Wyznaczanie długości cyklu filtracyjnego - pojemność masowa filtrów
Ilość zatrzymanego np żelaza można bardzo łatwo z wystarczającym przybliżeniem określić ze wzoru:
PM = vf · Tf · Cz ·1,9 g/m2; gdzie:
vf - prędkość filtracji m/h
Tf - długość cyklu filtracyjnego h,
Cz - stężenie żelaza w wodzie surowej g/m3
1,9 - współczynnik przeliczeniowy
Zalecane ilości żelaza, zatrzymane na różnych złożach filtracyjnych, zgodnie z doświadczeniami eksploatacyjnymi autorów:
piasek kwarcowy (tylko odżelazianie wody): ok 2500 g/m2
piasek kwarcowy (jednoczesne odżelazianie i odmanganianie wody): ok 1.500 - 2.000 g/m2
piasek antracytowy (odżelazianie) ok 3.000 g/m2
piasek chalcedonitowy (tylko odżelazianie wody): ok 3500 g/m2
piasek chalcedonitowy (jednoczesne odżelazianie i odmanganianie wody): 2.500 - 3.000 g./m2.
Są to oczywiście tylko przybliżone wartości, które zależą od indywidualnych warunków panujących na danej Stacji Uzdatniania Wody. Niemniej jednak można w pewnym stopniu korzystać i przynajmniej sprawdzić, czy cykl nadaje się z tego punktu widzenia do wydłużenia czy też trwa zbyd długo.
W zależności od tego jak jest eksploatowana Stacja i jaka jest jej wielkość stosuje się różną postać wzoru, co zostanie przedstawione na przykładach poniżej.
Przykład 1. Mała stacja pracująca w systemie załącz/wyłącz. Studnia głębinowa ma wydajność 25 m3/h. Średnia dobowa wydajność Stacji: lato 200,0 m3, zima: 100,0 m3. Zawartość żelaza w wodzie surowej: 2,0 g/m3. Średnica pojedynczego filtra: 1,0 m. Ilość filtrów 3. Filtry są płukane co 10 dni.
Ilość żelaza zatrzymaną na dobę można wyznaczyć w następujących punktach:
a) średnica filtra wynosi 1,0 m - na tej podstawie wyznaczona powierzchnia filtra:
Af = (3,14 * D2)/4; gdzie:
D - średnica filtra m
Stąd, przy średnicy 1,0 m powierzchnia filtracji pojedynczego filtra wyniesie:
Af = (3,14 * 1,02) /4 = 0,785 m2
Przy trzech filtrach powierzchnia wynosi: 3 * 0,785 = 2,36 m**2**
b) ilość żelaza na dobę, zatrzymana na filtrach:
Studnia zawiera żelazo na poziomie 2,0 g/m3, a latem produkcja wynosi na dobę 200 m3 - stąd na dobę (latem) na filtrach zatrzymywane jest:
Fe = 2,0 * 200 = 400 g
Filtry pracują w cyklach 10 dniowych, dlatego latem zatrzymywane jest w cyklu:
Fe = 400 * 10 = 4000 g
Żelazo należy „przeliczyć" na zawiesinę żelazową, mnożąc przez współczynnik 1,9 - stąd zawiesiny na filtrach zatrzymuje się:
ZFe = 4000,0 g * 1,9 = 7600 g
c) Dzielimy zawiesinę przez powierzchnię wszystkich filtrów i otrzymujemy pojemność masową:
PM = 7600 / 2,36 = 3220 g/m**2**
Dla piasków kwarcowych pojemność masowa (zgodnie z powyższymi danymi), przy odżelazianiu wody powinna być nie wyższa niż 2000,0 g/m**2**.
Wniosek! Należy skrócić cykl filtracyjny! - ewentualne problemy z uzdatnianiem wody (na przykład z przekroczeniami żelaza czy manganu) mogą wynikać ze zbyt dużej ilości żelaza zatrzymanego na złożu filtracyjnym.
UWAGA! Należy zauważyć, że do obliczeń ilości żelaza, nie była brana wydajność studni głębinowej, a dobowa produkcja.
Przykład 2. Stacja miejska, eksploatuje 6 studzien głębinowych o zawartości żelaza i wydajnościach:
Studnia 1: 0,50 g/m3, Q = 25,0 m3/h
Studnia 2: 0,75 g/m3, Q = 35,0 m3/h
Studnia 3: 1,00 g/m3, Q = 40,0 m3/h
Studnia 4: 2,00 g/m3, Q = 20,0 m3/h
Studnia 5: 2,50 g/m3, Q = 50,0 m3/h
Studnia 6: 5,00 g/m3, Q = 40,0 m3/h
Stacja eksploatuje 4 filtry o średnicy 2,4 m każdy zasypane złożem antracytowo - kwarcowym. Filtry płukane są co 7 dni. Operatorzy załączają pompy w dowolnej konfiguracji - według potrzeb.
W takiej sytuacji najlepiej wyznaczać po każdej zmianie ilość żelaza.
Przykładowo: na pierwszej zmianie przez 8 godzin pracowała studnia 1, 2 i 5, na drugiej zmianie oprócz 1,2, i 5 dołączono na 4 godziny studnię 4, na trzeciej zmianie przez cztery godziny pracowały wszystkie: tj. 1, 2, 4 i 5, później wyłączono 4 i 5 i przez pozostałe cztery godziny pracowały studnie 1 i 2.
Ile żelaza zatrzymało się na filtrach tego dnia i jakiej to odpowiada pojemności masowej?
I zmiana:
Studnia 1 o wydajności 25,0 m3/h - przez 8 godzin doprowadziła żelaza: 0,5 g/m3 8 h 25,0 m3/h = 100,0 g - w przeliczeniu na zawiesinę: 190,0 g
Studnia 2: 8 godzin po 35,0 m3/h i 0,75 g/m3 = 210,0 * 1,9 = 399,0 g (zawiesiny)
Studnia 5: 8 godzin po 50,0 m3/h i 2,50 g/m3 = 1000,0 *1,9 = 1900 g (zawiesiny żelazowej)
W sumie na pierwszej zmianie zatrzymano: 190 + 399 + 1090 = 1589 g (zawiesiny żelazowej)
II zmiana:
Wszystkie studnie z pierwszej zmiany: 1589 g (zawiesiny żelazowej)
Dodatkowo 4 godziny studni 4 (wydajność 20,0 m3/h i zawartość żelaza 2,50 g/m3) = 4 20 2,5 * 1,9 = 380
W sumie na drugiej zmianie zatrzymano: 380 + 1589 = 1969 g
III zmiana:
Osiem godzin pracowały studnie 1 i 2 (jak na pierwszej zmianie) 190 + 399 = 589 g (zawiesiny)
Cztery godziny studnie 4 i 5: 950 g studnia 5 i 380 g studnia: 1330 g
W sumie na trzeciej zmianie zatrzymano: 1330 + 589 = 1919 g
Łączna ilość żelaza zatrzymana na trzech zmianach wynosi: 1589 + 1919 + 1969 = 5477 g zawiesiny żelazowej.
B) Powierzchnia filtracji:
Pojedynczy filtr: Af = (3,14 * 2,42)/4 = 4,54 m2
Wszystkie filtry razem (4 sztuki) : Af = 4,54 * 4 = 18,0 m2
C) Pojemność masowa filtrów - z jednego dnia (wyliczonego powyżej):
PM = 5477 / 18,0 = 304,3 g/m2
Przy założeniu, że filtry płukane są raz na 7 dni i że średnio codziennie pracuje porównywalna ilość studni ilość żelaza zatrzymanego w cyklu wyniesie:
PM = 7 * 304,3 = 2100 g/m2
Dla złóż antracytowo - kwarcowych w odżelazianiu i odmanganianiu wody maksymalne pojemności masowe (zgodnie z przedstawionymi wcześniej informacjami) mogą wynosić nawet ok 3000 g/m2. Stąd wniosek, że filtry nie są przeciążone, a nawet można by nieco wydłużyć cykl filtracyjny, choć z pewnych względów, opisanych później, nie jest to wskazane.
Przy okazji tego przykładu warto zwrócić uwagę na następujące elementy:
pojemność masowa w bardzo prosty sposób może być wyznaczana pod koniec każdej zmiany przez operatora i dodawana do wcześniej wyznaczonych przez poprzedników,
w przypadku, gdy na SUW eksploatowane są różne pod względem zawartości żelaza studnie, jest nawet bezwzględnie konieczne wyznaczanie w ten sposób cyklu filtracyjnego, ponieważ różnice w ładunku żelaza są bardzo wysokie (w przykładzie studnia nr 1 przez osiem godzin dała ok 190 g/m2, natomiast w tym samym czasie najgorsza studnia nr 5 ok 1900 g/m2.
Metoda ta jest z powodzeniem stosowana na nielicznych Stacjach Uzdatniania Wody, ale zyskuje coraz więcej zwolenników. Jak wspomniano wcześniej jest ona szczególnie przydatna w weryfikacji długości cyklu filtracyjnego, wyznaczonego na podstawie odczytów manometrów. Często bowiem spotyka się sytuacje w których manometry dają zły wynik spowodowany, albo częstymi zerwaniami zawieisn zatrzymanych na złożu, albo też wadliwą ich pracą i błędem odczytu.
Skutki nadmiernej kolmatacji filtrów zawieisną, oprócz bezpośrednich zerwać wiążą się w przypadku żelaza z nieokrzystyn oddziaływaniem na układ odmanganiania wody.