WARUNKI I EFEKTY DŁUGOTRWAŁEGO STOSOWANIA GRANULOWANYCH WĘGLI AKTYWNYCH W WODOCIĄGACH

Transkrypt

1 Węgiel aktywny w ochronie środowiska i przemyśle (2006) KRZYSZTOF WILMAŃSKI Aqua Konsulting, ul. Wysłouchów 44/71, Kraków WARUNKI I EFEKTY DŁUGOTRWAŁEGO STOSOWANIA GRANULOWANYCH WĘGLI AKTYWNYCH W WODOCIĄGACH Zaprezentowano warunki i efekty długotrwałego stosowania granulowanych węgli w wybranych krajowych zakładach uzdatniania wody. Opisano proces uzdatniania wstępnego wody oraz parametry operacyjne filtrów węglowych. Przedstawiono efekty oczyszczania wody na węglach aktywnych oraz warunki rozwoju aktywności biologicznej złóż węglowych. Oceniono wpływ wstępnego uzdatniania wody na szybkość zużywania się węgla aktywnego. Przedstawiono również wyniki badań regeneracji węgli zużytych wykonanych w skali modelowej. Zdolność węgli aktywnych do wielokrotnej regeneracji jest bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na koszty uzdatniania wody. Na podstawie prostych zależności pokazano wpływ skuteczności wielokrotnej regeneracji na cenę uzdatnianej wody. SŁOWA KLUCZOWE: filtry z filtrem aktywnym, stacje uzdatniania wody WPROWADZENIE W ostatnich latach coraz większą popularnością cieszy się technologia uzdatniania wody na granulowanym węglu aktywnym. Zaletami tej technologii są: wysoka skuteczność usuwania z wody zanieczyszczeń organicznych, możliwość stabilizacji biologicznej wody uzdatnionej, obniżenie zapotrzebowania na środki dezynfekcyjne, brak wtórnych efektów zanieczyszczania wody, stosunkowo prosta obsługa filtrów węglowych, akceptowalne koszty stosowania węgla aktywnego. Do dzisiaj kilkanaście zakładów uzdatniania wody w Polsce uruchomiło proces oczyszczania wody w filtrach węglowych. Należą do nich wodociągi: Mokry Dwór i Na Grobli we Wrocławiu, Dziećkowice, Strumień, Kozłowa Góra i Goczałkowice na Górnym Śląsku, Straszyn w Gdańsku, Wodociąg Centralny w Warszawie, Wodociągi w Płocku, Nysie, Mielcu, Gorlicach i Białymstoku. Szereg dalszych zakładów przygotowuje się do zastosowania tej technologii, m.in.: Miedwie k. Szczecina,

2 226 K. Wilmański Mosina, Gruszczyn i Dębiec w Poznaniu, Wodociągi Północny, Centralny i Praski w Warszawie, Wodociągi w Jeleniej Górze, Nowym Sączu, Tarnowie, Toruniu, Częstochowie i Rzeszowie. Przed wdrożeniem węgla aktywnego do procesu uzdatniania wody realizuje się zwykle badania pilotowe. Mają one na celu ustalenie podstawowych parametrów eksploatacyjnych filtrów węglowych oraz wybór najlepszego węgla aktywnego. Badania takie trwają około jednego roku. Ze względu na krótkie terminy realizacji inwestycji badania takie dostarczają tylko część danych. Brakuje wielu ważnych informacji związanych z długotrwałą eksploatacją filtrów węglowych. Do danych tego typu należą zdolność węgla do wielokrotnej regeneracji i częstotliwość tego procesu. Obie te informacje mają zasadnicze znaczenie przy ustalaniu kosztów operacyjnych pracy węgla aktywnego. Po rocznych badaniach pilotowych węgle aktywne najczęściej nie są wyczerpane i, co za tym idzie, nie są gotowe do przeprowadzenia regeneracji. W niniejszej pracy przedstawiono warunki i efekty długotrwałego stosowania węgli aktywnych w wybranych 4 wodociągach. Zwrócono uwagę na współzależności warunków eksploatacji filtrów węglowych i rodzaju zastosowanego węgla aktywnego na jego zdolność do wielokrotnej regeneracji. Przedstawiono również analizę kosztów długotrwałego stosowania węgla aktywnego. Nazwy zakładów uzdatniania wody oraz symbole stosowanych węgli aktywnych zostały ukryte ze względu na obowiązujące procedury przetargowe związane z zakupem i regeneracją węgli aktywnych. 1. WARUNKI STOSOWANIA FILTRÓW WĘGLOWYCH W WODOCIĄGACH Oczyszczanie wody na węglu aktywnym stosuje się nie tylko w wodociągach uzdatniających wody powierzchniowe, ale również tam, gdzie ujmuje się wody podziemne. W obu przypadkach dostarczenie ludności czystej i zdrowej wody wiąże się często z koniecznością usunięcia z niej znacznej ilości zanieczyszczeń organicznych. Charakter chemiczny oraz skład biologiczny wód powierzchniowych i podziemnych jest zróżnicowany. Wody powierzchniowe zawierają zwykle większe ilości rozpuszczonego węgla organicznego niż wody podziemne. Są często zanieczyszczone znacznymi ilościami organizmów pasożytniczych, planktonu i bakterii. Wody podziemne nie zawierają praktycznie planktonu, a ilości bakterii i materii organicznej są ograniczone. Jednakże zanieczyszczenia wód podziemnych są trudniejsze do usunięcia. Wynika to z faktu, iż większość łatwo usuwalnych zanieczyszczeń jest zatrzymywanych w gruncie w wyniku zachodzących tam procesów biologicznych i fizykochemicznych. Dlatego ładunek zanieczyszczeń usuniętych z wody powierzchniowej na węglach aktywnych w warunkach ich wyczerpania jest zwykle wyższy w porównaniu z wodami podziemnymi.

3 Warunki i efekty długotrwałego stosowania granulowanych węgli aktywnych w wodociągach 227 Kolejnym czynnikiem, mającym istotny wpływ na pracę węgla aktywnego, jest metoda wstępnego uzdatniania wody. Zastosowanie koagulacji zmniejsza znacząco obciążenie węgla aktywnego ładunkiem zanieczyszczeń i umożliwia jego dłuższą eksploatację. Wysoka aktywność biologiczna w filtrze węglowym jest uzyskiwana w warunkach stosowania ozonowania wody. Dzięki procesom bioregeneracji węgla wydłuża się czas jego pracy do chwili wyczerpania. Poprawna praca filtrów węglowych wymaga takiej eksploatacji procesu uzdatniania, aby nie dopuścić do zanieczyszczenia złoża węglowego zawiesiną i substancjami mineralnymi. Takie zanieczyszczenie może wystąpić, kiedy woda doprowadzana do filtrów węglowych zawiera znaczne pozostałości koagulantu (żelazo, glin) lub została niewystarczająco oczyszczona w procesach odżelaziania lub odmanganiania. Ponadto niekorzystne dla długotrwałej eksploatacji jest zanieczyszczanie złoża węgla aktywnego zawiesinami. W takich przyypadkach konieczne jest częste płukanie filtra powietrzem i wodą, co prowadzi do ścierania się węgla i powstawania jego strat. Warunki pracy węgli aktywnych w 4 wodociągach: 1. Wodociąg ujmujący wodę powierzchniową. Uzdatnianie wstępne obejmuje koagulację i filtrację wody. Zastosowano ziarnisty węgiel aktywny A o ograniczonej zdolności adsorpcyjnej. 2. Wodociąg ujmujący wodę powierzchniową. Uzdatnianie wstępne obejmuje koagulację, filtrację i ozonowanie. Zastosowano 2 formowane węgle aktywne o wysokiej pojemności adsorpcyjnej B i C. 3. Wodociąg ujmujący wodę podziemną. Uzdatnianie wstępne obejmuje infiltrację i filtrację pośpieszną. Zastosowano 4 węgle aktywne: ziarnisty o wysokiej zdolności adsorpcyjnej D, ziarnisty o ograniczonej zdolności adsorpcyjnej E, formowany o wysokiej zdolności adsorpcyjnej C i formowany o ograniczonej zdolności adsorpcyjnej F. 4. Wodociąg ujmujący wodę powierzchniową. Uzdatnianie wstępne obejmuje koagulację, filtrację i ozonowanie. Zastosowano 3 węgle aktywne: ziarnisty o ograniczonej zdolności adsorpcyjnej G, formowany o wysokiej zdolności adsorpcyjnej C i formowany o ograniczonej zdolności adsorpcyjnej F. Przez węgle o ograniczonej zdolności adsorpcyjnej rozumiane są te materiały, które w warunkach dostawy od producenta posiadały liczbę jodową o wartości poniżej 1000 mg/g. Węgle o wysokiej zdolności adsorpcyjnej posiadały w warunkach dostawy liczbę jodową powyżej 1000 mg/g. W trakcie realizacji pracy węgle aktywne we wszystkich czterech wodociągach były w znacznym stopniu wyczerpane i należało przeprowadzić ich regenerację lub wymianę. W wodociągu nr 1 węgiel aktywny pracuje od 1997 r. Średni czas kontaktu wody z węglem wynosi 14,5 minut. Węgiel ten był regenerowany w 2000 r. po oczyszczeniu m 3 wody przez 1 m 3 węgla. Przed drugą regeneracją doświadczalną, która odbyła się w 2005 r., w 1 m 3 węgla oczyszczono m 3 wody. Czas pracy węgla aktywnego między pierwszą i drugą regeneracją był bardzo długi. Węgiel uległ praktycznie całkowitemu wyczerpaniu. Jakość wody dopływającej i odpływającej z filtrów zimą 2005 r. była niemal taka sama. Pomimo to złoże

4 228 K. Wilmański węgla aktywnego charakteryzowało się stosunkowo wysoką aktywnością biologiczną. Ilość bakterii w 1 cm 3 węgla wynosiła od 0, do 4, org. Zimą 2005 r. wartość liczby jodowej węgla A wynosiła 388 mg/g, a liczby metylenowej 8 ml. Regeneracja tak mocno wyczerpanego adsorbentu może być utrudniona. Dodatkowym czynnikiem ograniczającym skuteczność regeneracji była stosunkowo wysoka zawartość popiołu w węglu. Ilość substancji mineralnych w węglu stopniowo wzrastała w całym okresie eksploatacji. Przed pierwszą regeneracją stężenie to wzrosło z 7,5 do 9,2%, a przed drugą regeneracją z 10,5 do 13,3%. Po drugiej doświadczalnej regeneracji stężenie to zwiększyło się do 14,7%. Najważniejszym składnikiem popiołu w węglu był gromadzący się stopniowo glin, pozostały z wody po koagulacji i filtracji. Związki tego metalu trwale zablokowały część porów węgla aktywnego, przyspieszając jego zużycie. Efekty drugiej regeneracji (doświadczalnej) były więc stosunkowo słabe. Maksymalna wartość liczby jodowej uzyskana w temperaturze 775 C i 30 min. trwania procesu wyniosła 830 mg/g. Jednocześnie mocno spadła wytrzymałość mechaniczna węgla do około 84%. Ubytki węgla w wyniku tego procesu wyniosły około 15%. Uzyskane wyniki pokazują, że węgiel aktywny stosowany w wodociągu 1 szybko traci swoje właściwości i przypuszczalnie trzeba będzie go wymienić po 3 cyklach pracy. W wodociągu nr 2 węgiel aktywny C pracował od 1993 r., a węgiel B od 2001 r. Czas kontaktu wody i węgla w filtrach wynosił średnio 20 minut. Węgiel C był regenerowany w 1997 r. po oczyszczeniu m 3 wody przez 1 m 3 węgla i w 2001 r. po oczyszczeniu m 3 wody/m 3. W 2005 r. wykonano doświadczalną regenerację tego adsorbentu po oczyszczeniu m 3 wody/m 3 węgla. Węgiel B nie był regenerowany w skali technicznej. W 2005 r. wykonano doświadczalną próbę regeneracji po oczyszczeniu m 3 wody/m 3 węgla. Dzięki stosowaniu głębokiej koagulacji i ozonowania wody oraz stosunkowo długiego czasu kontaktu w filtrach węglowych zużycie węgla było stosunkowo niskie (długi czas między regeneracjami). Przed testami regeneracji w 2005 r. węgle wykazywały jeszcze stosunkowo dobrą skuteczność oczyszczania wody. Barwa wody była obniżana o 25%, utlenialność o 16%, a absorbancja w 254 nm o 26%. Liczebność bakterii na węglach była zróżnicowana. Na węglu C ilość kolonii wynosiła od 1, do org/ml, a na węglu B, szczególnie w górnej warstwie, była znacznie wyższa, wynosiła od 1, do 5, org/ml. Przed regeneracją w 2005 r. wartość liczby jodowej obu węgli była również niejednakowa. Węgiel C charakteryzował się wartością LJ równą 532 mg/g, podczas gdy węgiel B posiadał liczbę jodową bliską 780 mg/g. Pomimo iż oba węgle dostarczane były jako adsorbenty o zbliżonej, wysokiej zdolności adsorpcyjnej, szybkość wyczerpywania się węgla 2-krotnie regenerowanego była znacznie większa w porównaniu z materiałem eksploatowanym w pierwszym cyklu pracy. Większa pojemność adsorpcyjna, jaką zachował węgiel B zimą 2005 r., powodowała, że aktywność biologiczna w jego złożu mogła być w tym czasie wyższa.

5 Warunki i efekty długotrwałego stosowania granulowanych węgli aktywnych w wodociągach 229 Niskie stężenie popiołu w obu węglach przed regeneracją w 2005 r. (odpowiednio 6,4 i 8,5%) świadczy o prawidłowym przebiegu procesów wstępnego uzdatniania. Węgle nie były zanieczyszczane substancjami mineralnymi. W wyniku trzeciej testowej regeneracji węgla C prowadzonej w temperaturze 775 C wartość liczby jodowej wzrosła do 870 mg/g, a wytrzymałość mechaniczna spadła do około 83%. Ubytki węgla w trakcie regeneracji wynosiły około 17%. Regeneracja testowa węgla B, realizowana w temperaturze 775 C, była bardzo skuteczna. Wartość liczby jodowej została odtworzona w 98%, a wytrzymałość mechaniczna węgla zmniejszyła się do 93,6%. Ubytki węgla w trakcie regeneracji wyniosły zaledwie 7%. Warunki eksploatacji obu węgli w tym wodociągu były prawidłowe. Jednakże węgiel C po 3 regeneracjach wykazywał stosunkowo duże zużycie. W wodociągu nr 3 filtry z węglami aktywnymi uruchamiane były w różnych okresach. Najdłużej pracuje filtr z węglem D - od 1995 r., filtr z węglem E od 1997 r., filtr z węglem C od 1998 r., a filtr z węglem F od 1999 r. Węgle aktywne nie były regenerowane przed 2005 rokiem. Pracowały więc od 6 do 10 lat. Czas kontaktu wody i węgla wynosił średnio około 60 minut. Ilość wody oczyszczonej wynosiła od do m 3 /m 3 węgla. Efekty oczyszczania wody w 2005 r. były stosunkowo dobre. Przedstawiono je w tabeli 1. TABELA 1. Efekty oczyszczania wody w filtrach z węglami aktywnymi w wodociągu nr 3 Parametr Dopływ Odpływ z filtrów Zasypany węgiel - C D E F Mętność, NTU 0,28 0,08 0,11 0,12 0,13 Barwa, mgpt/l Absorb. UV, 1/m 9,4 7,4 6,5 7,3 6,7 OWO, mg/l 3,94 3,60 3,10 3,50 3,27 Utlenialność, mg/l 3,6 3,2 2,9 3,1 2,9 Amoniak, mg/l 0,10 0,05 0,04 0,04 0,04 Zap. na Cl 2, mg/l 2,2 1,4 1,35 1,5 1,5 Zap. na ClO 2, mg/l 1,04 0,55 0,49 0,49 0,50 PT THM, mg/l 0,109 0,067 0,067 0,097 0,086 Najwyższa skuteczność oczyszczania wody osiągana jest w filtrach z węglem D, pracującym najdłużej, i węglem F, pracującym najkrócej. Filtry wykazywały stosunkowo niską aktywność biologiczną. Ilość bakterii psychrofilnych w złożach wynosiła od 1, do 5, org/ml. Było to spowodowane z jednej strony brakiem substancji pożywkowych w wodzie uzdatnianej. Woda pochodziła z ujęcia podziemnego i nie była ozonowana. Z drugiej strony zdolność adsorpcyjna

6 230 K. Wilmański węgli w tym czasie była stosunkowo niska. Wartości liczby jodowej wynosiły od 316 do 470 mg/g. Spadek zdolności adsorpcyjnych węgli aktywnych w trakcie eksploatacji w wodociągu nr 3 przedstawiono na rysunku 1. Niewielka pojemność adsorpcyjna węgli, pomimo iż ilość oczyszczonej wody przez jednostkę objętości była stosunkowo mała, wynikała z zablokowania porów przez substancje mineralne. Zawartość popiołu w węglach wynosiła od 11 do 17%. W strukturze porowatej węgli zgromadzone były duże ilości żelaza i manganu. Metale te w pozornie małych ilościach przedostawały się do węgli aktywnych z oczyszczaną wodą. Zjawisko to było bardzo niekorzystne z punktu widzenia regeneracji węgli. Wykonane próby regeneracji tych węgli wykazały, że w przypadku najdłużej eksploatowanych adsorbentów ziarnistych D i E bardzo trudno jest uzyskać zadowalające efekty odtworzenia zdolności adsorpcyjnych. W testach wykonanych w temperaturach C wartość liczby jodowej wyniosła od 650 do 740 mg/g. Jednocześnie nastąpił znaczny spadek wytrzymałości mechanicznej do wartości 65 66%. Oznacza to, że straty tych węgli w procesie regeneracji wyniosłyby ponad 30%. Tak więc regeneracja tych węgli jest praktycznie nieopłacalna. Nieco lepsze wyniki uzyskano dla węgli formowanych C i F. Wartość liczby jodowej węgla C po regeneracji wyniosła ponad 1000 mg/g, a węgla F 860 mg/g. Wytrzymałość mechaniczna tych węgli po regeneracji wynosiła 83 85%. Straty w wyniku regeneracji były niższe, wyniosły około 15%. Przykład wodociągu nr 3 pokazuje, że węgle formowane są lepiej przystosowane do oczyszczania wody w trudnych warunkach eksploatacyjnych. Jednocześnie obecność substancji mineralnych, które mogą gromadzić się w węglach aktywnych, bardzo niekorzystnie wpływa na długotrwałą eksploatację węgli aktywnych Liczba jodowa [mg/g] Węgiel C Węgiel D Węgiel E Węgiel F Czas pracy [lata] Rys. 1. Szybkość zmian wartości liczby jodowej w węglach aktywnych eksploatowanych w wodociągu nr 3

7 Warunki i efekty długotrwałego stosowania granulowanych węgli aktywnych w wodociągach 231 W wodociągu nr 4 węgle aktywne eksploatowane są od 1993 r. Czas kontaktu początkowo wynosił około 18 minut. W efekcie ograniczenia zapotrzebowania na wodę czas ten wydłużał się stopniowo do około 25 minut. Węgle te były regenerowane co około 3 lata. W pierwszym cyklu pracy zużycie węgli było najmniejsze, wynosiło 6,5 g/m 3 oczyszczonej wody. W ostatnim cyklu (po 3 regeneracji) zużycie wzrosło do 8,9 g/m 3 oczyszczonej wody. Po 12 latach eksploatacji i 3 latach po ostatniej regeneracji efekty oczyszczania wody w filtrach węglowych były stosunkowo dobre. Wyniki badań jakości wody dopływającej i odpływającej z filtrów przedstawiono w tabeli 2. TABELA 2. Efekty oczyszczania wody w filtrach z węglami aktywnymi w wodociągu nr 4 Parametr Dopływ Węgiel C Węgiel F Mętność, NTU 0,4 0,2 0,2 Barwa, mgpt/l 0,5 0 0 Absorb. UV, 1/m 1,35 0,90 0,85 Utlenialność, mg/l 2,3 2,0 1,8 ph 7,79 7,52 7,65 Tlen rozp., mg/l 11,7 10,6 11,2 Żelazo, mg/l 0,04 0,055 0,08 Dobre efekty oczyszczania wody na węglach aktywnych eksploatowanych przez 12 lat osiągnięto dzięki prawidłowej eksploatacji filtrów. Węgle były systematycznie regenerowane. Nie dopuszczano do zbytniego ich obciążenia zanieczyszczeniami. Jednocześnie stworzono korzystne warunki dla rozwoju biologicznego w złożach filtrów węglowych. Woda była cały czas poddawana ozonowaniu dawkami prowadzącymi do wytworzenia biodegradowalnych form materii organicznej. Liczebność bakterii w węglach w 2005 r. była stosunkowo wysoka, biorąc pod uwagę stopień ich wyczerpania. W filtrze z węglem C ilość bakterii wynosiła org/ml, a na węglu F org/ml. Jednocześnie w trakcie eksploatacji nie dopuszczano do zanieczyszczenia węgli substancjami mineralnymi. Przed 4 regeneracją parametry węgli były następujące: Liczba jodowa: węgiel C mg/g, węgiel F mg/g, Wytrzymałość mechaniczna: węgiel C - 95,1%, węgiel F - 90,4%, Zawartość popiołu węgiel C - 6,5%, węgiel F - 11,0%. Po wykonaniu doświadczalnych regeneracji węgli w temperaturze 750 C wartości liczby jodowej wyniosły 840 mg/g dla węgla F i 870 mg/g dla węgla C. Jednocześnie wytrzymałość mechaniczna obniżyła się do 88,5 91%. Spodziewane straty węgli wyniosą 10 15%. Na rysunkach 2 i 3 przedstawiono wartości liczby jodowej i wytrzymałości mechanicznej węgli C i F świeżych, po 3 regeneracjach w skali technicznej i po 4 re-

8 232 K. Wilmański generacji doświadczalnej. Parametry węgli podane po pierwszych 3 regeneracjach obejmują wartości uzyskane po wypłukaniu pyłów i uzupełnieniu ubytków Węgiel C Węgiel F Liczba jodowa, mg/g Świeży Po 1 regen. Po 2 regen. Po 3 regen. Po 4 regen. Regeneracja Rys. 2. Zmiany wartości liczby jodowej w węglach aktywnych po kolejnych regeneracjach Wytrzymałość mechan. % Węgiel C Węgiel F Świeży Po 1 regen. Po 2 regen. Po 3 regen. Po 4 regen. Re ge ne racja Rys. 3. Zmiany wytrzymałości mechanicznej węgli aktywnych po kolejnych regeneracjach Przedstawione dane pokazują, że w kolejnych regeneracjach węgle stopniowo traciły swoje właściwości adsorpcyjne i mechaniczne. Jednakże szybkości spadku wartości liczby jodowej i wytrzymałości mechanicznej były stosunkowo niskie. W efekcie węgle te można eksploatować dalej po wykonaniu kolejnej, czwartej, regeneracji. Prawidłowe warunki eksploatacji filtrów węglowych w tym zakładzie

9 Warunki i efekty długotrwałego stosowania granulowanych węgli aktywnych w wodociągach 233 oraz korzystne właściwości zastosowanych formowanych węgli aktywnych pokazują, że węgle mogą być eksploatowane przez wiele lat i być wielokrotnie regenerowane. 2. KOSZTY STOSOWANIA WĘGLI AKTYWNYCH W PROCESIE UZDATNIANIA WODY Koszty regeneracji węgla aktywnego mają znaczący wpływ na ogólne koszty stosowania węgla w procesie oczyszczania wody. W cenie regeneracji węgla dużą rolę odgrywa wielkość ubytków węgla. Poniżej przedstawiono zależności umożliwiające obliczenie kosztów regeneracji węgli aktywnych oraz kosztów operacyjnych użycia węgla w wodociągu wynikających ze zużycia węgla do oczyszczenia 1 m 3 wody. Względny koszt regeneracji węgla aktywnego K r można obliczać ze wzoru K r K p K t x K w (1) K gdzie: K w - cena 1 m 3 świeżego węgla aktywnego, K p - koszt reaktywacji 1 m 3 węgla w piecu, K t - koszt transportów i przeładunków 1 m 3 węgla, x - udział dosypek węgla w stosunku do całej jego ilości. Koszty operacyjne użycia węgla aktywnego K o można obliczyć następująco: K o w 1 r r w K (n n K ) / (n n ) V (2) gdzie: n 1 - ilość dostaw węgla świeżego, n r - ilość regeneracji węgla, K w - cena węgla świeżego, K r - względny koszt regeneracji węgla aktywnego, V c - objętość wody oczyszczona przez 1 m 3 węgla w 1 cyklu, m 3. Zużycie węgla aktywnego w trakcie eksploatacji z uwzględnieniem jego wielokrotnej regeneracji i wymiany na węgiel świeży można obliczyć następująco: 1 r o Z w (3) K wm gdzie: K o - koszty operacyjne użycia węgla aktywnego w filtrze, PLN/m 3 wody, K wm - koszt jednostki masy węgla świeżego, PLN/kg węgla. Korzystając z powyższych wzorów, wykonano przykładowe obliczenia kosztów regeneracji i zużycia węgla aktywnego na stacji uzdatniania wody. Do obliczeń K c

10 234 K. Wilmański przyjęto 6 typowych cykli pracy filtrów węglowych. Założono, że węgiel aktywny może być eksploatowany kilkanaście lat w filtrach węglowych w stacji uzdatniania wody. Wyniki obliczeń zestawiono w tabeli 3. Pokazują one, że ubytki węgli aktywnych, jakie muszą być uzupełniane po regeneracji, mają istotny wpływ na koszty tego procesu, jak również na koszty oczyszczania wody. Takie ubytki są szczególnie wysokie w przypadku węgli ziarnistych. W przypadku węgli słabszych mechanicznie bardziej korzystne jest stosowanie mniejszych ilości uzupełnień po regeneracji i całkowita wymiana węgla po 3 cyklach pracy niż wielokrotne (5-krotne) regenerowanie z dużymi ilościami ubytków. W przypadku węgli o wysokiej wytrzymałości mechanicznej można realizować wielokrotną ich regenerację. Dzięki temu ogólne koszty uzdatniania wody będą zdecydowanie najniższe. Zakładając, że cena węgli świeżych jest jednakowa, koszt wyprodukowania 1 m 3 wody w filtrze z węglem aktywnym o niskiej wytrzymałości mechanicznej (ubytki w trakcie regeneracji wynoszą 30%) jest o 28,5% wyższy w porównaniu z węglem o wysokiej wytrzymałości mechanicznej (ubytki w trakcie regeneracji wynoszą 10%). TABELA 3. Przykłady obliczeń kosztów regeneracji i zużycia węgli aktywnych w procesie uzdatniania wody Ubytki przy regeneracji % Ilość regeneracji Ilość dostaw węgla świeżego Koszt regeneracji % ceny węgla świeżego 46,1 51,1 51,1 66,1 Zużycie węgla świeżego do oczyszczenia 1 m 3 wody g/m 3 4,00 4,29 4,86 5,14 PODSUMOWANIE Przedstawione przykłady wodociągów pokazują znaczne różnice w warunkach eksploatacji węgli aktywnych. Prawidłowa eksploatacja procesu uzdatniania umożliwia długotrwałe użytkowanie węgli aktywnych. W tych warunkach koszty operacyjne są stosunkowo niskie. Jednocześnie skuteczność oczyszczania wody jest wysoka. W warunkach, kiedy węgle są przeciążone zanieczyszczeniami organicznymi lub narażone na odkładanie się zanieczyszczeń mineralnych, czas ich pracy znacznie się skraca, a efekty oczyszczania wody nie są w pełni zadowalające. Generalnie węgle formowane wykazują lepsze właściwości adsorpcyjne i mechaniczne w trakcie uzdatniania wody od węgli ziarnistych. Pomimo iż mogą być droższe od niektórych węgli ziarnistych, koszt ich użycia w procesie uzdatniania wody jest najniższy. Wynika to głównie z ich wysokiej wytrzymałości mechanicznej i niewielkich ubytków w trakcie regeneracji.

11 Warunki i efekty długotrwałego stosowania granulowanych węgli aktywnych w wodociągach 235 CONDITIONS AND EFFECTS OF THE LONG TERM USE OF GRANULAR ACTIVATED CARBON IN WATER TREATMENT PLANTS The paper presents the conditions and effects of long term exploitation of granular activated carbon in selected Polish water treatment plants. Efficiency of water purification and biological activity in carbon filters were described. Influence of water pretreatment on long term activated carbon performance was estimated. The paper presents the results of pilot plant reactivation of spent activated carbons taken from filters. Costs of the use of activated carbon in water treatment plants were also estimated. KEYWORDS: filters of activated carbon, water treatment plants