Prędkości filtracji w układach dwustopniowego pompowania wody
W przypadku układów dwutopniowego pompowania (bodaj najpopularniejszych układów technologicznych małych i średnicy Stacji Uzdatniania Wody) prędkość filtracji określa wydajność studzien głębinowych.
W przypadku niewielkich układów technologicznych (opartych o jedną, góra dwie studnie głębinowe) Stacja jest sterowana poziomem wody w zbiorniku retencyjnym. W sytuacji, gdy poziom ten obniża się (wzrasta zużycie wody przez odbiorców) następuje załączenie pompy głębinowej. Po uzupełnieniu przez pompę zbiornika retencyjnego - układ zatrzymuje pracę studni.
W małych układach w ok 70 % przypadków mamy do czynienia z wyraźny przewymiarowaniem pompy głębinowej w stosunku do potrzeb. Dlatego pierwszą rzeczą w tego typu sytuacjach jest określenie czasu pracy studni w ciągu doby - co jest równoznaczne z czasem pracy filtrów w ciągu doby. Sposób wyznaczania określa przykład 1.
Przykład 1.
Jaki jest czas pracy pompy głębinowej w ciągu doby (a tym samym czas pracy filtrów) jeśli wydajność studni (wyznaczona sposobem opisanym w artykule) wynosi 40 m3/h, a zużycie wody w okresie zimowym osiąga ok 100 m3/h natomiast latem 200 m3/h?
Przeliczenie jest bardzo proste - mianowicie dzielimy wydajność dobową SUW, przez wydajność godzinową pompy. Zatem:
- zimą: czas pracy pompy głębinowej (filtrów) wyniesie: Tp = 100/40 = 2,5 godzin,
latem: czas pracy pompy głębinowej (filtrów) wyniesie: Tp = 200/40 = 5,0 godzin.
Prędkość filtracji określamy dzieląc wydajność pompy głębinowej (jeśli pracuje jedna), bądź pomp głębinowych (jeśli pracuje kilka) przez powierzchnię filtrów. Jeśli dla przykładu 1 woda filtruje się przez 3 flitry o średnicy 1,0 m (co odpowiada powierzchni filtracji ok 0,78 m2), prędkość filtracji można obliczyć dzielać wydajność pompy głębinowej, przez sumaryczną powierzchnię filtrów:
prędkość filtracji: vf = 40,0 / (3*0,78) = 17,1 m/h
Jest to oczywiście bardzo wysoka prędkość filtracji, która może generować problemy z usuwniem jonu, manganu, czy żelaza.
Jednocześnie, gdyby wydajność pompy głębinowej była pięciokrotnie niższa, prędkość filtracji spadła by do 3,9 m/h, zaś czas pracy pompy w ciągu doby wzrósł by do ok 12,5 godzin.
Jest to bardzo częsty kierunek poprawy efektywności uzdatniania wody w tego typu układach technologicznych - optymalizacja pracy pompy głębinowej, względem rozbiorów. Oprócz korzyści technologicznych nie należy zapominać o korzyściach ekonomicznych - zwłaszcza, jeśli nie dławi się pompy, a wymienia na mniejszą.
Należy jednak pamiętać by:
- nie dławić pompy głębinowej poniżej wydajności dopuszczonej przez producenta - a określonej na charakterystyce pompy (co może powodować problemy z chłodzeniem silnika i w skrajnych przypadkach spalenie silnika) - warto przed zdławieniem pompy skonsultować to ze specjalistą, względnie producentem pompy),
dławić pompę, bądź dobierać mniejszą względem średnich rozbiorów godzinowych liczonych z uwzględnieniem maksymalnych rozbiorów dobowych w ciągu roku oraz maksymalnych (szczytowych) rozbiorów godzinowych - z uwzględnieniem retencji dyspozycyjnej (co jest możliwe do uwzględnienia gdy posiadamy przepływomierz, bądź wodomierz z kontaktronem na wyjściu wody na sieć wodociągową).
Na wielu Stacjach Uzdatniania Wody po zdławieniu pompy (bądź jej wymianie na mniejszą) udało się niskim nakładem kosztowym przywrócić sprawność funkcjonowania układu.
Metody doboru pomp głębinowych zostaną szczegółowo opisane w jednym z kolejnych artykułów.
W przypadku, gdy ujęcie jest rozbudowane (składa się z kilku, kilkunastu czy więcej studzien głębinowych) prędkość filtracji średnią wyznaczamy poprzez podzielenie wydajności godzinowej w danym momencie całego ujęcia, przez powierzchnię filtracji pracujących filtrów.
W tego typu układach technologicznych zazwyczaj w okresie nocnym pracuje mniej studzien, w okresie dziennym więcej. Działanie doświadczonych eksploatatorów powinno jednak iść w kierunku minimalizacji załączeń i wyłączeń studzien głębinowych poprzez maksymalne wykorzystanie buforującej pojemności zbiorników retencyjnych. Wymaga to jednak swego rodzaju spokoju, wyczekania i doświadczenia, by nie załączać nie potrzebnie studzien głębinowych, generując tym samym wysoką prędkość filtracji.
W tego typu układach drugim co do ważności problemem jest zrywanie zawieisn ze złóż filtracyjnych (zwłaszcza odżelaziających i usuwających zawieisnę pokoagulacyjną) w momencie zwiększania prędkości filtracji.
Dlatego oprócz minimalizacji ilości załączeń i wyłączeń studzien głębinowych eksploatatorzy powinni również dążyć do minimalizacji jednostkowego wzrostu wydajności Stacji - co w praktyce oznacza jednoczesne załączanie minimalnej ilości studzien i delikatne zwiększanie wydajności SUW.
W przeciwnym razie (podczas jednoczesnego załączenia kilku studzien głębinowych) może dochodzić do sytuacji, w których wzrost prędkości jest na tyle duży, że powoduje zrywanie wspomnianych zawiesin, co szczegółowo omówiono w artykule.
Autor: Łukasz Weber.