Filtry dzbankowe: hit czy kit?
Niezwykle ważnym aspektem dla zdrowia człowieka jest jakość wody wodociągowej doprowadzonej do naszych domów. Normy jakości dopuszczenia wody wodociągowej do użytku publicznego reguluje Rozporządzenie Ministra Zdrowia [1]. Pomimo stałych kontroli jakości wody konsumenci bardzo często krytycznie oceniają jej jakość, szczególnie kolor, zapach oraz twardość [19]. Może to wynikać z tego, że analizy wody wodociągowej są wykonywane przy ujściu ze stacji uzdatniania wody, a nie bezpośrednio u konsumenta, przez co nie uwzględnia się powstawania zanieczyszczeń wtórnych, na które mają wpływ między innymi instalacje wodociągowe doprowadzające wodę do mieszkań. Nieodpowiednia dbałość o system rozprowadzania wody w budynkach, wiek sieci wewnętrznej oraz rodzaj użytych materiałów, mogą całkowicie zmienić jej właściwości fizyczno-chemiczne i mikrobiologiczne Należy mieć świadomość, że przedsiębiorstwa wodociągowe odpowiadają za jakość wody dostarczanej do wodomierza głównego, a nie bezpośrednio dostępnej u odbiorcy. Sieć wodociągowa zwykle jest zbudowana z przewodów stalowych i żeliwnych, ale czasem sieci są wykonane również z rur żelbetonowych, betonowych oraz z tworzyw sztucznych, a nawet z rur miedzianych [2]. Każdy z tych rodzajów rur może powodować specyficzne zanieczyszczenia wtórne zmieniające jakość wody wodociągowej [3], szczególnie wtedy, gdy dochodzi do przestojów w przepływie wody lub awarii sieci [4]. Rury od wewnątrz pokrywają się nie tylko osadami czy kamieniem, lecz również jest w nich bogactwo namnażających się bakterii. Standardowe badanie stwierdzające, czy woda nadaje się do spożycia, polega na weryfikacji obecności bakterii kałowych Escherichia coli, paciorkowców kałowych Enterococcus faecalis oraz bakterii Clostridium difficile. Nie bada się natomiast wody pod kątem obecności innych bakterii, wirusów, pierwotniaków, glonów, wrotków czy grzybów.
W wodach wodociągowych często występuje wysokie stężenie jonów wapnia i magnezu, co z jednej strony jest bardzo korzystne dla zdrowia człowieka, jednak z drugiej strony − jony te odpowiadają za twardość wody, która działa niekorzystnie na wszystkie urządzenia podgrzewające wodę [5]. Z tego też względu obserwuje się coraz większe zainteresowanie konsumentów filtrami usuwającymi twardość wody [6], które szybko i wygodnie zmiękczają wodę poprzez usuwanie głównie jonów wapnia, a dodatkowo usuwają chlor, niektóre metale ciężkie, takie jak: ołów, miedź, kadm, cynk, oraz zanieczyszczenia stałe, takie jak piasek, rdza [7]. Najlepsze filtry dzbankowe zmiękczają wodę, ale jednocześnie wzbogacają ją w magnez (od kilkunastu do kilkudziesięciu mg/L). Uzupełniają one wodę w ten cenny pierwiastek, który odgrywa tak ważną rolę w naszym organizmie. Filtry dzbankowe uwalniające magnez najczęściej posiadają dopisek “Mg+” w nazwie. Oczywiście są one nieco droższe od modeli nie uwalniającego tego pierwiastka. Istnieją również filtry dzbankowe o zwiększonym usuwaniu twardości. Od standardowego wkładu filtrującego różni się tym, że w większym stopniu zmiękcza wodę (w składzie jest więcej żywicy jonowymiennej). Zalecany do stosowania przy wodzie twardej i bardzo twardej (twardość powyżej 250 mg/L), a także są dostępne filtry dzbankowe alkalizujący wodę. Od standardowego wkładu filtrującego różni się tym, że podnosi odczyn pH wody, tworząc tzw. wodę alkaliczną. W skład mieszanki filtrującej wchodzi dodatkowo złoże alkaliczne.
Powszechną technologią zastosowaną w prostych filtrach dzbankowych jest połączenie żywic jonowymiennych i węgla aktywnego oraz filtracji mechanicznej [8]. Działanie żywic jonowymiennych polega na wychwycie jonów wapnia, a oddawaniu potasu lub sodu w zależności od rodzaju użytej żywicy czy sposobu jej modyfikacji [9]. W filtrach dzbankowych używane mogą być wyłącznie te żywice jonowymienne, które mają atest higieniczny Państwowego Zakładu Higieny [10]. Węgiel aktywny swoje działanie zawdzięcza mikroporowatej strukturze, a przepływające przez niego wybrane substancje zostają trwale z nim związane. Może on znacznie zmniejszyć przykry zapach wody [11], a także usunąć metale ciężkie [8].
W badaniach prowadzonych przez Kruszelnicką i in. [12] zauważono, że w przypadku przechowywania filtrów dzbankowych i wody niezgodnie z zaleceniami producentów, czyli w temperaturze pokojowej, co bardzo często dzieje się u konsumentów, dopuszczalne liczebności bakterii mezofilnych i psychrofilnych w przefiltrowanej wodzie zostały znacznie przekroczone już w pierwszym tygodniu użytkowania nowego wkładu filtrującego. O ile bakterie psychrofilne są częściowo naturalną mikroflorą występującą w wodach, to obecność bakterii mezofilnych może być niekiedy niebezpieczna, gdyż mezofilami jest większość drobnoustrojów chorobotwórczych. Stwierdzono, że woda z kranu po procesie filtracji zawiera więcej mikroorganizmów niż wcześniej [13]. Powodem jest to, że bakterie gromadzą się i namnażają w ciemnych i wilgotnych wkładach filtracyjnych. Poza temperaturą przechowywania filtrów duży wpływ na jakość wody ma również zbyt długie używanie filtra. Producenci filtrów dzbankowych twierdzą iż wystarczają one na ok. 30 dni ich eksploatacji lub na przefiltrowanie ok. 150-200 wody, co uzależnione jest od stopnia twardości wody kranowej. Wykazano, iż po 3 tygodniach użytkowania filtrów dzbanowych przestają one spełniać swoją funkcję. Liczba drobnoustrojów mezofilnych w czwartym tygodniu ich stosowania na poziomie 50 jtk/cm3 wyklucza możliwość ich dłuższego stosowania [13]. Należy wspomnieć iż producenci mogą stosować węgiel aktywny pokryty srebrem nadając mu właściwości bakteriobójcze. Jednak wydaje się iż ten sposób zapobiegania namnażaniu się bakterii dotyczy najdroższych i markowych filtrów dzbankowych.
Badania wykazały, iż filtry dzbankowe wykazują wpływ na zmianę stężeń większości jonów, przede wszystkim kationów, a w mniejszym stopniu anionów [14]. Ponadto ze względu na uwalnianie kationów sodu lub potasu w trakcie filtrowanie wody z żywić jonowymiennych, filtry dzbankowe podzielić można na dwie podstawowe grupy, tj. „sodowe” i „potasowe”, co wydaje się być związane ze stosowaniem w filtrach różnych żywic jonowymiennych bądź w inny sposób ich modyfikowanych. Ze względów zdrowotnych korzystniejszym wydaje się korzystanie z filtrów „potasowych”.
W przypadku wapnia badania wykazały, że pośród 3 filtrów dzbankowych różnych producentów początkowo wszystkie badane filtry skutecznie zmniejszały stężenie wapnia – z poziomu stężenia 106 mg/L w wodzie wodociągowej w mieście Bydgoszcz, do odpowiednio: 12 mg/L, 22 mg/L i 44 mg/L dla filtru Zelmer, Brita i Auchan [14]. Najmniejszą skutecznością usuwania wapnia charakteryzował się filtr Auchan, który już po 40 L nie zatrzymywał wapnia, a w niektórych momentach stężenie Ca2+ wręcz rosło w przefiltrowanej wodzie. Lepszą skutecznością wykazał się filtr Zelmer, który efektywnie usuwał jony wapnia do 100 L przepuszczonej wody. Najskuteczniejszy okazał się filtr Brita, który względnie skutecznie usuwał wapń nawet po przepuszczeniu 200 L wody [14].
W przypadku magnezu badania wykazały, że początkowo wszystkie filtry względnie skutecznie usuwały jony magnezu z wody – z początkowej zawartości 21 mg/L w wodzie wodociągowej w mieście Bydgoszcz do 4,0 mg/L, 7,0 mg/L i 11 mg/L, odpowiednio dla filtrów: Zelmer, Brita i Auchan [14]. Dla następnych porcji przepuszczanej wody przez filtry Zelmer i Auchan zaobserwowano uwalnianie niewielkich ilości magnezu. Dla filtra Auchan uwalnianie jonów magnezu utrzymało się do przepuszczonej wody wodociągowej w ilości 100 L, po czym działanie filtra przestało być zauważalne. Filtr Zelmer uwalniał w niewielkich ilościach magnez do 60 L przepuszczonej wody, po tym czasie znowu zatrzymywał magnez, aby znów po 100 L przepuszczonej wody uwalniać jego niewielkie ilości. Filtr Brita efektywnie absorbował jony magnezu do 70 L przepuszczonej wody, po czym jak w przypadku pozostałych filtrów nastąpił efekt uwalniania tego kationu, ale już w niewielkich ilościach. Po 180 L przepuszczonej wody efekt działania filtra przestał być zauważalny.
W przypadku anionów, a mianowicie przykładowo chlorków badania wykazały zaskakujące zjawisko, otóż przebadane filtry dzbankowe zachowywały się neutralnie wobec chlorków [14]. Stężenia tego pierwiastka w wodzie przefiltrowanej miały niemal te same wartości jak wartości stężenia chlorków w wodzie wodociągowej. Występowanie chlorków w stężeniu obserwowanym w wodzie wodociągowej nie ma w praktyce większego znaczenia dla zdrowia człowieka [15], więc usuwanie go z wody wodociągowej nie jest konieczne. Wszystkie filtry dzbankowe charakteryzują się zdolnością usuwania jonów azotanowych(V) z wody wodociągowej i z początkowego stężenia tego jonu w wodzie surowej z miejskiej sieci wodociągowej wynoszącego 2,4 mg/L, największe ilości tego jonu usuwał filtr Zelmer (do 1,8 mg/L), mniejsze filtr Brita (do 2,0 mg/L), a najmniejsze filtr Auchan (do 2,3 mg/L). Podobnie jak dla chlorków i azotanów, również dla siarczanów wykazano stosunkowo niewielkie różnice w skuteczności zatrzymywania/uwalniania siarczanów przez filtry dzbankowe, dlatego nie można jednoznacznie określić ogólnej tendencji [14]. Jednak tak niewielkie różnice stężeń jonów siarczanowych w praktyce nie mają większego znaczenia dla zdrowia człowieka. Wszystkie filtry uwalniały fosforany, a efekt ten utrzymywał się praktycznie w trakcie przepuszczenia 200 L wody wodociągowej. Jednak stężenie tego jonu w przefiltrowanej wodzie nie przekraczało 5,0 mg/L – jako maksymalnej wartości dopuszczalnej w wodzie do picia [1]. Spośród przebadanych filtrów najwięcej fosforanów uwalniał filtr firmy Zelmer – stężenie tego jonu wynosiło 1,2 mg/L w pierwszych litrach przefiltrowanej wody, podczas gdy w wodzie wodociągowej stężenie fosforanów wynosiło 0,55 mg/L. Pozostałe filtry wprowadzały znacznie mniejsze ilości fosforanów [14].
Czy jest zatem sens stosować filtry dzbankowe, kiedy woda wodociągowa nie jest chlorowana, i posiada ma dobry smak i zapach? Badania wykazały względnie niską skuteczność zmniejszania twardości ogólnej [13, 16]. Skuteczność działania filtrów dzbanowych drastycznie spadał już w 2 tygodniu użytkowania [16], czy w 3 tygodniu [13], a nie jak zapowiadają producenci po 30 dniach.
Piśmiennictwo:
[1] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 7 grudnia 2017 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Dz.U. 2017 poz. 2294.
[2] Perchuć M. Skutki interakcji wody wodociągowej i rur ocynkowanych. Gaz Woda i Technika Sanitarna 6, 18-23, 2008.
[3] Świderska-Bróż M. Mikrozanieczyszczenia w środowisku wodnym. Politechnika Wrocławska, 1993.
[4] Perchuć M. Doczyszczanie wody. Filtry domowe. Poradnik. Oficyna Wydawnicza MH Warszawa, 1998.
[5] Obarska-Pempkowiak H. Technologia wody. Politechnika Gdańska, 1997.
[6] Główny Urząd Statystyczny. Polska w liczbach. Zakład Wydawnictw Statystycznych Warszawa, 2012.
[7] Toczyłowska B. Domowe stacje doczyszczania wody wodociągowej – rodzaje i warunki stosowania. Ochrona Środowiska 3, 69-72, 1995.
[8] Ahmedna M., Marshall W.E., Husseiny A.A., Rao R.M., Goktepe I. The use of nutshell carbons in drinking water filters for removal of trace metals. Water Research 38, 1062-1068, 2004.
[9] Okada T., Kjelstrup-Ratkje S., Møller-Holst S., Jerdal L.O., Friestad K., Xie G., Holmen R. Water and ion transport in the cation exchange membrane systems NaC1-SrC12 and KC1-SrC12. Journal. Membrane Science 111, 159-167, 1996.
[10] Kowal A.L. Odnowa wody. Podstawy teoretyczne procesów. Politechnika Wrocławska, 1996.
[11] Newcombe G., Morrison J., Hepplewhite C. Simultaneous adsorption of MIB and NOM onto activated carbon. I. Characterisation of the system and NOM adsorption. Carbon 40, 2135-2146, 2002.
[12] Kruszelnicka I, Ginter-Kramarczyk D, Michałkiewicz M. Czy warto stosować filtry dzbankowe? Technologia Wody 4, 16-21, 2017.
[13] Gizińska M, Pytka A., Skwarzyńska A., Micek A. Jóźwiakowski K, Marzec M., Sosnowska B. Porównanie skuteczności działania i żywotności filtrów dzbankowych do wody. Technologia Wody 2, 25-29, 2014.
[14] Śliwińska J., L Boszke L. Wykorzystanie wysokosprawnej chromatografii jonowej (HPIC) w badaniach efektywności usuwania składników jonowych z wody wodociągowej za pomocą filtrów dzbankowych. [W]: Inżynieria i Ochrona Środowiska. Granops M., (Red.) Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy 157-171, 2012.
[15] Seńczuk W. Toksykologia współczesna. Wydawnictwo Lekarskie PZWL Warszawa, 2005.
[16]Puszczało E., Kudlek E., Marszałek A. Ocena skuteczności pracy filtrów przelewowych. Proceedings of ECOpole 13, 155-162, 2019.