SUW Nowy Folwark | Technologia Wody

Realizacji celów służą następujące urządzenia:

aerator ciśnieniowy,
zbiornik reakcji,
pompy II stopnia (międzyoperacyjne),
filtry ciśnieniowe z wypełnieniem kwarcowym,
zbiorniki wody czystej.

Sterowanie automatyczne procesem uzdatniania uzależnione zostało od rozbioru wody. Poziom wody w zbiornikach retencyjnych steruje ilością pracujących pomp międzyoperacyjnych. Te z kolei czerpią wodę ze zbiornika reakcji, zasilanego przez pompy głębinowe. Pompy głębinowe załączają się, gdy poziom wody w zbiorniku reakcji osiągnie założoną wartość minimalną, wyłączają natomiast, gdy osiągnie wartość maksymalną. Im więcej pracuje pomp II stopnia, tym szybciej wypompowywana jest woda ze zbiornika reakcji, i tym częściej załączają się pompy głębinowe. W ekstremalnej sytuacji „rozbiorów maksymalnych" pracują dwie pompy głębinowe oraz trzy (z czterech) pompy międzyoperacyjne.

Na stacji zainstalowano 4 filtry o średnicy 1,0 m co daje:

jednostkową powierzchnię filtracji równą: 0,785 m2,
sumaryczną powierzchnię filtracji równą: 3,14 m2.

Zgodnie z projektem filtry zasypane zostały warstwą piasku kwarcowego o wysokości ok. 0,8 m spoczywającej na 0,2 m warstwy podtrzymującej.

Woda jest dezynfekowana przed zbiornikiem reakcji z wykorzystaniem podchlorynu sodu. Płukanie filtrów odbywa się automatycznie po upływie zaprogramowanego czasu pracy pomp głębinowych (ok. 80 godzin) i wygląda następująco:

płukanie powietrzem - przez czas ok. 3,0 min z intensywnością płukania: 31,8 m3/m2∙h,
płukanie wodą uzdatnioną, pompowaną ze zbiornika wody czystej - przez czas ok. 15,0 min z intensywnością płukania: 14,33 m3/m2∙h (3,98 L/s∙m2).

Efektywność uzdatniania wody

Generalnie efekty uzdatniania wody w zaprojektowanym układzie technologicznym były niskie. Przekroczenia obowiązujących norm dotyczyły głównie stężenia manganu. W okresie 2002 – 2004 ani razu stężenie manganu nie osiągnęło obowiązującej normy, oscylując w granicach 0,10 – 0,20 mgMn/L.

Przyczynami takiego stanu rzeczy wydają się być:

znaczne przeciążenie filtrów w okresie letnim (prędkości filtracji do 14,0 m/h),
skokowa eksploatacja stacji (praca w systemie załącz - wyłącz),
chlorowanie wody napowietrzonej (przed filtrami), wpływające negatywnie na mikroorganizmy zasiedlające filtry,
filtracja oparta o niskie (ok. 0,8 m), kwarcowe złoża filtracyjne, w których , ze względu na opisane wcześniej zjawiska nie możliwe było równoczesne wytworzenie dobrze funkcjonujących, stref odżelaziania i odmanganiania,

W tej sytuacji Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji we Wrześni podjęło decyzję o modernizacji Stacji. Liczne konsultacje ze specjalistami wykazały, że najlepszą metodą poprawy efektów uzdatniania wody byłoby zwiększenie powierzchni i wysokości złóż filtracyjnych. Jednak ze względu na fakt, iż budynek Stacji został dość „ciasno" zaprojektowany, efektywne zwiększenie zarówno wysokości jak i powierzchni filtrów byłoby niewykonalne bez przebudowy całego obiektu. Rozwiązaniem, które wiązało się z najniższymi nakładami inwestycyjnymi i mogło przynieść oczekiwane efekty pozostawało zastosowanie innego niż kwarcowe złoża.

W tym samym czasie firma Mikrosil Polska Sp z o.o. zakończyła 2004 pierwszy etap prowadzonych wspólnie z Instytutem Inżynierii Środowiska Politechniki Poznańskiej badań pilotowych nad zastosowaniem złóż chalcedonitowych w technologii uzdatniania wody podziemnej ujmowanej na SUW Września. Badania te wykazały dużą przydatność wspomnianych złóż do usuwania żelaza i manganu z wód podziemnych, zaś efekty technologiczne były lepsze niż w przypadku starannie dobranych złóż antracytowo-kwarcowych, które stanowiły punkt odniesienia dla złoża chalcedonitowego. W związku z powyższym Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji we Wrześni podjęło decyzje o zasypaniu filtrów w Nowym Folwarku złożem chalcedonitowym, licząc, że posunięcie to pozwoli zmniejszyć stężeniem manganu do wartości określonych polską normą.]

Wpracowanie złóż chalcedonitowych na SUW Nowy Folwark

W lutym 2005 roku zasypano kontrolnie złożem chalcedonitowym pierwszy z czterech filtrów. Wykorzystano do tego celu złoże „Chalcedonit -Standard" produkowane przez firmę Mikrosil Polska Sp z o.o.

Złoże chalcedonitowe: frakcja właściwa 0,8 - 2,0 mm oraz frakcje podtrzymujące: 2,0 - 32,0 mm

Równocześnie Zespół Specjalistów ds. Badań i Wdrożeń rozpoczął stały monitoring technologiczny stacji na który składały się kontrola podstawowych wskaźników jakości wody surowej i uzdatnionej po każdym filtrze. Szybko okazało się, że kilka elementów technicznych znacznie utrudnia skuteczne wpracowanie złoża do usuwania manganu i amoniaku. Pierwszym z nich było wspomniane wcześniej chlorowanie wody, bezpośrednio po napowietrzeniu. Uniemożliwiało ono rozwój bakterii nitryfikacyjnych oraz manganowych na złożu filtracyjnym. Dlatego podjęto decyzję o zmianie miejsca dozowania dezynfekanta, który zaczęto wprowadzać do wody przefiltrowanej - przed zbiorniki wody czystej. Ze względu jednak, na fakt, iż filtry płukane były wodą ze zbiorników retencyjnych, istniała konieczność wyłączania dezynfekcji przed planowanym płukaniem. Innym problemem, który przyczynił się do wydłużenia kalendarzowego czasu wpracowania złoża do usuwania manganu był krótki czas pracy filtrów w ciągu doby. Jak wspomniano wcześniej, w sezonie zimowym filtry pracowały zaledwie ok. 8,0 - 10,0 godzin na dobę. Ostatecznie w maju 2005 udało się uzyskać, na pierwszym z zasypanych chalcedonitem filtrów, stężenie manganu, żelaza i amoniaku w wartościach zgodnych z Rozporządzeniem

W czerwcu 2005 roku pod ścisłą kontrolą Specjalistów z Zespołu ds. Badań i Wdrożeń firmy Mikrosil Polska zasypano chalcedonitem pozostałe filtry. Wykorzystano do tego celu następujące frakcje materiału filtracyjnego:

uziarnienie 0,8 - 2,4 mm; wysokość warstwy filtracyjnej: 0,80 m,
uziarnienie 2,0 - 4,0 mm; wysokość warstwy filtracyjnej: 0,10 m,
uziarnienie 4,0 - 8,0 mm; wysokość warstwy filtracyjnej: 0,10 m.

Zasypane filtry, po dezynfekcji i dokładnym wypłukaniu, od razu włączono do eksploatacji na pełną wydajność.Rozpoczął się okres intensywnego monitoringu technologicznego stacji podczas którego kontrolowano m.in. następujące parametry:

stężenie żelaza, manganu i azotu amonowego,
rozbiory wody, czasy pracy pomp głębinowych i międzyoperacyjnych.

Wszystkie złoża płukano co siedem dni zgodnie z następującym harmonogramem:

płukanie powietrzem (z intensywnością: 31,8 m3/m2∙h) - przez czas 3,0 min,
płukanie wodą (z intensywnością: 14,33 m3/m2∙h (3,98 L/s∙m2) - przez czas 10,0 min.

W okres czerwca, lipca i sierpnia notowano najwyższe rozbiory, powodujące z jednej strony długi czas pracy filtrów w ciągu doby (nawet do 22 h), z drugiej zaś konieczność załączania nawet 3 pomp międzyoperacyjnych i tym samym pracę złóż na wysokich (dochodzących do 14,0 m/h) prędkościach filtracji. Początkowo istniały obawy, że duże rozbiory okresu letniego mogą być przyczyną nadmiernego rozwinięcia powłok żelazowych, które ograniczały by możliwość wpracowanie złoża do usuwania manganu. Jednak jak się później okazało, wysoka pojemność masowa złóż chalcedonitowych pozwoliła usunąć żelazo w górnej części złoża, dzięki czemu dolne warstwy mogły się bez przeszkód wpracowywać na mangan.

Jednocześnie, na podstawie doświadczeń ze złożem I, starano się unikać chlorowania filtrów. Wprawdzie zmienione miejsce dozowania podchlorynu sodu (przed zbiorniki wody czystej) pozwalało chronić filtry, przed bezpośrednim kontaktem z chlorem, to jednak pompy płuczące, wykorzystywały do płukania wodę zachlorowaną (o stężeniu chloru ok. 0,2 - 0,3 mgCl/L). W związku z czym istniała konieczność wyłączania chloratora na dobę przed planowanym płukaniem. Przez pierwsze dwa miesiące złoża II - IV praktycznie nie usuwały manganu z wody. Potwierdziły się tym samym prowadzone w skali pilotowej badania, które dzieliły wpracowanie złóż do usuwania manganu na dwa okresy:

okres stabilnego stężenia manganu w odpływie,
okres szybkiego zmniejszania stężenia manganu po filtracji.

Ze względu jednak na:

skokową eksploatację stacji,
bardzo wysoką prędkość filtracji,

czas trwania poszczególnych okresów był dłuższy, niż wyznaczony doświadczalnie dla stałej prędkości filtracji równej 6,0 m/h.

Okres stabilnego stężenia manganu w odpływie wyniósł dla złóż FIII i FIV ok. 60 dni, natomiast dla złoża FII 65,0 dni. Czas dynamicznego zmniejszenia stężenia manganu wyniósł odpowiednio: FIII - 15,0 dni, FIV - 18,0 dni, FII - 20,0 dni. Odstępstwa w długości trwania czasu wpracowania złoża FII w porównaniu do pozostałych wiążą się prawdopodobnie z przypadkowym wypłukaniem złoża FII wodą zachlorowaną, co znalazło również swoje odbicie w stężeniu amoniaku, które ok. 42,0 dni pracy złoża FII wyraźnie wzrosło. Ostatecznie po ok. 80 dniach pracy złoża wpracowały się do usuwania manganu, usuwając związki tego pierwiastka grubo poniżej obowiązującej normy, czego nie udało się uzyskać przez kilka lat eksploatacji złóż kwarcowych. Przebieg wpracowania złóż chalcedonitowych do usuwania manganu przedstawiono na wykresie 3. Obejmuje on okres od momentu zasypania wszystkich złóż filtracyjnych (czerwiec 2005). Czas pracy odniesiony na osi x jest rzeczywistym czasem pracy filtrów - bez postojów.

Ponadto złoża chalcedonitowe bardzo szybko wpracowały się do usuwania amoniaku - po blisko 20 dniach eksploatacji stężenie N-NH4 spadło poniżej obowiązującej normy 0,50 mgN-NH4+/L, by ostatecznie ustabilizować się na poziomie ok. 0,10 mgN-NH4+/L, poza nielicznymi wyjątkami, które jak wcześniej zaznaczono, związane były z przypadkowym wypłukaniem złóż filtracyjnych wodą zachlorowaną.

Stężenie żelaza w wodzie uzdatnionej, od początku eksploatacji filtrów nie przekraczało wartość ok. 0,05 mgFe/L niezależnie od prędkości filtracji.

W dość interesujący sposób rozwiązano problem nierównomierności rozbioru wody i wpływu tej nierównomierności na efektywność technologiczną Stacji. Będzie to przedmiotem kolejnego artykułu poświęconego SUW Nowy Folwark przedstawionego w dziale technologia praktyczna.

Autorzy:

dr inż. Joanna Jeż - Walkowiak

mgr inż. Łukasz Weber

mgr inż. Karol Szambelańczyk