Koagulacja w badaniach pilotowych dr inż. Marek Mołczan Małgorzata Wolska Politechnika Wrocławska Koagulacja jako przeważnie pierwszy proces w układzie technologicznym oczyszczania wody jest w największym stopniu narażona na oddziaływanie zmian składu i właściwości ujmowanego surowca. Zmiany te mogą mieć zarówno charakter sezonowy, w znacznej mierze powtarzalny w cyklach rocznych, jak i obserwowany w postaci wieloletnich tendencji. Zmiany sezonowe, które są lepiej rozpoznane, wpływają na wartości wskaźników, jak: Temperatura, Mętność i barwa wody, Zawartość i struktura substancji organicznych, Zawartość składników wody ulegających strącaniu (np. fosforany, których obecność w wodzie oczyszczonej wpływa także na jej stabilność biologiczną), Skład mikrobiologiczny (w szczególności intensywny rozwój glonów i sinic, który utrudnia skuteczną koagulację). Ponadto w wypadku wielu ujęć obserwuje się nieregularne, epizodyczne zanieczyszczenia ujmowanej wody, np. w efekcie awarii lub nielegalnego odprowadzania ścieków. W takich przypadkach do wody trafiają często specyficzne zanieczyszczenia, których charakterystyka odbiega znacznie od typowych zanieczyszczeń pochodzenia naturalnego. Wszystkie wymienione czynniki oddziałują na proces koagulacji, wymuszając adekwatne zmiany w jego eksploatacji. Koagulacja jest procesem wielostopniowym, którego łączny efekt zależy od przebiegu wszystkich faz, od rozprowadzenia koagulantu w objętości oczyszczanej wody do końcowej separacji zawiesin. Wcześniejsze fazy procesu wpływają na przebieg kolejnych. Etapy koagulacji posiadają też cechy indywidualne, które determinują ich specyfikę i szczegółowe warunki eksploatacji określane w badaniach lub jako efekt doświadczeń eksploatacyjnych urządzeń w skali technicznej. 129
Koagulacja, podobnie do innych technik oczyszczania wody, jest procesem o złożonym przebiegu, trudnym do pełnej predykcji na drodze teoretycznej. Dlatego weryfikacja doświadczalna stanowi niezbędny element prowadzenia procesu w skali technicznej. Koagulacja wymaga wyjątkowej intensywności badań wynikającej z relatywnie największego zróżnicowania cech wody na tym etapie oczyszczania. W ich efekcie prowadzone są działania zmierzające do wprowadzania sezonowych zmian koagulantu, przystosowania wartości dawki koagulantu do aktualnych potrzeb, a także poszukiwania korzystnych warunków prowadzenia procesu, również hydraulicznych. Z uwagi na obserwowane tempo zmian właściwości surowca i rosnące wymagania jakości wody oczyszczonej coraz częściej zwraca się uwagę na potrzebę intensyfikacji badań, włącznie z koncepcją badań permanentnych [1]. W wypadku procesu koagulacji dodatkowym argumentem za takim rozwiązaniem jest także duża oferta koagulantów oraz częste pojawianie się nowych produktów. Testy naczyniowe Dwa kluczowe pytania o rodzaj i dawkę koagulantu znajdują odpowiedź w wynikach testów naczyniowych koagulacji. Dobór koagulantu przeprowadzany jest kiedy dotychczas wykorzystywany środek nie spełnia oczekiwań lub gdy w ofercie rynkowej pojawiają się nowe produkty o potencjalnie korzystnych cechach. Jest to zatem działanie prowadzone sporadycznie. Znacznie częściej testy naczyniowe wykorzystywane są w celu weryfikacji dawki koagulantu. W tym wypadku najczęstszym powodem podjęcia działań jest zmiana charakterystyki oczyszczanej wody, niezadowalająca skuteczność procesu lub potrzeba oszczędności. Test prowadzony jest w układzie porcjowym. Reaktor napełniany jest wodą do której jednorazowo wprowadzane są zadane dawki koagulantu. Mieszanina reakcyjna przechodzi wszystkie typowe fazy procesu: roztwarzanie i hydrolizę koagulantu (szybkie mieszanie), flokulację (wolne mieszanie) i separację zawiesin (sedymentację i/lub filtrację). Dawka i rodzaj koagulantu nie są zatem jedynymi parametrami procesu, które wpływają na przebieg i skuteczność koagulacji w teście naczyniowym. Do pozostałych można zaliczyć między innymi: Czas i intensywność szybkiego mieszania, Czas i intensywność wolnego mieszania, Czas i warunki separacji zawiesin (przeważnie poprzez sedymentację). Wymienione czynniki również mogą podlegać optymalizacji na potrzeby samego testu, jednak nie mogą być wprost przeniesione do układu przepływowego i skali technicznej. Parametrem który pozwala na zachowanie względ- 130
nego podobieństwa warunków hydraulicznych jest wartość gradientu ruchu cieczy, zależna między innymi od prędkości obrotowej i geometrii mieszadła. Poza hydrauliką układu istotne znaczenie metodyczne ma również temperatura wody, która powinna być możliwie bliska warunkom technicznym zaś sama woda świeża, a także sposób dozowania koagulantu. Małe objętości mieszaniny reakcyjnej wykorzystywane w testach naczyniowych wymagają użycia proporcjonalnie małych dawek koagulantu. W wypadku typowych koagulantów stanowiących produkty handlowe są to objętości mierzone w mikrolitrach, bardzo trudne do dozowania w wypadku cieczy o dużej lepkości. Rozcieńczanie, które bywa niestety konieczne, nie jest zalecane ponieważ zmienia właściwości koagulantu, zwłaszcza w wypadku prehydrolizowanych chlorków poliglinu [2]. Wynik testu naczyniowego oceniany jest poprzez porównanie uzyskiwanych efektów technologicznych w zależności od rodzaju koagulantu, jego dawki, charakterystyki oczyszczanej wody, itp. Pośród kryteriów oceny można wyróżnić: Stopień destabilizacji układu koloidalnego (potencjał zeta), Usuwanie zanieczyszczeń (wskaźniki: barwa, absorbancja w UV, ogólny i rozpuszczony węgiel organiczny (OWO i RWO), mętność, zawiesina, przewodność, zawartość fosforanów, wskaźniki charakterystyki jakościowej substancji organicznych, zawartość mikroorganizmów, itp.) Pozostałości koagulantu w wodzie oczyszczonej (jony metalu i reszty kwasowe), Stabilność wody i potrzeba prowadzenia korekty ph przed i/lub po koagulacji oraz wartość dawki środka korygującego, Strukturę oraz właściwości sedymentacyjne i zdolność odwadniania osadu koagulacyjnego, Objętość wytwarzanego osadu koagulacyjnego, Koszty eksploatacji. Usuwanie zanieczyszczeń, jako główny cel procesu, stanowi podstawę oceny koagulacji w teście naczyniowym lecz nie jest kryterium jedynym. Waga pozostałych kryteriów jest adekwatna do konkretnych uwarunkowań określonej aplikacji. Przykładowe wyniki testu naczyniowego koagulacji wody powierzchniowej sześcioma koagulantami glinowymi (zakres dawek koagulantu: 1,5-4,0 gal/m 3 ) pokazano na rysunkach 1-2. 131
Zmniejszenie zawartości OWO, gc/m 3 2,75 2,50 2,25 2,00 1,75 1,50 1,25 K1 K2 K3 K4 K5 K6 WYMAGANE ZMNIEJSZENIE 1,00 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Dawka koagulantu, gal/m 3 Rysunek 1. Wpływ rodzaju i dawki koagulantu na zmniejszenie zawartości OWO [3] Zmniejszenie absorbancji w UV 254, % 70 60 50 40 30 K1 K2 K3 K4 K5 K6 20 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Dawka koagulantu, gal/m 3 Rysunek 2. Porównanie skuteczności koagulantów w zmniejszaniu absorbancji w UV 254 [3] Testy naczyniowe są najczęściej wykorzystywaną procedurą w badaniach koagulacji i z tego względu spełniają ważną rolę w optymalizacji prowadzenia procesu. Mają jednak wiele ograniczeń. Układ porcjowy jest technologicznie znacząco odmienny od stosowanego w praktyce układu przepływowego. Jedną z kluczowych konsekwencji zastosowania układu porcjowego jest prowadzenie wszystkich etapów koagulacji (poza filtracją) w jednym reaktorze gdy 132
w warunkach technicznych wykorzystuje się przeważnie oddzielne reaktory, ewentualnie łącząc wybrane fazy procesu w reaktorach zespolonych. W konsekwencji zarówno geometria reaktora, a zwłaszcza jego wielkość, nie mogą stanowić odniesienia dla urządzeń skali technicznej. Od strony hydraulicznej układ porcjowy pozbawiony jest składnika ruchu własnego cieczy, który może mieć znaczący udział w wypadkowej intensywności mieszania (fazy procesu wymagające mieszania) lub oddziaływać na przebieg separacji zawiesin. Zmienność składu wody surowej może być uwzględniona w teście naczyniowym tylko poprzez jego wielokrotne powtarzanie wraz ze zmianami charakterystyki wody. Badania pilotowe W porównaniu z testami naczyniowymi badania w skali pilotowej umożliwiają istotne poszerzenie zakresu wiedzy o warunkach prowadzenia koagulacji. Wśród czynników, które są trudne do uwzględnienia w testach naczyniowych a są uwzględniane w badaniach pilotowych można wymienić: Zmienność charakterystyki oczyszczanej wody, Wpływ ruchu własnego cieczy na warunki hydrauliczne w reaktorach, Zróżnicowanie wielkości, geometrii i sposobu przepływu wody w reaktorach kolejnych faz koagulacji, Konieczność ciągłego dozowania koagulantu oraz dostosowywania wartości dawki do zmiennych uwarunkowań procesu. Badania wpływu wymienionych czynników na przebieg i skuteczność procesu koagulacji uwarunkowane są konstrukcją oraz lokalizacją instalacji badawczej. Instalacja doświadczalna badań pilotowych budowana jest najczęściej w konfiguracji procesowej zgodnej z koncepcją projektu instalacji przewidzianej do wykonania w skali technicznej. Wówczas powinna stanowić jej odwzorowanie technologiczne oraz techniczne w mniejszej skali. Nie wszystkie urządzenia są łatwe do przeskalowania z zachowaniem ich parametrów pracy. Szczególne trudności napotykamy w wypadku osadników, które są z założenia urządzeniami o dużych gabarytach. Stąd bardzo trudno o zachowanie panujących w nich warunków hydraulicznych w mniejszych urządzeniach doświadczalnych. Elder i Budd [1] uważają, że wymagane wydajności reaktorów pilotowych do separacji zawiesin koagulacyjnych mogą sięgać nawet 4,5-9,0 m 3 /h. Urządzenia przejmujące wodę koagulowaną mogą mieć mniejszą wydajność. Instalacja doświadczalna może być budowana również w celach wyłącznie badawczych, bez wyraźnej koncepcji docelowej konfiguracji procesowej. Wówczas najczęściej wybierany jest układ, w którym każda z faz procesu re- 133
alizowana jest w osobnym urządzeniu. Taka struktura stwarza dużą swobodę działania. 134 Duże potrzeby badawcze związane z koagulacją sprawiają, że reaktory procesu mogą być budowane i użytkowane jako obiekty samodzielne, nie związane z innymi procesami tworzącymi pełny układ technologiczny. Jednak wydaje się, że z przyczyn które wspomniano na wstępie, zarówno prowadzenie badań permanentnych jak i wykorzystanie w nich pełnego odwzorowania ciągu technologicznego stają się z czasem coraz bardziej uzasadnione. Badania pilotowe prowadzone w kompletnym ciągu technologicznym pozwalają nie tylko na kontrolę i optymalizację procesów jednostkowych ale również na uwzględnienie aspektu wzajemnych oddziaływań pomiędzy kolejnymi procesami. Szczególnie wrażliwy element instalacji stanowią połączenia modułów technologicznych. Dotyczy to wszystkich procesów oczyszczania wody ale koagulacji w szczególności. Kluczowe znaczenie posiadają tu dwa aspekty: Zachowanie właściwych dla określonej fazy procesu warunków hydraulicznych związanych z transportem wody, Ryzyko zapowietrzania reaktorów i przewodów łączących reaktory. W pierwszym wypadku należy zwrócić uwagę na bardzo wąski zakres prędkości przepływu wody pomiędzy fazą flokulacji i sedymentacji, pozwalający na zachowanie trwałości kłaczków przy jednoczesnym ograniczeniu ryzyka wydzielania osadów i blokowania przepływu w przewodach. W kontekście obecności gazu w rektorach i przewodach zadbać należy o taką ich konstrukcję, która zabezpieczy układ hydrauliczny zarówno przed porywaniem powierza do przewodów jak i przed jego gromadzeniem w niekorzystnie pod tym względem usytuowanych fragmentach instalacji. Niekiedy pomocne mogą być zawory odpowietrzające. Problem obecności gazu w rurociągach dotyczy także wielu instalacji w skali technicznej. Traktowany jest przeważnie jako pewna niedogodność skutkująca zmniejszeniem przepustowości przewodów i utrudnieniami w zachowaniu równomierności obciążenia reaktorów. Jednak w wypadku koagulacji zjawisko to może mieć duże konsekwencje technologiczne, skutkując zwłaszcza zaburzeniami flokulacji, jej przenoszeniem do osadnika, zmniejszeniem skuteczności sedymentacji i wzrostem obciążenia filtrów zawiesinami. Ważnym aspektem koagulacji jest intensywność mieszania, zwłaszcza w fazie flokulacji. Ponieważ reaktory posiadają ustalony kształt oraz wielkość to głównym elementem pozwalającym na wprowadzanie modyfikacji tego parametru są mieszadła. Poza regulacją prędkości obrotowej, która jest niezbędna w badaniach, można również modyfikować ich kształt oraz wielkość. Na rysunku 3 pokazano profile mieszadeł wykorzystywanych w Stacji Badawczej Mokry Dwór pod Wrocławiem, których poszczególne łopaty są demontowane oraz mogą być umieszczane na różnych wysokościach.
Zarówno w wypadku instalacji opartej na pojedynczym procesie jak i odwzorowującej pełny układ technologiczny regułą powinno być wykorzystanie podwójnego ciągu technologicznego. Wszelkie modyfikacje, zarówno odnoszące się do konstrukcji urządzeń, konfiguracji procesowej czy warunków eksploatacji znajdują wówczas pewne odniesienie pomiędzy działaniem układu standardowego a zmodyfikowanego. Każda instalacja badawcza przeznaczona do pracy ciągłej wymaga użycia urządzeń pomiarowych z rejestracją danych oraz systemu kontroli procesu. W wypadku koagulacji minimalny zakres pomiarów obejmuje natężenie przepływu wody, wypełnienia zbiorników (czujniki ciśnienia), wybrane wskaźniki jakości wody surowej oraz oczyszczonej. Pomiar natężenia przepływu oczyszczanej wody wykorzystywany w celach bilansowych, ale przede wszystkim na potrzeby wyznaczania dawki koagulantu, której wartość może być ponadto powiązana z wskaźnikami jakości wody surowej, oczyszczonej lub ze stopniem destabilizacji układu koloidalnego. Istnieje wiele możliwych procedur dozowania koagulantu [2, 4] i wyposażenie instalacji we wszystkie niezbędne w tych celach urządzenia jest kosztowne, dlatego przeważnie dokonuje się ich selekcji. Dwa główne czynniki wpływające na dozowanie koagulantu, zawiesina oraz substancje organiczne, w pomiarach on-line oceniane są pośrednio poprzez wskaźniki mętności oraz absorbancji w nadfiolecie (przeważnie przy długości fali 254 nm). Na rysunkach 4 i 5 pokazano zmienność wartości tych wskaźników w wodzie surowej, a następnie poddanej koagulacji z sedymentacją oraz filtracją przez złoża piaskowe, realizowanych w instalacji pilotowej o wydajności jednego ciągu technologicznego 3 m 3 /h. Dostosowanie dawki koagulantu do zmian składu wody surowej pozwoliło na utrzymanie względnie stabilnych wartości obu wskaźników w wodzie oczyszczonej. W tym wypadku wartość dawki uzależniono zarówno od wskaźnika absorbancji w UV jak i od mętności wody surowej. Zbudowany w oparciu o badania pilotowe system kontroli dawki zareagował na zmianą charakterystyki surowca w sposób pokazany na rysunku 6. W przeważających okresach stabilnej i relatywnie dobrej jakości wody surowej o wartości dawki koagulantu decydowała zawartość substancji organicznych (absorbancja w 254 nm) gdy w epizodycznych okresach pogorszenia jakości surowca czynnikiem decydującym o wartości dawki była mętność wody. Zaawansowaną formą badań pilotowych są testy procesu prowadzone w skali demonstracyjnej. Urządzenia skali demonstracyjnej muszą stanowić wierne odwzorowanie techniczne oraz technologiczne urządzeń skali technicznej. Badania w skali demonstracyjnej prowadzone są rzadko, głównie w celu weryfikacji działania prototypowych rozwiązań reaktorów lub innych urządzeń wykorzystywanych w procesie. 135
techniczne oraz technologiczne urządzeń skali technicznej. Badania w skali demonstracyjnej prowadzone są rzadko, głównie w celu weryfikacji działania prototypowych rozwiązań reaktorów lub innych urządzeń wykorzystywanych w procesie. Rysunek 3. Rysunek 3. Profile mieszadeł testowane w komorach flokulacji Stacji Badawczej Mokry Dwór [5] 45Dwór [5] Woda surowa 40 35 Woda po koagulacji i sedymentacji 45 Woda po filtracji Woda surowa 30 40 Woda po koagulacji i sedymentacji 25 35 Woda po filtracji 20 30 15 25 10 20 15 5 10 0,25 5 Mętność, Mętność, NTU NTU Rysunek 4. Profile mieszadeł testowane w komorach flokulacji Stacji Badawczej Mokry 0,20 0,25 0,15 0,20 0,10 0,15 0,05 0,10 0,00 0,05 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0,00 Czas, d 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Czas, d Mętność wody koagulowanej Rysunek 4. Mętność wody koagulowanej 20 20 Absorbancja Absorbancja UV 254, UV m -1 254, m -1 15 15 10 10 5 5 Woda surowa Woda po filtracji 0 Woda surowa 0 2 4 6 Woda po filtracji 8 10 12 14 16 18 0 Czas, d 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Rysunek 5. Absorbancja wody koagulowanej Czas, d Rysunek 5. Absorbancja wody koagulowanej 136
45 5 40 Mętność wody surowej, NTU 35 30 25 20 15 10 5 0 1 Mętność Dawka koagulantu Dawka zależna od UV 254 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Czas, d 4 3 2 Dawka koagulantu, gal/m 3 Rysunek 6. Reakcja systemu kontroli dawki koagulantu na zmiany jakości wody surowej (czerwoną linią zaznaczono przedziały czasu, w których wartość dawki zależała od absorbancji w UV) Zarządzanie procesem koagulacji Bez względu na formę badań koagulacji ich efektem powinna być strategia zarządzania procesem. Zarządzanie procesem koagulacji w zakładzie oczyszczania wody można rozpatrywać z kilku perspektywach: doraźnej (bieżącej), sezonowej, wieloletniej. Głównym zadaniem bieżącej kontroli procesu jest dostosowanie dawki koagulantu do aktualnych potrzeb. W tym celu wykorzystywane są zarówno wyniki testów naczyniowych jak i badań prowadzonych w doświadczalnych układach przepływowych. Optymalizacja dawki dokonywana jest w oparciu o kryteria wymienione w rozdziale poświęconym testom naczyniowym. Istotnymi ograniczeniami tego sposobu postępowania są pracochłonność, oraz czasochłonność, które sprawiają że testy wykonywane są zbyt rzadko, a ich wyniki są dostępne zbyt późno. Permanentne badania pilotowe pozwalają na istotne skrócenie czasu reakcji (dane pomiarowe dostępne są na bieżąco, ale wartości badanych dawek przeważnie nadal określa operator) ale przede wszystkim umożliwiają rozwój systemów kontroli procesu on-line oraz ich adaptację do specyfiki określonego źródła wody. Dzięki wykorzystaniu pomiarów wskaźników jakości wody realizowanych w trybie on-line możliwe staje się odejście od procedury stałej dawki (dawki proporcjonalnej do natężenia 137
przepływu wody) i związanie jej wartości z wskaźnikami charakteryzującymi wodę surową lub koagulowaną od strony jakościowej. Innym rozwiązaniem jest ocena stopnia destabilizacji układu koloidalnego (pomiar bezpośrednio po wprowadzeniu koagulantu), realizowana niezależnie od charakterystyki wody. Trzy wymienione warianty prowadzenia koagulacji przedstawiono schematycznie na rysunku 7. Ratnaweera i Fettig [4] zestawili parametry, które mogą być mierzone w trybie on-line i wykorzystywane w procedurach kontroli procesu i sterowania dawką koagulantu (tabela 1). Mierzone wartości mogą być z kolei przekształcane do formy dogodnej dla bezpośredniego wykorzystania w sterowaniu procesem. Mogą być również wykorzystywane do wyznaczania parametrów pochodnych, jak np. absorbancja właściwa (absorbancja w UV / RWO), która jest przydatna w ocenie podatności koagulacyjnej zawartych w oczyszczanej wodzie zanieczyszczeń [6]. Badania pilotowe stanowią dogodny sposób doboru właściwej metody kontroli dawki koagulatu. Każda z przedstawionych koncepcji ma bowiem słabe strony. Wiążąc dawkę koagulantu z jakością wody oczyszczonej trzeba się uporać z problemem długiego czasu reakcji (kilka godzin), który upływa od wprowadzenia dawki do oceny jej skutków. Analizując stan układu koloidalnego trzeba mieć na uwadze trudne warunki pracy urządzeń pomiarowych (duża ilość zawiesiny w wodzie) i wynikające stąd problemy z drożnością układów pomiarowych i zakłócenia w ich działaniu. Powiązanie dawki koagulantu z jakością wody surowej sprawia z kolei, że mamy do czynienia tylko z pośrednią kontrolą jakości wody oczyszczonej. Osobną kwestię stanowią koszty zakupu oraz eksploatacji tych systemów. Nie należy mieć natomiast złudzeń co do skali w jakiej systemy te są w stanie zastąpić człowieka. Ich działanie nie może być pozbawione profesjonalnego nadzoru. Poza wartością dawki, bieżącej kontroli mogą podlegać także: korekta ph oraz warunki hydrauliczne poszczególnych faz procesu. Przy czym oddziaływanie na hydraulikę procesu jest możliwe o ile instalacja dysponuje rezerwami wydajności lub przynajmniej regulacją obrotów mieszadeł. W perspektywie sezonowej kluczowe wydają się kwestie reagowania na okresowe (powtarzalne w cyklach rocznych) zmiany w składzie i właściwościach ujmowanej wody. Jedną z możliwych reakcji stanowią okresowe zmiany koagulantu lub dodawanie środków wspomagających koagulację. Sezonowa zmiana koagulantu jest częstą praktyką. W tym aspekcie warto podkreślić potrzebę ciągłej selekcji dostępnych produktów, a zwłaszcza ich nowych odmian. Mimo, że koagulacja jest procesem o mocno ukształtowanej roli to bez wątpienia w tym zakresie nie powiedziano jeszcze ostatniego zdania. Dotyczy to zarówno w kwestii współdziałania koagulacji z innymi procesami, zwłaszcza membranowymi, jak i poszerzenia zakresu separacyjnego koagulantów. 138
Przykładem może być koncepcja koagulantów jonowych [7], zmierzająca do objęcia zasięgiem procesu organicznych składników wody tradycyjnie usuwanych metodami adsorpcyjnymi. Perspektywa wieloletnia obejmuje przede wszystkim strategiczne aspekty wykorzystania koagulacji w układzie technologicznym oczyszczania wody. Obejmują one między innymi zagadnienia roli koagulacji w ciągu oczyszczania wody (w tym np. potrzeb związanych z wykorzystaniem procesów współdziałających z koagulacją), konfiguracji procesowej, reagowania na wieloletnie tendencje zmian jakości wody surowej, ale także związane rozwojem systemów pomiarowych i automatyki procesowej. Trudno wyobrazić sobie podejmowanie decyzji tego kalibru bez wcześniejszej weryfikacji w badaniach pilotowych. Doświadczenia zdobyte w pracach badawczych mogą i powinny stanowić podstawę do kształtowania narzędzi prowadzenia procesu. Takim narzędziem jest przede wszystkim system kontroli procesu oraz reguły jego eksploatacji. Badania pilotowe dają wystarczająco dokładny obraz badanych procesów oraz powiązań występujących między nimi. Pozwalają na wypracowywanie rozwiązań możliwych do wdrożenia w skali technicznej bez obciążania użytkownika ryzykiem związanym z niedoskonałością wniosków opartych na wynikach testów naczyniowych lub zagrożeniami związanymi z eksperymentowaniem w skali technicznej. Są wreszcie podstawą racjonalnego zarządzania procesem w krótkiej oraz w długiej perspektywie. Z uwagi na miejsce jakie zajmuje koagulacja w układzie technologicznym oczyszczania wody wszelkie decyzje związane z jej funkcjonowaniem nie pozostają bez wpływu na strategię eksploatacji całego ciągu technologicznego. 139
a) KOAGULANT KOAGULACJA MONITORING WODY SUROWEJ SYSTEM STERO- WANIA DAWKĄ b) KOAGULANT KOAGULACJA SYSTEM STERO- WANIA DAWKĄ MONITORING WODY OCZYSZCZONEJ c) KOAGULANT KOAGULACJA SYSTEM STERO- WANIA DAWKĄ MONITORING WODY Z KOAGULANTEM Rysunek 7. Możliwe schematy sterowania dawką koagulantu według [4] (koagulacja rozumiana jako pełny proces, łączne z separacją zawiesin) 140
Tabela 1. Czujniki/analizatory on-line wykorzystywane w monitoringu i sterowaniu procesem koagulacji według doświadczeń z Europy Północnej/ Skandynawii [4] Miejsce pomiaru Parametr Pomiar wykorzystywany w monitoringu procesu Pomiar wykorzystywany do kontroli dawki powszechnie sporadycznie powszechnie sporadycznie Woda surowa Przepływ ph Temperatura Przewodność Mętność Zawiesina Abs. UV Barwa OWO Ortofosforany P-ogólny Liczba cząstek Woda ph koagulowana Prąd strumieniowy Potencjał zeta Woda ph oczyszczona Mętność Zawiesina Abs. UV Barwa OWO Ortofosforany P-ogólny Li t e r a t u r a [1] D. Elder i G. C. Budd, Overview of water treatment processes, w Water Quality and Treatment: A Handbook on Drinking Water, 6th Edition red., J. K. Edzwald, Red., McGraw-Hill, 2011. [2] R. D. Letterman i S. Yiacoumi, Coagulation and Flocculation, w Water Quality and Treatment: A Handbook on Drinking Water, 6th Edition red., J. K. Edzwald, Red., McGraw-Hill, 2011. [3] M. Świderska-Bróż, M. Mołczan i A. Biłyk, Porównanie skuteczności wysokozasadowych chlorków poliglinu w oczyszczaniu wody o niskiej temperaturze, w Postęp w uzdatnianiu wody pitnej i przemysłowej, Darłowo, 2008. [4] H. Ratnaweera i J. Fettig, State of the art of online monitoring and control of the coagulation process, Water, tom 7, nr 11, pp. 6574-6597, 2015. [5] S. Szerzyna, M. Mołczan, M. Wolska, W. Adamski i J. Wiśniewski, Pilot investigation as a case of science and industry cooperation, w The 8th Eastern European Young Water Professionals Conference Leaving the Ivory Tower Bridging the Gap between Academia, Industry, Services and Public Sector, Gdańsk, 2016. [6] Disinfectants and disinfection by-products, US Environmental Protection Agency. National primary drinking water regulations. Fed. Regist. 1998;63(241):69389, 1998. [7] H. Zhao, L. Wang, D. Haningan, P. Westerhoff i J. Ni, Novel ion-echange coagulants remove more low molecular weight organics than traditional coagulants, Environmental Science and Technology, tom 50, nr 7, pp. 3897-3904, 2016. 141