Wybrane aspekty technologiczne i jakościowe wody

dr inż. Rafał Bray
Politechnika Gdańska
Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska
Wybrane aspekty technologiczne i jakościowe wody wodociągowej w Malborku
Stosowana do roku 2009 woda w wodociągach Malborskich, pochodząca ze studni
kredowych, cieszyła się dobrą opinią mieszkańców, co zawdzięczała głównie dobremu smakowi i
niskiej twardości. Ta sama woda, budziła jednak obawy specjalistów i służb sanitarnych, z powodu
podwyższonych zawartości, szkodliwego dla zdrowia fluoru, którego stężenia nawet dwukrotnie
przekraczały wartości dopuszczalne dla wód przeznaczonych do spożycia przez ludzi. Poza
szkodliwym fluorem, woda wodociągowa nie spełniała również innych wymagań, głównie boru,
amoniaku, żelaza i twardości, przy czym ten ostatni parametr ze względu na zbyt niskie stężenia
(tabela na końcu).
Najbardziej szkodliwy spośród składników wody kredowej w Malborku fluor, jest zarówno
niezbędnym, jak i toksycznym pierwiastkiem dla człowieka, przy czym granica między dawką
korzystną a szkodliwą jest bardzo wąska. Właściwa ilość fluoru zapobiega próchnicy zębów, jednak
jego nawet niewielki nadmiar może być szkodliwy. Fluor pobierany z pożywieniem nie jest na ogół
szkodliwy, natomiast jego wysokie stężenie w wodzie pitnej wpływa ujemnie na organizm. Dzieje się
tak dlatego, że fluor jest łatwo wchłaniany w przewodzie pokarmowym przede wszystkim z wody
(która stanowi główne jego źródło) i podlega szybko włączeniu w obieg biochemiczny. Toksyczność
fluoru przez niektórych porównywalna jest do toksyczności ołowiu, odrzucając jednak tak radykalne
poglądy, szkodliwość fluoru w opiniach specjalistów nie podlega dyskusji. Nieszkodliwa dzienna
dawka fluoru dla dorosłego człowieka wynosi ok. 1,0 mg a dawka około 5 mg stanowi już zagrożenie
dla zdrowia i może prowadzić m.in. do przewlekłego zatrucia zwanego fluorozą. Zatem, zakładając
dzienne, przeciętne spożycie wody w ilości ok. 2 dm3, dzienna dawka fluoru dla mieszkańców
Malborka z samej tylko wody, wynosiła od 5 do 6 mg, zatem przekraczała dawkę szkodliwą oraz
pięcio-sześciokrotnie przekraczała dawkę bezpieczną. Nadmiar fluoru jest przyczyną także innych
zaburzeń, często związanych z wyłączeniem niektórych metali (w tym magnezu i wapnia) z funkcji
metabolicznych, co w efekcie prowadzi do zachwiania równowagi kationowej organizmu i zaburzenia
wytwarzania i funkcji niektórych hormonów. Jest to o tyle istotne w przypadku wody kredowej
ujmowanej w Malborku, iż woda ta prócz podwyższonego stężenia fluoru, cechowała się również
niska twardością, czyli niskimi stężeniami wapnia i magnezu. Zatem woda ta, nie tylko nie dostarczała
niezbędnych dla prawidłowego funkcjonowania organizmu związków wapnia i magnezu, to
dodatkowo, w wyniku podwyższonego stężenia fluoru, obniżała ich zawartość w organizmie
człowieka. Nadmiar fluoru zaburza również pobieranie i metabolizm jodu. Stwierdzono również
mutagenne (rakotwórcze) działanie niektórych związków fluoru.
Usuwanie fluorków i boru z wody, wprawdzie technicznie możliwe, należy do jednych z
najtrudniejszych i najbardziej kosztownych zabiegów. Z tego też względu, w przypadku zbyt wysokich
stężeń tych pierwiastków w wodzie, przede wszystkim poszukuje się innego źródła wody, wolnego od
tych domieszek. Podobnie postąpiono w Malborku, wykorzystując istniejące wcześniej studnie
czerpiące wodę z tzw. warstw czwartorzędowych (warstw żwirów i piasków naniesionych w okresach
ostatnich zlodowaceń). Studnie te nie były wcześniej wykorzystywane ze względu na podwyższone
stężenia żelaza, manganu i amoniaku w wodzie. Składniki te (jak również ich stężenia), należą do
typowych domieszek tego typu wód podziemnych i jednocześnie są stosunkowo łatwe do usunięcia z
wody, w standardowych technologiach. Konieczna była zatem budowa stacji uzdatniania wody, której
wcześniej w Malborku nie było.
Zastosowana na stacji uzdatniania wody w Malborku technologia uzdatniania jest
powszechnie stosowana do usuwania związków żelaza manganu i azotu amonowego z wód
podziemnych, a sama stacja spełnia wysokie, nie tylko polskie ale i światowe standardy
technologiczne i techniczne. Technologia uzdatniania polega na napowietrzaniu i dwustopniowej
filtracji wody przez aktywne, katalityczne i biologiczne złoża filtracyjne. Do uzdatnianej wody nie są
dawkowane żadne reagenty a procesy prowadzące do jej oczyszczenia przebiegają w sposób
naturalny. Dwustopniowa filtracja zapewnia wysokie bezpieczeństwo i niezawodność technologiczną
uzdatniania, gdyż w przypadku nieprawidłowej pracy filtrów pierwszego stopnia zanieczyszczenia
mogą być zatrzymane na filtrach drugiego stopnia. Ponadto stacja jest w pełni zautomatyzowana,
może funkcjonować bezobsługowo, a nad prawidłową praca wszystkich urządzeń czuwają
komputery. Wszystkie najważniejsze parametry technologiczne są monitorowane i rejestrowane, a w
razie awarii (lub wtargnięcia na teren stacji obcej osoby) dyżurujący pracownik jest automatycznie
powiadamiany za pośrednictwem telefonii komórkowej.
W początkowym okresie eksploatacji stacji uzdatniania pojawiły się problemy z jakością wody
w sieci wodociągowej, polegające na pojawieniu się osadów, co wzbudziło uzasadniony niepokój
konsumentów. Było to spowodowane przejściowymi, niepełnymi efektami uzdatniania wody w
pierwszych tygodniach pracy filtrów i podwyższonym stężeniem amoniaku w sieci wodociągowej.
Azot amonowy, przy jednoczesnej obecności tlenu rozpuszczonego w wodzie (wprowadzanego do
wody w czasie jej uzdatniania) spowodował rozwój, całkowicie nieszkodliwych dla ludzi
autotroficznych („odżywiających” się związkami mineralnymi, w tym przypadku amoniakiem) bakterii
nitryfikacyjnych, których biomasa stanowiła główny składnik pojawiającego się w sieci osadu.
Gorsze efekty uzdatniania w pierwszych tygodniach pracy nowo oddanych do eksploatacji filtrów,
jest typową sytuacją, gdyż naturalne procesy biologiczne, prowadzące do usunięcia amoniaku z
wody, wymagają kilkutygodniowego okresu tzw. wpracowywania (w tym czasie złoża filtracyjne
stopniowo zasiedlane są przez bakterie nitryfikacyjne, które przekształcają amoniak do azotanów).
Dodatkowo niezadowolenie mieszkańców Malborka, przyzwyczajonych od lat do wody
miękkiej, związane jest z podwyższoną twardością nowej wody. Warto przy tej okazji wspomnieć, że
tzw. twardość wody jest jednym z najstarszych wskaźników jakości wody, pochodzącym jeszcze z
czasów „ery maszyn parowych”, istotny głównie ze względu na powstawanie tzw. kamienia
kotłowego w urządzeniach stosowanych do podgrzewania wody. Niechętnie jest również postrzegany
z powodu wpływu na zwiększone zużycie mydła i środków piorących. Długa tradycja oraz liczne, nie
zawsze rzetelne reklamy środków do zmiękczania wody powodują, że obecnie twardość wody
postrzegana jest powszechnie jako jeden z ważniejszych wskaźników jakości wody wodociągowej. W
rzeczywistości jednak jest to składnik o drugorzędnym znaczeniu dla wód wodociągowych, na co
wskazywać może chociażby fakt, iż w wielu światowych uregulowaniach dotyczących wód do picia
pozycja ta w ogóle nie występuje.
Twardość wody wywołana jest obecnością w niej związków wapnia i magnezu (Ca i Mg). W polskich
przepisach dopuszczalna twardość wody jest określona na poziomie od 60 do 500 mg CaCO3/dm3,
przy czym dolną granicę twardości wprowadzono stosunkowo niedawno (w 2000 r.) a zmiana ta
podyktowana była wieloletnim doświadczeniem wskazującym, iż użytkowanie wód miękkich jest
niekorzystne zarówno ze względów technicznych jak i zdrowotnych.
Twardość wody odgrywa istotną role ze względów zdrowotnych. Główne składniki twardości, czyli
wapń i magnez należą do jednych z ważniejszych mikroelementów niezbędnych dla prawidłowego
funkcjonowania organizmu ludzkiego. Wapń i magnez zapewniają m.in. prawidłowy stan kości i
zębów, utrzymują prawidłową czynność układu sercowo-naczyniowego oraz nerwów i mięśni,
niedobór magnezu może być przyczyną odczuwania wzmożonego zmęczenia i wyczerpania.
Wprawdzie głównym źródłem wapnia i magnezu dla człowieka jest pożywienie, to jednak woda o
podwyższonej twardości może stanowić ważny suplement tych pierwiastków w codziennej diecie,
szczególnie w przypadku ich niedoboru. Natomiast spożywanie wody miękkiej może być
niekorzystne, szczególnie dla osób cierpiących na choroby serca. Stwierdzono wyraźną korelację
między piciem wody miękkiej i wzrostem zachorowań (o 10 do 15 %) na wieńcową chorobę serca i
miażdżycę.
Oprócz zdrowotnych aspektów, do istotnych, negatywnych cech wody miękkiej należy zaliczyć
podwyższone właściwości korozyjne tego typu wody. Dzieje się tak dlatego, gdyż wapń i magnez (w
dużym uproszczeniu mówiąc) stanowią naturalne inhibitory korozji, np. wiążąc agresywny dwutlenek
węgla lub pokrywając metalowe elementy cienką warstewką, izolując je w ten sposób od kontaktu z
korozyjnymi składnikami wody. Należy przy tym zaznaczyć, że korozyjne właściwości wody to nie
tylko zwiększone ryzyko awarii sieci wodociągowej, ale również istotna cecha wody z punktu
widzenia indywidualnych jej odbiorców. Właściwości korozyjne wód miękkich sprzyjają bowiem
rozpuszczaniu materiałów, z których wykonane są instalacje wodociągowe, co może być przyczyną
przenikania do wody metali, z których są one wykonane (poza żelazem, również ołowiu ze starych
ołowianych przyłączy, lub miedzi z nowych miedzianych instalacji wewnętrznych).
Podsumowując, wprowadzana aktualnie do sieci wodociągowej Malborka woda, w pełni spełnia
wymagania dla wody przeznaczonej do spożycia i pod względem zdrowotnym, w świetle aktualniej
wiedzy, jest całkowicie bezpieczna dla konsumentów.
Tabela. Wybrane parametry jakościowe wody wodociągowej w Malborku (2010r.)- Akredytowane
Laboratorium Badania Wody i Ścieków w Ząbrowie.
Parametr
Jednostka
Koda „kredowa”
Woda aktualnie
Wartość
wprowadzana do sieci
dopuszczalna
Amoniak (NH4+)
mg/l
0,79 – 0,83
0,056 – 0,124
0,5
Bor (B)
mg/l
1,36 – 1,48
<0,05 – 0,059
1,0
Fluor (F)
mg/l
2,6 – 3,0
0,41 – 0,46
1,5
Mangan (Mn)
mg/l
0,008 – 0,009
0,033 – 0,045
0,05
Twardość (CaCO3)
mg/l
48 – 68
372 – 385
60-500
Żelazo (Fe)
mg/l
0,088 – 0,24
0,012 – 0,043
0,2
Pozostałe parametry, zarówno w wodzie „kredowej” jak i obecnie wprowadzanej do sieci, spełniają wymagania
dla wód przeznaczonych do spożycia.
Literatura
Kowal A. L., Świderska-Bróz M.: Oczyszczanie wody. PWN, Warszawa 2007.
Kubata-Pendias A., Pendias H.: Biochemia pierwiastków śladowych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
1993.
Roman M.: Jakość wody do picia w przepisach Unii Europejskiej i w przepisach Polskich. Monografia, seria
Wodociągi i Kanalizacja nr 8, Wyd. Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych Warszawa 2001.
Witczak S., Adamczyk A.: Katalog wybranych fizycznych i chemicznych wskaźników zanieczyszczeń wód
podziemnych i metod ich oznaczania. Tom II. Państwowa Inspekcja Ochrony Środowiska, Biblioteka
Monitoringu Środowiska, Warszawa 1995.
Rozporządzenie Ministra Zdrowia, z dnia 20 kwietnia 2010 r., zmieniające rozporządzenie w sprawie jakości
wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (Dz. U. Nr 72 Poz. 466, z dnia 29 kwietnia 2010 r.)