie stosuje się filtry siatkowe, dyskowe oraz filtry piaskowe. W przypadku dużej zawartości ciężkich osadów mineralnych korzystne jest zastosowanie filtrów odśrodkowych, tzw. hydrocyklonów.

Dobór filtracji

Wielkość filtrów siatkowych i dyskowych dobiera się uwzględniając przepływ i tzw. mesh (ilość otworów na cal bieżący elementu filtracyjnego). Im większa wartość mesh, tym dokładniejsza filtracja. Większość wiodących producentów systemów nawadniania podaje zalecenia dotyczące filtracji wody (minimalne wartości mesh), niezbędne dla zabezpieczenia swoich produktów przed negatywnymi skutkami zanieczyszczeń. Wartość przepływu dobiera się zgodnie z zaleceniami producenta filtrów oraz w taki sposób, aby strata ciśnienia na filtrze nie przekraczała 0,2 bar. Istotnym parametrem jest powierzchnia całkowita filtra (im większa, tym mniejsza częstotliwość czyszczenia). W praktyce oznacza to, że im więcej zanieczyszczeń znajduje się w wodzie, tym większa powinna być powierzchnia filtra bez względu na wartość przepływu.

Wielkość filtrów piaskowo-żwirowych dobiera się tak, aby obciążenie hydrauliczne, tj. przepływ podzielony przez powierzchnię filtra, był zbliżony do 30m/h dla filtracji i ok. 10m/h dla odżelaziania. Wysokość złoża uzależnia się od stężenia zanieczyszczeń i rodzaju złoża; wysokość złoża ma bardzo duże znaczenie w procesie odżelaziania, czy odmanganiania. Wolna przestrzeń w filtrze nad złożem musi uwzględniać podnoszenie jego podnoszenie podczas płukania.  Standardowo przyjmuje się 30% wysokości złoża w przypadku płukania wodą i 10% przy płukaniu wodą i powietrzem. Hydrocyklony, ze względu na indywidualną charakterystykę każdego modelu określaną doświadczalnie, dobiera się zgodnie z zaleceniami producenta.

Rodzaje filtrów:

1. Filtry siatkowe

Filtry siatkowe są najprostszymi filtrami stosowanymi w systemach nawodnieniowych. Składają się z korpusu wykonanego z tworzywa sztucznego lub stali oraz z zamocowanego wewnątrz siatkowego elementu filtrującego. Siatki filtracyjne również wykonuje się ze stali lub tworzywa sztucznego.

Filtry siatkowe znajdują zastosowanie przy filtracji wód powierzchniowych z małą zawartością zanieczyszczeń oraz wód podziemnych wysokiej jakości, w szczególności zaś jako zabezpieczenie przed zanieczyszczeniami wtórnymi w instalacji. Doskonale sprawdzają się jako zabezpieczenie na wypadek wymycia złoża z filtrów piaskowych. Samodzielne filtry siatkowe stosuje się głównie dla systemów zraszaczy i mikrozraszaczy oraz w systemach nawadniania ogrodów zasilanych wodą uzdatnioną.

Czyszczenie filtra polega na wyjęciu i umyciu wkładu siatkowego lub, w większych i bardziej zaawansowanych modelach, na wyczyszczeniu filtra zintegrowanym zgrzebłem lub w filtrach półautomatycznych np. Azud Siral Clean zespołem dysz ssawnych  i odprowadzeniu zanieczyszczeń przy pomocy zaworu spustowego. Ze względu na odkładające się na elemencie filtracyjnym zanieczyszczenia filtry siatkowe są bardziej narażone na trwałe zmniejszenie parametrów przepływu oraz uszkodzenia i konieczność wymiany siatki filtracyjnej.

2. Filtry dyskowe

W filtrach dyskowych element filtrujący stanowi stos filtracyjny składający się ze żłobkowanych dysków wykonanych z tworzywa. Kształt żłobień jest tak dobrany, aby tworzyć ścieżki filtracji o wymaganych parametrach, bez względu na wzajemne położenie dysków względem siebie. W przeciwieństwie do filtrów siatkowych filtry dyskowe posiadają pewną zdolność do zatrzymywania cząstek mniejszych niż ich wielkość nominalna. Dodatkowo ze względu na zdolność zatrzymywania zanieczyszczeń nie tylko na powierzchni ale również w głębi stosu filtracyjnego, filtry dyskowe posiadają znacznie większą pojemność gromadzenia osadów. Z tego względu polecane są do uzdatniania wody ze znaczną ilością zawiesin oraz do zabezpieczenia systemów nawadniania kroplowego.

Szczególną odmianą filtrów dyskowych są filtry o wirowym przepływie wody. Specjalne kierownice wprawiają wodę w ruch wirowy, przez co cięższe cząstki zostają na ściankach, a stos filtracyjny wolniej się zapycha i wydłuża się czas pracy pomiędzy kolejnymi płukaniami.

Konserwacja filtrów dyskowych polega na wyjęciu elementu filtrującego, rozluźnieniu dysków i wypłukaniu ich w wodzie. W filtrach samopłuczących przepływ wsteczny powoduje samoczynne rozluźnienie się dysków i wypłukanie zanieczyszczeń poprzez króciec spustowy. W celu określenia stopnia zabrudzenia instaluje się manometry na wlocie i wylocie filtra. Konieczne jest czyszczenie elementów filtrujących przy różnicy ok. 0,5bar.

3. Hydrocyklony

Hydrocyklony to wykonane ze stali urządzenia, w których wykorzystuje się siłę odśrodkową powstałą na skutek wirowego ruchu wody. W pierwszej fazie oczyszczania zawiesina, doprowadzona stycznie do urządzenia, porusza się spiralnie ku dołowi wirem pierwotnym, po czym, pozbawiona znacznej części cząstek stałych, kieruje się wirem wtórnym ku górze, opuszczając cyklon króćcem wylotowym. Nadmiar osadu odprowadzany jest z urządzenia lejem do zbiornika. W hydrocyklonach nie zachodzi proces cedzenia i zatykania się filtra, przez co charakteryzują się one stałym spadkiem ciśnienia, a czyszczenie polega jedynie na opróżnieniu zbiornika na osad. Opróżnianie odbywa się zaworem spustowym lub poprzez otwarcie zbiornika. Im większa jest różnica  gęstości pomiędzy ziarnami a wodą, tym lepiej hydrocyklony klarują zawiesiny. Z tego względu najlepiej sprawdzają się do usuwania z wody piasków czy drobnych żwirów. Mogą więc służyć jako zabezpieczenie instalacji przed ewentualnie wymytym złożem za filtrami piaskowymi.

4. Filtry piaskowe

Filtry piaskowe służą głównie do oczyszczania wód czerpanych ze zbiorników otwartych oraz, po wcześniejszym napowietrzeniu, do uzdatniania wód podziemnych. W zależności od rodzaju usuwanych zanieczyszczeń stosuje się różnego rodzaju wypełnienia mineralne jedno- lub wielowarstwowe, przy czym zwykle używa się warstwy żwiru do podtrzymania właściwego złoża filtracyjnego oraz ochrony systemu drenażu.

Filtry piaskowe to stalowe walcowe zbiorniki, o osi pionowej lub poziomej, ustawione względem siebie równolegle w zależności od ilości filtrowanej wody. Wewnątrz zbiornika, u jego podstawy, znajduje się ruszt wraz z elementami drenującymi w postaci gwiazdy lub płyty dennej z grzybkami drenującymi. Przepływ w filtrze odbywa się w kierunku z góry na dół, natomiast płukanie w kierunku odwrotnym. Przestawienie w tryb płukania odbywa się poprzez ręczną lub automatyczną zmianę położenia odpowiednich zaworów. Moment płukania ustala się zwykle na podstawie ilości przefiltrowanej wody  lub różnicy ciśnień. Po wypłukaniu zanieczyszczeń i uruchomieniu filtracji, filtrat powinien być odprowadzany do kanalizacji przez ok. 2 minuty; za filtrami piaskowymi zalecane jest zabezpieczenie instalacji filtrem siatkowym lub hydrocyklonem w celu zatrzymania ewentualnych cząstek wymytego złoża filtracyjnego.

Odżelazianie i odmanganianie

Żelazo i mangan w formie rozpuszczalnej zawarte są w wodach podziemnych w znacznych ilościach. Na skutek reakcji z tlenem znajdującym się w powietrzu, rozpuszczalne związki żelaza i manganu przechodzą w formy nierozpuszczalne i wytrącają się w postaci osadów, które powodują zatykanie emiterów kroplujących oraz dysz mikrozraszaczy. Zawarte w wodzie związki żelaza i manganu sprzyjają rozwojowi bakterii żelazistych. Osadzające się w elementach systemów nawadniania bakterie mogą zaburzać jego pracę, na skutek rozwoju swojej masy oraz przez wytrącanie osadów w procesach życiowych. Żelazo i mangan, znajdujące się w różnych proporcjach w wodzie do nawadniania, mogą upośledzać przyswajanie przez rośliny niezbędnego dla nich cynku oraz siebie nawzajem. Wytrącające się żelaziste osady mogą nadawać roślinom ozdobnym niekorzystną barwę.

Do usuwania z wody żelaza i manganu stosuje się tzw. odżelaziacze. Zasada działania filtrów jest identyczna jak w przypadku filtrów piaskowych, jednak na odżelazianie składa się  kilka etapów stanowiących proces uzdatniania wody charakteryzujący się specjalnymi warunkami:

• woda przed poddaniem filtracji musi zostać napowietrzona – zwykle w zbiorniku aeratora, powietrzem doprowadzanym za pomocą aspiratora lub sprężarki. W przypadku wspomaganego utleniania dawkuje się wcześniej odpowiednie reagenty,
• do usuwania manganu stosuje się specjalne złoża wspomagające wytrącanie osadów,
• obciążenia hydrauliczne odżelaziaczy są znacznie mniejsze niż w przypadku oczyszczania wód powierzchniowych, dlatego niezbędny jest dobór odpowiednich wymiarów urządzenia do planowanego przepływu,
• płukanie powinno odbywać się wodą i powietrzem; w przeciwnym razie następuje zarastanie złoża, co w konsekwencji prowadzi do konieczności jego wymiany.

Oczyszczanie wód powierzchniowych

Wody powierzchniowe, oprócz zawieszonej materii nieorganicznej, charakteryzują się dużą zawartością mikroorganizmów (zoo- i fitoplanktonu), bakterii, grzybów, glonów wielokomórkowych i części roślin. Filtracja wód powierzchniowych na złożach mineralnych, oprócz ochrony systemów nawadniania, zabezpiecza rośliny przed negatywnym wpływem ewentualnych patogenów.

Do oczyszczania wód powierzchniowych tradycyjnie wykorzystuje się filtry piaskowo-żwirowe. Jako materiał filtracyjny stosuje się zwykle piaski grube oraz żwiry drobne (średnica ziaren ok. 2 mm); grubsze żwiry stosuje się jako podsypkę. Dostępne złoża ze skał wulkanicznych, tzw. bazalty, ze względu na korzystny kształt ziaren charakteryzują się wyższą skutecznością filtracji i możliwością pracy z większymi obciążeniami.

W alternatywie do filtrów żwirowych coraz częściej używane są automatyczne filtry dyskowe np. Azud Helix Automatic. Ich konstrukcja pozwala na nieprzerwaną pracę systemu nawadniania bez przerw na płukanie, tym samym redukując największą wadę filtrów dyskowych jaką jest ich uciążliwe czyszczenie.  Całkowicie nierdzewne, kompaktowe, energo i wodooszczędne powoli wypierają filtry żwirowe z obszarów w których wystarczy filtracja mechaniczna o wymaganej dokładności mesh.