OMÓWIENIE WYNIKÓW BADAŃ TECHNOLOGICZNYCH. Przeprowadzonych na pilotażowej stacji doświadczalnej. Wykonanych dla celów projektowych

Transkrypt

1 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

2 . Inwestor: Urząd Miasta Józefowa. ul. Kardynała Wyszyńskiego Józefów Wykonał : mgr inż. Jacek Dulny 2

3 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

4 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 roku na Stacji Uzdatniania Wody w Józefowie przy Al. Drogowców 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

5 3. ZAKRES OPRACOWANIA. Opracowanie niniejsze obejmuje analizę badań na pilotowej stacji doświadczalnej, wykonanych na Stacji Uzdatniania Wody w Józefowie w dniach 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 m 3 ). 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 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 mm, B. Filtr Hi Flo 9 UFP Super Iron. Podsypka (krzemionki). - Cullsan 10 x mm, - Cullsan 6 x 9-90 mm, - Cullsan 2 x 3-90 mm, 5

6 Warstwa filtracyjna Standard - Cullsan (krzemionka) 0,6 x 0,8-555 mm, - Piroluzyt mm, - Cullcite (antracyt)), 0, 8 x 2 mm 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

7 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 roku. Podstawowe zanieczyszczenia: Parametr Żelazo mg/l Mangan mg/l Barwa mg Pt/l Mętność NTU Studnia nr 1` 1,75 0, ,66 Studnia nr 4 1,55 0, ,7 Studnia nr 5 1,72 0, ,8 Twardości wód wynoszą około mg CaCO 3, 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 mg Pt/l, ph 7,1-7,3 żelazo 1,25 2,25 mg/l, mangan 0,615 0,716 mg/l, twardość og mg CaCO 3 /l, amoniak 0,22 0,38 mg/l. Wydobywana woda głębinowa posiada wyraźnie wyczuwalny zapach rozpuszczonego siarkowodoru. 7

8 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 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 O 2 /l. 8

9 - 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

10 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 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

11 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 KMnO 4. 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 KMnO 4 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

12 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 Fe 2+ - nie utlenionego, lub Fe 3+ - 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 O 2 /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

13 Jak wspomniano poprzednio, natlenienie wody powinno być maksymalnie wysokie. Badania rozpoczęto przy natlenieniu wody do poziomu X =6,5 mg O 2 /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 KMnO 4 /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

14 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 mgo 2 /l przedstawia poniższa Tabela Nr 1. Tabela nr 1. Wpracowywanie się filtra I stopnia na żelazo. Data Woda surowa I stopień filtracji II stopień filtracji Uwagi Fe og./fe +2 Fe og. Mn Mętn. (mg/l) (mg/l) (mg/l) NTU godzina (mg/l) :00 Fe=2,11 0,35 0,07 0,018 szybk.filtr.=10 m/h 14:30 Mn=0,712 0,04 natlenienie X=6,5 mgo2/l 17:00 NH + 4=0,22 0,32/ 0,03 0,03 0,015 0,27 20:00 ph = 7,2 0,03 0,017 st szybk.filtr.=8 m/h 10:30 Fe=2,28 0,14 0,03 0,016 barwa w.uzd. = 9 mgpt/l 13:30 Fe2+=0,02 0,015 0,22 17:00 0,09 0,03 0,015 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

15 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 Fe 3+. 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 mgo 2 /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 Woda surowa I stopień filtracji II stopień filtracji Uwagi Fe og. Fe og. Mn Mętn. (mg/l) (mg/l) (mg/l) NTU godzina (mg/l) :10 Fe=1,60 0,03 0,017 szybk.filtr.= 12 m/h 21:40 Mn=0,68 0,08 / 0,03 0,02 0,019 0,21 natlenienie X = 6,4 mg O2/l 23:30 tw.og.=207 0,03 0,020 barwa w.uzd. = 7-8 mg Pt/l St st :40 0,06 0,02 0,019 11:00 0,02 0,021 0,20 X= 6,8 mg O 2/l 14:10 Fe=2,23 Fe2+=0,02 0,019 18:00 Mn=0,698 0,05 0,02 0,037 0,18 X = 4,8 mg O2/l 20:15 NH + 4 = 0,38 0,022 X= 6,7 mg O 2/l 23:00 0,05 0,02 0,018 Mętn = 0,22 NTU :30 0,04 0,02 0,019 barwa w.uzd. = 6-7 mgpt/l 11:00 Fe2+=0,02 0,01 0,018 0,17 13:15 0,04 0,01 0,021 Płukanie I stopnia filtracji Po 3 dobach pracy 15

16 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 mgo 2 /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 O 2 /l. Wyniki pomiarów zestawiono w poniższej Tabeli Nr 3. 16

17 Tabela nr 3. Badanie wpływu stopnia natlenienia wody surowej na zawartość manganu w uzyskiwanej wodzie uzdatnionej. Data godzina Woda surowa (mg/l) I stopień filtracji II stopień filtracji Uwagi Fe og. Fe og. Mn Mętn. (mg/l) (mg/l) (mg/l) NTU szybk.filtr.= 12 m/h 14:10 Fe=2,18 0,05 0,019 15:40 Mn=0,715 0,03 0,021 0,21 natlenienie X = 6,8 mg O2/l 16:45 NH + 4 = 0,36 0,09 0,019 18:00 0,02 0,034 natlenienie X = 5,3 mg O2/l 19:15 0,036 20:10 0,05 0,02 0,035 21:00 0,043 natlenienie X = 4,3 mg O2/l 22:30 0,02 0,045 23:20 0,044 Ponownie natlenienie natlenienie X = 7,1 mg O2/l st :40 Fe=2,23 0,02 0,019 11:00 Mn=0,698 0,05 0,02 0,021 0,20 X= 7,1 mg O 2/l NH 4 + = 0,38 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 O 2 /l X = 5,3 mg O 2 /l X = 7,1 mg O 2 /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

18 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. Data Woda surowa I stopień filtracji II stopień filtracji Uwagi godzina (mg/l) Fe og. (mg/l) Fe og. (mg/l) Mn (mg/l) Mętn. NTU st szybk.filtr.= 14 m/h 13:30 Fe=1,32 0,03 0,021 16:10 Mn=0,690 0,05 / 0,01 0,02 0,020 0,18 natlenienie X = 6,6 mg O2/l 19:00 0,023 21:40 0,022 23:30 0,02 0, natlenienie X = 5,6 mg O2/l 07:40 0,05 0,02 0,033 Płukanie II st.bez aktywacji 10:00 0,02 0,035 0,22 Po 5 dobach pracy Przy tak wysokiej liniowej szybkości filtracji i utrzymywaniu natlenieniu wody surowej do 6,6-7 mgo 2 /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

19 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. Data godzina Woda surowa (mg/l) I stopień filtracji II stopień filtracji Uwagi Fe og. Fe og. Mn (mg/l) (mg/l) (mg/l) Mętn. NTU st szybk.filtr.= 14 m/h Fe=1,98 10:30 Mn=0,688 0,05 / 0,01 0,02 0,021 0,18 natlenienie X = 6,6 mg O2/l 11:20 NH + 4 = 0,26 0,022 KMnO 4 = 0,30 mg/l 12:30 0,02 0,020 13:30 0,05 0,020 0,021 14:00 0,011 15:40 0,012 KMnO 4 = 0,60 mg/l 18:30 20:00 23:15 0,02 0,008 0,010 0, :40 0,04 0,01 0,010 09:00 0,02 0,033 0,22 KMnO 4 = 0,0 mg/l 11:15 0,032 natlenienie X = 6,4 mg O2/l 19

20 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 KMnO 4 /l. 20

21 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 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

22 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

23 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 mgo 2 /l, - wymagany czas kontaktu w zbiorniku minimum minut,. Poza zainstalowaniem przewidzianego Aqua Jeta, sugerowałbym zainstalowanie dodatkowego układu np. strumienicy z inżektorem. 2. Filtracja dwustopniowa na szeregowym układzie filtrów: A. filtry pierwszego stopnia filtracji - filtry Hi Flo 9 UF Cleer. - Zalecana projektowa szybkość filtracji do 12,0 m/h. - Wysokości warstw filtracyjnych - Cullsan 0,6x0,8-475 mm, - Cullcite 0,8x2-620 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 0,8-550 mm, - Piroluzyt - do 350 mm, - Cullcite (antracyt) 0,8 x 2-250mm, 23

24 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 KMnO 4 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

25 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 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, oraz mm. Obecnie filtry płukane są strumieniem wody m 3 /h. Dla filtra o średnicy mm, czyli o powierzchni 3,45 m 3 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 cm. 25

26 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 m 2 x (35 40) m/h = 120 m 3 /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

27 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 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