Wpływ czasu flokulacji na jakość wody uzdatnionej

Inżynieria i Ochrona Środowiska 211, t. 14, nr 1, s. 17-28 Izabela KRUPIŃSKA Uniwersytet Zielonogórski, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Instytut Inżynierii Środowiska ul. prof. Z. Szafrana 15, 65-516 Zielona Góra e-mail: i.krupinska@iis.uz.zgora.pl Wpływ czasu flokulacji na jakość wody uzdatnionej Przedstawiono i omówiono wyniki badań dotyczące wpływu czasu flokulacji na skuteczność usuwania zanieczyszczeń z wody podziemnej, której oczyszczanie w układzie konwencjonalnym nie zapewniło wymaganej skuteczności oczyszczania. Przed procesem koagulacji w celu utlenienia Fe(II) do Fe(III) próbki wody napowietrzano sprężonym powietrzem w czasie 15 min, uzyskując ok. 1% nasycenie wody tlenem. Jako koagulanty testowano siarczan(vi) glinu, chlorek poliglinu oraz koagulant żelazowy PIX-112. Dawka koagulantów glinowych wynosiła 2,7 mgal/dm 3, natomiast koagulantu żelazowego 2,7 oraz 1,78 mgfe/dm 3. Koagulację objętościową prowadzono w próbkach wody o objętości 1 dm 3, stosując szybkie mieszanie przez 1 min z intensywnością 25 obr/min oraz wolne mieszanie z intensywnością 3 obr/min przez 25 minut. Po koagulacji próbki poddawano 2 h sedymentacji, a potem filtracji przez miękki sączek. Analiza wyników badań wykazała, że czas flokulacji był istotnym parametrem technologicznym współdecydującym o skuteczności oczyszczania wody podziemnej w procesie koagulacji. Największą poprawę efektywności zwłaszcza w usuwaniu związków żelaza oraz obniżeniu barwy i mętności spowodowało wydłużenie czasu flokulacji z 15 do 3 min. Wykazano również, że w usuwaniu substancji organicznych parametrem bardziej istotnym niż czas flokulacji był odczyn oczyszczanej wody. Największy wpływ czasu flokulacji na zwiększenie skuteczności usuwania zanieczyszczeń z wody podziemnej stwierdzono dla koagulantu żelazowego PIX-112. W przypadku koagulantów glinowych wydłużenie czasu flokulacji z 15 do 3 min było bardzo istotne z uwagi na zmniejszenie stężenia glinu pozostałego w oczyszczonej wodzie. Niezależnie od rodzaju testowanego koagulantu oraz czasu flokulacji związki żelaza(iii) usuwane były łącznie z substancjami organicznymi. Słowa kluczowe: wody podziemne, koagulacja, czas flokulacji Wprowadzenie W przypadku wód podziemnych zawierających zwiększone stężenia związków organicznych, głównie substancji humusowych, jony Fe(II) i Fe(III) oraz ich hydrokompleksy tworzą stabilne połączenia żelazoorganiczne, a woda charakteryzuje się podwyższoną barwą i mętnością. Zastosowanie w przypadku takich wód napowietrzania w celu utlenienia Fe(II) do Fe(III) nie jest wystarczająco skuteczne. W procesie napowietrzania wody nie wytrącają się dobrze sedymentujące aglomeraty wodorotlenku żelaza(iii), lecz powstają koloidalne oraz rozpuszczalne w wodzie barwne połączenia żelazoorganiczne [1]. Stabilność tych połączeń zwiększa się wraz z rosnącym stężeniem ligandów organicznych [2, 3]. Podejmowane są różne próby intensyfikacji usuwania żelaza występującego w połączeniach z ligandami organicznymi. Jednym z zalecanych sposobów jest

18 I. Krupińska stosowanie procesu koagulacji najlepiej solami glinu. Wykazano, że koagulanty glinowe są skuteczniejsze w oczyszczaniu takich wód niż sole żelaza, ponieważ jony glinu nie tworzą barwnych połączeń z substancjami organicznymi, w przeciwieństwie do jonów żelaza(iii) [3-6]. O przydatności koagulacji w usuwaniu zanieczyszczeń współdecyduje skuteczność flokulacji, warunkująca stopień aglomeracji powstałych zawiesin pokoagulacyjnych [4, 7, 8]. Natomiast o kinetyce procesu flokulacji współdecydują: czas flokulacji, rodzaj i dawka koagulantu, charakter usuwanych zanieczyszczeń, temperatura oczyszczanej wody oraz warunki hydrauliczne. Według Zhang i innych [9], wraz ze wzrostem temperatury oczyszczanej wody oraz dawki koagulantu zwiększa się szybkość flokulacji. Natomiast Lerch i inni [1] podają, że dla stałej dawki testowanych przez nich koagulantów szybkość flokulacji zmniejszała się zgodnie z następującym szeregiem: FeCl 3 > Fe 2 (SO 4 ) 3 > PAC > Al 2 (SO 4 ) 3. Wykazali również, że wzrost temperatury oczyszczanej wody bez względu na rodzaj koagulantu powodował zwiększenie średnicy powstających kłaczków. Bardzo ważnym parametrem decydującym o skuteczności procesu koagulacji jest czas flokulacji, którego wydłużenie zwiększa efektywność aglomeracji cząstek. Optymalny czas flokulacji może być jednak różny w zależności od rodzaju usuwanych zanieczyszczeń oraz rodzaju i dawki koagulantu [2]. Niezależnie od rodzaju stosowanych koagulantów, zbyt długie i intensywne mieszanie w fazie flokulacji może powodować zniszczenie struktury kłaczków oraz desorpcję zanieczyszczeń [3, 7]. W artykule omówiono wpływ czasu flokulacji na skuteczność oczyszczania wody podziemnej w procesie koagulacji. 1. Przedmiot, cel i metodyka badań Substratem do badań była woda podziemna z utworów czwartorzędowych, której oczyszczanie w układzie konwencjonalnym (napowietrzanie, sedymentacja, filtracja) nie zapewniło wystarczającego usunięcia związków żelaza oraz zmniejszenia barwy i mętności. Zakresy wartości wybranych wskaźników składu fizyczno-chemicznego wody surowej, na której przeprowadzono badania, przedstawiono w tabeli 1. Badana woda charakteryzowała się podwyższoną barwą (do 3 mgpt/dm 3 ), mętnością (27,1 NTU) i znaczną zawartością związków żelaza (do 6,89 mgfe/dm 3 ) i manganu (do,42 mgmn/dm 3 ). W wodzie obecne były związki żelaza(ii) i (III) oraz tlen rozpuszczony w ilości od,5 do 1,45 mgo 2 /dm 3, a także zwiększona zawartość substancji organicznych (utlenialność do 4,8 mgo 2 /dm 3, OWO do 5,297 mgc/dm 3 ). Mętność i intensywność barwy wody świadczyły o występowaniu żelaza w postaci koloidalnych i rozpuszczonych połączeń żelazoorganicznych. W celu utlenienia Fe(II) do Fe(III) wodę surową napowietrzano sprężonym powietrzem w czasie 15 minut, uzyskując stężenie tlenu rozpuszczonego ok. 1 mgo 2 /dm 3, tj. ok. 1% nasycenia. Napowietrzanie wody spowodowało wzrost ph o ok. 1 jednostkę, stopień utlenienia Fe(II) około 88% oraz wzrost mętności i intensywności barwy próbek wody. Z uwagi na fakt, że napowietrza-

Wpływ czasu flokulacji na jakość wody uzdatnionej 19 nie i 2 h sedymentacja spowodowały zmniejszenie stężenia żelaza ogólnego zaledwie o około 25% oraz znaczny wzrost barwy i mętności, w badaniach określono skuteczność procesu koagulacji. Wskaźniki fizyczno-chemiczne badanej wody Tabela 1 Lp. Wskaźnik Jednostka Wartości Min. Średnia Max 1 Temperatura (T) C 9,4 13,36 17,8 2 ph 6,98-7,15 3 Tlen rozpuszczony mgo 2 /dm 3,5,78 1,45 4 Barwa (B) mgpt/dm 3 14 17 3 5 Mętność (M) NTU 3,49 18,25 27,1 6 Żelazo ogólne (Fe og ) mgfe/dm 3 2,48 4,28 6,89 7 Żelazo(II) (Fe(II)) mgfe/dm 3 1,36 2,27 3,63 8 Żelazo(III) (Fe(III)) mgfe/dm 3 1,8 2,1 3,27 9 Mangan mgmn/dm 3,2,32,42 1 Zasadowość M (zasm) mval/dm 3 3,5 3,57 3,6 11 Utlenialność (Utl) mgo 2 /dm 3 3,97 4,47 4,8 12 OWO mgc/dm 3 3,814 4,247 5,297 13 Utlenialność/Żelazo ogólne (A),639,916 Celem badań było ustalenie wpływu czasu flokulacji (t f ) zmienianego w zakresie od 15 do 6 min na skuteczność usuwania zanieczyszczeń z wody podziemnej przy zastosowaniu do procesu koagulacji koagulantów glinowych oraz siarczanu(vi) żelaza(iii). Koagulację objętościową prowadzono w próbkach wody o objętości 1 dm 3, stosując szybkie mieszanie z intensywnością 25 obr/min przez 1 minutę i wolne mieszanie z intensywnością 3 obr/min przez 25 minut. Po koagulacji próbki poddawano 2 h sedymentacji, a następnie filtracji przez miękki sączek. Jako koagulanty stosowano siarczan(vi) glinu (SAL), chlorek poliglinu (PAX - XL6) oraz siarczan(vi) żelaza(iii) - PIX 112, dawkowane w postaci roztworów wodnych. Dawka koagulantów glinowych wynosiła 2,7 mgal/dm 3, natomiast żelazowego 2,7 oraz 1,78 mgfe/dm 3. Dawki testowanych koagulantów (D k ) obliczono według wzoru: D k = 6 B, gdzie B - barwa (mgpt/dm 3 ) oczyszczanej wody [2]. Badane parametry składu fizyczno-chemicznego próbek wody oznaczano zgodnie z obowiązującymi normami. W interpretacji wyników badań do oceny poziomu zanieczyszczeń organicznych próbek wody oraz jego wpływu na przebieg i efektywność procesu koagulacji stosowano współczynnik współwystępowania substancji organicznych i żelaza ogólnego A obliczany jako A = Utl/Fe og (mgo 2 /mgfe) [3], gdzie: Utl - utlenialność, Fe og - stężenie żelaza ogólnego w próbce. Korelacje pomiędzy ilością usuniętych zanieczyszczeń organicznych mierzonych jako OWO i utlenialność a ilością usuniętego żelaza(iii) w procesie koagulacji koagulantami: SAL, PAX XL-6, PIX-112 wyznaczono dla czasów flokulacji wynoszących: 15, 3, 45 i 6 min.

2 I. Krupińska 2. Efektywność usuwania zanieczyszczeń z wody po napowietrzaniu 2.1. Koagulacja siarczanem(vi) glinu - SAL Analiza wyników badań wykazała, że wraz z wydłużeniem czasu flokulacji zwiększała się skuteczność usuwania żelaza ogólnego, zanieczyszczeń powodujących mętność i barwę, a także w mniejszym stopniu zanieczyszczeń organicznych (OWO i utlenialność) (rys. 1a, b). a) 1 b) Al, mgal/dm 3 ; Feog, mgfe/dm 3,8,6,4,2 Al Fe 15 3 45 6 tf, min Fe Al sed. sed. + filtr. A=,79 Tk=21,1 o C Utl, mgo 2/dm 3 ; M, NTU, OWO, mgc/dm 3 ;B, mgpt/dm 3 7,5 6,5 5,5 4,5 3,5 2,5 1,5 Utl B M A=,79 Tk=21,1 o C,5 15 3 45 6 tf, min OWO M sed. sed. + filtr. Rys. 1. Wpływ czasu flokulacji na pozostałe: a) stężenia żelaza ogólnego (Fe og) i glinu(al) oraz b) wartości mętności (M), OWO (OWO), utlenialności (Utl) i barwy (B) po koagulacji i sedymentacji ( sed.) lub po koagulacji, sedymentacji i filtracji (sed.+filtr.) 1 a) b) 1 9 η Fe og, η B, η Utl. ; % 75 5 25 Fe B Utl. Fe B Utl. η M ; % 8 7 6 5 M M A=,79, T=21,1 o C A=,639, T=13, C 15 3 45 6 t f, min 4 A=,79, T=21,1 o C A=,639, T=13, C 3 15 3 45 6 t f, min Rys. 2. Wpływ czasu flokulacji, temperatury oczyszczanej wody i wartości współczynnika A na skuteczność usuwania: a) żelaza ogólnego, barwy i utlenialności oraz b) mętności w procesach koagulacji i sedymentacji

Wpływ czasu flokulacji na jakość wody uzdatnionej 21 Zastosowanie najdłuższego czasu flokulacji 6 min i 2 h sedymentacji nie zapewniło jednak wystarczającej eliminacji związków żelaza i mętności. Końcowe stężenia wynosiły odpowiednio,35 mgfe/dm 3 oraz 1,92 NTU. Również stężenie glinu pozostałego było większe od dopuszczalnego w wodzie przeznaczonej do spożycia przez ludzi i wynosiło,3 mgal/dm 3 (rys. 1a). Wystarczające zmniejszenie wartości powyższych wskaźników zapewniła dodatkowa filtracja próbek wody, której udział w całkowitym usuwaniu zanieczyszczeń zmniejszał się wraz z wydłużeniem czasu flokulacji (tab. 2). W tej serii badań, poza wpływem czasu flokulacji, określono również wpływ temperatury wody (po napowietrzaniu) na efekty usuwania zanieczyszczeń. Zależności przedstawione na rysunku 2a i b wykazały, że korzystny wpływ dłuższego czasu flokulacji na skuteczność usuwania zanieczyszczeń był bardziej wyraźny podczas oczyszczania wody o niższej temperaturze, tj. 13 C. Porównanie skuteczności usuwania żelaza ogólnego, barwy i mętności z wody w procesach koagulacji i sedymentacji (rys. 2a, b) wskazuje na gorszą skuteczność oczyszczania wody o niższej temperaturze, mimo że charakteryzowała się ona mniejszą wartością ilorazu utlenialności do stężenia żelaza ogólnego (A). Odwrotną prawidłowość stwierdzono w przypadku usuwania substancji organicznych, czego przyczyną mogły być niższe wartości ph o ok.,65 jednostki, w których zachodziły procesy oczyszczania wody o niższej temperaturze. W wyniku napowietrzania wody o niższej temperaturze powstawały bardzo drobne i trudno aglomerujące zawiesiny. Mętność po najdłuższym czasie flokulacji (6 min) i 2 h sedymentacji wynosiła 5,73 NTU, a wystarczającego jej zmniejszenia nie zapewniła również filtracja przez bibułę filtracyjną. Stwierdzono również, że proces filtracji miał znacznie większy udział w całkowitej skuteczności oczyszczania wody o temperaturze 13 C niż o temperaturze 21,1 C (tab. 2). Tabela 2 Wpływ czasu flokulacji, wartości współczynnika A oraz temperatury wody (T k ) w czasie koagulacji na skuteczność filtracji ( X f, mgx/dm 3 ) w zmniejszaniu mętności oraz stężeń żelaza ogólnego i żelaza(iii) (D k = 2,7 mgal/dm 3 ) T k C A 21,1,79,79 13,,639,639,639 t f min M NTU Fe og mgfe/dm 3 Fe(III) mgfe/dm 3 M NTU Fe og mgfe/dm 3 Fe(III) mgfe/dm 3 15 4,98,61,54 6,1 1,57 1,49 3 1,7,19,18 4,92,95,88 45 1,1,18,17 2,26,71,64 6,96,16,14 2,23,61,54

22 I. Krupińska 2.2. Koagulacja chlorkiem poliglinu (PAX XL-6) Podobnie jak w przypadku koagulacji siarczanem(vi) glinu, wraz z wydłużeniem czasu flokulacji zwiększał się stopień usuwania żelaza ogólnego (głównie Fe(III)), mętności i barwy (rys. 3a) oraz OWO i utlenialności (rys. 3b). Jednak nawet najdłuższy czas flokulacji (6 min) i 2 h sedymentacja nie zapewniły wymaganej skuteczności usuwania związków żelaza, zmniejszenia mętności oraz pozostałego stężenia glinu. Końcowe stężenia w wodzie oczyszczonej wynosiły odpowiednio,33 mgfe/dm 3, 1,92 NTU oraz,24 mgal/dm 3. Wymagane wartości powyższych wskaźników jakości wody (M k =,54 NTU, Fe ogk =,15 mgfe/dm 3 i Al k =,1 mgal/dm 3 ) uzyskano, stosując po 2 h sedymentacji dodatkowo filtrację próbek wody, a wystarczający w tym przypadku czas flokulacji wynosił tylko 15 minut. Wpływ czasu flokulacji na skuteczność koagulantu żelazowego PIX-112 określano w dwóch seriach badań. W pierwszej temperatura oczyszczanej wody wynosiła 21,1 C, a dawka koagulantu 2,7 mgfe/dm 3, natomiast w drugiej odpowiednio 15 C i 1,78 mgfe/dm 3. Wartości współczynników A były porównywalne i wynosiły,85 i,838 odpowiednio dla serii nr I i II. Wyniki badań potwierdziły zależności uzyskane dla koagulantów glinowych. Wraz z czasem flokulacji zwiększał się stopień usuwania zanieczyszczeń, a pozytywny wpływ flokulacji był większy w drugiej serii badań (tab. 3). Podobnie jak w przypadku stosowania koagulantów glinowych, 6-minutowa flokulacja i 2 h sedymentacja nie zapewniły wystarczaa) b) 99 98 A=,82 97 95 Tk = 23,3 C 95 25 23 η M, η B; % 92 89 86 83 93 91 89 87 85 83 η Feog, η Fe(III); % η Utl., η OWO, % 21 19 A=,82 Tk = 23,3 C 8 77 sed. sed. + filtr. 15 3 45 6 tf, min 81 79 77 M B M Feog Fe(III) Fe(III) Feog 17 sed. sed. + filtr. 15 tf, min 15 3 45 6 Utl OWO Rys. 3. Wpływ czasu flokulacji na skuteczność obniżenia: a) mętności, barwy, stężeń żelaza ogólnego i żelaza(iii) oraz b) utlenialności i OWO w koagulacji i sedymentacji (sed.) lub w koagulacji, sedymentacji i filtracji (sed.+filtr.) 2.3. Koagulacja siarczanem(vi) żelaza(iii) - PIX-112

Wpływ czasu flokulacji na jakość wody uzdatnionej 23 jącego obniżenia stężenia żelaza ogólnego i mętności, które wynosiły odpowiednio: seria I -,44 mgfe/dm 3 i 1,38 NTU oraz seria II -,52 mgfe/dm 3 i 2,48 NTU. Włączenie do układu oczyszczania procesu filtracji poprawiło efekty oczyszczania, lecz wymagane wartości mętności i stężenia żelaza ogólnego uzyskano jedynie dla wody oczyszczanej większą dawką koagulantu (2,7 mgfe/dm 3 ) i przy zastosowaniu czasu flokulacji 3 min. Tabela 3 Porównanie wpływu wydłużenia czasu flokulacji (z 15 do 6 min) na wzrost skuteczności obniżenia wskaźników jakości wody podczas koagulacji i 2 h sedymentacji, % Nr serii /A D k, mgfe/dm 3 T, C η B η M η Feog η utl. I/,85 2,7 21,1 29,41 12,15 18,67 5,22 II/,838 1,78 15, 15,56 31,43 39,1 11,65 Wraz z wydłużeniem czasu flokulacji zmniejszała się rola filtracji w obniżaniu mętności i stężenia żelaza ogólnego (tab. 4). Wpływ czasu flokulacji na skuteczność filtracji w zmniejszaniu mętności i stężenia żelaza ogólnego Tabela 4 Skuteczność filtracji (%) dla czasu flokulacji (min) Wskaźnik 15 3 45 6 Seria I; A =,85 Żelazo ogólne (Fe og ) 19,88 8,12 7,71 7,9 Mętność (M) 13,7 1,45 6,1 3,8 Seria II; A =,838 Żelazo ogólne (Fe og ) 35,53 14,46 7,33 5,18 Mętność (M) 26,3 75,36 43,55 3,9 3. Porównanie wpływu czasu flokulacji na skuteczność badanych koagulantów w usuwaniu zanieczyszczeń z wody po napowietrzaniu Analiza uzyskanych wyników badań wykazała, że niezależnie od rodzaju testowanego koagulantu wydłużenie czasu flokulacji z 15 do 6 min zwiększało skuteczność usuwania zanieczyszczeń. Najmniejszy wpływ wydłużenia czasu flokulacji na efektywność usuwania żelaza, utlenialności, OWO oraz barwy i mętności wody stwierdzono dla koagulantu wstępnie zhydrolizowanego PAX XL-6 (tab. 5). Jest to spowodowane tym, że koagulant PAX XL-6 zawiera większe ilości polimerycznych kompleksów glinu o dużym dodatnim ładunku

24 I. Krupińska [3, 4] w porównaniu do koagulantów niezhydrolizowanych wstępnie oraz dodatkowo krzemionkę [11, 12], które wspomagają flokulację. Tabela 5 Wpływ rodzaju koagulantu oraz wartości współczynnika A i temperatury na stopień usuwania (%) zanieczyszczeń z wody (t f = 15 6 min, D k = 2,7 mgal(fe)/dm 3 ) - w koagulacji i sedymentacji Rodzaj koagulantu A T K, C PAX XL-6,82 23,3 SAL PIX-112,79,85 21,1 21,1 η Fe og η Fe(III) η B η M η Utl. η OWO ph 89,1 93,58 85,57 92, 72,41 91,8 8, 9, 78,4 91,13 44,5 84,4 82,14 89,29 65, 85, 52,94 82,35 9,63 92,62 75,74 92,75 8,95-93,1 21,87 24,42 26,4 33,54 16,88 22,1 15,97 19,2 19,38 22,69 11,35 16, 7,68 7,71 7,28 7,41 7,58 7,63 Największy wzrost skuteczności oczyszczania wody spowodowało wydłużenie czasu flokulacji z 15 do 3 min, natomiast dłuższe czasy flokulacji (45 i 6 min) w bardzo małym stopniu wpływały na zwiększenie skuteczności badanych koagulantów, co przykładowo dla żelaza ogólnego i żelaza(iii) oraz barwy i mętności przedstawiono odpowiednio na rysunkach 4 i 5. 1 85,57 89,1 91,8 91 91,71 92 93,58 88 88,3 89,45 91,8 a) b) 72,41 75 75 1 78,4 8 9 91 88 89,6 91,13 92 78,9 81,19 84,4 η Feog, % 5 η Fe(III), % 5 44,5 25 25 15 3 tf, min 45 6 SAL, A=,79, Tk=21,1 C PAX XL-6, A=,82, Tk=23,3 C D k = 2,7 mgal(fe)/dm 3 PIX -112, A=,85, Tk=21,1 C 15 3 tf, min 45 6 SAL, A=,79, Tk=21,1 C PAX XL-6, A=,82, Tk=23,3 C PIX -112, A=,85, Tk=21,1 C D k = 2,7 mgal(fe)/dm 3 Rys. 4. Wpływ czasu flokulacji na skuteczność koagulantów: a) w usuwaniu żelaza ogólnego oraz b) żelaza(iii) w koagulacji i sedymentacji η B; % 1 75 85,71 82,14 75 7 65 52,94 5 89,29 89,29 85 8 82,35 76,47 a) b) η M; % 1 9,63 89,21 91,51 91,62 92,75 92,62 89 92,1 9,45 93,1 8,95 75,74 75 5 25 25 15 3 tf, min 45 6 SAL, A=,79, T k=21,1 C PAX XL-6, A=,82, Tk=23,3 C D k = 2,7 mgal(fe)/dm 3 PIX-112, A=,85, Tk=21,1 C 15 3 45 6 tf, min SAL, A=,79, T k=21,1 C PAX XL-6, A=,82, T k= 23,3 C PIX -112, A=,85, Tk=21,1 C D k = 2,7 mgal(fe)/dm 3 Rys. 5. Wpływ czasu flokulacji na skuteczność koagulantów: a) w zmniejszaniu barwy oraz b) mętności w koagulacji i sedymentacji

Wpływ czasu flokulacji na jakość wody uzdatnionej 25 Wyniki badań przedstawione w tabeli 5 wykazały, że niezależnie od rodzaju testowanego koagulantu znaczenie czasu flokulacji było najmniejsze w efektywności obniżenia utlenialności i stężenia OWO. Analiza wyników badań wykazała również, że z uwagi na usuwanie zanieczyszczeń organicznych parametrem bardziej istotnym od czasu flokulacji była wartość ph, przy której zachodziły badane procesy. Najbardziej skuteczny w eliminacji zanieczyszczeń organicznych był siarczan(vi) glinu powodujący największe zakwaszenie oczyszczanej wody (tab. 5). Najmniej efektywnym koagulantem w usuwaniu domieszek organicznych był koagulant żelazowy PIX-112. Potwierdzają to doniesienia literaturowe [2, 3], mówiące o tym, że jony żelaza(iii) wprowadzane do oczyszczanej wody wraz z koagulantem mogą tworzyć stabilne połączenia żelazoorganiczne. Niezależnie od czasu flokulacji i rodzaju testowanego koagulantu substancje organiczne usuwane były łącznie ze związkami żelaza, głównie Fe(III) (tab. 6). Tabela 6 Parametry korelacji liniowych pomiędzy ilością usuniętych zanieczyszczeń organicznych (utlenialność lub OWO) a ilością usuniętego Fe(III) w procesach koagulacji i sedymentacji (t f = 15, 3, 45, 6 min, D k = 2,7 mgal(fe)/dm 3 ) Rodzaj koagulantu Równanie prostej regresji Współczynnik korelacji r SAL PAX XL-6 PIX-112 Fe(III) = 1,998 Utl + 1,275 Fe(III) = 1,9454 OWO +,77 Fe(III) = 1,7162 Utl,857 Fe(III) =,9825 OWO +,9425 Fe(III) = 2,573 Utl,657 Fe(III) = 1,942 OWO +,1554,8667,8337,9931,8851,934,969 W zakresie badanych czasów flokulacji nie uzyskano wymaganego dla wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi stężenia glinu pozostałego (Al k,2 mgal/dm 3 ). Niezależnie od rodzaju koagulantu glinowego największe stężenia glinu stwierdzono dla najkrótszego czasu flokulacji 15 min, co obrazują zależności przedstawione na rysunku 6a. Wydłużenie czasu flokulacji do 3 min zdecydowanie zmniejszyło stężenie glinu pozostałego. Natomiast jego dalsze wydłużenie nawet do 6 min nie zmieniło stężenia glinu pozostałego w oczyszczonej wodzie. W badanym zakresie czasu flokulacji (15 6 min) stężenie glinu było mniejsze w wodzie po koagulacji PAX XL-6 niż siarczanem(vi) glinu. Filtracja próbek wody przez bibułę filtracyjną, bez względu na stosowany czas flokulacji, zapewniła uzyskanie dopuszczalnego stężenia glinu pozostałego w wodzie oczyszczanej zarówno chlorkiem poliglinu, jak i siarczanem(vi) glinu (rys. 6b). Niezależnie od rodzaju testowanego koagulantu skuteczność filtracji zmniejszała się wraz z wydłużeniem czasu flokulacji, zapewniającym powstawanie łatwiej sedymentujących zawiesin pokoagulacyjnych. Przedstawione na rysunku 7 różnice między efektami oczyszczania próbek wody uzyskanymi dla czasów flokulacji 6 i 15 min wskazują jednoznacznie, że wpływ czasu flokulacji na skuteczność

26 I. Krupińska testowanych koagulantów był minimalny dla chlorku poliglinu (PAX XL-6) - koagulantu najskuteczniejszego, a największy (poza mętnością) dla koagulantu żelazowego PIX-112.,6 a),6 b),2,44,14 Alk, mgal/dm 3,4,2,3,3,3,24,24,24 Alk, mgal/dm 3,1,1,11,1,1,1,8,8 15 3 tf, min 45 6 SAL: A=,79, Tk=21,1 C PAX XL-6: A=,82, Tk=23,3 C D k = 2,7 mgal/dm 3 15 3 45 6 t f, min SAL: A=,79, Tk=21,1 C PAX XL-6: A=,82, Tk=23,3 C D k = 2,7 mgal/dm 3 Rys. 6. Wpływ czasu flokulacji oraz rodzaju koagulantu na pozostałe stężenie glinu: a) po koagulacji i sedymentacji, b) po koagulacji, sedymentacji i filtracji 3 29,41 2 Fe og 18,67 2 B 17,1 M OWO η; % 12,15 1 6,43 4,48 7,15 1,99 3,31 3,23 4,65 Rodzaj koagulantu SAL: A=,79, Tk=21,1 C PAX XL-6: A=,82, Tk=23,3 C PIX -112: A=,85, Tk=21,1 C D k = 2,7 mgal(fe)/dm 3 Rys. 7. Wpływ wydłużenia czasu flokulacji z 15 do 6 min na wzrost skuteczności zmniejszania wskaźników jakości wody w procesach koagulacji i sedymentacji Wnioski Analiza wyników badań wykazała, że: O skuteczności oczyszczania wody podziemnej w procesie koagulacji współdecydowały: rodzaj testowanego koagulantu, czas flokulacji oraz temperatura oczyszczanej wody. Skuteczność usuwania zanieczyszczeń zwiększała się wraz ze wzrostem temperatury oczyszczanej wody oraz wydłużeniem czasu flokulacji. Największą poprawę efektywności spowodowało wydłużenie czasu flokulacji z 15 do 3 min. Najmniejszy wpływ czasu flokulacji na skuteczność usuwania zanieczyszczeń z wody podziemnej stwierdzono dla koagulantu wstępnie zhydrolizowanego PAX XL-6.

Wpływ czasu flokulacji na jakość wody uzdatnionej 27 Wydłużenie czasu flokulacji z 15 do 3 min podczas koagulacji koagulantami glinowymi (SAL i PAX XL-6) w największym stopniu zmniejszyło stężenie glinu pozostałego w oczyszczonej wodzie. Niezależnie od czasu flokulacji stężenie glinu pozostałego było mniejsze w wodzie oczyszczonej koagulantem wstępnie zhydrolizowanym niż w wodzie oczyszczanej siarczanem(vi) glinu. Bez względu na temperaturę oczyszczanej wody i rodzaj testowanych koagulantów udział filtracji w usuwaniu żelaza ogólnego i mętności zmniejszał się wraz z czasem flokulacji, którego wydłużenie stwarzało warunki powstawania łatwiej sedymentujących aglomeratów. Niezależnie od stosowanego czasu flokulacji oraz rodzaju testowanego koagulantu związki żelaza(iii) usuwane były łącznie z substancjami organicznymi. Literatura [1] Montgomery J.M., Water Treatment Principles and Desing, A Wiley-Interscience Publication, New York 1985. [2] Kowal A., Świderska-Bróż M., Oczyszczanie wody, WN PWN, Warszawa 27. [3] Krupińska I., Przydatność koagulacji w oczyszczaniu wody podziemnej ze szczególnym uwzględnieniem usuwania związków żelaza, Rozprawa doktorska, Wrocław 26. [4] Rak M., Wpływ alkaliczności koagulantów glinowych na ich skuteczność oraz agresywność kwasowęglową wody po koagulacji, Rozprawa doktorska, Wrocław 21. [5] Świderska-Bróż M., Rak M., On the Importance of Aluminium Coagulant Basicity in Organic Matter Removal, Chemical Water and Wastewater Treatment VII, Gothenburg, Sweden 22, 153-162. [6] Świderska-Bróż M., Interakcja związków humusowych z wybranymi metalami ciężkimi oraz jej wpływ na usuwanie badanych metali z wody, Wyd. Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1985. [7] Maćkiewicz J., Flokulacja w procesach koagulacji i filtracji wód, PWN, Warszawa 1987. [8] Teh Fu Yen, Chemical Processes for Environmental Engineering, London 27. [9] Zhang P., Hahn H.H., Hoffmann E., Study of flocculation kinetics of silica particle suspensions, Chemical Water and Wastewater Treatment, Florida 24, 277-285. [1] Lerch A., Panglisch S., Nahrstedt A., Gimbel R., The influence of temprature on size and structure of flocs in the hybrid process coagulation/ultrafiltration, Chemical Water and Wastewater Treatment, Florida 24, 265-273. [11] Informacja katalogowa Kemipol Spółka z o.o. (koagulanty PAX - XL6 i PIX-112). [12] Informacja katalogowa Zakładów Chemicznych S.A. Złotniki (siarczan(vi) glinu). [13] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 29 kwietnia 21 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, DzU Nr 72, poz. 466. The Effect of Flocculation Time on the Quality of Treated Water Coexistence of organic substances and iron in groundwater causes that a particular part of iron occurs in a form of ferro-organic compounds as colloids or/and dissolved complexes, whereas water has an increased colour intensity and turbidity. Successful purification of such water creates technological problems and is practically impossible to achieve by applying

28 I. Krupińska traditional groundwater treatment processes. One of the ways recommended for intensifying the removal of iron that occurs in a form of stable ferro-organic compounds is application of the coagulation process, preferably with aluminium salt. The usefulness of coagulation in removing impurities, apart from being affected by the type and dose of a coagulant applied, also depends on the effectiveness of flocculation that conditions a degree of agglomeration of after-coagulation suspensions. The paper presents and discusses the results of the tests on the influence of flocculation time on the effectiveness of removing impurities from water the purification of which by means of conventional methods did not guarantee the desired treatment effect. Before the coagulation process, in order to oxidize Fe(II) into Fe(III) water samples were aerated with compressed air for 15 minutes that lead to 1% water oxygenation. Aluminium sulphate(vi), polyaluminium chloride and ferrous coagulant PIX-112 were used for the tests as coagulants. The dose of aluminium coagulants was 2.7 mgal/dm 3, whereas the one of ferrous coagulant was 2.7 and 1.78 mgfe/dm 3. Volumetric coagulation was performed in water samples of the volume of 1 dm 3, by quick mixing for 1min with the intensity of 25 r.p.m. and a slow mixing of 3 r.p.m. for 25 minutes. After coagulation the samples were subject to 2 h sedimentation and then filtration through a soft filter. The analysis of test results showed that flocculation time was a significant technological parameter that contributed to the effectiveness of groundwater treatment by means of coagulation. The best results of effectiveness, especially in removing ferrous compounds and lowering the colour as well as turbidity, were achieved by extending flocculation time from 15 to 3 minutes. It was also shown that the reaction of the purified water was a more important parameter in removing organic substances than flocculation time. The biggest effect of flocculation time on the increase of effectiveness of removing impurities from groundwater was found for the ferrous coagulant PIX-112. In case of aluminium coagulants the fact of extending time from 15 to 3 minutes was essential due to the decrease of concentration of aluminium that remained in the treated water. Independently of the type of coagulant tested and the time of flocculation Fe(III) compounds were removed together with organic substances. Keywords: groundwater, coagulation, flocculation time