doc. dr inż. Małgorzata Perchuć

PROJEKTOWANIE SYSTEMÓW

ZAOPATRZENIA W WODĘ

- STACJE UZDATNIAIA WODY

1. Rozwiązania układów hydraulicznych

WODA POWIERZCHNIOWA

UJĘCIE WODY
PODZIEMNEJ

1

O

SUW

2

O

LSDW

3

O

DSDW

OŚ

1

O

SUW

Rys. 1 Cykl gospodarowania wodą. BUP – budynki użyteczności publicznej, ZP – zakłady przemysłowe, OŚ –
Oczyszczalnia ścieków, SUW – Stacja uzdatniania wody, LSDW – lokalna stacja doczyszczania wody, DSDW-
Domowa stacja doczyszczania wody.

SUW

BUP

ZP

Schemat występowania WPdz:

1 – warstwy wodonośne,

2. Warstwy

nieprzepuszczalne,

3. woda gruntowa, 4. woda wgłębna o swobodnym

zwierciadle, 5. woda artezyjska, 6. woda powierzchniowa płynąca,

7. linia ciśnienia hydrostatycznego horyzontu II, 8. linia ciśnienia
hydrostatycznego horyzontu III,

9. studnia wody gruntowej , 10. studnia wody

wgłębnej, 11,13 studnie artezyjskie, 12, 14 studnie subartezyjskie

Parametr

Woda powierzchniowa

Woda podziemna

Temperatura

zmienna; zależna od pory roku. W

zimie 0 - 4 C, w lecie 10 - 26 C

w zasadzie stała 5- 10 C

Mętność;

substancje

zawieszone

(zawiesiny lub

cząstki koloidalne

poziom zmienny; czasami wysoka od

kilku do kilkuset mg/l

niska lub zerowa (z wyjątkiem

wód krasowych)

Barwa

przeważnie powodowana przez

substancje zawieszone (gliny, algi) z

wyjątkiem wód bardzo miękkich lub

kwaśnych (kwasy humusowe) od

kilku do kilkudziesięciu mg Pt/l

zwykle bezbarwna; powodowana

rozpuszczonymi substancjami

organicznymi (kwasy humusowe)

może dochodzić do kilkuset mg

Pt/l

Substancje

mineralne

zawartość zmienia się w zależności

od rodzaju gleby, opadów, spływów

powierzchniowych itp.

zawartość w zasadzie stała, z

reguły wyższa niż w wodach

powierzchniowych z tego samego

terenu

Fe (II) i Mn (II) w

roztworze

zwykle nie ma, z wyjątkiem dennych

partii jezior lub stawów w procesie

eutrofizacji. W okresach jesiennych

może pojawiać się Mn

zwykle obecne w różnych

ilościach; najczęściej: Fe(ll)śl.-

10mg/l i Mn(ll)śl.-1,5mg/l

Parametr

Woda powierzchniowa

Woda podziemna

Agresywny

CO2

zwykle nie ma

często obecny w

podwyższonych ilościach

Rozpuszczony

O

2

często w stopniu bliskim

nasycenia; nie występuje w

wodach bardzo

zanieczyszczonych

zwykle w ogóle nie występuje

H

2

S

zwykle nie ma

często obecny

NH

4

znaczne wahania w ciągu

roku; małe stężenia latem 0,2

- 0,5 mg/l i znaczne w zimie

do kilku mg/l

często występuje w sposób

naturalny w ilościach śl. –1 ,5

mg/l; nie jest systematycznym

wskaźnikiem zanieczyszczenia.

NO

3

generalnie niski poziom w

wodach

czystych na ogół śl. - 3 mg/l

czasami wysoki poziom. W

wodach naturalnych 1 - 2 mg/l;

w wodach zanieczyszczonych

od kilku do kilkuset mg/l

Parametr

Woda powierzchniowa

Woda podziemna

Krzemiany

średnia zawartość na ogół

poniżej 5 mg/l

często wysoki poziom;

najczęściej 10 -20 mg/l

Mikrozanie -

czyszczenia
mineralne i

organiczne

obecne w wodach krajów

rozwiniętych; szybko

znikają po usunięciu

źródła zanieczyszczenia.

zwykle nie ma, ale

każde przypadkowe

zanieczyszczenie

utrzymuje się bardzo

długo

Organizmy

żywe

bakterie (też

chorobotwórcze), wirusy,

plankton, (organizmy

zwierzęce i roślinne)

często znajdowane są

bakterie żelaziste

Natura

eutroficzna

często; zjawisko nasila

się w wysokich

temperaturach.

nie występuje

Parametr

Woda powierzchniowa

Woda podziemna

Zmienność

składu

sezonowa naturalna

zmiana jakości wody

stały skład naturalny

Zagrożenie

antropogeni-

czne

duże, ściekami miejskimi i

przemysłowymi zasolenie,

metale ciężkie, Cl, SO

4

,

detergenty, pestycydy,

WWA,

małe

NH

4

, N0

3

, WWA,

pestycydy

Główne

problemy

technologi-

czne

substancje organiczne i

mineralne zawieszone,

koloidalne i rozpuszczone,

CO

2

, H

2

S, Fe, Mn, NH

4

,

F, czasami NO

3

,

pestycydy

Parametr

Woda powierzchniowa

Woda podziemna

Podstawa

wyboru

technologii

co najmniej roczne

badania technologiczne

jednorazowy pobór

wody po okresie

próbnego pompowania

Konieczność

dezynfekcji

zawsze

czasami

Sposób

uzdatniania

skomplikowane układy

technologiczne

proste układy

technologiczne

(wielostopniowa

filtracja)

Koszt

inwestycyjny

bardzo wysoki

racjonalnie niski

Koszt

eksploatacyjny

bardzo wysoki

racjonalnie niski

Uzdatnianie wody

ma zapewnić wodę o składzie

wymaganym dla każdego rodzaju użytkownika.

Woda uzdatniona

powinna być stabilna

nie może utrudniać bądź uniemożliwiać powstanie

produktu końcowego

o założonej przez producenta jakości

Woda przeznaczona do spożycia przez ludzi to

:

a)

woda w stanie pierwotnym lub po uzdatnieniu,

przeznaczona do picia, przygotowania żywności lub

innych celów domowych, niezależnie od jej

pochodzenia i od tego, czy jest dostarczana z sieci

dystrybucyjnej, cystern, w butelkach lub

pojemnikach,

b)

woda wykorzystywana przez przedsiębiorstwo

produkcji żywności do wytworzenia, przetworzenia,

konserwowania lub wprowadzania do obrotu

produktów albo substancji przeznaczonych do

spożycia przez ludzi,"

(na podst. Dz. U. Nr 85 z 2005 r., poz. 729)]

Prawo wodne 2005r

ROZWIĄZANIA UKŁADÓW HYDRAULICZNYCH WODOCIĄGÓW W

ZALEŻNOŚCI OD

Q

ujęcia

, Q

hmax

i C

o

PROJEKTOWANIE MAŁYCH I ŚREDNICH WODOCIĄGÓW

I. Wodociągi muszą być tak zaprojektowane i wybudowane aby:

1. dostarczać odpowiednią ilość wody o wymaganej jakości

wszystkim odbiorcom podłączonym do danego systemu

2. dostawa wody musi być ciągła pod odpowiednim

ciśnieniem

3. praca SUW powinna być zautomatyzowana

II. Koszty inwestycyjno - eksploatacyjne zależą od:

1. wymaganej maksymalnej wydajności obiektu
2. przyjętej technologii uzdatniania wody wynikającej z

różnicy jakości wody surowej i uzdatnionej (C

o

- C

D

)

3. przyjętego rozwiązania układu hydraulicznego
4. kosztów reagentów, energii elektrycznej i obsługi

III. Wybór układu hydraulicznego SUW zależy od:

1. maksymalnej dopuszczalnej wydajności źródła wody,

Q

U

(zatwierdzone zasoby ujęcia)

2. maksymalnego zapotrzebowania na wodę przez dany system

(Q

hmax

)

3. nierównomierności poboru wody przez dany system

dystrybucji

N

d

, N

h

4. jakości ujmowanej wody

(C

O

– C

D

)

IV. Rozróżniamy układ:

• bezpośredniego zasilania wodociągu z ujęcia

dla Q

U

> Q

hmax

• pośredniego zasilania wody z ujęcia z zastosowaniem

zbiornika wieżowego

dla Q

U

< Q

hmax

V. Podział wg stopni pompowania:

Jednostopniowa stacja wodociągowa (tylko pompy 1

o

głębinowe)

Dwustopniowa stacja wodociągowa (pompy 1

o

i 2

o

)

Trzystopniowa stacja wodociągowa (pompy 1

o

, 2

o

i 3

o

)

Stosowane rozwiązania hydrauliczne

1.


Q

U

> Q

hmax

C

O

< C

D

STUDNIA –P I

o

+ HYDROFOR + sieć

STUDNIA – P I

o

+ ZBIORNIK

WIEŻOWY

+ sieć

C

O

> C

D

SUW +

HYDROFOR

STUDNIA + P I

o

+ HYDROFOR + SUW

(w układzie

ciśnieniowym)

+ sieć

Płukanie filtrów wodą ze studni

2.


Q

U

< Q

hmax

C

O

< C

D

STUDNIA +P I

o

+ZBIORNIK

NAZIEMNY

+P(II

o

) + sieć

STUDNIA – P I

o

+ ZBIORNIK

WIEŻOWY

+ sieć

C

O

> C

D

SUW

STUDNIA + P I

o

+ SUW

(w układzie ciśnieniowym)

+

HYDROFOR + sieć
STUDNIA + P I

o

+ SUW

(w układzie ciśnieniowym)

+

ZBIORNIK

WIEŻOWY

+ sieć

Płukanie filtrów wodą ze studni

C

O

>> C

D

SUW +

ZBIORNIK

STUDNIA + P I

o

+ SUW

[N otwarte +P II

o

+ 1

o

FPciś. +

2

o

FPciś.]

+ ZBIORNIK

WIEŻOWY/HYDROFOR

+ sieć

Płukanie filtrów wodą czystą

C

O

>> C

D

SUW +

ZBIORNIK

STUDNIA + P I

o

+ SUW

[N otwarte +P II

o

+ KR+

1

o

FP otwarte]

+ ZBIORNIK

NAZIEMNY

+ P III

o

+ sieć

Płukanie filtrów wodą czystą

STACJE WODOCIĄGOWE

Schemat technologiczny układu bezpośredniego zasilania wodociągu,

z hydroforem Q

ujęcia

> Q

hmax

- woda nie wymaga uzdatniania

C

o

< C

D

- jednostopniowe pompowanie ze studni

P I

o

,

dwie studnie pracujące naprzemiennie

STACJE WODOCIĄGOWE

Schemat technologiczny układu pośredniego zasilania wodociągu,

ze zbiornikiem wieżowym Q

ujęcia

< Q

hmax

- woda nie wymaga uzdatniania

C

o

< C

D

- jednostopniowe pompowanie ze studni

P I

o

;

dwie studnie pracujące naprzemiennie

STACJE WODOCIĄGOWE Q

ujęcia

> Q

hmax

Schemat technologiczny układu bezpośredniego zasilania wodociągu,

z hydroforem i z jednostopniową filtracją wody C

o

> C

D

- jednostopniowe pompowanie ze studni

P I

o

dwie studnie pracujące naprzemiennie

STACJE WODOCIĄGOWE Q

ujęcia

> Q

hmax

Schemat technologiczny układu bezpośredniego zasilania wodociągu,

z hydroforem i z dwustopniową filtracją wody C

o

>C

D

- jednostopniowe pompowanie ze studni

P I

o

dwie studnie pracujące naprzemiennie

STACJE WODOCIĄGOWE Q

ujęcia

< Q

hmax

Schemat technologiczny układu pośredniego zasilania wodociągu,

z zbiornikiem naziemnym i z jednostopniową filtracją wody C

o

> C

D

- dwustopniowe pompowanie wody

P I

o

+ P II

o

- dwie studnie pracujące naprzemiennie

STACJE WODOCIĄGOWE Q

ujęcia

< Q

hmax

i woda bardzo zła

C

o

>> C

D

Schemat technologiczny układu pośredniego zasilania wodociągu,

z zbiornikiem naziemnym i z jednostopniową filtracją wody

- trzystopniowe pompowanie wody

P I

o

+ P II

o

+ P III

o

- dwie studnie pracujące naprzemiennie

21

UKŁADY TECHNOLOGICZNE STACJI WODOCIĄGOWYCH

Legenda

1. Pompa głębinowa
2. Sondy

konduktometryczne

3. Zawór zwrotny
4. Przepustnica odcinająca

z dźwignią ręczną

5. Wodomierz z wyjściem

kontaktronowym

6. Przetwornik ciśnienia
7. Dozownik podchlorynu

8. Naziemny zbiornik

wyrównawczy

9. Napowietrzanie otwarte
10. Pompownia pośrednia

11. Przepustnica z siłownikiem

elektropneumatycznym

12. Filtr

13. Przepustnica z siłownikiem

elektrycznym

14. Odstojnik wód popłucznych
15. Dmuchawa powietrza
16. Pompa płuczna

17. Zestaw pompowy
18. Wyłączniki poziomu w

zbiorniku otwartym

19. Zawory odpow -

napowietrzający

STACJE WODOCIĄGOWE ujmują

ZWYKŁE WODY PODZIEMNE

- wody podziemne o zawartości

substancji rozpuszczonych poniżej 1 g/L

i temperaturze poniżej 20

o

C

Waloryzację zwykłych wód podziemnych dokonano w oparciu

o kryterium

:

•

jakości wody

– klasyfikacja elementów fizykochemicznych

stanu WPdz obejmuje 5 klas jakości wody

•

ilości WPdz występujących w jednolitej części WPdz

•stopnia izolacji poziomu wodonośnego

do 50 m - brak izolacji (płytki poziom wodonośny)
50-150 m - izolacja częściowa (średnio głęboki poziom
wodonośny)
ponad 150 m - izolacja pełna (głęboki poziom wodonośny)

RMŚ z 23.07.2008, Dz.U. nr 143 poz.896 z 6.08.08)

w sprawie kryteriów i sposobu oceny

stanu wód podziemnych

Klasyfikacja elementów fizykochemicznych stanu WPdz:

I klasa

- woda bardzo dobrej jakości; bardzo dobra

bez uzdatniania

II klasa

- woda dobrej jakości; woda dobra z nieznacznym

uzdatnianiem, bez środków chemicznych,

III klasa

- woda zadowalającej jakości; woda średnia, zdatna do

picia po nieskomplikowanych zabiegach uzdatniających

IV klasa

- woda niezadowalającej jakości; wymagająca

wieloetapowego oczyszczania

V klasa

- wody złej jakości

Klasy I, II, III oznaczają dobry stan chemiczny,
Klasy IV , V oznaczają słaby stan chemiczny

,

RMŚ z 23.07.2008, Dz.U. nr 143 poz.896 z 6.08.08)

w sprawie kryteriów i sposobu oceny stanu wód podziemnych

c.d

wg 3.1

Ocena stanu chemicznego WPdz :

Dobry stan chemiczny WPdz –

to stan chemiczny WPdz, w którym

są spełnione warunki:

1. Skład chemiczny wód jest taki że:

a) stężenia substancji zanieczyszczających nie wskazuje efektów

dopływu wód słonych ani innych wód o jakości zagrażającej
zanieczyszczeniem wód

b) stężenia substancji zanieczyszczających nie przekraczają

standardów jakości ustalonych dla WPdz w przepisach odrębnych;

2. Poziom stężenia substancji zanieczyszczających nie może

prowadzić do:

a) nieosiągnięcia przez powiązane z nimi wody powierzchniowe

celów środowiskowych,

b) obniżenia jakości chemicznej lub ekologicznej tych części wód
c) powodowania znacznych szkód w ekosystemach lądowych

bezpośrednio zależnych od WPdz

RMŚ z 23.07.2008, Dz.U. nr 143 poz.896 z 6.08.08)

w sprawie kryteriów i sposobu oceny

stanu wód podziemnych

c.d

wg 3.1

:

Dobry stan chemiczny WPdz –

to stan chemiczny WPdz, w którym

są spełnione warunki c.d 1, 2 :

3. Zmiany przewodności elektrolitycznej nie wskazują na
dopływ wód słonych ani innych wód o jakości zagrażającej
zanieczyszczeniem wód.

Słaby stan chemiczny

WPdz –

to stan chemiczny WPdz, w którym

nie jest spełniony co najmniej jeden z warunków o których mowa w
ustępie 2 czyli że

poziom stężenia substancji zanieczyszczających

prowadzi do:

a) nieosiągnięcia przez powiązane z nimi wody powierzchniowe

celów środowiskowych,

b) obniżenia jakości chemicznej lub ekologicznej tych części wód
c) powodowania znacznych szkód w ekosystemach lądowych

bezpośrednio zależnych od WPdz

RMŚ z 23.07.2008, Dz.U. nr 143 poz.896 z 6.08.08)w sprawie

kryteriów i sposobu oceny stanu wód podziemnych

c.d :

Uwaga !

Cyt. 4 pkt 3

. Przy określaniu klasy jakości WPdz w punkcie

pomiarowym dopuszcza się przekroczenie wartości granicznej

elementów fizykochemicznych,

gdy jest ono spowodowane przez naturalne procesy,

z zastrzeżeniem, że to przekroczenie

nie dotyczy elementów fizykochemicznych

oznaczonych w załączniku do RMŚ symbolem „H”

i mieści się w granicach przyjętych dla kolejnej niższej klasy.

*

Cyt. 4 pkt 4.

W przypadku większej liczby badań

monitoringowych w ciągu roku, do porównań przyjmuje się

wartość średniej arytmetycznej stężeń badanych

elementów fizykochemicznych uzyskanych

z rocznych wyników badań monitoringowych w punkcie

pomiarowym.

Załącznik do RMŚ z 23.07.2008 Dz.U. 143 poz.896

Wartości graniczne elementów fizyko-chemicznych stanu wód poziemnych w klasach jakości

Element

Jednostka

Tło
hydrochemiczne

Wartości graniczne w klasach I - V

Elementy ogólne (5 elementów)

I

II

III

IV

V

pH

6,5 – 8,5

6,5 – 9,5

<6,5 lub > 9,5

OWO

mgC/l

1-10

5

10*

10*

20

>20

Przewodność w
20

o

C

µS/cm

200 – 700

700

2500

2500

3000

>3000

Temperatura

o

C

4-20

<10

12

16

25

>25

Tlen rozp.

mg/l

0-5

>1

0,5-1

<0,5

<0,5

<0,5

Elementy nieorganiczne (36 elementów)

Amonowy jon

mg/l

0-1

0,5

1,0

1,5

3

>3

Azotany

H

mg/l

0-5

10

25

50

100

>100

Azotyny

H

mg/l

0-0,03

0,03

0,15

0,5

1

>1

Chlorki

mg/l

2-60

60

150

250

500

>500

Chrom

H

mg/l

0,0001-0,010

0,01

0,05

0,05

0,1

>0,1

Fluorki

H

mg/l

0,05-0,5

0,5

1

1,5

2

>2

Kadm

H

mg/l

0,0001-0,0005

0,001

0,003

0,005

0,01

>0,01

Załącznik do RMŚ z 23.07.2008 Dz.U. 143 poz.896

c.d

Wartości graniczne elementów fizyko-chemicznych stanu wód poziemnych w klasach jakości

Element

Jedn.

Tło hydro-

chemiczne

Wartości graniczne w klasach 1 - 5

Elementy nieorganiczne (36 elementów)

I

II

III

IV

V

Kobalt

mg/l

0,001

0,02

0,05

0,2

1

>1

Magnez

mg/l

0,5-30

30

50

100

150

>150

Mangan

mg/l

0,01-0,4

0,05

0,4

1*

1*

>1

Miedź

mg/l

0,001-0,020

0,01

0,05

0,2

0,5

>0,5

Ołów

mg/l

0,001-0,010

0,01

0,025

0,1

0,1

>0,1

Siarczany

mg/l

5-60

60

250

250

500

>500

Wapń

mg/l

2-200

50

100

200

300

>300

Żelazo

mg/l

0,02-5

0,2

1

5

10

>10

Elementy organiczne (13 elementów)

AOX

H

-adsorbowane

mg/l

0-0,0001

0,01

0,02

0,06

0,3

>0,3

Benzen

H

mg/l

0

0,001

0,005

0,01

0,1

>0,1

Fenole

mg/l

0-0,001

0,001

0,005

0,01

0,05

>0,05

WWA

H

mg/l

10

-6

- 10

-4

10

-4

2 x10

-4

3x10

-4

5x10

-4

>5x10

-4

RMŚ z 23.07.2008, Dz.U. nr 143 poz.896 z 6.08.08)

w sprawie kryteriów i sposobu oceny

stanu wód podziemnych

c.d

wg 8.1

Ocena stanu ilościowego WPdz

:

Cyt. pkt 3 Ocenę stanu ilościowego

WPdz przeprowadza się przez ustalenie

wielkości rezerw zasobów WPdz jednolitej części WPdz

i interpretację wyników badań położenia zwierciadła WPdz

Cyt. pkt 5

Interpretcja wyników badań położenia zwierciadła WPdz polega

na ustaleniu skutków:

1)

Zmian położenia zwierciadła

WPdz, wynikających z działalności

człowieka, które może spowodować:
a)

Niespełnienie celów środowiskowych……

b)

Wystąpienie znacznych szkód w ekosystemach lądowych
bezpośrednio zależnych od WPdz

c)

Wystąpienie znacznego obniżenia zwierciadła WPdz

2)

Krótkotrwałych lub ciągłych zmian kierunku przepływu

WPdz...

występujących w ograniczonym obszarze, które mogą powodować dopływ
wód słonych lub innych o jakości zagrażającej zanieczyszczeniem WPdz.

WARUNKI ZAOPATRZENIA W WODĘ

przez STACJE WODOCIĄGOWE :

1. zapewnienie odpowiedniego źródła wody kierując się zasadą, że

czasem lepiej jest ujmować wodę o dobrej jakości z dalszej odległości
niż bardziej zanieczyszczoną choć ujmowaną w miejscu jej
zaopatrzenia

2. zabezpieczenie ujęcia wody przed wtórnym zanieczyszczeniem

(strefy ochronne)

3. dokładne określenia składu fizyko-chemicznego i biologicznego

ujmowanej wody - opracowanie wstępnej koncepcji
technologicznej (kilka wariantów do badań technologicznych)

4. uwzględnienie zmienności wody w czasie eksploatacji studni.

Zmienność składu wody w studni może trwać nawet kilka lat i na ogół
związana jest ze wzrostem zawartości żelaza i manganu, siarczanów,
twardości, amoniaku, znaczny spadek pH i wzrost zasolenia wody.

WARUNKI ZAOPATRZENIA W ZDROWĄ I CZYSTĄ WODĘ

przez STACJE WODOCIĄGOWE :

5. wykonanie dokładnych badań technologicznych nad doborem

optymalnego układu jej uzdatniania (nie należy dobierać układu
technologicznego na podstawie jednokrotnej analizy wody ze studni
wykonanej dla prób pobranych podczas próbnego 72 godzinnego
pompowania wody)

6. dobranie właściwej technologii uzdatniania wody dostosowanej

do składu ujmowanej wody i dostatecznie efektywnej do
spełnienia wymagań stawianych wodzie do spożycia -
opracowanie końcowej koncepcji technologicznej uzdatniania wody
(określenie wszystkich parametrów technologicznych zalecanych
procesów jednostkowych)

7. zastosowanie technologii, która będzie skuteczne w przypadku

pogorszenia się jakości wody w studnie w czasie jej eksploatacji