Chalcedonit w uzdatnianiu wody podziemnej

Chalcedonit jest naturalnym minerałem, wydobywanym w kopalni odkrywkowej, poddawanym obróbce mechanicznej i termicznej, celem uzyskania materiału filtracyjnego o odpowiednim uziarnieniu, czystości i własnościach technologicznych (porowatości ziaren). Na charakterystykę chalcedonitów wpływają formy budujących je minerałów z grupy SiO2 a także typ i rodzaj transformacji fazowych zachodzących w ich obrębie pod wpływem oddziaływania wysokich temperatur. Są to skały krzemionkowe powstałe syngenetycznie, wieku kelowejskiego (jura środkowa - Dogger). Makroskopowo chalcedonit jest skałą mleczno - niebieską zwięzłą, o przełamie nierównym, bardzo ostrym oraz szaro - niebieską o szorstkiej powierzchni, mniej zwięzłą. Miejscami występuje też chalcedonit czerwono - brunatno - żółty z nalotami tlenków manganu. Wszystkie te odmiany są trudne do ścisłego zlokalizowania w złożu. (I. Kosk i in. 1995). Krzemionka tworząca chalcedonit ma charakter bezpostaciowy - w odróżnieniu od skrystalizowanej krzemionki tworzącej piasek kwarcowy.

Bardzo ważną własnością chalcedonitu jest porowatość ziaren złoża. Zdjęcia poniżej przedstawiają strukturę wewnętrzną materiału.

Porowatość wewnętrzna ziaren dochodzi do 30 %. Z technologicznego punktu widzenia porowatość wewnęrzna pozwala:

zasiedlać bakterie wspomagające proces uzdatniania wody:

	+ bakterie manganowe - decydujące o skutecznym wpracowaniu złoża do usuwaniu związków tego pierwiastka, które wg. źródeł niemieckim [Uzdatnianie wody - WABAG] mają większe znaczenie i wyższą efektywność technologiczną w odmanganianiu wody niż np nadmanganian potasu, który działa stabilizująco na ich rozwój,
	+ bakterie nitryfikacyjne - pozwalające skutecznie realizować proces usuwania jonu amonowego z wody (najważniejsza metoda usuwania tego zwiazku z wody podziemnej),
	+ bakterie utleniające siarczki do siarczanów (np Thiotrix), mające swój udział w usuwaniu zredukowanych związków siarki (co w określony sposób poprawia efektywność usuwania np manganu),
	+ bakterie utleniające substancje organiczne (BWO - biodegradowalny węgiel organiczny), poprawiając tym samym stabilność biologiczną wody w sieci

wbudowywać w strukturę złoża wytrącone tlenki manganu i tlenki żelaza (katalizujące usuwanie tych związków z wody) - dzięki czemu strącony dwutlenek manganu jest podatny na odpłukiwanie tylko do pewnego - bezpiecznego stopnia,
ograniczać odpłukiwanie bakterii uczestniczących w procesie uzdatniania podczas płukania powietrzem i wodą jak i zrywanie ich w toku normalnej filtracji

Prowadzone w różnych badaniach obserwacje wykazały, że wpracowanie złoża chalcedonitowego do usuwania manganu zaczyna się właśnie od porów złoża chalcedonitwego (niejako wychodzi z porów), co potwierdza tezę, o udziale bakterii manganowych i ich rozwojowi w porach. Zdjęcia poniżej przedstawiają wygląd wstępnie wpracowanego złoża chalcedonitowego. Zdjęcie pierwsze przedstawia chalcedonit od lewej: świeży (zasypany do filtra), następnie z wykształconymi powłokami żelazowymi (z górnej części złoża filtracyjnego) i z kształtującymi się powłokami manganowymi (z dolnej części złoża filtracyjnego). Zdjęcie prawe natomiast to powiększony chalcedonit wpracowany manganowo (dolna część złoża). Widać wyraźnie, że wpracowanie (dwutlenek manganu) "wychodzi" z porów złoża. Ziarna o większej porowatości są intensywniej pokryte, natomiast ziarna bardziej lite mniej. Do własności technologicznych, które stanowią niewątpliwe zalety stosowania złoża chalcedonitowego zalicza się:

szybsze niż w przypadku złoża kwarcowego lub antracytowo - kwarcowego naturalne wpracowanie do usuwania manganu oraz jonu amonowego (między innymi ze względu na opisywaną porowatość wewnętrzną ziaren),
dłuższe cykle filtracyjne - dzięki wyższej pojemności złoża chalcedonitowego - wyższej niż w przypadku złoża antracytowego, wolniej przyrastają straty ciśnienia, co jest szczególnie ważne w przypadku filtrów otwartych; doświadczenia eksploatacyjne na filtrach otwartych wskazują, że po zastosowaniu złoża chalcedonitowego cykl filtracyjny wzrasta co najmniej dwukrotnie w stosunku do złóż kwarcowych, przy zdecydowanie wyższej skuteczności technologicznej,
wysoka pojemność na zanieczyszczenia jest szczególnie zauważalna w układach uzdatniania wody (zarówno podziemnej jak i powierzchniowej), w których woda surowa jest poddawana koagulacji, zaś zadaniem filtrów jest odfiltrowanie zawiesiny pokoagulacyjnej (zarówno w przypadku koagulacji powierzchniowej jak i objętościowej),
naturalne strefowanie złoża chalcedonitowego - samorzutne wytworzenie strefy odżelaziania oraz odmanganiania, które dopasowują się do składu chemicznego wody surowej, prędkości filtracji, czy stopnia utlenienia żelaza przed filtracją,
możliwość stosowania wyższych prędkości filtracji niż w przypadku złóż kwarcowych, czy nawet antracytowo - kwarcowych; eksploatowane układy technologiczne oparte o złoża chalcedonitowe pracują m.in. na obciążeniach do 17,0 m/h (SUW Granica eksploatowana przez ZWiK Świnoujście) czy ok 20,0 m/h (mała wiejska SUW "Piotrowice Małe" eksploatowana przez wodociągi w Nałęczowie) - co pozwala zwiększać wydajność ujęcia poprzez samą jedynie wymianę złoża filtracyjnego, przy utrzymaniu, czy wręcz poprawie uzyskiwanych efektów,
niższy ciężar nasypowy złoża - ok 0,9 t / 1m3, co zmniejsza obciążenie dennicy w filtrach ciśnieniowych, jednocześnie zmniejszając ryzyko ich uszkodzenia czy oberwania, co jest często spotykanym mankamentem przy stosowaniu wysokich złóż wzbogacanych np o warstwę katalityczną
czynny udział w procesie uzdatniania wody chalcedonitowych warstw podtrzymujących (które również dzięki swojej porowatości wpracowują się do usuwania mangnau).

Warto podkreślić, że na wielu wodociągach w kraju, poprzez samo zastosowanie złoża chalcedonitowego udało się np zwiększyć wydajność stacji, czy poprawić uzyskiwane efekty uzdatniania wody. Dotyczy to szczególnie niewielkich obiektów wiejskich, które zazwyczaj stwarzają więcej problemów technologicznych niż obiekty o wyższej wydajności. Szczególnie wyraźnie zauważalne są różnice na obiektach, na których równolegle pracują złoża chalcedonitowe i np kwarcowe, czy nawet antracytowo - kwarcowo - piroluzytowe. Zadaj pytanie, skomentuj artykuł, przedstaw swoje doświadczenia . Autor: Łukasz Weber