Wtórne zanieczyszczenie wody w sieci wodociągowej żelazem - cz. II

Problem wtórnego zanieczyszczenia wody wodociągowej, wskutek mechanizmu rozpuszczania osadu żelazowego miał miejsce na jednym z wodociągów w Wielkopolsce.

Charakterystyka techniczno - technologiczna omawianego układu wyglądała następująco:

• w omawianej sieci wodociągowej znajdowały się osady żelazowe, które narosły w okresie podawania do sieci, wody bez uzdatniania o znacznej zawartości żelaza (ok 2,5 mg/L)
• następnie dla omawianego systemu zaopatrzenia w wodę odwiercono nowe studnie głębinowe, w których stężenie żelaza oraz manganu znajdowało się poniżej normy (jakość wody surowej przedstawiono w tabeli 1),
• wodę ze studzien, bez żadnego uzdatniania, bezpośrednio tłoczono do sieci wodociągowej, spodziewając się, że dzięki temu stężenie żelaza w sieci wodociągowej obniży się do poziomu ze studzien głębinowych,
• tymczasem stężenie żelaza w sieci wodociągowej zamiast spaść do poziomu zgodnego z normą rosło,

• co więcej wzrost stężenia żelaza nie objawiał się charakterystycznym efektem „brudnej wody", a raczej wytrącaniem osadu u odbiorców dopiero po pewnym czasie (co wskazywało na stopniowe utlenianie się żelaza).

  Tabela 1. Jakość wody surowej wtłaczanej bezpośrednio do sieci.

Źródło: Badania wodociągu zakładowego

Wzrost stężenia żelaza w wodzie na sieci wodociągowej w wybranych punktach przedstawiono na wykresach 1 – 3.

Źródło: Badania wodociągu zakładowego

Jak wynika z zamieszczonych wykresów stężenie żelaza na sieci wodociągowej wzrastało osiągając poziom wielokrotnie przekraczający normy.

Oczywiście sytuacja taka nie jest dopuszczalna z punktu widzenia obowiązujących przepisów, co zmuszało wodociąg do podjęcia konkretnych działań zaradczych.

Zdefiniowano następujące możliwe kierunki działań pozwalających obniżyć stężenie żelaza w sieci wodociągowej:

• Czyszczenie hydrauliczne sieci wodociągowej, co było w pierwszej kolejności praktykowane na omawianym wodociągu. Problemy jakie są z tym związane dotyczą przede wszystkim braku możliwości uzyskania odpowiedniej prędkości przepływu wody w sieci wodociągowej, a tym samym odpowiedniej siły dynamicznej wody pozwalającej usunąć osady zalegające na ściankach sieci wodociągowej. Dotyczy to przede wszystkim głównych sieci magistralnych o średnicach 300 i 400 mm. By woda mogła usunąć osady, musiałaby płynąć z prędkością co najmniej 1,0 - 1,5 m/s co odpowiadało by przepływowi wody na tym odcinku w ilości 600,0 m3/h. Uzyskanie takiego przepływu na omawianym wodociągu było niemożliwe. Co więcej wiązało by się z potężnymi stratami wody, którą należałoby kierować do kanalizacji (względnie innego odbiornika) - co stwarza również pewne problemy techniczne.

• Czyszczenie hydromechaniczne należy do zdecydowanie bardziej skutecznych w stosunku do tradycyjnego płukania hydraulicznego (ze zwiększonym przepływem wody). Wada tego rozwiązania wiąże się jednak z:

  • wyższymi kosztami operacji,
  • koniecznością wyłączenia z pracy odcinka płukanego rurociągu.

  Ta metoda była już testowana na omawianym wodociągu i przyniosła okresową poprawę jakości wody na sieci w płukanym odcinku. Jednak, zgodnie z informacją eksploatatorów nie ma możliwości wypłukania tą metodą całej sieci wodociągowej (z uwagi na koszty oraz problemy techniczne z zaopatrzeniem w tym czasie odbiorców w wodę).

• Trzecia z metod - również testowana na omawianym wodociągu - to stosowanie preparatów fosforanowych. Substancja oparta o fosforany pozwala (zgodnie z informacjami dystrybutora) zapobiegać wytrącaniu osadów w sieci wodociągowej, ale i doczyszczenie rurociągów z już odłożonych osadów.

• Wymiana najbardziej zanieczyszczonych odcinków sieci wodociągowej da oczywiście oczekiwany efekt. Niestety podstawowa wada tego rozwiązania to cena no i przede wszystkim długi czas realizacji. Oczywiście nie bez znaczenia są też względy techniczne wymiany orurowania przede wszystkim dużych średnic magistral w centrum miasta. W tym kontekście wymiana orurowania nie jest alternatywnym, a jedynie hipotetycznym rozwiązaniem problemu wtórnego zanieczyszczenia wody w sieci wodociągowej.

• Wykorzystanie substancji chemicznych w usuwaniu osadów żelazowych, wiąże się głównie z zastosowaniem odpowiednich kwasów, powodujących rozpuszczanie wodorotlenku żelazowego, pokrywającego wewnętrzną część orurowania sieci wodociągowej.

  W zasadzie, z doświadczeń technicznych wynika, że najlepsze efekty uzyskuje się przy zastosowaniu kwasu solnego, względnie mieszaniny różnych kwasów. Z wiadomych przyczyn, metoda ta nie może być stosowana w skali technicznej, bez wyłączenia odcinka rurociągu na dłuższy czas.

Ze względu na brak jednej skutecznej metody, która pozwoliłaby przeciwdziałać wtórnemu zanieczyszczeniu sieci podjęto bardziej szczegółowe działania diagnostyczne, które pozwoliłyby zrozumieć mechanizm przechodzenia do żelaza.

W tym celu dokonano szczegółowych pomiarów na sieci wodociągowej zawartości tlenu oraz stężenia żelaza (II) i (III).

Wyniki pomiarów zestawiono w tabeli 2.

Tabela 2. Wyniki pomiarów zawartości tlenu oraz dwóch form żelaza w wybranych punktach sieci.

Jak wynika z przeprowadzonych badań stężenie tlenu na sieci znajdowało się znacznie poniżej zalecanej wartości. Można zatem jednoznacznie stwierdzić, że na sieci panowały warunki beztlenowe.

Co ciekawe, żelazo występowało przede wszystkim w formie zredukowanej, a stosunek żelaza (II) do (III) rósł w miarę oddalania się od Hydrofornii. Rosło również stężenie bezwzględne tego wskaźnika.

Przeprowadzone testy jednoznacznie wskazały, że przyczyną problemów z wtórnym zanieczyszczeniem sieci wodociągowej są warunki redukcyjne panujące w rurociągach, spowodowane bezpośrednim wtłaczaniem do sieci wody ze studzien głębinowych.

Zgodnie z tym rozumowaniem podstawowym sposobem przeciwdziałania wtórnemu zanieczyszczeniu okazało się być natlenienie wody. Po przeanalizowaniu technicznych i technologicznych aspektów realizacji tego procesu zdecydowano się na dozowanie bezpośrednio do sieci wodociągowej tlenu gazowego.

Na wyniki nie trzeba było długo czekać. Poniżej zamieszczono wykresy, na których pionową linią zaznaczono moment od którego rozpoczęto wprowadzanie tlenu do wody.

Jak wynika z przedstawionych na wykresach danych, stężenie żelaza w ciągu kilku tygodni uległo obniżeniu praktycznie do poziomu zgodnego z normą (punkt A i B) wykazując przy tym dużą stabilność w czasie.

Jednocześnie efekt potwierdził tezę o przechodzeniu żelaza z osadu pokrywającego sieć wodociągową.

Problemem okazało się jedynie niestabilne stężenie tlenu w sieci wodociągowej. Aktualnie prace trwają przede wszystkim nad poprawą warunków natlenienia wody w sieci wodociągowej, co jest warunkiem całkowitego zatrzymania, czy nawet odwrócenia kierunku migracji żelaza.

Ponadto nadal problemem pozostaje osad, który jednak w sieci wodociągowej występuje w znacznej ilości. Przeprowadzone analizy wskazują, że w tym momencie pozytywne efekty może przynieść dozowanie preparatów fosforanowych do sieci wodociągowej.

Podsumowanie

Problematyka wtórnego zanieczyszczenia w sieci dobrze uzdatnionej wody dotyczy wielu wodociągów w kraju. Zrozumienie mechanizmu pozwala podjąć precyzyjne działania zaradcze, które są bardziej optymalne przede wszystkim pod względem kosztów oraz ostatecznych efektów.

Co ważne na prezentowanym wodociągu koszty wdrożenia technologii natleniania wody wyniosły niewiele ponad 20.000 zł, zaś dozowanie czystego tlenu to koszt kilku groszy na każdy m3 wody.

Jednocześnie, co warto zauważyć, standardem powinno być badanie przez pracowników wodociągów stężenia tlenu na sieci wodociągowej, zwłaszcza jeśli konsumenci zgłaszają problemy z zanieczyszczeniem wody lub jej nieprzyjemnym (szczególnie gnilnym) zapachem.

Autor: Łukasz WEBER