KOAGULANTY GLINOWE W ASPEKCIE UZDATNIANIA WODY Z JEZIORA MIEDWIE

Transkrypt

1 dr Mirosław Marzec Zakład Wodocigów i Kanalizacji Sp. z o.o. w Szczecinie KOAGULANTY GLINOWE W ASPEKCIE UZDATNIANIA WODY Z JEZIORA MIEDWIE Od 1976 roku jezioro Miedwie jest podstawowym ródłem wody do picia dla miasta Szczecina. Ujmowana woda z jeziora charakteryzuje si stosunkowo nisk temperatur o małym zakresie wahania w cigu roku (2-11 C), niewielk mtnoci (0,5-3,5 NTU), redni barw (10-14 mg Pt/dm 3 ), podwyszon utlenialnoci (5,6-7,2 mg O 2 /dm 3 ) i okresowo zwikszon zawartoci sinic i okrzemek. Odczyn ph wody kształtuje si na ogół w zakresie 7,5-8,4 najwysze wartoci wystpuj pón jesieni, osigajc maksima w czasie bujnego rozwoju fitoplanktonu w epilimnionie jeziora. Przedstawione powyej właciwoci fizykochemiczne wody z jez. Miedwie oraz ich dua zmienno w cigu doby wpływaj niekorzystnie na przebieg procesu koagulacji i sedymentacji ograniczajc w ten sposób skuteczno tego etapu uzdatniania. Ponadto, przy stosowaniu wysokich dawek koagulantów niska zasadowo wody surowej powoduje zwikszenie agresywnoci kwasowglowej wody uzdatnionej. Pierwszym stosowanym koagulantem w technologii uzdatniania miedwiaskiej wody był siarczan glinu, który powodował wysok korozyjno oczyszczonej wody. Rezultatem uywania tego koagulantu było wtórne zanieczyszczenie wody, pochodzce z sieci rurocigów (istniejca technologia SUW Miedwie nie posiada układu stabilizacji), które zmusiło ZWiK do zaprzestania stosowania siarczanu glinu i poszukania innych rozwiza [1]. W 1999 roku rozpoczto współprac z firm KEMIPOL z Polic posiadajc w swojej ofercie szerok gam koagulantów glinowych i elazowych, w tym chlorki poliglinu (). Chlorki poliglinu w wyniku wstpnej hydrolizy, powoduj mniejsze ni siarczan glinu zuycie naturalnej zasadowoci wody i jej zakwaszenie w procesie koagulacji, a tym samym w mniejszym stopniu intensyfikuj jej agresywno kwasowglow [2]. W poszukiwaniu odpowiedniego koagulantu przebadano wszystkie -y znajdujce si wtedy w ofercie KEMIPOL-u. Były to koagulanty o symbolach: -XL1, -XL3, -XL9, -10, -XL10, -18, - XL60, -XL61, -XL69 oraz kilka produktów zmodyfikowanych: -XL61+Al +3, -XL9+Al +3, -XL69+Si. 31

2 Dane katalogowe dotyczce właciwoci fizykochemicznych podstawowych koagulantów (nie modyfikowanych) umieszczono w tabeli 1. Tabela 1. Charakterystyka podstawowych koagulantów testowanych w latach Parametr Jedn Glin % 5,3 5,6 5,0 9,0 7,5 5,4 6,0 Zasadowo % Chlorki % 13 8, ph - 2,7 2,7 2,5 1,0 1,5 3,0 2,5 Gsto g/dm Substancje dodatkowe - Ca 2- SO 4-2- SO 4 Si Si 2- SO 4 Po przeprowadzeniu licznych testów z tymi -ami do stosowania w produkcji wody wybrano koagulanty oznaczone symbolami 61 i 9, które charakteryzowały si najwysz alkalicznoci i dawały najkorzystniejsze efekty uzdatniania. Postawiono tez, e w poszukiwaniach optymalnego koagulantu do uzdaniania wody z jez. Miedwie naley zwróci uwag równie na jego alkaliczno im wysza warto tym lepiej. Słuszno tego przypuszczenia potwierdzały take wyniki z pracy [2], w której badano m. in. wpływ rodzaju koagulantu glinowego na stenie glinu pozostałego oraz na intensyfikacj agresywnoci kwasowglowej wody. Najlepiej, aby zarówno zawarto glinu jak i alkaliczno koagulantu były moliwie najwysze. Najbardziej optymalnym koagulantem wydawał si by, niedostpny wówczas w Polsce, 19 o 12% zawartoci glinu i zasadowoci 85%. Wskutek tego zaczto poszukiwanie koagulantu o wysokiej zasadowoci oraz duej zawartoci glinu. W odpowiedzi na takie zapotrzebowanie w 2004 roku KEMIPOL rozpoczł produkcj koagulantu -XL1905 o zawartoci glinu 6% i zasadowoci 85%. Przeprowadzone testy słoikowe i rozpoczte w badania w skali technicznej pokazały, e prawdopodobnie jest to najbardziej odpowiedni produkt tej firmy, który moe z powodzeniem sprawdzi si na miedwiaskiej wodzie. Od 2005 r. a do dzi tylko ten koagulant (jako najlepiej dopasowany) jest stosowany w technologii uzdatniania wody z jez. Miedwie. W dniu 29 marca 2007 r. ukazało si rozporzdzenie Ministra Zdrowia w sprawie jakoci wody przeznaczonej do spoycia przez ludzi, nakazujce utrzymywanie OWO poniej 5 g C/m 3, które wymusiło dwukrotne zwikszenie dawki tego koagulantu. Mimo tak duego podniesienia dawki, zastosowanie XL 1905 w procesie koagulacji pozwoliło na utrzymanie niskiego stenia glinu pozostałego i spowodowało tylko nieznaczny wzrost stenia agresywnego dwutlenku wgla. 32

3 Szukajc alternatywy dla 1905 firma KEMIPOL w swoim laboratorium rozpoczła prace nad udoskonaleniem swoich dotychczasowych produktów poprzez ich modyfikacj (wprowadzenie nowych domieszek poprawiajcych właciwoci koagulacyjne i flokulacyjne), nowe metody otrzymywania lub zastosowanie nowych surowców. Produkty te przebadano w latach Ich właciwoci zamieszczono w tabeli 2. Przeprowadzone testy potwierdziły tez o tym, i do uzdatniania miedwiaskiej wody powinno si stosowa koagulanty o wysokiej zasadowoci bezkonkurencyjne okazały si 1905 i 19F. Cho osigały tylko nieznacznie wysz redukcj zwizków organicznych to zapewniały niskie stenie glinu pozostałego i mniejsz agresywno korozyjn wody po koagulacji Tabela 2. Charakterystyka koagulantów badanych w latach Parametr Jednostka F 10* 1* 13 61* 69* 60* Glin % 6,02 8,36 5,16 5,20 5,39 5, 63 5,84 7,75 Zasadowo % 82,47 91,5 70,98 70,39 66,7 64,35 55,52 44,36 Chlorki % 5,45 5,78 10,71 12,06 12,47 12,42 12,30 15,30 ph - 3,60 4,12 2,80 2,65 2,61 2,53 2,50 1,89 Gsto g/dm Inne substancje - - b.d. Na SO 4 Mg 2+ Mg 2+ b.d. b.d. b.d. * ) niestandardowe -> nowy surowiec/sposób produkcji Na podstawie zebranych w cigu 8 lat wyników z przeprowadzonych testów z rónymi -ami stwierdzono, e pod ktem przydatnoci koagulantów do uzdatniania wody z jez. Miedwie koagulanty glinowe mona podzieli na dwie grupy, które nazwano: niejzasadowe i wysokozasadowe. Parametry charakterystyczne dla kadej grupy przedstawiono w tabeli 3. Tabela 3. Charakterystyka koagulantów niejzasadowych i wysokozasadowych Parametr Jednostka niejzasadowe wysokozasadowe Glin %

4 Zasadowo % < 75 > 75 Chlorki % ph - 1,0-3,0 3,5-4,5 Gsto g/dm Zatem, najbardziej odpowiednie do uzdatniania miedwiaskiej wody bd koagulanty zaliczane do grupy wysokozasadowe, czyli o zasadowoci wikszej ni 75%, ph > 3 i zawartoci chlorków poniej 10%. Wysza zawarto chlorków (podobnie jak niskie ph) najprawdopodobniej bdzie zwikszała agresywno kwasowglow wody po koagulacji. Główne rónice w jakoci uzdatnionej wody z jez. Miedwie po zastosowaniu koagulantów niejzasadowych i wysokozasadowych ujto w tabeli 4. Tabela 4. Porównanie efektów działania koagulantów niejzasadowych i wysokozasadowych Koagulanty Parametr Jednostka niejzasadowe wysokozasadowe Glin pozostały g Al/m 3 > 0,20 < 0,06 Obnienie zasadowoci val/m 3 0,2-0,3 0,1-0,2 Obnienie ph - 0,5-0,6 0,2 Agresywny CO 2 g CO 2 /m 3 > 2 < 2 Jak mona zauway, zastosowanie koagulantów o zasadowoci < 75% w uzdatnianiu miedwiaskiej wody zawsze bdzie skutkowało wikszym wzrostem agresywnoci kwasowglowej jak i wyszym steniem glinu pozostałego w wodzie uzdatnionej. Koagulanty niejzasadowe cechuj si zblion, a nawet nieco nisz redukcj zwizków organicznych w porównaniu z koagulantami wysokozasadowymi. Rozwijajca si cały czas współpraca z firm KEMIPOL zaowocowała poszukiwaniem nowych rozwiza ju tylko w obszarze koagulantów wysokozasadowych. Na pocztku 2008 roku przeprowadzono kolejne testy słoikowe z nowymi produktami bdcymi w fazie bada. Nowe -y porównano z aktualnie pracujcym 1905 oraz trzema koagulantami innej firmy. Właciwoci tych koagulantów zamieszczono w tabeli 5. 34

5 Tabela 5. Charakterystyka koagulantów wysokozasadowych testowanych w styczniu 2008 r. Parametnost- Jed- Flokor Flokor Flokor ka B F 1905z 1 ASW 1,2 A 1,3 A Glin % 6,50 8,58 11,59 8,28 8,36 6,39 9,57 11,53 12,60 Zasa- % 80,28 84,24 86,02 90,88 91,5 95,65 76,22 80,12 85,0 do- wo Chlorki % 6,00 6,61 8,24 4,65 5,78 4,70 5,55 6,48 9,66 ph - 4,0 4,24 3,53 4,35 4,12 4,29 3,94 4,35 3,49 Gsto g/dm Analizowane koagulanty wskutek innego sposobu produkcji, zastosowania rónych surowców i substancji dodatkowych maj odmienn charakterystyk jakociow, która determinuje ich właciwoci fizyczno-chemiczne i wpływa na skuteczno koagulacji miedwiaskiej wody. Tym samym pozwoli to na okrelenie w przyszłoci dalszych kierunków rozwoju produktów w aspekcie zwikszenia efektywnoci koagulacji wody z jeziora Miedwie. Wyniki analiz testów zlewkowych i zarazem ilustracja przydatnoci tych koagulantów do uzdatniania miedwiaskiej wody zamieszczono na rysunkach 1-4. Pierwszy rysunek przedstawia wpływ dawek i rodzaju koagulantu na mtno wody pozostał po procesie koagulacji, czyli zdolno do klarowania wody poprzez usunicie zawieszonych czstek mineralnych. Mtno była najlepiej usuwana przez koagulanty o symbolach 1908 i 1905z, a najgorzej przez koagulant 19B i aktualnie uzdatniajcy wod Stenie glinu pozostałego w zalenoci zastosowanej dawki i rodzaju koagulantu zamieszczono na rysunku 2. Jeli chodzi o koagulanty typu, to mona zauway nastpujc zaleno: stenie glinu jest odwrotnie proporcjonalne do alkalicznoci uytego koagulantu. Najnisze stenie glinu pozostałego osignito po zastosowaniu 19F i 1905z, tj. -ów o zasadowoci ok. 91%. Natomiast w przypadku koagulantów typu Flokor nie ma ju takiej zalenoci, a nawet wprost przeciwnie koagulant o najwyszej zasadowoci (1,3A) okazał si najgorszy nie tylko wród Flokorów, ale i ze wszystkich badanych w tych testach koagulantów. Pozostałe Flokory pomimo alkalicznoci zblionej do najsłabiej spisujcego si w tym aspekcie -u 1905 zapewniaj duo mniejsze stenie glinu pozostałego w wodzie, 35

6 bez wzgldu na zastosowan dawk koagulantu. By moe wynika to z ich specyficznych właciwoci chemicznych. Kolejne dwa rysunki przedstawiaj wpływ dawki i rodzaju koagulantu na efektywno usuwania zwizków organicznych oznaczanych jako utlenialno (rys. 3) i absorbancja w UV (rys. 4). Wszystkie koagulanty charakteryzuj si zblionym poziomem redukcji, cho daje si zauway koagulanty z nieco gorszymi wynikami w przypadku utlenialnoci jest to oznaczony symbolem 19B, a w przypadku absorbancji w UV wspomniany wczeniej 19B oraz 19 i Flokor 1,2A. Przedstawione wyniki testów zlewkowych pokazuj, i firma KEMIPOL obrała dobry kierunek optymalizacji asortymentu. Mona sdzi, e ju niedługo szczeciski ZWiK otrzyma koagulant jeszcze lepiej dostosowany do specyficznych właciwoci fizykochemicznych wody z jeziora Miedwie, dziki któremu zostanie zwikszona jeszcze bardziej efektywno uzdatniania. Literatura: [1] Wójcik R., Rozwój technologii uzdatniania wody w wodocigu Miedwie, Najnowsze zastosowania chemii do oczyszczania wody i cieków, Seminarium Naukowo- Techniczne w Gdyni i Karlskronie, wrzesie 2001, Police-Gdynia-Karlskrona, [2] Rak M., widerska-bró M., Moliwo minimalizacji niepodanych skutków procesu koagulacji siarczanem glinu, Ochrona rodowiska, 3 (82)

7 0,9 0,8 0,7 0,6 Mtno, NTU 0,5 0,4 0,3 0,2 0, B F 1905z 1,3A 1,2A 1ASW 3,9 5,2 6,5 7,8 9,1 Rys. 1. Wpływ dawek (w g Al/m 3 ) i rodzaju koagulantu na mtno wody po procesie koagulacji 0,12 0,1 Stenie glinu pozostałego, g Al/m 3 0,08 0,06 0,04 0, B F 1905z 1,3A 1,2A 1ASW 3,9 5,2 6,5 7,8 9,1 Rys. 2. Wpływ dawek (w g Al/m 3 ) i rodzaju koagulantu na stenie glinu po procesie koagulacji 37

8 8 7 6 Utlenialno, g O 2 /m B F 1905z 1,3A 1,2A 1ASW 3,9 5,2 6,5 7,8 9,1 Rys. 3. Wpływ dawek (w g Al/m 3 ) i rodzaju koagulantu na utlenialno wody po procesie koagulacji Absorbancja w UV, m B F 1905z 1,3A 1,2A 1ASW 3,9 5,2 6,5 7,8 9,1 Rys. 4. Wpływ dawek (w g Al/m 3 ) i rodzaju koagulantu na absorbancj wody po procesie koagulacji 38