Stacja Uzdatniania Wody „Granica” w ĀwinoujŹciu
Transkrypt
Stacja Uzdatniania Wody „Granica” w ĀwinoujŹciu
moja stacja uzdatniania wody ¸ukasz Weber Mikrosil Polska Sp z o.o. Piotr Deresiƒski Kierownik Wydzia∏u Produkcji Wody; Zak∏ad Wodociàgów i Kanalizacji Sp z o.o. w ÂwinoujÊciu Stacja Uzdatniania Wody „Granica” w ÂwinoujÊciu. Charakterystyka obiektu, wyst´pujàce problemy, kierunki modernizacji. Drodzy Czytelnicy! Stacja Uzdatniania Wody „Granica” jest jednym z trzech obiektów uzdatniajàcych wod´ dla miasta ÂwinoujÊcie. Zapraszamy do zapoznania si´ z artyku∏em, który wielop∏aszczyznowo Autorzy opisujà stacj´ od historii uj´cia, po∏o˝enia, a˝ po problemy eksploatacyjne oraz kierunki modernizacji. Z ak∏ad ten jest interesujàcy z kilku wzgl´dów: • Po∏o˝enie – SUW Granica po wst´pnym ustaleniu granic w Poczdamie znajdowa∏a si´ poza granicami kraju, decyzjà w∏adz radzieckich dokonano korekty granic i obszar wraz ze stacjà o powierzchni ok. 75 ha w∏àczono do Polski, tworzàc swego rodzaju cypel wysuni´ty w obszar niemiecki, • Architektura – budynek zak∏adu zosta∏ wybudowany przez Niemców z poczàtkiem XX wieku, do dziÊ zachowa∏ si´ praktycznie w niezmienionym stanie (poza niezb´dnymi remontami), a szczególnà uwag´ zwraca oryginalna wi´êba dachowa i stolarka sufitowa w halach technologicznych (równie˝ w hali filtrów) zachowana w doskona∏ym stanie, mimo niewàtpliwie agresywnej atmosfery panujàcej wewnàtrz budynku, • Surowiec – surowcem poddawanym procesowi uzdatniania jest woda podziemna, ujmowana z utworów czwartorz´dowych, na SUW eksploatuje si´ kilka studni przy czym jakoÊç wody z poszczególnych odwiertów ró˝ni si´ bardzo. Dla przyk∏adu st´˝enie ˝elaza waha si´ w granicach 0,7 – 10,0 mgFe/L, zaÊ manganu od 0,2 – 2,5 mgMn/L, • NierównomiernoÊç rozbioru – ze wzgl´du na wypoczynkowy charakter ÂwinoujÊcia wszystkie z pracujàcych uj´ç obcià˝ane sà w ró˝nym stopniu, w zale˝noÊci od pory roku; w przypadku uj´cia Granica, pe∏niàcego rol´ obiektu kompensujàcego wydajnoÊç w stosunku do pozosta∏ych SUW-ów, ró˝nice w produkcji dobowej pomi´dzy sezonem letnim, a pozosta∏ymi miesiàcami w roku si´gajà nawet 400 %. Tak du˝a nierównomiernoÊç dobowa wp∏ywa na wyst´powanie okreÊlonych problemów technologicznych. 10 Wszystkie z wymienionych czynników zach´cajà do bli˝szego przyjrzenia si´ i zapoznania z obiektem. Z kart historii wodociàgów na polskiej cz´Êci wyspy Uznam – ÂwinoujÊcie lewobrze˝ne Program budowy kanalizacji i zaopatrzenia w wod´ miasta ÂwinoujÊcia w wod´ powsta∏ w 1907 roku. Podstawà opracowania programu zaopatrzenia w wod´ by∏a mi´dzy innymi opinia profesora W. Deeckego, który przebywa∏ w ÂwinoujÊciu w maju 1906 r. i zadecydowa∏ o lokalizacji uj´cia wody podziemnej dla miasta. W oparciu o opini´ komisji rzeczoznawców w∏adze niemieckie zleci∏y dalsze opracowania projektowe berliƒskiej firmie Borner i Herzberg w zakresie kanalizacji oraz firmie Dawid Grove, równie˝ z Berlina odnoÊnie zaopatrzenia miasta w wod´. W marcu 1908 r. udzielono firmie Borner i Herzberg zlecenia na wykonanie ca∏oÊci ro- Rys. 1. Mapa sytuacyjna lokalizacji SUW Granica. www.forum-eksploatatora.pl Technologia Jak zaznaczono we wst´pie uzdatniana na SUW Granica woda podziemna pochodzi z uj´ç czwartorz´dowych. Rozpi´toÊç podstawowych wskaêników jakoÊci wody ujmowanej z poszczególnych studni jest znacz- na. W tabeli 1 przedstawiono wartoÊci najwa˝niejszych z technologicznego punktu widzenia domieszek z podzia∏em na grupy odwiertów. Ujmowana woda jest uzdatniana z wykorzystaniem technologii klasycznej. Schemat technologiczny stacji przedstawia Rys. 2. W pierwszej kolejnoÊci wod´ poddaje si´ napowietrzaniu w aeratorze ciÊnieniowym o obj´toÊci ok. 1,8 m3. Powietrze doprowadzane jest od do∏u aeratora z odpowiednim nadciÊnieniem w doÊç du˝ym stosunku 1,0 Nm3 /1 m3 wody, niestety wadliwa konstrukcja urzàdzenia nie pozwala na zmniejszenie iloÊci doprowadzanego powie- nice w konstrukcji pó∏ek górnych (I stopieƒ filtracji) i pó∏ek dolnych (II stopieƒ filtracji) uniemo˝liwia∏y zasypanie tej samej wysokoÊci z∏o˝a, w wyniku czego, na pierwszym, od˝elaziajàcym stopniu maksymalna mo˝liwa do zasypania warstwa z∏o˝a kszta∏tuje si´ w granicach 1,0 – 1,1 m (∏àcznie z warstwà podtrzymujàcà), natomiast na stopniu drugim (odmanganianie) dochodzi do 0,8 m (∏àcznie z warstwà podtrzymujàcà). Takie ró˝nice w pewnym stopniu ograniczajà mo˝liwoÊç skutecznej i równej pod wzgl´dem technologicznym i hydraulicznym filtracji na wszystkich pó∏kach po prze∏àczeniu na prac´ jednostopniowà. Notabene ten wa- moja stacja uzdatniania wody bót kanalizacyjnych, we wrzeÊniu tego samego roku równie˝ na wykonanie instalacji wodociàgowych na terenie miasta. W tym ostatnim przypadku chodzi∏o unikni´cie prowadzenia robót na tych samych ulicach przez ró˝nych wykonawców. W listopadzie 1908 r. zawarto z firmà Dawid Grove umow´ na budow´ uj´cia wody wraz ze stacjà przesy∏owà i rurociàgiem doprowadzajàcym wod´ do granic miasta. Jako termin zakoƒczenia wszystkich robót ustalono Êrodek miesiàca maja 1910 r. Realizacja budowy nastàpi∏a zgodnie z wyznaczonym terminem i ju˝ w sezonie kuracyjnym 1910 r. zarówno kanalizacja jak i instalacje wodociàgowe mog∏y byç u˝ytkowane. Do kanalizacji i wodociàgu w ramach tego programu pod∏àczonych by∏o ogó∏em 1100 posesji. W maju 1910 r. oddano do u˝ytku równie˝ uj´cie wody w rejonie jeziora Wolgast, obecne uj´cie Granica ze stacjà uzdatniania i pompownià oraz zbiornik na wod´ uzdatnionà o pojemnoÊci 600m3, na wzgórzu Kalberg. Z pompowni do zbiornika wykonano rurociàg ciÊnieniowy o Êrednicy 300 mm i d∏ugoÊci 1410 m. Ze zbiornika ciÊnieƒ poprowadzono w kierunku miasta rurociàg dosy∏owy grawitacyjny o d∏ugoÊci 2230 m i Êrednicy 325 mm. Wybudowana sieç wodociàgowa o d∏ugoÊci 26 km posiada∏a pierÊcieniowy rurociàg zasilajàcy o przekroju 250 mm, od którego prowadzi∏y rozga∏´zienia o zmniejszajàcych si´ przekrojach, a˝ do 100 mm w∏àcznie. Na uwag´ zas∏uguje równie˝ fakt, ˝e stacja pomp z pompami nurnikowymi by∏a nap´dzana spr´˝arkami parowymi. Par´ do nap´dzania pomp wytwarzano w miejscowej kot∏owni posiadajàcej 2 kot∏y i komin o wysokoÊci 40 m. Demonta˝ tych urzàdzeƒ nastàpi∏ w latach 60-tych ubieg∏ego stulecia. Granica paƒstwa po II wojnie Êwiatowej wyznaczona w Poczdamie spowodowa∏a odci´cie uj´cia wody podziemnej z ca∏à infrastrukturà wodociàgowà od znajdujàcego si´ na terytorium Polski miasta ÂwinoujÊcia. Decyzjà w∏adz radzieckich dokonano korekty granic i obszar o powierzchni 76,5 ha w∏àczono ostatecznie do Polski. BezpoÊrednio po wojnie miasto ÂwinoujÊcie otrzymywa∏o energi´ elektrycznà ze êróde∏ niemieckich na konto bazy wojsk radzieckich. Sieç wodociàgowa by∏a zniszczona tylko w takim stopniu, w jakim poszczególne dzielnice miasta uleg∏y zniszczeniu. Wobec nieszczelnoÊci tej sieci i z∏ego stanu wodociàgów ciÊnienie wody by∏o zbyt ma∏e. W∏adze bazy radzieckiej zajmowa∏y si´ administrowaniem obiektów wodociàgowych przy jeziorze Wolgast i zapewnia∏y w pierwszej kolejnoÊci dostaw´ wody dla wojska, szczególnie na potrzeby ∏aêni. Na SUW Granica obs∏uga niemiecka pozostawa∏a do czasu oficjalnego przekazania tego obiektu administracji polskiej tj. 11 czerwca 1951 r. Tab. 1. Jakość wody ujmowanej z poszczególnych studni głębinowych. Numer studni Żelazo Mangan Azot amonowy Odczyn Utlenialność [-] [mgFe/L] [mgMn/L] [mgN-NH4/L] [-] [mgO2/L] 0,20 0,16 0,86 0,52 0,55 0,62 1,58 2,34 1,40 0,14 0,07 1,16 0,34 0,37 0,61 1,29 2,44 1,37 7,62 7,78 7,42 7,54 7,43 7,53 7,30 7,19 6,94 2,48 2,73 10,30 3,54 2,49 2,56 7,93 13,10 9,28 D3 D4 D5 SD1 SD2 SD3 C8 C10 C12 1,09 0,71 8,05 1,88 2,51 2,80 5,37 10,99 5,02 èród∏o: Badania laboratoryjne prowadzone przez ZW i K ÂwinoujÊcie. trze, gdy˝ skutkuje to natychmiast obni˝eniem zawartoÊci tlenu w wodzie po napowietrzeniu, co w przypadku pracy pewnych studni g∏´binowych (g∏ównie tzw. ciàgu C o wy˝szej zawartoÊci amoniaku) jest znacz- riant nie jest stosowany na eksploatowanym obiekcie i od poczàtku jego pracy filtracja prowadzona jest najpierw na pó∏kach górnych, a nast´pnie na dolnych. P∏ukanie filtrów prowadzone jest przy u˝yciu wody Rys. 2. Schemat technologiczny SUW Granica. nym ogranicznikiem efektywnoÊci procesu nitryfikacji. Napowietrzona woda filtrowana jest na czterech dwupó∏kowych filtrach ciÊnieniowych pracujàcych w uk∏adzie dwustopniowym o ca∏kowitej powierzchni filtracji zarówno pierwszego jak i drugiego stopnia, wynoszàcej 15,4 m2. Uk∏ad rurociàgów zosta∏ poprowadzony w ten sposób, i˝ w ka˝dej chwili mo˝liwe jest prze∏àczenie pracy uk∏adu z dwustopniowego na jednostopniowy (na powierzchni´ filtracji 30,8 m2). Filtry na obu stopniach zasypane by∏y z∏o˝em kwarcowym o klasycznym uziarnieniu w zakresie w∏aÊciwej warstwy filtracyjnej, wynoszàcym 0,8 – 2,0 mm. Niestety pewne ró˝www.forum-eksploatatora.pl uzdatnionej (niechlorowanej) oraz powietrza w nast´pujàcej konfiguracji: • Powietrze – przez czas ok. 1,0 – 2,0 min, ze zbiornika powietrza, • Powietrze + woda, • Woda – do efektywnego technologicznie i ekonomicznie sklarowania pop∏uczyn (z intensywnoÊcià ok. 4,4 L/sm2). Przed wprowadzeniem dzia∏aƒ optymalizacyjnych filtry p∏ukane by∏y Êrednio co ok. 24 godziny w przypadku pierwszego stopnia filtracji, i co ok. 36 godzin w przypadku pó∏ek dolnych (odmanganiania). Uzdatniona woda kierowana jest do zbiornika poÊredniego, skàd dalej zestawem pompowym t∏oczy si´ jà na zbiorniki reten- 11 moja stacja uzdatniania wody nia wymagaƒ stawianych przez obowiàzujàce przepisy. Przekroczenia dotyczy∏y st´˝enia ˝elaza oraz manganu. Okresowo (tylko i wy∏àcznie poza sezonem), skutecznoÊç usuwania Fe by∏a zadowalajàca, natomiast mangan, zasadniczo przez ca∏y rok, bardziej lub mniej przebija∏ do filtratu. Koniecznym okaza∏o si´ dok∏adne przeanalizowanie uk∏adu technologicznego i wskazanie czynników odpowiedzialnych za wyst´pujàce problemy, a nast´pnie sposobów wyjÊcia z sytuacji. Przeprowadzono, zatem kilka podstawowych badaƒ i przeliczeƒ technologicznych popartych kontrolà technicznà urzàdzeƒ. Diagnostyka technologiczno – techniczna uk∏adu uzdatniania wody. cyjne, po∏o˝one na najwy˝szym w okolicy wzniesieniu, grawitacyjnie zasilajàc sieç. Ca∏kowita obj´toÊç wspomnianych zbiorników wynosi ok. 3000 m3, co pozwala na kompensacj´ produkcji dla tylko dla nierównomiernoÊci dobowych. EfektywnoÊç procesów uzdatniania wody Niestety opisany uk∏ad technologiczny dawa∏ niskie efekty w rozumieniu spe∏nie- W pierwszej kolejnoÊci przeanalizowano prac´ uk∏adu napowietrzajàcego. Sprawdzono m.in. czasy przetrzymania wody w uk∏adzie aeracji oraz efektywnoÊç pracy aeratora pod kàtem uzyskiwanego st´˝enia tlenu. Ze wzgl´du na ró˝nice w Êredniej godzinowej produkcji wody na SUW kszta∏tujàce si´ w granicach 50 m3/h poza sezonem do 200 m3/h w lecie, czasy przetrzymania wody w aeratorze waha∏y si´ w granicach 30 – 130 s. JednoczeÊnie efektywnoÊç natleniania wody w eksploatowanym urzàdzeniu by∏a niska, w wyniku czego st´˝enie tlenu po aeracji mierzone przed filtrami, w godzinach maksymalnych wzrasta∏o do 5,0 – 5,5 mgO2/L. WartoÊç ta mog∏aby nie budziç tak du˝ego niepokoju (z punktu widzenia funkcjonowania aeratora) gdyby by∏a rzeczywistym wzrostem st´˝enia tlenu pomi´dzy wodà surowà, a napowietrzonà. W sytuacji SUW Granica zaobserwowano jednak, ˝e st´˝enie tlenu w wodzie surowej na wlocie na SUW wynosi nawet do 4,0 mgO2/L. Czyli rzeczywista efektywnoÊç aeratora dla natleniania wody wynosi zaledwie 20 – 30%. Jak ju˝ wspomniano efektywnoÊç tà uzyskuje si´ przy bardzo wysokim stosunku iloÊci doprowadzanego powietrza do wody (1 Nm3/1 m3). Maksymalna iloÊç tlenu, jakà mo˝na wprowadziç dla istniejàcych warunków technicznych, niestety limituje prac´ uk∏adu filtracji, zw∏aszcza pod kàtem usuwania azotu amonowego. Zgodnie z przedstawionymi w punkcie wczeÊniejszym danymi dotyczàcymi jakoÊci ujmowanej wody z poszczególnych studni, cz´Êç odwiertów cechuje si´ wysokim st´˝eniem amoniaku. Przy pozostawieniu uk∏adu napowietrzania w niezmienionym stanie konieczne jest ∏àczenie poszczególnych studni (o du˝ym i niskim st´˝eniu amoniaku), by Êrednia zawartoÊç N-NH4/L znalaz∏a pokrycie w st´˝eniu tlenu po uk∏adzie aeracji umo˝liwiajàcym prowadzenie procesu nitryfikacji. Odr´bnym zagadnieniem sà uwarunkowania techniczne konstrukcji aeratorów ciÊnieniowych, które rzutujà na mo˝liwoÊç moja stacja uzdatniania wody uzyskiwania wystarczajàcego st´˝enia tlenu w wodzie oraz w∏aÊciwego jej odgazowania. Tematyka ta zostanie poruszona w jednym z kolejnych artyku∏ów prezentowanych w Forum Eksploatatora. Wa˝nym elementem uk∏adu napowietrzania ciÊnieniowego jest zawór odpowietrzajàcy na aeratorze. Jego w∏aÊciwe funkcjonowanie rzutuje na wiele aspektów prawid∏owej pracy ciàgu technologicznego w tym równie˝ np.: na procesy od˝elaziania i odmanganiania. Generalnie analiza wskaza∏a na docelowà koniecznoÊç modernizacji systemu aeracji poprzez m.in. wymian´ urzàdzenia, bàdê ca∏kowite przeprojektowanie wst´pnego przygotowania wody przed filtrami (np. w kierunku otwarcia uk∏adu). Kolejnym elementem analizy (bodaj najistotniejszym z punktu widzenia prawid∏owej pracy omawianego uk∏adu) jest oczywiÊcie filtracja wody. SpoÊród elementów technicznych wp∏ywajàcych na uzyskiwane wyniki uzdatniania wody sprawdzono: • Rozdzia∏ wody surowej (napowietrzonej) na poszczególne filtry, • Stan z∏ó˝ filtracyjnych zasypanych do filtrów pod kàtem: – Rzeczywistej wysokoÊci z∏ó˝ w poszczególnych filtrach, – Uziarnienia materia∏u filtracyjnego, • Stan urzàdzeƒ odpowietrzajàcych na filtrach, Wykonane badania technologiczne pozwoli∏y okreÊliç m.in.: • Zale˝noÊç uzyskiwanych efektów usuwania ˝elaza i manganu od obcià˝enia z∏ó˝ filtracyjnych, • Zale˝noÊç uzyskiwanych efektów od˝elaziania i odmanganiania wody w funkcji czasu pracy filtra w jednym cyklu filtracyjnym, • Zale˝noÊç efektywnoÊci od˝elaziania i odmanganiania wody od sk∏adu jakoÊciowego uzdatnianej wody. Wyniki analizy wskaza∏y na: • Brak mo˝liwoÊci kontroli obcià˝enia poszczególnych filtrów (regulowanych na odp∏ywie przy u˝yciu przepustnic) w wyniku, czego du˝e nierównomiernoÊci w obcià˝eniu kolejnych filtrów (szczególnie istotne w sytuacji nieprawid∏owej pracy uk∏adu odpowietrzajàcego aerator, gdy na filtry prowadzona by∏a emulsja wodno – powietrzna) prowadzi∏y do przecià˝ania jednych z∏ó˝ kosztem innych, szczególnie widoczne w sytuacji, gdy filtry p∏ukane by∏y w ró˝ne dni, przez co ich kolmatacja by∏a przebiega∏a w nierównomierny sposób, • Ubytki z∏ó˝ filtracyjnych w poszczególnych filtrach, w ró˝nej iloÊci (najwi´kszy ubytek z∏o˝a wyniós∏ ok. 30 cm) co przy generalnie niewysokiej warstwie filtracyjnej (dla pó∏ek dolnych, wspomnianych 80 cm) stanowi∏o spory procent ca∏kowitej iloÊci z∏o˝a, • Ubytki dotyczy∏y g∏ównie najdrobniejszej frakcji materia∏u filtracyjnego (warstwa o uziarnieniu 0,8 – 1,4 mm) w wyniku czego wyraênemu zachwianiu i ograniczeniu ulega∏a skutecznoÊç usuwania ˝elaza z wody, limitujàca oczywiÊcie efektywnoÊç od- manganiania, realizowana na wykszta∏conych pow∏okach MnO2, • Zmniejszenie wysokoÊci z∏ó˝ filtracyjnych przypuszczalnie zwiàzane by∏o z pewnymi niedociàgni´ciami w procesie p∏ukania filtrów - zw∏aszcza podczas jednoczesnego p∏ukania wodà i powietrzem, kiedy to mo˝na z pewnym przybli˝eniem stwierdziç, ˝e jednoczesne p∏ukanie wodà i powietrzem wywo∏uje zjawiska takie jak w pompie mamutowej, które polegajà na wynoszeniu materia∏u sta∏ego (w przypadku filtrów najdrobniejszych frakcji z∏o˝a) poza filtr; minimalizacja negatywnych efektów tego zjawiska wià˝e si´ ze zmianami procedur p∏ukania filtrów (w zakresie udzia∏u poszczególnych mediów w mieszance wodno-powietrznej, jak i momentu w∏àczenia i wy∏àczenia p∏ukania mieszaninà), Natomiast wyniki badaƒ i analiz technologicznych wskaza∏y na nast´pujàce czynniki wp∏ywajàce na wyst´pujàce przekroczenia norm st´˝enia ˝elaza i manganu: • Zbyt wysokà stref´ od˝elaziania wody ustalonà na podstawie przeliczeƒ technologicznych, która wiàza∏a si´ z nast´pujàcymi czynnikami poÊrednio wymienionymi wczeÊniej tj.: ubytkami z∏o˝a filtracyjnego, wi´kszym uziarnieniem istniejàcych (pozosta∏ych) warstw filtracyjnych, znacznym przecià˝aniem z∏ó˝ – wysokimi pr´dkoÊciami filtracji i kiepskim utlenieniem ˝elaza przed filtracjà. W efekcie nast´powa∏o doÊç g∏´bokie przenikanie ˝elaza w z∏o˝e, co skutecz- Rys. 3. Rozk∏ad st´˝enia ˝elaza w wodzie uzdatnionej w kolejnych godzinach cyklu filtracyjnego (Filtr I). Rys. 4. Rozk∏ad st´˝enia ˝elaza w wodzie uzdatnionej w kolejnych godzinach cyklu filtracyjnego (Filtr IV) www.forum-eksploatatora.pl 13 moja stacja uzdatniania wody nie ogranicza∏o proces odmanganiania wody. ˚elazo przenika∏o przez ca∏y pierwszy stopieƒ filtracji, docierajàc na drugi stopieƒ, z za∏o˝enia przeznaczony do usuwania manganu w toku procesów katalitycznych. W konsekwencji pow∏oki manganowe by∏y systematycznie roz∏adowywane przez ˝elazo (Fe+2). W efekcie nie uzyskiwano trwa∏ego efektu usuwania manganu. Niekorzystnà sytuacj´ pot´gowa∏ jeszcze fakt, i˝ w okreÊlonych sytuacjach (zw∏aszcza w sezonie letnim) pr´dkoÊci filtracji na z∏o˝ach kwarcowych dochodzi∏o do wartoÊci > 12,0 m/h co powodowa∏o przenikanie ˝elaza przez oba stopnie filtracji. Ostatecznie okresowo przekroczone by∏o zarówno ˝elazo jak i mangan, • Zbyt krótki cykl filtracyjny zarówno na pierwszym jak i na drugim stopniu filtracji, który nie pozwala∏ na maksymalne wykorzystanie pojemnoÊci masowej z∏ó˝ filtracyjnych oraz na skuteczny rozrost pow∏ok manganowych na drugim stopniu filtracji. Oprócz zjawisk niekorzystnych technologicznie, cz´ste p∏ukanie wiàza∏o si´ ze wzrostem kosztów eksploatacji Stacji. Uzyskiwany stosunek iloÊci wody zu˝ytej na p∏ukanie do iloÊci wody wyprodukowanej na danym filtrze kszta∏towa∏ si´ niekorzystnie (Êrednio na poziomie ok. 3 – 5 %). Przeprowadzone badania technologiczne, polegajàce na kontroli st´˝enia ˝elaza i manganu w kolejnych godzinach cyklu filtracyjnego wykaza∏y, ˝e z punktu widzenia st´˝enia ˝elaza mo˝liwe jest (w okreÊlonych sytuacjach technologicznych) wyd∏u˝enie cyklu filtracyjnego nawet kilkukrotnie (5 – 7 krotnie). Na wykresach poni˝ej zamieszczono przyk∏adowy rozk∏ad st´˝enia ˝elaza i manganu w trakcie trwania cyklu filtracyjnego dla dwóch wybranych filtrów: FI i FIV. Ró˝nice w kszta∏cie poszczególnych krzywych rozk∏adu st´˝enia ˝elaza w wodzie po filtracji dostarczajà wielu ciekawych informacji analitycznych. Badania by∏y wykonywane przy pr´dkoÊci filtracji wynoszàcej ok. 6,0 m/h i st´˝eniu ˝elaza w wodzie surowej na poziomie ok. 2,0 mgFe/L. Rys. 5. Pr´dkoÊci filtracji i st´˝enie manganu w wodzie surowej, przy którym wydajnoÊç odmanganiania wynosi ok. 4,9 g/m3*h (z∏o˝e o wysokoÊci 1,0 m) – po okresie wpracowania – dla warunków obserwowanych na SUW Granica. 14 www.forum-eksploatatora.pl W przypadku pierwszego filtra (Rys. 3.) stwierdzono znaczny ubytek iloÊci z∏o˝a na pierwszym i nieco mniejszy na drugim stopniu filtracji (odpowiednio pó∏ki górne – I stopieƒ filtracji i pó∏ki dolne – II stopieƒ filtracji). Efektem powy˝szego by∏o g∏´bokie przenikanie st´˝enia ˝elaza na drugi stopieƒ filtracji – jak pokazuje wykres po pó∏kach górnych ˝elazo kszta∏towa∏o si´ na poziomie ok. 0,25 – 0,50 mgFe/L. Tak wi´c spory ∏adunek ˝elaza dociera∏ na pó∏k´ dolnà, która na szcz´Êcie radzi∏a sobie z od˝elazianiem. Charakterystyczny przebieg krzywej st´˝enia ˝elaza w wodzie po filtracji jest zwiàzany z uszczelnianiem porów z∏o˝a filtracyjnego (przy du˝ym uziarnieniu) wytràcanym wodorotlenkiem ˝elazowy. OczywiÊcie wspomniane uszczelnianie wyst´puje do momentu (na wykresie 1 minimum ok. 80 godziny cyklu filtracyjnego). Po przekroczeniu pewnej granicy jakoÊç filtratu zacz´∏a gwa∏townie si´ pogarszaç. W przypadku filtra IV, który pracowa∏ w identycznych warunkach technicznych i technologicznych, ubytek z∏o˝a by∏ ni˝szy (w filtrze by∏a wy˝sza warstwa z∏o˝a – zw∏aszcza w zakresie najni˝szych uziarnieƒ). Stàd te˝ przede wszystkim st´˝enie ˝elazo po filtracji by∏o ni˝sze ni˝ w przypadku pierwszego filtra. Jednak, tutaj równie˝ widoczne jest zjawisko zmniejszania st´˝enia ˝elaza w trakcie trwania cyklu filtracyjnego – czyli charakterystyczne uszczelnianie porów z∏o˝a wytràconym z wody surowej wodorotlenkiem ˝elazowym, odcedzonym na filtrze. Niemniej nale˝y wyraênie podkreÊliç wzrost d∏ugoÊci cyklu filtracyjnego, z ok. 24 godzin do ponad 100 (dla opisanych warunków technologicznych). W przypadku st´˝enia manganu (zw∏aszcza po pó∏kach dolnych – drugim stopniu filtracji) wyd∏u˝anie cyklu filtracyjnego sprzyja∏o poprawie efektywnoÊci usuwania zwiàzków Mn. Wyraêna tendencja by∏a jednak dopiero widoczna z perspektywy kilku cykli filtracyjnych. W tym miejscu nale˝y jednak podkreÊliç, ˝e zwi´kszanie d∏ugoÊci cyklu filtracyjnego, które na SUW Granica da∏o wymierne efekty musi byç poparte konkretnymi badaniami technologicznymi, poniewa˝ przekroczenie pewnej granicznej (indywidualnej dla konkretnych warunków) wartoÊci pojemnoÊci masowej (iloÊci zatrzymanego na z∏o˝u ˝elaza) mo˝e powodowaç zjawiska niekorzystne takie jak m.in. wzrost ciÊnienia przed filtracjà (nadmiernà strat´ ciÊnienia na z∏o˝u filtracyjnym) czy te˝ niekontrolowane zerwania zatrzymanych zawiesin wyst´pujàce zw∏aszcza przy zmiana obcià˝enia filtrów (zarówno zmniejszania jak i zwi´kszania przep∏ywu), ale tak˝e g∏´bokie przenikanie ˝elaza w g∏àb filtra, zajmujàcego ca∏e z∏o˝e (przyk∏ad takiej sytuacji zostanie opisany w jednym z kolejnych numerów FE). • Ze wzgl´du na bardzo ró˝ny sk∏ad jakoÊciowy uzdatnianej na SUW Granica wody, zw∏aszcza pod wzgl´dem st´˝enia ˝ela- • Dla filtra 2 (po drugim stopniu filtracji) po ok. 30 dniach pracy. W nast´pnym okresie wpracowania wyraênemu zwi´kszeniu uleg∏y pr´dkoÊci filtracji, których wartoÊç dochodzi∏a nawet do 14,0 m/h. Spowodowa∏o to nieznaczne zwi´kszenie st´˝enia manganu w wodzie uzdatnionej. Nie mniej jednak, znajdujàce si´ w trakcie wpracowania z∏o˝e chalcedonitowe, szybko dostosowa∏o si´ do wi´kszych ∏adunków manganu i po ok. 2 tygodniowym okresie iloÊç pow∏ok MnO2, jaka stràci∏a si´ na ziarnach materia∏u filtracyjnego by∏a wystarczajàca, by w ca∏oÊci utleniaç mangan dop∏ywajàcy wraz z wodà surowà, przy krótszych czasach kontaktu (wy˝szych obcià˝eniach hydraulicznych powierzchni filtra). Ostatecznie uzyskana maksymalna wydajnoÊç procesu odmanganiania na z∏o˝u chalcedonitowym w przypadku SUW Granica wynios∏a: 4,9 g manganu na m3 z∏o˝a w ciàgu godziny. By lepiej sobie wyobraziç omówiony wskaênik, mo˝na pos∏u˝yç si´ zamieszczonym poni˝ej wykresem. WydajnoÊç procesu odmanganiania na wspomnianym poziomie 4,9 g/m3*h oznacza, ˝e wod´ surowà o st´˝eniu manganu oznaczonym na osi y mo˝na uzdatniç (usunàç mangan < 0,05 mgMn/L) z pr´dkoÊcià filtracji wyznaczonà na wykresie (przy za∏o˝eniu dobrego wpracowania odpowiedniej obj´toÊci z∏o˝a). Odczytujàc zatem z wykresu, dla wydajnoÊci procesu odmanganiania jakà uda∏o si´ uzyskaç na z∏o˝u chalcedonitowym na SUW Granica w ÂwinoujÊciu na poziomie ok. 4,9 g/m3*h przy ni˝szych wartoÊciach manganu w wodzie surowej (np. 0,2 mgMn/L) mo˝liwa jest filtracja wody na wpracowanym chalcedonicie z pr´dkoÊcià ok. 33 m/h (zw∏aszcza jeÊli proces przebiega na drugim stopniu filtracji, bez ˝elaza) – przy za∏o˝eniu wysokoÊci z∏o˝a chalcedonitowego równej 1,0 m. Temat wydajnoÊci procesu odmanganiania wody i prze∏o˝enia tego parametru na www.forum-eksploatatora.pl aspekty technologiczne oraz projektowe systemów filtracji opartych o ró˝ne materia∏y filtracyjne zostanie dok∏adnie omówiony w jednym z kolejnych numerów Forum Eksploatatora. Podsumowanie Omówiony powy˝ej przyk∏ad eksploatacyjny SUW Granica wskazuje na kilka podstawowych elementów diagnostyki technologicznej uk∏adów uzdatniajàcych wod´ podziemnà. Wykonane badania i analizy teoretyczno – techniczne pozwoli∏y wskazaç wadliwe elementy procesu uzdatniania, które rzutowa∏y na uzyskiwane wyniki (przekroczenia podstawowych wskaêników jakoÊci wody). Niewielkie zmiany eksploatacyjne, po∏àczone z modernizacjà polegajàcà na wymianie z∏o˝a filtracyjnego oraz monta˝u urzàdzeƒ kontrolno – pomiarowych (g∏ównie przep∏ywomierzy i manometrów) pozwoli∏y w stosunkowo krótkim terminie doprowadziç do wysokiej efektywnoÊci procesów od˝elaziania i odmanganiania wody. Co wa˝ne, wymiana z∏o˝a filtracyjnego na chalcedonitowe umo˝liwi∏a zwi´kszenie wydajnoÊç stacji do ok. 200 m3/h, dajàc znaczne rezerwy produkcyjne przy uzdatnieniu wody do wartoÊci wymaganych obowiàzujàcymi normami. Porównanie równolegle pracujàcych piasków kwarcowych i chalcedonitowych wykaza∏o wyraênie mniejszà wydajnoÊç procesów odmanganiania na kwarcach. Na kwarcach uzyskiwano ni˝sze pojemnoÊci masowe (a co za tym idzie krótsze cykle) oraz maksymalnà pr´dkoÊç filtracji do 8,0 m/h. Korzystne efekty technologiczne przynios∏o p∏ukanie wszystkich filtrów jednego dnia (wyrównywanie strat hydraulicznych) oraz bie˝àce obliczanie d∏ugoÊci cykli filtracyjnych przez pracowników uj´cia na podstawie ∏adunków ˝elaza zatrzymywanych na filtrach pierwszego stopnia filtracji. moja stacja uzdatniania wody za, podj´cie decyzji o p∏ukaniu filtrów I stopnia filtracji musi byç wypadkowà kilku czynników: – IloÊci pracujàcych filtrów, – IloÊci pracujàcych pomp g∏´binowych (przep∏ywu wody surowej), – Pracujàcej studni g∏´binowej (pod wzgl´dem zawartoÊci ˝elaza). Ustalone indywidualnie dla poszczególnych odwiertów wspó∏czynniki przeliczeniowe, pozwala∏y na podstawie iloÊci godzin pracy studni w ciàgu zmiany, ustalaç iloÊç ˝elaza zatrzymanà na filtrach (pojemnoÊç masowà) i na tej podstawie decydowaç o czasie p∏ukania filtrów. System bardzo dobrze przyjà∏ si´ na uj´ciu i weryfikowany na bie˝àco badaniami laboratoryjnymi, okazuje si´ zapewniaç idealnà pod wzgl´dem technologicznym i ekonomicznym d∏ugoÊç cyklu filtracyjnego. Pracownicy zostali zobligowani do wype∏niania specjalnych formularzy, na podstawie których ustalajà jaka masa ˝elaza zatrzyma∏a si´ na filtrach, i czy kwalifikujà si´ ju˝ do p∏ukania. P∏ukanie pó∏ek dolnych (odmanganiajàcych) ustalono w sztywnym siedmio dobowym cyklu. Pewnym ograniczeniem dla uzyskania wymaganej wydajnoÊci uj´cia by∏y stosowane z∏o˝a filtracyjne. Nawet w przypadku uzupe∏nienia ubytków w filtrach, czy te˝ ca∏kowitej wymiany na Êwie˝e z∏o˝e kwarcowe uzyskanie efektów uzdatniania wody dla wysokich wydajnoÊci sprawia∏o trudnoÊci. W miar´ zadowalajàce efekty od˝elaziania wody uzyskiwano dla pr´dkoÊci filtracji nie przekraczajàcych 8,0 m/h co odpowiada wydajnoÊci godzinowej uj´cia równej 100,0 m3/h. W okresie letnim konieczne jest utrzymywanie produkcji godzinowej nawet do 200,0 m3/h. Jedynym rozwiàzaniem w tej sytuacji by∏a rozbudowa ciàgu technologicznego lub zastosowanie innego materia∏u filtracyjnego. Ze wzgl´dów g∏ównie ekonomicznych zdecydowano si´ na zastosowanie z∏o˝a chalcedonitowego. Testowo na wybranych filtrach (filtr 1 i filtr 2) postanowiono sprawdziç efektywnoÊç pracy chalcedonitu w przedstawionych warunkach technologicznych dla wysokich pr´dkoÊci filtracji. Filtry zasypano z∏o˝em chalcedonitowym o uziarnieniu 0,8 – 2,0 mm stosujàc nast´pujàce wysokoÊci: na pó∏kach górnych (I stopieƒ filtracji) ok. 0,8 mm, natomiast na pó∏kach dolnych (II stopieƒ filtracji) ok. 0,5 m. Wpracowanie z∏ó˝ prowadzono metodà naturalnà – czyli po zasypaniu i dezynfekcji w∏àczono filtry do pracy z wydajnoÊcià wymaganà przez uk∏ad (wynikajàcà z zapotrzebowania na wod´). Pr´dkoÊci filtracji w pierwszej fazie procesu wpracowania (okres maj – czerwiec) mieÊci∏y si´ w granicach 6,0 – 8,0 m/h. W takich warunkach (przy st´˝eniu manganu w wodzie surowej w granicach 0,4 – 0,8 mgMn/L, st´˝enie manganu osiàgn´∏o norm´ odpowiednio: • Dla filtra 1 (po drugim stopniu filtracji) po ok. 40 dniach pracy, 15