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