Badania technologiczne - Urząd Miasta Józefowa

OMÓWIENIE WYNIKÓW BADAŃ
TECHNOLOGICZNYCH
Przeprowadzonych
na pilotażowej stacji doświadczalnej
Wykonanych dla celów projektowych
MODERNIZACJI STACJI UZDATNIANIA WODY
w Józefowie
przy ulicy Drogowców 20.
sierpień 2011 rok
1
.
Inwestor:
Wykonał :
Urząd Miasta Józefowa
.
ul. Kardynała Wyszyńskiego 1.
05 – 420 Józefów
mgr inż. Jacek Dulny
2
ZAWARTOŚĆ OPRACOWANIA
A. Część opisowa :
1.
Podstawa opracowania;
2.
Cel opracowania;
3.
Zakres opracowania;
4.
Jakość wody surowej;
5.
Szczegółowy opis przeprowadzonych badań;
6.
Omówienie wyników przeprowadzonych badań;
7.
Uwagi ogólne;
8.
Wnioski;
9.
Uwagi dotyczące modernizacji pracującej Stacji Uzdatniania.
Załączniki :
1.
Tabele
3
1. PODSTAWA OPRACOWANIA.
1. Rozpoznanie obiektu, wizja lokalna.
2. Istniejące oraz wykonywane w trakcie badań analizy wody surowej.
3. Badania technologiczne wykonane na doświadczalnej stacji pilotażowej
w dniach 04. – 10.08.2011 roku na Stacji Uzdatniania Wody w Józefowie
przy Al. Drogowców 20.
2.
CEL OPRACOWANIA.
Od pewnego czasu bywają okresy, że woda uzdatniona uzyskiwana w procesie
technologicznym zaprojektowanym kilkanaście lat temu ma nieakceptowalny
zapach.
Zainstalowano (do tej pory pracujący), potrójny, szeregowy układ filtrów OFSY
plus filtr z węglem aktywnym.
W tym układzie, proces utleniania zanieczyszczeń realizuje się przy pomocy
sporej dawki podchlorynu sodu dozowanego bezpośrednio przed filtry I stopnia
filtracji.
Nie ma znaczenia poziom natlenienia wstępnego wody surowej.
Problemy z pozyskiwaniem wody surowej o stabilnym składzie
fizykochemicznym generują problemy związane z fizykochemią zachodzących
procesów – tworzenie chloramin i chlorowanych związków organicznych.
Celem badań jest przedstawienie i sprawdzenie procesu uzdatniania opartego na
utlenianiu tlenem atmosferycznym i wyeliminowanie związków chloru
praktycznie we wszystkich etapach technologicznych procesu, włącznie
z procesem aktywacji złóż manganowych.
Bezpośrednim celem badań jest potwierdzenie poprawności przyjętych założeń
technologicznych i procesowych zmienionej technologii uzdatniania wody.
Ustalenie efektywnej metody uzdatniania wody oraz dobór optymalnych
rozwiązań technologicznych, dla modernizacji technologii Stacji Uzdatniania
Wody w Józefowie przy Al. Drogowców 20.
Po ustaleniu układu technologicznego, określenie optymalnych parametrów
pracy wytypowanych filtrów.
Wyniki, wnioski i uwagi wynikające z obecnych badań technologicznych
odnoszą się także do wchodzącego w fazę realizacji, nowego ciągu
technologicznego zaprojektowanego 2 lata temu.
4
3. ZAKRES OPRACOWANIA.
Opracowanie niniejsze obejmuje analizę badań na pilotowej stacji
doświadczalnej, wykonanych na Stacji Uzdatniania Wody
w Józefowie w dniach 04.08 –10.08.2011 roku.
Badawczą stację filtrów usytuowano w miejscu umożliwiającym pracę przy
dowolnej konfiguracji pracujących studni głębinowych, przed punktem
chlorowania wody surowej.
Badania zostały przeprowadzone na poniżej opisanym zestawie.
Opis Zestawu do badań;
Zestaw do badań składa się z następujących elementów:
1. Otwarty zbiornik kontaktowy 300 l.( 1 m3).
2. Zamknięty zbiornik kontaktowy (aerator ciśnieniowy).
3. Mieszacz statyczny.
4. Urządzenie do napowietrzania (sprężarka).
5. Pompa odśrodkowa.
6. Kolumny filtracyjne z następującymi zasypkami:
A.
Filtr Hi Flo 9 UF – Cleer (odżelaziacz).
Podsypka
- Cullsan 10 x 18 - 150 mm,
- Cullsan 6 x 9
- 80 mm,
- Cullsan 2 x 3
- 80 mm,
Warstwa filtracyjna
- Cullsan 0,6 x 0,8 - 450 mm,
- Cullcite 0,8 x 2 - 560 mm,
B.
Filtr Hi Flo 9 UFP Super Iron.
Podsypka (krzemionki).
- Cullsan 10 x 18 - 120 mm,
- Cullsan 6 x 9
- 90 mm,
- Cullsan 2 x 3
- 90 mm,
5
Warstwa filtracyjna
Standard
- Cullsan (krzemionka) 0,6 x 0,8
- Piroluzyt
- Cullcite – (antracyt)), 0, 8 x 2 mm
- 555 mm,
- 275 mm,
- 250 mm.
7. Zestaw manometrów.
8. Zawory regulacyjne.
9. Dozowniki chemikaliów 2,5 l/h ze zbiornikami roztworów.
10. Zestaw przepływomierzy.
Cała aparatura umieszczona jest na podeście umożliwiającym łatwy
montaż i demontaż instalacji uzdatniania wody.
4.
JAKOŚĆ WODY SUROWEJ.
Jakość wody surowej oraz zakresy zmienności głównych zanieczyszczeń
wody surowej przedstawiony jest w poprzednim, podobnym moim Opracowaniu
badań Technologicznych z 2008 roku
Woda surowa przeznaczona do uzdatnienia, nadal pochodzi z trzech
eksploatowanych studni głębinowych, są to niezbyt głębokie odwierty do
czwartorzędowych pokładów wodonośnych bez górnej warstwy osłonowej.
Częstym, nieregularnym wahaniom podlegają praktycznie wszystkie mające
wpływ na proces technologiczny uzdatniania wody, parametry.
Ma to szczególne znaczenie gdy proces technologiczny prowadzony jest bez
zbiornika wody surowej i bez odgazowywania siarkowodoru.
- Niewielkim wahaniom podlega pH wody, pH = 7,1 – 7,3
(to niezbyt wysokie pH nie ułatwia procesu utleniania manganu).
- Znacznie zmienia się zawartość amoniaku i siarkowodoru, nieregularnie na
poszczególnych studniach.
- oraz podobnie nieregularnie, w dość szerokim zakresie waha się stężenia
żelaza i manganu oraz barwa i mętność wody.
- ostatnie pełniejsze analizy wykazują wyraźny wzrost poziomu Ogólnego
Węgla Organicznego (OWO).
Najprawdopodobniej wahania te są częste, nieregularne, występują praktycznie
na każdej studni.
Konsekwencją tego są okresowe, częste zmiany wielkości zanieczyszczeń
kierowanych do Stacji Uzdatniania Wody.
6
Problemy ze stabilnością podstawowych parametrów fizykochemicznych wody
bezpośrednio kierowanej do filtracji, zawsze odbijają się na stabilności
realizowanego procesu technologicznego uzdatniania wody.
Często te problemy likwidujemy zwiększając dawkę dodawanego w procesie
podchlorynu sodu, niestety generując inne problemy wpływające na pogorszenie
własności organoleptycznych uzyskiwanej wody uzdatnionej.
Ten problem występuje na tutejszej Stacji Uzdatniania.
Ostatnie pełne analizy wody surowej wykonano 29.06.2011 roku.
Podstawowe zanieczyszczenia:
Parametr
Studnia nr 1`
Studnia nr 4
Studnia nr 5
Żelazo
mg/l
1,75
1,55
1,72
Mangan
mg/l
0,62
0,92
0,715
Barwa
mg Pt/l
20
25
25
Mętność
NTU
1,66
1,7
1,8
Twardości wód wynoszą około 200 – 220 mg CaCO3,
pH = 7,1 – 7,3
- Utlenialność przekraczana jest głównie na studni Nr 1, lecz
najprawdopodobniej, przy okresowej zmienności parametrów
fizykochemicznych i na pozostałych studniach pojawia się zwiększona ilość
substancji zredukowanych.
W trakcie przeprowadzania badań pilotażowych na wodzie surowej
mieszanej z różnych studni głębinowych podstawowe parametry
fizykochemiczne filtrowanej wody podlegały pewnym wahaniom
i przybierały następujące wartości:
mętność.
- 1,3 – 1,70 NTU ,
barwa
– 19 – 25 mg Pt/l,
pH
– 7,1 -7,3
żelazo
– 1,25 – 2,25 mg/l,
mangan
– 0,615 – 0,716 mg/l,
twardość og.
– 200 – 210 mg CaCO3/l,
amoniak
– 0,22 – 0,38 mg/l.
Wydobywana woda głębinowa posiada wyraźnie wyczuwalny zapach
rozpuszczonego siarkowodoru.
7
5.
SZCZEGÓŁOWY OPIS BADAŃ,
STAN ISTNIEJĄCY I
ZAŁOŻENIA PROCESOWE NOWEGO UKŁADU.
STAN ISTNIEJĄCY.
Obecnie na pracującej stacji uzdatniania zainstalowany są trzy ciągi filtrów:
system OFSY plus filtr węglowy.
- OFSY to dwustopniowy układ filtrów odżelaziająco – odmanganiających,
gdzie utlenianie substancji zredukowanych odbywa się przy pomocy dużej
dawki podchlorynu sodu.
Ponieważ przy utlenianiu żelaza podchlorynem tworzy się bardzo drobny, nie
kłaczkujący osad, na drugim stopniu filtracji konieczne jest dozowanie
polielektrolitu PF - 81.
- Rolą filtra węglowego jest wiązanie powstających związków
chloropochodnych.
W tutejszych warunkach, gdy zawartość amoniaku w wodzie surowej wynosi od
0,20 do 0,50 mg/l, przy dozowanej dawce chloru powyżej 2,5 mg/l, już
w zbiorniku kontaktowym tworzą się chloraminy.
Brak jest analiz dotyczących ilości tworzących się chloramin a są to związki
pogarszające smak i zapach wody.
Dodatkowo, okresowo występuje podwyższona zawartość ogólnego węgla
organicznego.
Przy chlorowaniu tworzą się chlorowane związki organiczne
(np. chloroform i inne), potwierdzone analizami sanepidu.
Prawdopodobnie mieszanina chloramin z mieszaniną chlorowanych związków
organicznych okresowo tworzy nieakceptowalny zapach uzyskiwanej wody
uzdatnionej.
ZAŁOŻENIA TECHNOLOGICZNE I PROCESOWE NOWEGO
UKŁADU.
Głównym założeniem technologicznym i procesowym jest wyeliminowanie
chloru z procesu uzdatniania wody.
Proces technologiczny uzdatniania wody powinien składać się z następujących
etapów;
1. Natlenianie wstępne w otwartym zbiorniku kontaktowym,
- natlenienie wody surowej do poziomu 7 – 8 mg O2/l.
8
- intensywne odgazowanie znacznych ilości występującego siarkowodoru oraz
możliwych do odgazowania prostych węglowodorów alifatycznych.
Po wstępnej analizie jakości wody surowej ( podwyższona zawartość amoniaku,
żelaza i manganu), określono układ technologiczny oparty na filtrach:
2.
Efektywnym „odżelaziaczu” pracującym na złożach
krzemionkowo - antracytowych.
oraz na filtrze z aktywną warstwą manganową:
3.
Filtrze « odżelaziająco - odmanganiającym » .
z warstwą aktywnego złoża manganowego – Piroluzyt.
4.
Chlorowanie końcowe zabezpieczające, nie mające wpływu na
proces technologiczny uzdatniania wody.
Biorąc wszystko powyższe pod uwagę, wykonano serię badań, mających
potwierdzić poprawność zastosowania proponowanego układu technologicznego
uzdatniania tutejszych wód głębinowych, oraz określić parametry pracy filtrów.
Proponowany ciąg technologiczny obejmuje wstępne procesy poprzedzające
właściwy proces filtracji – procesy umożliwiające utlenienie oraz wytrącenie
zanieczyszczeń, w formie umożliwiającej ich odseparowanie na złożach
filtracyjnych.
- W sytuacjach występowania gorszej jakości wody (głównie wzrost zawartości
manganu), można wspomóc proces dozując niewielką ilość nadmanganianu
potasu w ilości 0,3 – 0,5 – 0,8 mg/l.
(Cały czas uciekamy od stosowania podchlorynu sodu w procesie produkcji
wody).
Dawka utleniacza zależała będzie od poziomu wzrostu zanieczyszczeń.
Głównym elementem układu są filtry z odpowiednio dobranymi złożami
filtracyjnymi.
Będą to filtry, których zadaniem będzie eliminacja głównie trudno usuwalnego
utlenionego manganu oraz oczywiście żelaza.
Z wieloletniej praktyki i doświadczeń w uzdatnianiu podobnie trudnej
technologicznie wody wynikało odpowiednie zestawienie filtrów.
9
I.
Pierwsza seria badań
Filtracja dwustopniowa na szeregowym układzie filtrów:
filtrze Hi Flo 9 – UF – CLEER oraz
filtrze Hi Flo 9 – UFP – SUPER IRON,
z otwartym układem napowietrzającym wodę surową.
Część poniższego opisu znajduje się w Opracowaniu z 2008 roku lecz dla
przypomnienia napiszę ponownie.
Charakterystyka filtrów.
Filtr odżelaziająco – biologiczny.
Określeniem tym nazywam filtr, który spełniać musi jednocześnie dwie
podstawowe funkcje.
- Po pierwsze, musi być efektywnym typowym „odżelaziaczem”.
Proces utleniania żelaza zawartego w wodzie surowej musi zachodzić wyłącznie
przez tlen dostarczany w procesie intensywnego natleniania wstępnego wody
surowej poddawanej procesowi uzdatniania.
- Po drugie, to filtr do biologicznej nitryfikacji amoniaku.
Filtr ten, pełni rolę typowego filtra biologicznego, w którym poza prostymi
zjawiskami fizykochemicznymi utleniania i separacji zanieczyszczeń (głównie
żelaza), współdziałają w procesie uzdatniania wody także szczepy bakterii
żelazistych, manganowych a przede wszystkim bakterie amonowe grupy
Nitrosomonas i Nitrobacter, przetwarzające amoniak w azotyny i azotany.
Do filtra tego nie wolno dozować podchlorynu sodu, często wspomagającego
procesy utleniania zanieczyszczeń.
Procesy utleniania można wspomóc niewielką dawką nadmanganianu potasu.
Naturalnymi minerałami stanowiącymi złoża filtracyjne są krzemionka
i antracyt, powszechnie stosowane w procesach filtracji.
W filtrze tym, powinny w niedługim czasie rozwijać się i intensywnie namnażać
szczepy bakterii amonowych, które w cyklu metabolicznym przetwarzają
amoniak w azotyny i azotany.
Funkcją filtra jest wyraźne obniżenie zawartości amoniaku w wodzie
uzdatnionej po okresie około 30 – 60 dni do poziomu poniżej 0,1 mg/l.
Czas ten zależał będzie głównie od stopnia natlenienia wody surowej kierowanej
do filtracji, od temperatury wody surowej oraz od stosowanych liniowych
szybkości filtracji, także od poziomu i czasu dozowania pożywki „Nutrient”.
W celu dobrego dopłukania filtra z zalegających związków żelaza, manganu
i biomasy powstałej z nitryfikacji amoniaku, filtr musi by intensywnie płukany.
10
Filtr silnie odmanganiający II stopnia filtracji.
Filtr UFP SUPER IRON pracuje w ten sposób, że w górnej części filtra na
antracycie zatrzymywane jest utlenione żelazo oraz zawiesiny podnoszące
barwę i mętność wody – ta część filtra stanowi typowy „odżelaziacz”.
Dopiero w dolnej część filtra na piroluzycie utleniany jest mangan, który
częściowo wbudowuje się i wzmacnia złoże manganowe, a pozostała część
osadza się w dolnej części filtra na drobnym złożu krzemionki
o granulacji 0,6 – 0,8 mm.
Efektywne odmanganianie na aktywnych złożach manganowych wymaga pracy
z wysokimi poziomami natlenienia wody surowej.
Zbyt niski poziom stężenia tlenu powoduje powolną, ciągłą deaktywację
aktywnych złóż manganowych.
Stosując układ dwustopniowej filtracji, umożliwiamy aktywnej warstwie
Piroluzytu w filtrze drugiego stopnia utleniać głównie mangan, a nie duże ilości
deaktywującego go żelaza.
Filtr UFP przed badaniami uaktywniony był silną dawką NaOCl oraz KMnO4.
Każde aktywne złoże manganowe wymaga jakiejś formy okresowej lub ciągłej
aktywacji.
W technologii Culligan stosuje się chemiczną aktywację podchlorynem sodu lub
nadmanganianem potasu.
W dużej mierze zastosowany proces aktywacji chemicznej uzależniony jest od
sposobu odprowadzania popłuczyn.
- Jeśli popłuczyny odprowadzane są do kanalizacji, to można prowadzić
aktywację okresową silną dawką podchlorynu sodu lub nadmanganianu potasu.
W trakcie normalnej pracy serwisowej filtrów UFP – SUPER IRON, złoże
aktywnego Piroluzytu uaktywniane jest tylko w trakcie płukania wstecznego
przez okres 8 - 10 min. roztworem KMnO4 lub NaOCl, o stężeniu ok. 100 ppm.
Możliwe a nawet wskazane jest wprowadzenie fazy przetrzymania złoża
w roztworze podanego utleniacza.
W czasie pracy filtra (produkcja wody), do filtra nie jest dozowany podchloryn.
- Jeśli popłuczyny odprowadzane są do naturalnych cieków wodnych – w tym
przypadku do rzeki Świder, korzystniejsze jest prowadzenie minimalnego
ciągłego wspomagającego dozowania utleniacza chemicznego.
Filtr ten płuczemy jedynie wodą - z reguły surową, początkowo
w przeciwprądzie przez okres 6 – 10 minut, następnie dopłukujemy
współprądowo przez 3 – 5 minut.
11
Długości poszczególnych faz płukania powinny być określone w okresie
rozruchu technologicznego, następnie weryfikowane w czasie eksploatacji
układu filtracji.
W sytuacjach, gdy z różnych względów stosuje się chlorowanie zabezpieczające
wody uzdatnionej kierowanej do sieci, bardzo sensowne jest przeniesienie
punktu dozowania podchlorynu sodu przed filtry z wypełnieniem katalitycznym.
Wszystkie katalityczne, aktywne złoża manganowe pracują bardzo efektywnie
w takim reżimie pracy.
Dawkę podchlorynu sodu należy tak dobrać, aby po filtracji w wodzie
kierowanej do zbiorników wody uzdatnionej, lub bezpośrednio do odbiorców,
stężenie chloru wolnego nie przekraczało poziomu dopuszczonego
normą ( 0,3 mg/l).
Badania technologiczne I seria.
W tej części badań technologicznych obserwowano, jak w tutejszych warunkach
na zestawionym układzie technologicznym następowała będzie eliminacja
poszczególnych zanieczyszczeń znajdujących się w wodzie surowej.
Jak wspomniano powyżej, rozwój i namnażanie bakterii amonowych jest
procesem długim, w różnych warunkach wynoszącym od 30 do nawet 120 dni.
- W związku z powyższym, w tutejszych warunkach na filtrze odżelaziająco biologicznym – filtrze I -go stopnia, sprawdzano jak będzie następowało
„wpracowywanie”się filtra w okresie prowadzenia prób jedynie na żelazo.
Regularnie badano więc zawartość żelaza w wodzie po pierwszym stopniu
filtracji, oraz w jakiej formie (żelaza Fe2+ - nie utlenionego, lub Fe3+ - czyli
w formie utlenionej), jest kierowane do drugiego stopnia filtracji.
Z analizy powyższego można wnioskować o poprawności aktualnie
stosowanego stopnia natleniania wody surowej kierowanej do filtracji.
W trakcie prowadzenia procesu filtracji regularnie sprawdzano poziom
zawartości żelaza (w obu formach utlenienia) i manganu oraz barwę
i mętność wody uzdatnionej po II stopniu filtracji – po filtrze UFP – Super Iron.
- Wykonano serię badań ukazującą wpływ stopnia natlenienia wody
surowej na poziom manganu w uzyskiwanej wodzie uzdatnionej.
- W badaniach tego etapu poziom natlenienia wody surowej kierowanej do
filtracji wynosił od 4,3 do 7,1 mg O2/l.
- Prowadzono proces oczyszczania wody z liniowymi szybkościami filtracji
wynoszącymi od 10, 12 i 14 m/h.
- Pierwsze próby rozpoczęto na przedstawionym powyżej zestawie
filtrów, przy szybkości filtracji równej 10 i 8 m/h, stosując jedynie intensywne
wstępne natlenianie wody surowej.
12
Jak wspomniano poprzednio, natlenienie wody powinno być maksymalnie
wysokie.
Badania rozpoczęto przy natlenieniu wody do poziomu X =6,5 mg O2/l.
II. Druga seria badań
Filtracja dwustopniowa na szeregowym układzie filtrów:
filtrze Hi Flo 9 – UF – CLEER oraz
filtrze Hi Flo 9 – UFP – SUPER IRON,
- z otwartym układem napowietrzającym wodę surową
- oraz ciągłym dozowaniem nadmanganianu potasu
w ilości 0,3 i 0,6 mg KMnO4/l.
W tej serii, przy wysokiej liniowej szybkości filtracji wynoszącej 14 m/h, przy
zbliżonym natlenieniu jak poprzednio, ukazano pozytywny wpływ ciągłego
dozowania nadmanganianu w trakcie trwania procesu filtracji na zawartość
manganu w uzyskiwanej wodzie uzdatnionej.
Wyniki pomiarów zestawiono w Tabeli Nr 5.
13
6.
OMÓWIENIE WYNIKÓW
PRZEPROWADZONYCH BADAŃ.
I.
Pierwsza seria badań.
Filtracja dwustopniowa na szeregowym układzie filtrów:
filtrze Hi Flo 9 – UF – Cleer, oraz
filtrze Hi Flo 9 – UFP – Super Iron.
z intensywnym układem napowietrzającym wodę surową
w otwartym zbiorniku kontaktowym.
Pierwsze dni pracy układu filtracyjnego a szczególnie filtra odżelaziającego I
stopnia filtracji, to czas „wpracowywania” się złóż krzemionkowych i antracytu.
Wyniki badań na przedstawionym powyżej układzie filtracyjnym prowadzone
początkowo z liniową szybkością filtracji 10 i 8 m/h oraz natlenieniem wody do
poziomu 6,5 mgO2/l przedstawia poniższa Tabela Nr 1.
Tabela nr 1.
„Wpracowywanie” się filtra I stopnia na żelazo.
Data
godzina
4.08.2011
12:00
14:30
17:00
20:00
Woda
surowa
(mg/l)
Fe=2,11
Mn=0,712
+
NH 4=0,22
pH = 7,2
st. 1+2+3
5.08.2011
10:30 Fe=2,28
13:30
17:00
I stopień
filtracji
+2
Fe og./Fe
(mg/l)
0,35
0,32/ 0,03
0,14
Fe2+=0,02
0,09
II stopień filtracji
Fe og. Mn
(mg/l)
(mg/l)
0,07
0,04
0,03
0,03
0,03
0,03
Uwagi
Mętn.
NTU
szybk.filtr.=10 m/h
natlenienie X=6,5 mgO2/l
0,018
0,015
0,017
0,016
0,015
0,015
0,27
szybk.filtr.=8 m/h
barwa w.uzd. = 9 mgPt/l
0,22
Bez płukania filtrów
Dla przyspieszenia procesu wpracowywania się nowych złóż filtracyjnych
prowadzono proces filtracji z niższymi szybkościami filtracji.
Nowe złoże filtracyjne szybko uszczelniały się i stężenie żelaza po filtrze
systematycznie obniżało się od wartości 0,35 mg/l na początku badań, do
wielkości 0,10 mg/l już po pierwszej dobie ciągłej pracy filtra.
Przy długotrwałej pracy filtra, po dobrym wpracowaniu się złóż filtracyjnych na
pierwszym stopniu filtracji, stężenie żelaza w wodzie osiągnie jeszcze niższy
14
poziom, oczywiście w zależności od stosowanych szybkości filtracji, stopnia
natlenienia i jakości uzdatnianej wody surowej.
Żelazo opuszczające filtr pierwszego stopnia przy otwartym systemie
napowietrzania praktycznie całe jest utlenione do postaci Fe3+.
Bardzo zadawalające jest, że bez stosowania najmniejszej dawki koagulanta czy
flokulanta, po drugim stopniu filtracji żelazo w wodzie uzdatnionej
występowało w bardzo małych ilościach.
(Przy intensywnym utlenianiu powietrzem, w komorze reakcji tworzą się duże
kłaczki łatwe do odfiltrowania na złożu filtracyjnym).
Jak widać już przy natlenieniu do poziomu około 6,5 mgO2/l uzyskiwano wodę
uzdatnionąo wysokim stopniu czystości.
Stężenie manganu utrzymywało się na niskim poziomie 0,015 – 0,018 mg/l.
Stężenie żelaza po II stopniu już po kilku godzinach wynosi 0,03 mg/l.
Badanie procesu filtracji przy szybkości wynoszącej 12 m/h.
Poniższa Tabela Nr 2 obrazują pracę układu filtracyjnego przy szybkości
filtracji 12 m/h, z zachowaniem zbliżonego poziomu natlenienia wody surowej
i zbliżonym czasie kontaktu w zbiorniku wody surowej.
Tabela nr 2.
Data
godzina
5.08.2011
18:10
21:40
23:30
Woda
surowa
(mg/l)
Fe=1,60
Mn=0,68
tw.og.=207
St. 1+2+3
st.1 + 3
6.08.2011
07:40
11:00
14:10 Fe=2,23
18:00 Mn=0,698
+
20:15 NH4 = 0,38
23:00
7.08.2011
07:30
11:00
13:15
I stopień
filtracji
Fe og.
(mg/l)
0,08 / 0,03
0,06
II stopień filtracji
Fe og. Mn
(mg/l)
(mg/l)
0,03
0,02
0,03
0,017
0,019
0,020
0,02
0,02
Fe2+=0,02
0,05
0,02
0,05
0,02
0,019
0,021
0,019
0,037
0,022
0,018
0,04
Fe2+=0,02
0,04
0,02
0,01
0,01
0,019
0,018
0,021
Uwagi
Mętn.
NTU
szybk.filtr.= 12 m/h
0,21
← natlenienie X = 6,4 mg O2/l
barwa w.uzd. = 7 - 8 mg Pt/l
0,20
← X= 6,8 mg O 2/l
0,18
← X = 4,8 mg O2/l
← X= 6,7 mg O 2/l
Mętn = 0,22 NTU
barwa w.uzd. = 6 - 7 mgPt/l
0,17
Płukanie I stopnia filtracji
Po 3 dobach pracy
15
Wyraźnie widać, że wzrost liniowej szybkości filtracji do 12 m/h praktycznie nie
wpłynął na jakość uzyskiwanej wody uzdatnionej.
Przy utrzymywanym natlenieniu wody do 6,5 mgO2/l, stężenia manganu, żelaza,
barwa i mętność wody nadal są na bardzo niskich poziomach.
Stężenie manganu utrzymywało się na poziomie 0,018 – 0,022 mg/l.
Stężenie żelaza po II stopniu już po trzeciej dobie pracy filtrów spadło do
śladowego poziomu i wynosiło 0,01 mg/l.
Mętność wody uzdatnionej w każdej próbce była niższa niż 0,25 NTU a barwa
wynosiła poniżej 8 mg Pt/l.
Od razu zauważyć można wzrost stężenia manganu przy chwilowym spadku
natlenienia wody surowej.
Płukanie Filtrów.
Złoża antracytowo – krzemionkowe są w stanie zatrzymywać bardzo duże ilości
utlenionego żelaza oraz adsorbujących się na nim innych zanieczyszczeń.
Jak widać filtr „odżelaziający” wypłukano dopiero po 4 dobach ciągłej pracy.
Przy poziomie żelaza 0,08 – 0,03 mg/l w wodzie po I stopniu filtracji, filtr II
stopnia filtracji nadal nie był płukany ani aktywowany chemicznie.
Świadczy to o bardzo dobrej jakości zastosowanego aktywnego złoża
manganowego.
Badanie wpływu stopnia natlenienia wody surowej na zawartość
manganu w uzyskiwanej wodzie uzdatnionej.
Zależność tą przebadano przy tej dość wysokiej liniowej szybkości filtracji.
Jak wspomniano powyżej zmieniano poziom natlenienia wody
od 4,3 do 7,1 mg O2/l.
Wyniki pomiarów zestawiono w poniższej Tabeli Nr 3.
16
Tabela nr 3.
Badanie wpływu stopnia natlenienia wody surowej na zawartość manganu
w uzyskiwanej wodzie uzdatnionej.
Woda
surowa
Data
godzina
7.08.2011
14:10
15:40
16:45
(mg/l)
I stopień
filtracji
Fe og.
(mg/l)
II stopień filtracji
Fe og. Mn
(mg/l)
(mg/l)
Uwagi
Mętn.
NTU
szybk.filtr.= 12 m/h
Fe=2,18
Mn=0,715
+
NH4 = 0,36
18:00
19:15
20:10
0,05
0,03
0,019
0,021
0,019
0,02
0,034
0,036
0,035
← natlenienie X = 5,3 mg O2/l
0,043
0,045
0,044
← natlenienie X = 4,3 mg O2/l
0,09
0,05
21:00
22:30
23:20
0,02
0,02
0,21
← natlenienie X = 6,8 mg O2/l
Ponownie natlenienie
← natlenienie X = 7,1 mg O2/l
st.1 + 3
8.08.2011
07:40 Fe=2,23
11:00 Mn=0,698
+
NH4 = 0,38
0,05
0,02
0,02
0,019
0,021
0,20
← X= 7,1 mg O 2/l
Fe2+=0,02
Powyższe zestawienie ukazuje silny wpływ poziomu natlenienia wody surowej
na czystość uzyskiwanej wody uzdatnionej a szczególnie na zawartość
manganu.
Rysuje się prosta zależność:
Przy natlenieniu do X = 4,3 mg O2/l
X = 5,3 mg O2/l
X = 7,1 mg O2/l
stężenie manganu Mn = 0,044 mg/l
stężenie manganu Mn = 0,035 mg/l
stężenie manganu Mn = 0,021 mg/l
Potwierdza to podkreślaną myśl, że siłą napędową całego procesu uzdatniania
realizowanego w przyjętym wariancie jest wysokie stężenie tlenu w wodzie
surowej kierowanej do filtracji.
Stężenie żelaza w wodzie uzdatnionej po drugim stopniu filtracji przy
wszystkich wariantach, zawierało się w przedziale 0,02 – 0,03 mg Fe/l.
17
Badanie procesu filtracji przy szybkości wynoszącej 14 m/h.
Uzyskanie pozytywnych wyników w procesie oczyszczania wody pozwoliło
podnieść liniową szybkość filtracji do wysokiego poziomu 14 m/h.
Uzyskane wyniki przedstawia poniższa Tabela Nr 4.
Tabela nr 4.
Woda
surowa
Data
godzina
(mg/l)
st. 1 + 2
8.08.2011
13:30 Fe=1,32
16:10 Mn=0,690
19:00
21:40
23:30
9.08.2011
07:40
10:00
I stopień
filtracji
Fe og.
(mg/l)
II stopień filtracji
Fe og. Mn
(mg/l)
(mg/l)
Uwagi
Mętn.
NTU
8
szybk.filtr.= 14 m/h
0,05 / 0,01
0,03
0,02
0,02
0,021
0,020
0,023
0,022
0,023
0,02
0,033
0,18
← natlenienie X = 6,6 mg O2/l
← natlenienie X = 5,6 mg O2/l
0,05
0,02
0,035
0,22
Płukanie II st.bez aktywacji
Po 5 dobach pracy
Przy tak wysokiej liniowej szybkości filtracji i utrzymywaniu natlenieniu wody
surowej do 6,6 - 7 mgO2/l nadal uzyskiwano wodę uzdatnioną o praktycznie
niezmiennie wysokim poziomie czystości.
Stężenie żelaza w uzyskiwanej wodzie uzdatnionej wynosiło 0,02 mg/l
Zawartość manganu nieznacznie wzrasta do poziomu - 0,023 mg Mn/l.
Barwa i mętność wzrastają w minimalnym stopniu.
Ponownie obniżenie natlenienia skutkuje wzrostem zawartości manganu.
Płukanie filtrów.
Dopiero po 5 dobach wypłukano filtr „odmanganiający” II stopnia filtracji.
Nie wykonano aktywacji chemicznej Piroluzytu.
WNIOSEK.
Powyższa seria badań potwierdza, że prowadząc proces
uzdatniania wody na zaproponowanych filtrach, przy
utrzymywaniu wysokiego poziomu natlenienia wstępnego wody
surowej , można w sposób stabilny uzyskiwać wodę uzdatnioną
o wysokim stopniu czystości.
Nie stosowanie podchlorynu sodu w procesie filtracji wyklucza pojawienie się
chloramin oraz chlorowanych związków organicznych, pogarszających smak
i zapach wody.
18
II. Druga seria badań
Filtracja dwustopniowa na szeregowym układzie filtrów:
filtrze Hi Flo 9 – UF – CLEER oraz
filtrze Hi Flo 9 – UFP – SUPER IRON,
- z otwartym układem napowietrzającym wodę surową
- oraz ciągłym dozowaniem nadmanganianu potasu.
Jak wspomniano, w tej serii, przy wysokiej liniowej szybkości filtracji
wynoszącej 14 m/h, ukazano pozytywny wpływ ciągłego dozowania
nadmanganianu w trakcie trwania procesu filtracji na zawartość manganu
w uzyskiwanej wodzie uzdatnionej.
Wyniki pomiarów zestawiono w poniższej Tabeli Nr 5.
Tabela nr 5.
Wpływ dozowania nadmanganianu potasu do drugiego stopnia filtracji
(UFP – Super Iron) na zawartość manganu w wodzie uzdatnionej.
Woda
surowa
Data
godzina
9.08.2011
I stopień
filtracji
Fe og.
(mg/l)
(mg/l)
st. 1 + 2 +3
Fe=1,98
10:30 Mn=0,688
0,05 / 0,01
+
11:20 NH4 = 0,26
12:30
13:30
09:00
11:15
0,02
0,021
0,022
0,02
0,020
0,020
0,021
8
0,18
← natlenienie X = 6,6 mg O2/l
KMnO4 = 0,30 mg/l
0,02
0,04
Uwagi
Mętn.
NTU
szybk.filtr.= 14 m/h
0,05
14:00
15:40
18:30
20:00
23:15
10.08.2011
07:40
II stopień filtracji
Fe og. Mn
(mg/l)
(mg/l)
0,011
0,012
0,008
0,010
0,01
0,010
0,02
0,033
0,032
19
KMnO4 = 0,60 mg/l
0,16
0,22
KMnO4 = 0,0 mg/l
← natlenienie X = 6,4 mg O2/l
Uzyskano oczekiwane pozytywne wyniki.
- Przy dawce nadmanganianu potasu równej 0,6 mg/l, uzyskiwano wodę
uzdatnioną o bardzo wysokim stopniu czystości.
Stężeniu manganu i żelaza po drugim stopniu filtracji było na bardzo niskim
poziomie, oscylującym wokół wartości 0,010 mg/l.
WNIOSEK.
Omawiany proces filtracji daje pełną gwarancję uzyskiwania
wody uzdatnionej o najwyższej jakości, niezależnie od
występujących wahań w ilości zanieczyszczeń niesionych przez
wodę surową.
Niewielkie ciągłe dozowanie nadmanganianu potasu w czasie trwania procesu
uzdatniania utrzymuje czystość biologiczną w układzie filtracyjnym.
Nadmanganian jest dezynfektantem, w związku z czym najprawdopodobniej nie
byłoby potrzeby stosowania ciągłego chlorowania końcowego wody uzdatnionej
podchlorynem sodu.
Przy obecnym poziomie zanieczyszczenia wody surowej prawidłową dawką
wspomagającą procesy utleniania manganu jest
dawka
X = 0,5 – 0,6 mg KMnO4/l.
20
UWAGI OGÓLNE.
- Jak wspomniano poprzednio, w tym układzie technologicznym filtr
pierwszego stopnia (UF – Cleer), będzie pełnił rolę filtra biologicznego,
w którym po kilku miesiącach, po zaszczepieniu się złóż filtracyjnych
naturalnymi bakteriami amonowymi grupy Nitrobacter i Nitrosomonas,
systematycznie zmniejszać będzie się zawartość amoniaku.
Po okresie 40 – 60 dni poziom zawartości amoniaku w wodzie uzdatnionej nie
powinien przekraczać wartości 0,10 mg/l.
Stąd bardzo ważne jest, aby poziom natlenienia wstępnego wody surowej był
maksymalnie wysoki.
Nitryfikacja 0,5 mg amoniaku pochłonie prawie 2,5 mg tlenu na I stopniu
filtracji.
Na drugim stopniu filtracji wymagamy jeszcze powyżej 5 – 6 mg tlenu/l dla
prawidłowej pracy aktywnych złóż manganowych.
- Ostatnie (kilkuletnie), analizy barwy i mętności wód surowych nie
wskazują na występowanie barwnych organicznych związków humusowych.
Na dzień dzisiejszy nie widać potrzeby stosowania wspomagającego procesu
koagulacji.
Ponowne wzrosty barwy i mętności wody wskazywałyby na potrzebę montażu
takiej instalacji.
- Ze względu na wysoki i zmienny poziom zawartości manganu w
wodzie surowej podawanej do filtracji, zaleca się podwyższenie aktywnej
warstwy manganowej do 0,35 m. Uzyskamy gwarancję wieloletniej
prawidłowej, stabilnej pracy układu filtracyjnego.
- Bardzo ważne jest przeprowadzanie regularnej aktywacji złóż filtra
UFP – Super Iron.
W przypadku stosowania wspomagającego ciągłego utleniania nadmanganianem
potasu, nie przerywać dozowania dłużej niż na kilka godzin, pomimo
uzyskiwania wciąż dobrych wyników.
21
Dodatkowe uwagi dotyczące prowadzenia procesu
uzdatniania, w szczególności procesu ciągłego dozowania
utleniacza w czasie procesu filtracji.
Proces technologiczny uzdatniania każdej wody surowej można realizować
prawidłowo nie tylko w jeden sposób.
Dotyczy to także efektywnego dozowania utleniacza do filtrów z aktywną masą
manganową.
W czasie obecnych badań technologicznych wykonano pozytywne próby
z dozowaniem nadmanganianu potasu (o,6 mg/l).
W tych badaniach wykazano skuteczność procesu (starając się poprawić smak
i zapach wody uzdatnionej), w sytuacji gdy do filtrów II stopnia filtracji
dochodzi woda (po odżelaziaczach) o jeszcze podwyższonej wartości Ogólnego
Węgla Organicznego i jeszcze mogą tworzyć się chlorowane związki organiczne
(pogarszające smak wody).
W tym układzie nie dajemy podchlorynu sodu.
Może się okazać, że po kilkumiesięcznym okresie wpracowania się filtrów I
stopnia filtracji, po silnej aeracji, w wodzie uzdatnionej po odżelaziaczach silnie
obniży się OWO i nie będzie już problemu THM i innych chloro pochodnych
organicznych.
Należy jednak wykonać pełne analizy jakości wody po I stopniu filtracji.
Wtedy można wykonać próbę przejścia aktywacji - ciągłego dozowania
z nadmanganianu na podchloryn sodu.
Dozowanie 0,5 - 0,7 mg NaOCl będzie doskonale spełniało rolę
wspomagającego utleniacza i aktywatora piroluzytu.
Nie wymaga żadnych zmian aparaturowo technologicznych.
22
8.
WNIOSKI
Analiza wyników przeprowadzonych badań procesu filtracji wskazuje, że
w tutejszych warunkach, przy zmiennym poziomie zanieczyszczenia wód
surowych kierowanych do filtracji, dla uzyskania wody uzdatnionej
o założonych parametrach zgodnych z aktualnie obowiązującą normą
(Fe < 0,20 mg/l, Mn < 0,05 mg/l, amoniak poniżej 0,50 mg/l, niskiej barwie
i mętności), dobrych własnościach organoleptycznych, oraz prawidłowej
i płynnej pracy stacji uzdatniania wody, optymalne byłoby zastosowanie
następującego systemu uzdatniania wody :
1.
Intensywne napowietrzanie wstępne wody surowej,
w otwartym zbiorniku kontaktowym.
- natlenienie wody surowej do poziomu 7 - 8 mgO2/l,
- wymagany czas kontaktu w zbiorniku minimum 30 - 45 minut,.
Poza zainstalowaniem przewidzianego Aqua – Jeta, sugerowałbym
zainstalowanie dodatkowego układu np. strumienicy z inżektorem.
2.
Filtracja dwustopniowa na szeregowym układzie
A.
filtry pierwszego stopnia filtracji
filtry Hi Flo 9 – UF – Cleer.
- Zalecana projektowa szybkość filtracji do 12,0 m/h.
- Wysokości warstw filtracyjnych
- Cullsan 0,6x0,8
- Cullcite 0,8x2
- 475 mm,
- 620 mm,
- „odżelaziacz” płukany wodą surową lub uzdatnioną,
(koniecznie nie chlorowaną),
w cyklu 48 godzinnym,
B.
-
filtry drugiego stopnia filtracji
filtry Hi Flo 9 – UFP – Super Iron
- Zalecana liniowa szybkość filtracji do 12 m/h.
- Wysokości warstw filtracyjnych
- Cullsan 0,6 x 0,8
- Piroluzyt
- Cullcite (antracyt) 0,8 x 2
- 550 mm,
- do 350 mm,
- 250mm,
23
filtrów:
„odmanganiacz” płukany w cyklu 48 godzinnym, wodą
surową lub uzdatnioną.
W okresie rozruchu układu technologicznego długość
cykli filtracyjnych oraz długości poszczególnych faz
płukania będą uściślone.
Będzie to także uzależnione od aktualnego, zmiennego
poziomu zanieczyszczenia wody surowej.
Aktywacja złóż manganowych. (Uwagi strona 11, 12, 22).
Po określeniu uwarunkowań istniejących na Stacji
Uzdatniania Wody określenie sposobu aktywacji.
- A. okresowe uaktywnianie złoża piroluzytu poprzez
dozowanie wyłącznie w czasie płukania wstecznego
podchlorynu sodu lub nadmanganianu potasu
o stężeniu ok. 100 mg/l.
lub
- B. stosowanie ciągłego dozowania nadmanganianu potasu
w ilości 0,6 – 0,8 mg/l, w czasie prowadzenia procesu
technologicznego uzdatniania wody.
Taki typ aktywacji utrzymuje czystość bakteriologiczną
w układzie filtracji.
- C. Ja zastosowałbym układ łączony (rzadko stosowany),
Filtracja z ciągłym dozowaniem KMnO4 z możliwością
okresowej aktywacji silnym utleniaczem.
3.
W zależności od potrzeby chlorowanie końcowe zabezpieczające.
Zaproponowany powyżej układ technologiczny daje możliwość
okresowego bezpiecznego, znacznego podwyższenia wydajności
zaprojektowanej Stacji Uzdatniania Wody.
24
9.
UWAGI dotyczące modernizacji pracującej
Stacji Uzdatniania.
1.
Poziom natleniania wody surowej.
W nowej sytuacji, gdy utlenianie wszystkich substancji zredukowanych
zawartych w wodzie surowej odbywało się będzie przy pomocy tlenu
dostarczonego w procesie natleniania wstępnego, proces ten nabiera
szczególnego znaczenia.
Od efektywności tego procesu zależała będzie stabilna i prawidłowa praca
całego systemu uzdatniania wody.
Jak zaznaczono poprzednio do proponowanego Aqua – Jeta dodałbym jakiś
układ wspomagający natlenianie.
Nie uzyskanie wysokiego stopnia natlenienia automatycznie wygeneruje kłopoty
z utrzymaniem wysokiej czystości wody uzdatnionej.
2.
Stan złóż filtracyjnych w filtrach OFSY.
Sprawdzono stan złóż antracytowo – krzemionkowych w obu stopniach filtrów
pierwszego stopnia filtracji.
Wysokości wszędzie są ponadnormatywne (niski strumień płuczący nie wyrzuca
nadmiaru złoża).
Przestrzeń martwa nad złożem wynosi tylko 20 – 25 cm.
Antracyt przy stosowaniu takiej ilości podchlorynu jest krystalicznie czarny
i czysty.
- Brak oporów przepływu podczas procesu filtracji.
3.
Proces płukania filtrów.
Na pracującej Stacji Uzdatniania zainstalowane są filtry o średnicach
1 800, 2 100 oraz 2 500 mm.
Obecnie filtry płukane są strumieniem wody 68 – 70 m3/h.
Dla filtra o średnicy 2 100 mm, czyli o powierzchni 3,45 m3 uzyskujemy
liniową szybkość płukania wynoszącą jedynie około V płukania =20 m/h.
Podczas płukania górna warstwa antracytu unosi się jedynie o 5 – 7 cm.
Przy strumieniu 20 m/h nie ma spulchniania dolnych warstw filtracyjnych.
Jest to granicznie niski strumień płuczący dla prawidłowo zasypanych
i eksploatowanych filtrów UF, OFSY o niskich zasypkach rzędu 60 – 70 cm.
25
Dla filtrów z cięższą zasypką i szczególnie odmanganiacza UFP – Super Iron
w wysokim (standardowym) filtrze Hi Flo – 9, na pewno wiele za mało.
W nowym układzie po modernizacji powinno być płukanie prawidłowym,
wyższym strumieniem wody o natężeniu (dla filtra 2 100)
Q = 3,45 m2 x (35 – 40) m/h = 120 m3/h.
Do realizacji takiego świadomego płukania powinien być niezależny układ
płuczący.
Pewnym problemem jest mieszanina średnic filtrów na Stacji Uzdatniania.
Dopasowanie pompy płuczącej i ograniczników przepływu na poszczególnych
filtrach umożliwi odpowiednie płukanie każdego zainstalowanego filtra.
4. Proces aktywacji warstwy piroluzytu.
Jak już wspominano poprzednio zastosowanie niewielkiego dozowania
nadmanganianu potasu (nadmanganianu sodu), do wspomagania procesu
utleniania manganu, jednocześnie aktywuje pracujące złoże manganowe.
Wspomniano także o ważnej roli dezynfekującej nadmanganianu potasu, a to
pozwoliłoby wyeliminować ciągłe chlorowanie końcowe wody uzdatnionej.
Może to mieć duże znaczenie przy uzyskiwaniu wody o dobrym smaku
i zapachu.
Przy powyżej wspomnianym sposobie utrzymywania wysokiej aktywności złóż
manganowych istnieje możliwość powolnej, niezauważalnej deaktywacji.
Nie wolno przedawkować ilości podawanego stale nadmanganianu (tego
problemu nie ma z podchlorynem).
Nieznacznie zaniżona dawka nadmanganianu spowoduje (szczególnie przy
słabszym natlenieniu), powolną deaktywację.
W takiej sytuacji należy przeprowadzić silną okresową aktywację podchlorynem
sodu lub nadmanganianem potasu.
26
Zastosowanie zainstalowanych filtrów
w zmodernizowanym układzie filtracji.
1.
Filtry OFFSY z powodzeniem mogą realizować funkcję filtrów
„odżelaziających” omówionych na str.6 (charakterystyka filtrów).
Filtry mogą pozostać w konfiguracji szeregowej jak obecnie, gdyż jest to bardzo
efektywny układ odżelaziający i nitryfikujący, przy tlenowym a nie chemicznym
utlenianiu zanieczyszczeń.
Można pomyśleć o podwyższeniu warstwy krzemionkowej a zmniejszeniu
antracytowej.
2.
Filtry „odmanganiające” II stopnia filtracji.
Muszą to być bardzo efektywne odmanganiacze określone w badaniach
technologicznych.
Możliwe są warianty:
- a Pozostawienie istniejących filtrów węglowych i zmiana złóż filtracyjnych.
- b Wymiana dwóch niskich filtrów węglowych na prawidłowe filtry Hi Flo 9
określone w badaniach.
Omówienie Wariantu a.
W nowych warunkach pracy układu filtracyjnego, można się spodziewać, że
stężenie żelaza po I stopniu filtracji będzie na poziomie 0,03 – 0,06 mg/l.
W związku z powyższym w filtrze „odmanganiającym” praktycznie można
pominąć warstwę górną odżelaziającą (antracyt).
Możliwe do zasypania 60 – 70 cm wysokości filtra zasypać:
- krzemionka 0,6 – 0,8 mm
wysokość = 35 cm
- piroluzyt
wysokość = 35 cm.
Filtr taki ma jednak pewne ograniczenia i technologia Culligan nie przewiduje
takiego układu.
Wariant b, jest wersją oczywistą wiążącą się z wymianą niskich filtrów
węglowych na standardowe Hi Flo 9.
27