Płukanie filtrów otwartych - przegląd metod i skuteczność
Płukanie filtrów otwartych ma tę przewagę nad płukaniem filtrów ciśnieniowych, że cały proces może być dokładnie obserwowany przez operatora.
Wskazane jest by płukania wszystkich filtrów dokonywała jedna osoba, która będzie mogła wychwycić różnicę pomiędzy poszczególnymi cyklami i ewentualnie poinformować technologa o zachodzących zmianach.
Dotyczy to nie tylko jakości popłuczyn i wiążącej się z nią bezpośrednio długości trwania procesu płukania, którą bardzo sprawnie może każdy operator weryfikować, ale również:
równomierności rozkładu mediów płuczących po całej powierzchni złoża filtracyjnego (i na tej podstawie szybkiej interwencji w sytuacji, gdy np zostaną uszkodzone dysze filtracyjne) - dotyczy to przede wszystkim rozkładu powietrza oraz złoża po zakończonym procesie płukania,
kontroli intensywności płukania powietrzem oraz wodą i weryfikacji tego parametru w zależności od potrzeb - a tym samym zapobieganie z jednej strony wynoszeniu złoża filtracyjnego do koryt popłuczyn, z drugiej zaś przy zauważonej zbyt słabej fluidyzacji złoża wskazania do zwiększenia intensywności.
Poza tym, abstrahując od samego płukania filtrów, w przypadku filtrów otwartych zdecydowanie łatwiej można dokonywać kontroli stanu złoża filtracyjnego poprzez np próbnikowanie i sondowanie materiału filtracyjnego w różnych miejscach filtra, na różnych głębokościach, co jest notabene bardzo rzadko praktykowane, a pozwala dokonywać szybkiej interwencji i podejmowania działań naprawczych.
Sam proces płukania w przypadku filtrów usuwających z wody żelazo i mangan powinien być prowadzony wodą oraz powietrzem.
Zadaniem powietrza jest naturalnie rozbicie ewentualnych zbryleń złoża filtracyjnego i wytrąconego żelaza, jak również odzieranie ziaren z nadmiernie przyrosłych powłok tlenków żelaza czy manganu.
Skuteczność tego procesu jest wypadkową kilku elementów. Zalicza się do nich zarówno intensywność płukania, jako czynnik bezpośredni (im wyższa, tym mocniejsze działanie powietrza), ale również skład jakościowy powłok pokrywających ziarna złoża filtracyjnego, zależny bezpośrednio od jakości ujmowanej wody surowej. Znane są bowiem przypadki eksploatacyjne, w których mimo stosowania wysokich intensywności płukania złóż powietrzem, działanie „zdzierające" tego medium w stosunku do powłok pokrywających ziarna złoża jest nieznaczne. Dotyczy to przede wszystkim sytuacji, w których ze względu na specyficzny skład wody surowej, jak i podjęte działania jednostkowe jej uzdatniania, na ziarnach oprócz żelaza czy manganu strącają się węglany wapnia. Powstające w takiej sytuacji powłoki są bardzo twarde, mocno się rozrastają, powodując kilkakrotny wzrost średnicy ziarna złoża. Nawet bardzo wysoka intensywność płukania powietrzem nie jest wówczas w stanie doprowadzić do ich rozbicia i usunięcia.
Warto również zwrócić uwagę na fakt, że płukanie powietrzem jest szczególnie intensywne w pierwszej fazie - tzn. tuż po włączeniu powietrza, kiedy przedziera się ono przez jednorodne złoże filtracyjne, tworząc kanały. Po pewnym czasie (nawet po kilkunastu sekundach) powietrze wydostaje się już na powierzchnię złoża kanałami „wydrążonymi" w materiale filtracyjnym, nie działając już wtedy technologicznie. Stąd zatem zazwyczaj nie ma większego sensu prowadzenia procesu płukania samym powietrzem przez czas dłuższy niż 1 - 2 min.
W eksploatacji filtrów otwartych, rzeczą którą od razu można stwierdzić i zastosować (dzięki obserwacji złoża w filtrze w trakcie płukania) jest konieczność obniżania zwierciadła wody tuż ponad powierzchnię złoża, przed rozpoczęciem płukania powietrzem. Jest to szczególnie ważne w układach, w których wysokość pomiędzy złożem filtracyjnym, a koroną koryta przelewowego popłuczyn jest niewielka (ok 30 - 40 cm). Nieobniżenie zwierciadła może prowadzić (i prowadzi) w takich sytuacjach do wynoszenia na pęcherzach powietrza najdrobniejszych frakcji materiału filtracyjnego do odpływu.
Jednocześnie warto zwrócić uwagę na fakt, że najdrobniejsze ziarna złoża, to jednocześnie ziarna najważniejsze, które decydują o wysokich efektach usuwania zawiesin.
Zadaniem płukania wodą jest odprowadzenie zawiesin:
luźno zgromadzonych w porach złoża filtracyjnego (pomiędzy ziarnami materiału filtracyjnego),
zdartych w wyniku płukania powietrzem,
zdartych w wyniku ocierania się ziaren złoża w toku płukania wodą - pod warunkiem odpowiedniej ekspansji materiału filtracyjnego.
W eksploatacji i płukaniu filtrów usuwających z wody żelazo i mangan ilościowo, dominują oczywiście pozycje pierwsze i druga (o przewadze którejś z nich decyduje sposób przygotowania wody przed filtracją). Jeśli woda jest napowietrzana ciśnieniowo i bez żadnego przetrzymania przed filtrami kierowana na złoża, wówczas o skutecznym i efektywnym usuwaniu zatrzymanych zawiesin ze złoża decyduje przede wszystkim płukanie powietrzem i zdzieranie osadzonych na ziarnach tlenków. Jeśli natomiast wodę się napowietrza, przetrzymuje przed filtrami bądź dodaje silnych utleniaczy (jak nadmanganian potasu czy podchloryn sodu), wówczas więcej zawiesin występuje w postaci luźno zatrzymanych w porach złoża osadów, które odprowadzi w zasadzie sama woda.
Również jeśli płukaniu poddaje się filtry pracujące po koagulacji (klasycznej czy powierzchniowej) usuwa się przede wszystkim luźno zatrzymane w porach złoża filtracyjnego zawiesiny.
Różni eksploatatorzy podchodzą w inny sposób do tematyki płukania filtrów otwartych. W praktyce eksploatacyjnej spotyka się następujące harmonogramy płukania:
Sposób pierwszy
Powietrze
Woda
Sposób drugi
Woda
Powietrze
Woda
Sposób trzeci
Powietrze
Woda + Powietrze
Woda
Sposób czwarty
Woda
Każdy z wymienionych wariantów ma swoje wady i zalety.
Najczęściej stosowany jest chyba sposób pierwszy. Powietrze rozluźnia złoże, zdziera rozrośnięte powłoki, a woda odprowadza całą „luźną" zawiesinę do odpływu (odstojników).
W tym momencie warto zastanowić się chwilę nad czasem płukania wodą. Są eksploatatorzy, które muszą płukać filtry wodą (nawet mimo wcześniejszego płukania powietrzem) przez długi czas (nawet kilkadziesiąt minut - do godziny). Zazwyczaj przy odpowiedniej intensywności płukania wodą starcza czas do 10 - 15 min. Jeśli przez ten czas wody popłuczne nie są w wystarczającym stopniu sklarowane należy się zastanowić co jest tego przyczyną. Na ogół sytuacja ta wiąże się z barwieniem wody od powłok rozrośniętych na ziarnach (powłok żelazistych). Czysta woda wykorzystywana do płukania, w pierwszej kolejności odpłukuje całą zawieisnę (popłuczyny są przede wszystkim gęste i mętne, po poborze do leja, czy zlewki zawiesina sedymentuje na dno) następnie zaczyna zabarwiać się na żółty kolor od powłok porastających ziarna materiału filtracyjnego. Płukanie nie spełnia już swojego podstawowego zadania, jest dalece nieefektywne i niepotrzebnie generuje straty wody.
W takiej sytuacji zdecydowanie wskazane jest powtórzenie płukania powietrzem.
Drugi z wymienionych sposobów wyraźnie rozdziela płukanie na etapy w których: w pierwszej kolejności sama woda odprowadza luźno zatrzymane zawiesiny w porach materiału filtracyjnego, z reguły nie pozwala natomiast usunąć powłok obrastających ziarna. Powietrze, które powinno być poprzedzone oczywiście obniżeniem poziomu wody nad złożem filtracyjnym, będzie oddzielało powłoki żelazowe czy manganowe. Po tym następuje stabilizacja (odgazowanie złoża) i ponowne wypłukanie wodą - odprowadzenie zdartych powietrzem osadów.
Przedstawiony jako trzeci sposób płukania wodą i powietrzem jednocześnie uchodzi za najbardziej efektywny. Wiąże się to przede wszystkim z tym, że tak jak wspomniano wcześniej w trakcie płukania samym powietrzem w pewnym momencie w złożu tworzą się kanały, którymi powietrze wydostaje się nie pełniąc swojej funkcji „zdzierającej". Wprowadzenie wody podczas płukania pozwala uniknąć takiej sytuacji.
Jednak należy pamiętać, że płukanie takie (woda+powietrze) powoduje bardzo intensywne wynoszenie złoża poza filtr.
Dlatego pewną odmianą takiej formy płukania (trudną do realizacji w filtrach ciśnieniowych) jest następująca procedura:
obniżenie poziomu wody w filtrze co najmniej do wysokości złoża filtracyjnego,
płukanie powietrzem
włączenie wody i płukanie emulsją wodno - powietrzną do momentu osiągnięcia przez emulsję wodno - powietrzną korony koryt przelewowych,
w momencie osiągnięcia poziomu koryt popłucznych wyłączenie powietrza i płukanie samą wodą.
Oczywiście cały proces może być zautomatyzowany. Intensywności płukania natomiast i udziały poszczególnych mediów powinny być dobrane w toku odpowiednich badań lub przeliczeń technologicznych.
W niektórych filtrach, ze względu na uwarunkowania konstrukcyjne drenażu, możliwe jest płukanie tylko przy użyciu samej wody. Dotyczy to zwłaszcza drenaży belkowych czy rurowych. Ta metoda zgodnie z przedstawionymi informacjami pozwala jedynie usunąć zawiesiny luźno odfiltrowane pomiędzy ziarnami złoża. Dlatego bardzo często w tego typu filtrach spotyka się intensywne obrosty ziaren złoża sięgające kilku milimetrów.
Intensyfikacja odpłukiwania zawiesin w takim układzie (również częściowo przywierających do złoża) jest możliwa np poprzez częste zmiany wydajności płukania. Złoże naprzemiennie unosi się do góry i opada, dzięki czemu zwiększa się prawdopodobieństwo ocierania ziaren i usuwania nadmiernych, świeżych, luźno przywierających powłok.
Omawiając płukanie filtrów usuwających z wody żelazo i mangan, należy zwrócić uwagę jeszcze na jeden element.
W niektórych układach technologicznych (w zależności od składu wody surowej i podatności na odpłukiwanie powłok pokrywających ziarna) można rozróżnić dwie fazy płukania w których odprowadzane są oddzielnie związki żelaza i manganu.
Ich wyraźne wydzielenie możliwe jest tylko w przypadku płukania złoża: samą wodą, lub metodą: woda - powietrze - woda. Metody płukania rozpoczynające się od powietrza, uniemożliwiają skuteczne rozróżnienie faz płukania.
Omawiane fazy są łatwe do rozróżnienia przez operatora i pozwalają ocenić długość procesu płukania. I faza to zawsze odpłukanie żelaza. Popłuczyny mają charakterystyczny rdzawo - rudy kolor. Następnie zaczynają ciemnieć, by osiągnąć wyraźny czarny kolor świadczący o odpłukiwaniu manganu. Jest to moment, który wskazuje koniec procesu płukania. Przeciąganie fazy popłuczyn manganowych może powodować zakłócenia w usuwaniu manganu w pierwszych godzinach cyklu po płukaniu.
Autor: Łukasz Weber