MGR INŻ. A
UKASZ WEBER
MGR INŻ. KAROL SZAMBELAC
CZYK
KONSULTANCI FORUM DYSKUSYJNEGO WODOCI
GÓW
POLSKICH DS. TECHNOLOGII WODY
PRAKTYCZNE PROBLEMY
ODŻELAZIANIA I ODMANGANIANIA
WÓD PODZIEMNYCH I SPOSOBY ICH ROZWI
ZANIA
1. WST
P
Technologia uzdatniania wody w zakresie jej odżelaziania i odmanganiania jest dobrze
rozpoznaną zarówno teoretycznie jak i technicznie dziedziną inżynierii środowiska.
Powszechnie znane i szczegółowo przebadane są warunki bio-fizyko-chemiczne w jakich
zachodzi usuwanie typowych form występowania żelaza i manganu.
Należy jednak rozgraniczy skalę modelową, czy pilotową od technicznej. W pierwszym
przypadku stosunkowo łatwo zapanować nad zachodzącymi procesami i tym samym uzdatni
wodę do wymaganego poziomu. Skala techniczna natomiast pokazuje, że mnogość
czynników warunkujących ostateczny efekt jest niejednokrotnie trudna do skoordynowania i
drobne, czasami pozornie niezwiązane elementy, często są przyczyną poważnych problemów.
Przedmiotem niniejszego artykułu są właśnie problemy pojawiające się w Zakładach
Uzdatniających Wodę Podziemną. Okazuje się jednak, że szczegółowa analiza techniczno 
technologiczna, poparta odpowiednimi badaniami pozwala ustali przyczyny problemów, a
następnie je rozwiązać.
Poniżej zostaną przedstawione trzy przykłady SUW pracujących w oparciu o następujące
procesy technologiczne:
- napowietrzanie otwarte  filtrację pospieszną na filtrach otwartych wypełnionych
wysokim złożem jednowarstwowym: Zakład A;
- napowietrzanie otwarte  filtrację pospieszną na filtrach ciśnieniowych, wypełnionych
złożem dwuwarstwowym: Zakład B;
- napowietrzanie ciśnieniowe  filtrację pospieszną na filtrach ciśnieniowych wypełnionych
niskim złożem jednowarstwowym, pracujących w zmiennych warunkach hydraulicznych:
Zakład C.
W każdym z przedstawionych Zakładów występowały określone problemy, wpływające na
jakość wody uzdatnionej, która nie mieściła się w obowiązujących przepisach. Problemy te
udało się jednak, w stosunkowo prosty sposób rozwiązać.
1
2. ZAKA
AD A
Pierwszy z zaprezentowanych układów technologicznych to klasyczny, dość prosty i
zazwyczaj skuteczny system uzdatniania wody wykorzystujący właściwie dwa procesy
technologiczne:
- napowietrzanie, odgazowanie  w systemie otwartym
- filtrację grawitacyjną na złożach kwarcowych.
Schemat układu technologicznego przedstawia rysunek 1.
Omawiana stacja produkuje ok. 3000 m3 na dobę. Ujmuje wodę z czwartorzędowych studni
głębinowych o zawartości żelaza na średnim poziomie ok. 1,50 mgFe/L, manganu 0,60
+
mgMn/L i amoniaku ok. 0,35 mgNH /L.
4
Surową wodę napowietrza się w systemie otwartym, przy użyciu dysz białostockich, a
następnie przetrzymywana jest w komorze reakcji, skąd dalej grawitacyjnie trafia na filtry.
Filtracja wody odbywa się na czterech filtrach o powierzchni 7,5 m2 każdy i wysokości złoża
ok. 1,8  2,0 m. Nad filtrami utrzymywany jest w miarę stały słup wody  ok. 0,5  0,6 m.
Filtry regulowane są na odpływie  poprzez przymykanie, bądz
otwieranie zasuw.
Regulacja przepływu wody przez filtry odbywa się każdorazowo, gdy załączana lub
wyłączana jest jedna ze studni głębinowych, bądz
w sytuacji, gdy jeden z filtrów jest płukany.
Cykl filtracyjny trwa ok. 2 doby. Płukanie, tylko wodą, prowadzone było z intensywnością
ok. 15,0 l/s" m2, przez czas ok. 20 min.
Podstawowy problem, jaki pojawił się na stacji polegał na przekroczeniu stężenia manganu i
żelaza w wodzie uzdatnionej. Istotnym jest fakt, że część filtrów pracowała poprawnie, a
część zupełnie odstawała od normy, mimo, że pozornie eksploatacja każdego złoża
przebiegała identycznie. Prowadzone analizy laboratoryjne raz wskazywały znaczne
przekroczenie stężenia manganu i żelaza na odpływie, innym razem natomiast stężenie
manganu po filtracji było bliskie normy.
Wartości stężenia manganu po filtracji dochodziły nawet do 0,26 mgMn/L, a stężenie żelaza
w filtracie, w ekstremalnych, wychwyconych sytuacjach osiągało ok. 1,45 mgFe/L.
Ze względu na małą wartość poznawczą wykonanych analiz, wynikającą z braku
dostatecznych informacji o okolicznościach poboru próby, związanych z przepływem wody
przez filtr, czy też godziną cyklu filtracyjnego wprowadzono szczegółową kontrolę
laboratoryjną ciągu technologicznego.
Dla uzmysłowienia sobie wszystkich elementów pracy układu technologicznego należy
wspomnieć o jednym, bardzo ważnym, aczkolwiek pozornie niezwiązanym aspekcie pracy
SUW. Chodzi o wprowadzone do procedur eksploatacyjnych tzw. szczyty energetyczne, czyli
okresy, w których energia jest znacznie droższa i w związku z tym unika się wówczas pracy
urządzeń elektrycznych. Na omawianej SUW tzw.  szczyt poranny , zaczynał się ok. godz.
800 i trwał przez dwie godziny do 1100, natomiast popołudniowy od 1800 do 2200. W tym czasie
obsługa starała się wyłączyć możliwie największą ilość pomp głębinowych. Wcześniej jednak
konieczne było maksymalne napełnienie zbiorników retencyjnych. W czasie trwania  szczytu
energetycznego w zasadzie tłoczono tylko wodę do miasta, korzystając z rezerw.
Pewnym utrudnieniem w takiej eksploatacji stacji była niska pojemność zbiorników
retencyjnych  zaledwie 270,0 m3 (wprawdzie retencja całkowita wynosiła ok. 1000 m3,
jednak nawyki zmianowych, jak i warunki techniczne  związane z antykawitacyjną
nadwyżką wysokości ssania pomp tłoczących wodę na miasto powodowały, że rzeczywiście
wykorzystywano niespełna 1/3 zmagazynowanych rezerw wody.
2
Rysunek 1. Schemat technologiczny  Zakład A.
Wspomniane 270 m3 to ilość wody, która z ledwością wystarczała na pokrycie
dwugodzinnego zapotrzebowania miasta w okresie zimowym.
Przedstawiony wykres 1 obrazuje przykładową dobę marcową. Wyraz
nie można na nim
zauważyć dwa szczyty energetyczne  objawiające się zmniejszeniem wydobycia wody
surowej.
Wykres 1. Praca ujęcia na tzw.  szczyty energetyczne
250
200
Woda uzdatniona
150
Woda surow a
100
Przedpołudniow y szczyt
energetyczny
8:00 - 11:00
Popołudnoiw y szczyt
energetyczny
50
18:00 - 21:00
0
6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00
Godziny pracy s tacji
W przedstawionej dobie ekpsloatowane były tylko dwa filtry, w wyniku czego prędkości
filtracji wahały się w granicach od 3,0 m/h w godzinach nocnych do 12,0 m/h w godzinach
maksymalnej produkcji. W czasie wyraz
nie widocznego szczytu przedpołudniowego
3
Przepływ w ody s urow ej i uzdatnionej [m 3/h]
prędkość filtracji najpierw została zmniejszona o 5,0 m/h, by po szczycie energetycznym
wzrosnąć do blisko 13,0 m/h. Różnice w przpeływach w czasie szczytu popołudniowego były
jeszcze wyższe (v wzrosła o 100 %).
f
Aby dokładnie rozeznać się w pracy złóż filtracyjnych, rozpoczęto badania podstawowych
wskaz
ników jakości wody uzdatnionej (zwłaszcza żelaza oraz manganu) w różnych
charakterystycznych momentach pracy (w różnych godzinach cyklu filtracyjnego, przy
zmiennych obciążeniach, w czasie pracy różncych studni głębinowych). Wkrótce okazało się,
że szczególnie niekorzystne wyniki są notowane przy dużych prędkościach filtracji oraz pod
koniec pracy filtrów w danym cyklu  przy czym drugie z wymienionych kryteriów było
bardziej miarodajne i powtarzalne.
Oznaczałoby to m.in., że w miarę upływu czasu pracy filtra, w trakcie trwania cyklu
filtracyjnego następuje pogorszenie warunków katalitycznego usuwania manganu na
powłokach MnO , pokrywajacych ziarna złoża filtracyjnego.
2
Elementami eksploatacyjnymi, które na omawianej SUW mogły utrudniać skuteczne
odmanganianie wody były:
- opisana skokowa eksploatacja złoża nastawiona na szczyty energetyczne,
- okresowe przeciążanie złóż filtracyjnych.
Biorąc jeszcze pod uwagę wspomanianą wcześniej zależność, która wskazywała na
pogorszenie efektów usuwania manganu wraz ze zwiększeniem prędkości filtracji można było
wywnioskować, że:
- złoże posiada zdolność do usuwania manganu  czyli na ziarnach są rozwinięte powłoki
katalityczne,
- ilość wytworzonych powłok jest albo zbyt mała (raczej mało prawdopodobne ponieważ
złoża działały dość długo  kilka lat)  albo wytworzone powłoki są w jakiś sposób
dezaktywowane (blokowane).
Podjęto decyzję o eksperymentalnym wyznaczniu wpływu prędkości filtracji na efektywność
odmanganiania wody. Uzyskane wyniki przedstawiono na wykresie 2.
0,35
Zmiana stężenia
0,30
manganu podczas
zmniejszania prędkości
0,25
filtracji
0,20
Zmiana stężenia
0,15 manganu podczas
zw iększania prędkości
0,10 filtracji
0,05
0,00
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Prędkość filtracji [m/h]
Wykres 2. Ustalony doświadczalnie wpływ prędkości filtracji na efekty odmanganiania.
4
Stężenie manganu [mgMn/L]
Trend jest wyraz
ny. W miarę jak zwiększa się prędkość filtracji, następuje stopniowe
zwiększenie stężenia manganu w filtracie. Krótko mówiąc ilość powłok MnO w złożu
2
filtracyjnym nie jest w stanie zaadsorbować i utlenić dopływającego z większym ładunkiem
manganu Mn+2. Jednak jeszcze ciekawszym jest obraz zmian stężenia manganu w filtracie w
trakcie zmniejszania prędkości. Okazuje się bowiem, że po zakończeniu testu, po
zmniejszeniu prędkości filtracji, złoże nie doszło do swojego wyjściowego stanu, uzyskując
np. przy 4,0 m/h stężenie o ponad 50 % wyższe niż w początkowej fazie eksperymentu.
Ponadto w trakcie zwiększania prędkości filtracji stwierdzano przebicia żelaza, którego
stężenie wzrastało grubo ponad dopuszczalną normę.
Wielu informacji co do przyczyn problemów i ich skutków dostarczyła analiza popłuczyn. Na
omawianej stacji filtry płukano z dość dużą intensywnością, ale tylko przy użyciu wody. Ze
względu na konstrukcję drenażu belkowego niemożliwe było płukanie powietrzem.
Płukanie testowe przykładowego filtra wykazało, że ilość zgromadzonego żelaza w dolnej
części złoża jest bardzo duża (żelaza zgromadzonego w strefie odmanganiania, blokującego
adsorbcję manganu na powłokach MnO ). Płukanie takie przeprowadzono w następujący
2
sposób:
- etap I   normalne płukanie złoża do czystości,
- etap II ponowne płukanie filtra, zaraz po zakończeniu I etapu.
Pierwsze płukanie zapewniło dość dobre usunięcie żelaza ze złoża i właściwie woda
popłuczna była klarowna po ok. 15,0 min płukania wodą. Jednak jak się okazało, płukanie w
etapie II spowodowało ponowne odpłukanie żelaza w ilości nie ustępującej płukaniu w etapie
I. Świadczy to o dużym stopniu zanieczyszczenia wgłębnych części złoża żelazem, które
uniemożłiwiało właściwe odmanganianie wody. Co więcej w trakcie drugiego płukania  po
usunięciu żelaza, popłuczyny zaczęły zmieniać kolor. Stając się brunatno-czarne, świadczyły,
że w trakcie płukania ziarna uległy dość dobremu oczyszczeniu z żelaza i zostały odsłonięte
powłoki manganowe.
Oczywiście na początku ilość usuniętych związków manganu była nieznaczna.
Reasumując przyczyny problemów z usuwaniem manganu w omówionym przypadku wiązały
się z:
- skokową eksploatacją ujęcia, nastawioną na szczyty energetyczne, która powodowała, że
wahania prędkości filtracji wynosiły nawet do 100,0 %, przy czym błędem
eksploatacyjnym było szybkie załączanie kilku pomp głębinowych jednocześnie, a nie
pojedynczo z zachowaniem odstępów czasowych, które pozwalałyby stopniowo
(łagodnie) zwiększać przepływ przez filtry,
- brakiem technicznych możliwości płukania filtrów powietrzem, które pozwoliłoby
utrzymać powłoki katalityczne we właściwym stanie  usuwać utleniane na nich żelazo
blokujące odmanganianie,
- eksploatacją stacji na wysokich prędkościach filtracji  na dwóch filtrach, mimo, że
można było eksploatować wszystkie cztery  w wyniku czego potęgowały się ujemne
skutki skokowych zmian prędkości,
- migrująca głęboko w złoże strefa odżelaziania  zwiększająca się proporcjonalnie do
wzrastającej prędkości filtracji, czy postępująca skokowo, w zależności od stopnia
uderzenia hydraulicznego (zmienności obciążenia hydraulicznego złoża)  tzw. zjawisko
zrywania żelaza omówione w jednym z kolejnych przykładów.
Podstawowe zalecenia i zmiany eksploatacyjne, które pozwoliły przywrócić stosunkowo
szybko właściwe efekty usuwania z wody manganu polegały w tym przypadku m.in. na:
5
1. Rezygnacji ze szczytów energetycznych i tym samym ze skokowej eksploatacji ujęcia,
co związane było m.in. z nakazem załączania nie więcej niż jednej pompy głębinowej
jednocześnie (rozciąganiem załączania pomp głębinowych w czasie).
2. Wykorzystaniem w maksymalnym stopniu pojemności retencyjnej zbiorników wody
czystej  i tym samym zmniejszenie ilości załączeń pomp głębinowych na dobę; po
pewnym czasie zmianowi doszli do takiej wprawy, że w niektórych dobach załączano
tylko raz pompę głębinową, w wyniku czego prędkość filtracji na złożach zmieniała
się minimalnie. Poniżej zamieszczono przykładowy wykres (nr 3) eksploatacji ujęcia
po wprowadzeniu zaleceń.
Wykres 3. Praca ujęcia po rezygnacji ze szczytów energetycznych.
250
200
Przepływ w ody uzdatnionej
150
Przepływ w ody surow ej
100
50
0
6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00
Godziny pracy stacji
3. Dokładnym wypłukaniu złóż filtracyjnych - kilkakrotnym płukaniu jednego złoża po
każdym cyklu filtracyjnym zmiennym strumieniem wody (w miarę możliwości
technicznych), do momentu pojawienia się  czarnych popłuczyn . W tym miejscu
należy zaznaczyć, że za pierwszym  wieloetapowym płukaniem nie udało się dobrze
oczyścić powłok katalitycznych  na jednym z filtrów trzeba było kilku takich
intensywnych płukań, by  dotrzeć do warstw odmanganiających; jednocześnie w
momencie, gdy pojawiły się tlenki manganu w popłuczynach, laboratorium
odnotowywało poprawienie jakości filtratu (zmniejszenie stężenia manganu po
filtrach),
4. Wprowadzeniu eksploatacji na wszystkich filtrach  uzyskano w ten sposób niższe
prędkości filtracji i tym samym niższe wysokości złoża potrzebne do usunięcia żelaza.
Eksploatacja filtrów otwartych wymaga przestrzegania pewnych specyficznych reżimów
technologicznych. Kluczowym elementem, który często szwankuje w takich układach
(zwłaszcza starszych, długo eksploatowanych) jest system regulacji przepływu. W chwili
obecnej na rynku istnieją sprawne zawory, czy systemy regulacyjne.
Bardzo ważnym jest również podgląd ciśnienia wody po filtrze, co daje informacje, jak w
trakcie pracy przyrastają straty spowodowane zatrzymanym w złożu żelazem. Na stacji
omówionej w przykładzie zalecono zamontowanie piezometrów na rurociągu
odprowadzającym wody po filtrze. System bardzo prosty, a jednocześnie niezwykle pomocny
w ocenie hydrauliki złóż. Na tej podstawie można m.in. stwierdzić, czy w złożu filtracyjnym
tworzą się strefy podciśnienia, wprowadzające znaczne zakłócenia w procesie odżelaziania i
odmanganiania wody, oraz czy i jak duże jest zerwanie żelaza zatrzymanego podczas filtracji.
6
Przepływ wody surowej i uzdatnionej [m3/h]
Omawiany Zakład A właściwie nie poniósł żadnych kosztów, uzyskania dobrych wyników
uzdatniania wody. Wystarczyło przeanalizować pracę stacji, wykonać kilka podstawowych
badań technologicznych i zmienić sposób eksploatacji.
3. ZAKA
AD B
Kolejny z przedstawiony zakładów uzdatnia wodę z ujęć trzeciorzędowych. Problemy, z
jakimi spotkali się pracownicy ujawniły się na początku jej eksploatacji  w trakcie
wpracowania złóż.
Wodociąg dysponuje piętnastoma studniami o głębokości ok. 100,0 m każda. Wodę surową
cechuje podwyższona zawartość związków żelaza (0,6  1,6 mgFe/L), manganu (0,2  0,3
+
mgMn/L) oraz amoniaku (0,65  0,9 mgNH /L. Wartość wyżej wymienionych wskaz
ników
4
zmienia się wraz z eksploatowaną studnią głębinową.
Ujmowaną wodę głębinową poddaje się napowietrzaniu na kaskadach, po których trafia ona
do zbiornika reakcji o objętości ok. 100,0 m3. Zapewnia to w maksymalnych  letnich
godzinach pracy ujęcia czas przetrzymania ok. 0,5 h. Z komory reakcji woda napowietrzona
tłoczona jest na filtry ciśnieniowe. Układ uzdatniania został podzielony na dwa równoległe
ciągi technologiczne składające się z dwóch pomp drugiego stopnia oraz trzech filtrów
ciśnieniowych. Woda przefiltrowana jest chlorowana, przy użyciu podchlorynu sodu i
gromadzona w zbiornikach wody czystej skąd poprzez pompownię III stopnia, sterowaną
falownikiem, trafia do odbiorców.
Stacja dysponuje sześcioma filtrami ciśnieniowymi o średnicy 2,40 m, co daje całkowitą
powierzchnię filtracji ok. 27,1 m2. Do uzdatniania wody wykorzystano złoża antracytowo 
kwarcowe o całkowitej wysokości 1,60 m (1,00 m warstwy antracytu oraz 0,60 m warstwy
kwarcu).
Filtry płukane są co siedem dni wodą surową, zaś cykl płukania składa się z następujących
faz:
- wstępne płukanie wodą  3 min (przepływ ok. 160 m3/h, intensywność 9,83 l/s*m2)
- przerwa  1 min,
- płukanie powietrzem  3 min,
- przerwa  12 min,
- płukanie wodą  4 min (taka sama intensywność jak za pierwszym razem)
- spust pierwszego filtratu - 2 min.
Popłuczyny oraz pierwszy filtrat odprowadzane są do odstojnika skąd woda nadosadowa
trafia do kanalizacji, zaś osad, który zsedymentuje jest okresowo usuwany.
Eksploatacja stacji została w zasadzie w pełni zautomatyzowana. Obsługa ręczna ogranicza
się do kontroli ruchu urządzeń, obserwacji poziomu wody w zbiorniku wody czystej oraz
dostosowywaniu produkcji wody do zapotrzebowania, poprzez załączenie lub wyłączanie
studni głębinowych.
Schemat stacji przedstawiono na rysunku 2.
Opisany wyżej układ technologiczny pracuje od 2002 roku. Eksploatowane wcześniej filtry
wypełnione złożami kwarcowymi, poprzedzone aeracją ciśnieniową, nie zapewniały
właściwych efektów uzdatniania wody. W związku z czym podjęto decyzję o modernizacji
systemu uzdatniania. Zdecydowano się zastosować technologię opartą o wspomniane złoża
antracytowo-kwarcowe. Wszystkie prace musiały być prowadzone na  żywym organizmie .
Dlatego podjęto najpierw działania związane z modernizacją jednej części filtrowni (Filtrowni
7
Rysunek 2. Schemat technologiczny  Zakład B.
Nr I), zaś po ich ukończeniu i włączeniu filtrów do ruchu, przystąpiono dopiero do
modernizacji drugiej części filtrów (Filtrowni Nr II).
Przez pewien okres czasu (ok. jednego roku) stacja pracowała na połowie swojej docelowej
powierzchni filtracji. Projekt przewidywał produkcję wody na zmodernizowanej Stacji z
prędkością ok. 6,0  8,0 m/h. Po włączeniu pierwszej filtrowni i pracy w warunkach
znacznego przeciążenia, uzyskiwano prędkości filtracji znacznie przekraczające 12,0 m/h
(niejednokrotnie do 15,0  17,0 m/h), co podyktowane było koniecznością produkcji wody
tylko na trzech (z przewidzianych sześciu) filtrach.
Ponadto podjęto decyzję o rezygnacji z wspomagania wpracowania filtrów (proponowanego
przez projektantów) przy użyciu nadmanganianu potasu decydując się (i słusznie) na
całkowicie naturalne prowadzenie tego procesu. Dodatkowo częściowo wykorzystywane były
stare urządzenia, niedopasowane do nowych technologii.
Krótko mówiąc na etapie prac modernizacyjnych trudno było uzyskać warunki sprzyjające
wpracowaniu filtrów do usuwania manganu
Efekt tych wszystkich czynników był taki, że analiza stężenia manganu w wodzie po filtrach
wykazywała przez bardzo długi okres brak jakichkolwiek efektów pracy złóż (zaledwie ok.
20,0 % usuwanie manganu, związane prawdopodobnie z sorpcją i współstrącaniem manganu
dwuwartościowego na wodorotlenku żelazowym).
Stężenie manganu w wodzie uzdatnionej przez cały okres wpracowania filtra nr I  z
pierwszej filtrowni przedstawiono na wykresie 4. Pionową linią zaznaczono czas, po jakim do
ruchu została włączona druga z modernizowanych filtrowni, przez co prędkość filtracji spadła
do zakładanych na etapie projektu 6,0  8,0 m/h. Od tego momentu można mówić o
powolnym wpracowaniu złóż do usuwania manganu. W sumie, czas ten dla przedstawionego
na wykresie filtra, wyniósł ok. 550,0 dni. W przypadku drugiej filtrowni, pracującej od
początku z zaprojektowaną prędkością filtracji, przebieg procesu wpracowania złoża do
usuwania manganu wyglądał nieco inaczej. Przestawiono go na wykresie 5. Jak widać w tym
przypadku czas ten był zdecydowanie krótszy, choć i tak 300 dni wpracowania złoża do
usuwania manganu jest okresem znaczącym.
8
Wykres 4. Zakład B. Wpracowanie złoża antracytowo  kwarcowego do usuwania manganu  filtr I.
Wpracowanie filtra FI - Filtrownia nr I
0,35
Mom ent włączenia II filtrowni
- spadek średniej prędkości
0,30
filtracji
z 12,0 m /h do 6,0 m /h
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
Czas wpracowania [doby]
Wykres 5. Zakład B. Wpracowanie złoża antracytowo  kwarcowego do usuwania manganu  filtr IV.
Wpracowanie filtra FIV - Filtrownia nr II
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Czas wpracowania [doby]
Próbując wykazać przyczyny tak długiego czasu wpracowania złóż (zwłaszcza złóż II
filtrowni) do usuwania manganu należałoby zwrócić uwagę na kilka nieprawidłowości
eksploatacyjnych.
W pierwszej kolejności płukanie filtrów. Na wielu wodociągach (w tym również w
początkowym etapie rozruchu na wodociągu we Wrześni) płucze się filtry wodą uzdatnioną,
która wcześniej została zachlorowana (najczęściej przy użyciu podchlorynu sodu). Biorąc pod
uwagę fakt, że uzdatnianie wody jest efektem współdziałania procesów fizycznych,
chemicznych i biologicznych stosowanie dezynfekantów może skutecznie uniemożliwiać,
bądz
zakłócać rozwój bakterii uczestniczących w utlenianiu azotu amonowego, ale również
usuwaniu żelaza i manganu. Rola bakterii utleniających mangan jest szczególnie istotna na
etapie wpracowania filtrów do usuwania związków Mn(II).
9
Stężenie Mn w wodzie uzdatnionej [mg/L]
Stężenie Mn w wodzie uzdatnionej [mg/L]
Przypuszczalnie zatem, wykorzystanie do płukania filtrów wody zachlorowanej mogło
wpłynąć na wydłużenie czasu wpracowania filtrów.
Z tego względu w Zakładzie B podjęto decyzję o zamianie wody wykorzystywanej do
płukania z wody uzdatnionej (czyt. zachlorowanej) na wodę surową. Oprócz aspektów
technologicznych przemówiły za tym również aspekty ekonomiczne  mamy bowiem do
czynienia z wodą  najtańszą  jednokrotnie pompowaną i nieuzdatnianą.
Kolejnym elementem, który znacznie opóz
nił wpracowanie złóż do usuwania manganu w
przypadku pierwszej filtrowni (filtrowni przeciążonej) był prawdopodobnie zbyt długi cykl
pracy filtrów. Ustalenie sztywnego czasu cyklu (wspomnianych 7 dni) było przyczyną
głębokiego przenikania zawiesin wodorotlenku żelazowego. Strefa odżelaziania
prawdopodobnie zajmowała całą warstwę antracytu, docierając do piasku kwarcowego.
Prowadzone póz
niej badania w skali pilotowej na identycznych złożach i identycznej wodzie,
wykazały, że przy prędkości filtracji powyżej 12,0 m/h w początkowych cyklach filtracyjnych
żelazo może przenikać przez całe złoże już przy 4 dniowym cyklu filtracyjnym. Oczywiście
w miarę wpracowania złoża tlenkami żelaza sytuacja ulega poprawie, niemniej brak korelacji
pomiędzy długością trwania cyklu filtracyjnego, prędkością filtracji i jakością wody surowej
może być bezpośrednią przyczyną problemów z usuwaniem żelaza z wody, a pośrednio z
usuwaniem manganu (czy wpracowaniem do usuwania manganu). Ustalenie takiej korelacji
powinno nastąpić: w przypadku nowoprojektowanej stacji uzdatniania wody na etapie
odpowiednich badań pilotowych, zaś w przypadku stacji istniejących  działających, w
wyniku odpowiednich czynności, lub badań technologicznych.
Można zatem przypuszczać, że w przypadku wpracowania filtrów antracytowo  kwarcowych
pierwszej filtrowni w Zakładzie B zatrzymanie związków żelaza wymagało złoża
filtracyjnego wyższego niż warstwa antracytu, w wyniku czego przenikające w dolne (z
założenia odmanganiajace) warstwy filtra żelazo skutecznie ograniczało uzyskanie
właściwych efektów usuwania związków Mn(II). Określone orientacyjnie pojemności
masowe jakie musiałyby uzyskać filtry filtrowni I (pracujące z przeciążeniem) kształtowały
się w granicach 3500,0  3800,0 g/m2 (!). Biorąc pod uwagę doświadczenia eksploatacyjne,
jak i prowadzone badania pilotowe, na złożach antracytowo  kwarcowych maksymalnie
uzyskiwano pojemności rzędu 2500,0 g/m2.
Krótko mówiąc, na etapie modernizacji SUW i wpracowania złóż filtracyjnych, głównym
czynnikiem opóz
niającym ten proces była nadmiernie rozwinięta strefa usuwania żelaza,
która wkraczała w warstwy kwarcu. W tym miejscu należy zwrócić uwagę, na bardzo dobrze
opracowany przez projektantów system płukania filtrów  dzięki czemu m.in. ostatecznie
udało się skutecznie wpracować złoża filtracyjne.
Ostatnia z możliwych przyczyn problemów z wpracowaniem złóż antracytowo  kwarcowych
do usuwania manganu wiąże się ze zmiennym obciążeniem filtrów. Jak zostało opisane w
początkowej części punktu, woda napowietrzona, ze zbiornika reakcji jest tłoczona przy
użyciu pompowni drugiego stopnia na filtry. Pompownia ta, stanowi kluczowy element
całego układu hydraulicznego uzdatniania wody. Pompy są sterowane falownikiem względem
poziomu wody w zbiorniku reakcji. Jeżeli pracownik stacji dołącza studnię głębinową,
wzrasta przepływ wody surowej i tym samym podnosi się poziom wody w zbiorniku reakcji.
Wówczas następuje automatyczne zwiększenie obrotów pomp II stopnia i zwiększa się
przepływ wody na filtry. Ze względu na inercję całego układu  odpowiedz
 pomp II stopnia
na dołączenie pompy głębinowej i zwiększenie poziomu w zbiorniku reakcji nie jest
 jednoznaczna i natychmiastowa . Układ z reguły przez pewien czas (średnio ok. 15,0  20,0
min) dopasowuje przepływ wody przez filtry do przepływu wody surowej. Po tym czasie
przepływ przez filtry jest stabilny. Na chwilę obecną skoki przepływu przez filtry nie są duże
10
(osiągając ok. +/- 10,0 % wartości) i wiążą się jedynie z załączaniem, bądz
wyłączaniem
pomp głębinowych. Jednak na etapie rozruchu Stacji i wpracowania filtrów, dopracowywany
był również układ pompowania II stopnia. Wówczas różnice w przepływach wody przez filtry
dochodziły nawet do 100 %!
Zmienność hydrauliczna pracy złóż filtracyjnych, usuwających żelazo z wody jest przyczyną
wielu komplikacji w ich eksploatacji. Wiąże się przede wszystkim z niekontrolowanym
zrywaniem żelaza zatrzymanego w górnych warstwach złoża i migracją zawiesin
wodorotlenku w głąb złoża, a nawet do odpływu.
Dzięki zainstalowanemu w Zakładzie B mętnościomierzowi na rurociągu wody uzdatnionej
(bezpośrednio po filtracji) możliwa jest obserwacja zrywania żelaza ze złoża filtracyjnego w
wyniku zmiany obciążenia hydraulicznego filtrów (w wyniku zwiększania przepływu wody
tłoczonej przez pompownię II stopnia). Na rysunku 3 przedstawiono właśnie taką sytuację.
Zwiększenie przepływu przez filtry spowodowało wyraz
ne zwiększenie mętności.
Pobrane w momencie zerwania żelaza próby wody przefiltrowanej cechowały się
zdecydowanie przekroczoną zawartością wszystkich podstawowych wskaz
ników jakości:
głównie zawiesin żelaza, manganu, barwy i mętności, które przedostawały się do zbiornika
wody czystej (gdzie sedymentowały, tworząc osad na dnie zbiornika).
Na chwilę obecną pompownia II stopnia pracuje bez zarzutu. Na rysunku 4 przedstawiono
przykładową dobę z ostatnich miesięcy. Wyraz
nie różni się ona od wcześniejszej. Stabilna
praca pompowni II stopnia, stały przepływ wody przez filtry, przyczynia się do wysokiej
jakości uzdatnianej wody i braku zerwań zatrzymanych na złożu zawiesin.
Doświadczenia eksploatacyjne w Zakładzie B związane z problemami na etapie
wpracowania złóż do usuwania manganu wykazują następujące elementy, które mogły
przyczynić się do znacznego opóz
nienia i wydłużenia tego procesu:
- płukanie filtrów zachlorowaną woda uzdatnioną, dezaktywującą organizmy zasiedlające
złoża filtracyjne (m.in. bakterie manganowe oraz nitryfikacyjne),
- przeciążenie złóż w pierwszym etapie pracy filtrowni Nr I  prędkość filtracji wynosiła >
12,0 m/h, w wyniku czego strefa usuwania żelaza zajmowała całą warstwę antracytu oraz
częściowo warstwę kwarcu, która nie mogła się wpracować do usuwania manganu,
- nieprawidłowa praca pompowni II stopnia (tłoczącej wodę napowietrzoną na filtry) w
początkowym etapie eksploatacji złóż, związana z dużą zmiennością przepływu wody
przez filtry, co przyczyniało się do zrywania zatrzymywanego w górnej części złoża
żelaza, a objawiało się m.in. wzrostem mętności obserwowanym dzięki zamontowanemu
na rurociągu wody przefiltrowanej mętnościomierzowi.
Na chwilę obecną stacja pracuje bez najmniejszego zarzutu. Złoża uległy stabilnemu
wpracowaniu, w wyniku czego stężenie manganu w wodzie przefiltrowanej znajduje się na
granicy błędu stosowanej metody analitycznej na poziomie około 0,015 mgMn/L, wykazując
jednocześnie bardzo dużą stabilność w czasie. Właściwie od momentu trwałego wpracowania,
ani razu nie zanotowano przekroczeń stężenia manganu powyżej 0,03 mgMn/L (!), bez
względu na rozbiór czy dzień cyklu filtracyjnego. Wypracowany siedmiodniowy cykl
filtracyjny daje optymalne efekty technologiczne, przy dobrym współczynniku ilości wody
wyprodukowanej do wykorzystanej na płukanie filtrów.
11
Rysunek 3. Zakład B. Praca układu technologicznego przed wyregulowaniem pompowni II stopnia (charakterystyczne zaburzenia przepływu wody przez filtrownie, mające
bezpośrednie przełożenie na mętność wody uzdatnionej  zrywanie żelaza)
Mętność wody po
filtrach
Rozbiór wody
Przepływ wody
przez filtrownie
Rysunek 4. Zakład B. Praca układu technologicznego po wyregulowaniu pompowni II stopnia (brak zaburzeń przepływu, przez co mętność wody uzdatnionej  mierzona
bezpośrednio po filtrach, jest niezmienna)
Mętność wody po
filtrach
Rozbiór
Przepływ wody
wody
przez filtrownie
13
14
4. ZAKA
AD C
Kolejny z zakładów to wiejska stacja uzdatniania wody oddana do użytku w 1995 roku, i jak
na tamte czasy był to obiekt bardzo nowoczesny, w pełni zautomatyzowany i z założenia -
bezobsługowy. Podstawowym zadaniem zaprojektowanego układu technologicznego jest
usunięcie z ujmowanej wody trzeciorzędowej ponadnormatywnych zawartości żelaza,
manganu, i amoniaku. Schemat stacji przedstawiono na rys. 5. W skład systemu
technologicznego SUW wchodzą następujące urządzenia:
- aerator ciśnieniowy,
- zbiornik reakcji,
- pompy II stopnia (międzyoperacyjne),
- filtry ciśnieniowe z wypełnieniem z piasku kwarcowego,
- zbiorniki wody czystej - retencyjne.
Na stacji zainstalowano 4 filtry o średnicy 1,0 m co daje:
- jednostkową powierzchnię filtracji równą: 0,785 m2,
- sumaryczną powierzchnię filtracji równą: 3,14 m2.
Zgodnie z projektem filtry zasypane zostały warstwą piasku kwarcowego o wysokości około
0,8 m spoczywającej na 20-to centymetrowej warstwie podtrzymującej. Płukanie filtrów
odbywa się automatycznie po upływie zaprogramowanego czasu pracy pomp głębinowych
(ok. 80 godzin) wg reżimu:
- płukanie powietrzem  przez czas ok. 3,0 min z intensywnością płukania: 31,8 m3/m2"h,
- płukanie wodą uzdatnioną, pompowaną ze zbiornika wody czystej  przez czas około 15,0
min z intensywnością płukania: 14,33 m3/m2"h (3,98 L/s"m2).
Przefiltrowana woda jest dezynfekowana podchlorynem sodu przed zbiornikiem reakcji.
Sterowanie automatyczne pracą SUW w Nowym Folwarku uzależnione zostało od rozbioru
wody. Poziom wody w zbiornikach retencyjnych steruje ilością pracujących pomp
międzyoperacyjnych (II stopnia). Te z kolei czerpią wodę ze zbiornika reakcji, zasilanego
przez pompy głębinowe. Pompy głębinowe załączają się, gdy poziom wody w zbiorniku
reakcji osiągnie założoną wartość minimalną, a wyłączają się, gdy osiągnie wartość
maksymalną. Im więcej pracuje pomp II stopnia, tym szybciej wypompowywana jest woda ze
zbiornika reakcji, i tym częściej załączają się pompy głębinowe. W ekstremalnej sytuacji
rozbiorów maksymalnych pracują dwie pompy głębinowe oraz trzy (z czterech) pompy
międzyoperacyjne (II stopnia).
Zakład C zaopatruje w wodę obszar z zabudową jednorodzinną oraz drobne
gospodarstwa rolne. Stacja pracuje okresowo, przez kilka-kilkanaście godzin dziennie w
zależności od wymaganego zapotrzebowania na wodę. Ze względu na charakter zasilanego
obszaru rozbiory cechują się bardzo dużą nierównomiernością sezonową oraz dobową.
Obserwacja tych zmienności możliwa była dopiero po wprowadzeniu stałego monitoringu
stacji i archiwizacji rejestrowanych przepływów wody uzdatnionej oraz czasów pracy pomp
głębinowych i pośrednio pomp międzyoperacyjnych (II stopnia). Okazało się wówczas, że
różnice pomiędzy minimalnymi rozbiorami  zimowymi a maksymalnymi rozbiorami
 letnimi sięgają ponad 350 %. Oprócz znacznej nierównomierności  sezonowej zauważono
również duże różnice pomiędzy rozbiorami nocnymi a rozbiorami dziennymi. Operując
konkretnymi wartościami: w nocy rozbiór spadał poniżej 5,0 m3/h, gdy w ciągu dnia wzrastał
15
w dobach maksymalnych nawet do 70,0 m3/h. Tak duża nierównomierność rozbioru,
połączona z zaprojektowanym system sterowania pracą stacji oraz małą pojemnością
Rysunek 5. Zakład C. Schemat technologiczny
zbiorników wody czystej powoduje, że filtry pracują bardzo nierównomiernie. W okresie
zimowym, z powodu niskiego rozbioru wody pompy międzyoperacyjne (II stopnia) załączają
się często na bardzo krótki czas. W okresie letnim natomiast, stacja pracuje praktycznie bez
przerwy, przy załączonych dwóch, a okresowo nawet trzech pompach II stopnia.
Zaobserwowany w sezonie zimowym minimalny czas pracy filtrów wyniósł około 8,0
h/d, a pompy międzyoperacyjne załączały się stosunkowo często (co 40,0  50,0 min) na czas
20,0 - 30,0 minut. Natomiast w okresie letnim filtry pracowały niekiedy przez ponad 22,0 h/d
przy wysokich prędkościach filtracji, które wynosiły około 11,0  14,0 m/h (w zależności od
liczby pracujących pomp międzyoperacyjnych). Na wykresach 6 i 7 przedstawiono rozkład
rozbiorów wody dla doby w miesiącu marcu i czerwcu wraz z zaznaczonymi okresami
postoju i pracy filtrów.
16
Wykres 6. Zakład C. Przykładowy dobowy rozbiór w miesiącu marcu.
70
Marzec
2005 - 03 - 16
Qdśr = 266,0 m3/d
60
50
40
Praca filtrów
30
20
10
Postój filtrów
0
0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00
Godzina
Wykres 7. Zakład C. Przykładowy dobowy rozbiór w miesiącu czerwcu.
70
Czerwiec:
2005 - 06 -19
Qdśr = 498,0 m3/d
60 W
50
40
Praca filtrów
30
20
10
Postój filtrów
0
0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00
roku 2002 rozpoczął się stały monitoring jakości wody uzdatnionej w Zakładzie C. Efekty
uzdatniania wody w zaprojektowanym układzie technologicznym od początku były
niewystarczające. Przekroczenia obowiązujących norm dotyczyły głównie manganu. W
okresie 2002  2004 stężenie manganu w odpływie z filtrów nie osiągało wartości określonej
w Rozporządzeniu ministra Zdrowia  0,05 mgMn/L, oscylując w granicach 0,1-0,2 mgMn/L.
Przyczyną takiego stanu rzeczy wydaje się być:
" znaczne obciążenie hydrauliczne filtrów w okresie letnim (prędkości filtracji do 14,0
m/h),
" skokowa eksploatacja stacji i filtrów (praca w systemie załącz  wyłącz),
17
Rozbiór [m3/h]
Rozbiór [m3/h]
" chlorowanie wody napowietrzonej (przed filtrami), wpływające negatywnie na
aktywność mikroorganizmów zasiedlających filtry, wspomagającą proces usuwania
żelaza i manganu z wody,
" filtracja oparta o niskie (ok. 0,8 m), kwarcowe złoże filtracyjne, w którym nie
wytworzyły się dobrze funkcjonujące strefy odżelaziania i odmanganiania.
Analiza pracy SUW wykazała, że najlepszą metodą modernizacji może okazać się wymiana
materiału filtracyjnego na złoże bardziej efektywnie usuwające związki żelaza i manganu z
ujmowanej wody. Ze względu na wymiary budynku SUW nie byłoby możliwe zwiększenie
powierzchni filtracji bez przebudowy całego obiektu. Zadecydowano, że filtry zostaną
zasypane złożem chalcedonitowym.
W lutym 2005 roku zasypano złożem chalcedonitowym pierwszy z czterech filtrów
w Zakładzie C. Wykorzystano do tego celu złoże  Chalcedonit  Standard produkowane
przez firmę Mikrosil Polska Sp z o.o. Równocześnie rozpoczęto stały monitoring pracy stacji,
na który składała się kontrola parametrów fizyczno-chemicznych wody surowej i uzdatnionej
(po każdym filtrze), pomiary wielkości przepływów i czasu pracy pomp międzyoperacyjnych
(II stopnia). Już na początku badań okazało się, że kilka czynników utrudnia wpracowanie
złoża do usuwania manganu i amoniaku. Pierwszym z nich było chlorowanie wody
bezpośrednio po aeratorze. Obecność w wodzie dopływającej na filtry pozostałego
dezynfektanta uniemożliwiała rozwój bakterii nitryfikacyjnych oraz manganowych na złożu
filtracyjnym. Dlatego podjęto decyzję o zmianie miejsca dawkowania dezynfekanta, który
zaczęto dawkować do wody przefiltrowanej  przed zbiornikami wody czystej. Ze względu
na fakt, iż filtry płukane były wodą z tych zbiorników, zdecydowano o okresowym
wyłączaniu dezynfekcji przed planowanym płukaniem. Innym problemem, który przyczynił
się do wydłużenia czasu wpracowania złoża do usuwania manganu był krótki czas pracy
filtrów w ciągu doby. W sezonie zimowym filtry pracowały zaledwie ok. 8,0  10,0 godzin
na dobę. Ostatecznie w maju 2005 udało się uzyskać, na pierwszym z zasypanych
chalcedonitem filtrów, stężenie manganu, żelaza i amoniaku o wartościach zgodnych z
Rozporządzeniem Ministra Zdrowia.
W czerwcu 2005 roku zasypano chalcedonitem pozostałe filtry. Wykorzystano do tego
celu następujące frakcje materiału filtracyjnego:
- uziarnienie 0,8  2,4 mm; wysokość warstwy filtracyjnej: 0,80 m,
- uziarnienie 2,0 - 4,0 mm; wysokość warstwy podtrzymującej: 0,10 m,
- uziarnienie 4,0  8,0 mm; wysokość warstwy podtrzymującej: 0,10 m.
Zasypane filtry, po dezynfekcji i dokładnym wypłukaniu, włączono do eksploatacji z pełną
wydajnością. W tym momencie rozpoczął się okres intensywnego monitoringu
technologicznego stacji podczas którego kontrolowano następujące parametry:
- stężenie żelaza, manganu i azotu amonowego na dopływie i odpływie z filtra,
- rozbiory wody,
- czasy pracy pomp głębinowych i międzyoperacyjnych.
Wszystkie złoża płukano co siedem dni zgodnie z następującym harmonogramem:
- płukanie powietrzem (z intensywnością: 31,8 m3/m2"h)  przez 3,0 minuty,
- płukanie wodą (z intensywnością: 14,33 m3/m2"h (3,98 L/s"m2)  przez 10,0 minut.
18
W czerwcu, lipcu i sierpniu notowano najwyższe rozbiory, powodujące z jednej strony długi
czas pracy filtrów w ciągu doby (nawet do 22 h), z drugiej zaś konieczność załączania nawet
3 pomp międzyoperacyjnych i tym samym pracę złóż przy wysokich (dochodzących do 14,0
m/h) prędkościach filtracji. Początkowo istniały obawy, że duże rozbiory okresu letniego
mogą być przyczyną nadmiernego rozwinięcia powłok żelazowych, które utrudniałyby
wpracowanie złoża do usuwania manganu. Jednak jak się póz
niej okazało, wysoka pojemność
masowa złóż chalcedonitowych pozwoliła usunąć żelazo w górnej części złoża, dzięki czemu
dolne warstwy mogły się bez przeszkód wpracowywać na mangan. Jednocześnie, na
podstawie doświadczeń z wpracowaniem I filtra, starano się unikać chlorowania wody do
płukania filtrów. Wprawdzie zmienione miejsce dozowania podchlorynu sodu (przed
zbiorniki wody czystej) pozwalało chronić filtry, przed bezpośrednim kontaktem z chlorem,
to jednak pompy płuczące, wykorzystywały do płukania wodę zachlorowaną (o stężeniu
chloru ok. 0,2  0,3 mgCl/L), tak więc zalecano wyłączanie chloratora na dobę przed
planowanym płukaniem (pod kontrolą mikrobiologiczną).
Przez pierwsze dwa miesiące pracy filtry II, III i IV praktycznie nie usuwały manganu
z wody. Potwierdziły się tym samym wyniki badań nad wpracowaniem złóż do usuwania
manganu, zgodnie z którymi można wyróżnić dwa etapy omawianego procesu:
- Etap I: niskiej efektywności usuwania manganu i stabilnego stężenia manganu w
odpływie z filtrów,
- Etap II: wyraz
nego wzrostu efektywności usuwania manganu i wyraz
nego zmniejszania
stężenia manganu w filtracie.
Wykres 8. Zakład C. Przebieg procesu wpracowania złoża chalcedonitowego do usuwania manganu.
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
Filtr III
Filtr I
0,10
Filtr IV Filtr II
0,05
0,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00
Czas pracy złoża, [d]
Dopuszczalne stężenie manganu Stężenie m anganu na dopływie [m gMn/L]
Wykres 9. Zakład C. Przebieg procesu wpracowania złoża chalcedonitowego do usuwania azotu amonowego.
19
Stężenie manganu w filtracie [mgMn/L]
0,80
0,70
0,60
0,50
Odpowiednio od lewej:
- Filtr II,
0,40
- Filtr III,
- Filtr IV.
0,30
Filtr I
0,20
0,10
0,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00
Czas pracy złoża, [d]
Dopuszczalne stężenie amoniaku Stężenie amoniaku na dopływie [mgNH4/L]
Okres niskiej efektywności usuwania manganu dla złóż filtrów III i IV wyniósł około 60 dni,
natomiast dla złoża filtra II 65 dni. Okres wyraz
nego wzrostu efektywności usuwania
manganu - dynamicznego zmniejszenia stężenia manganu w filtracie - wyniósł odpowiednio
dla filtra III - 15,0 dni, dla filtra IV  18,0 dni, dla filtra II  20,0 dni. Gorsze efekty pracy
filtra II w porównaniu do pozostałych filtrów, wiążą się prawdopodobnie z przypadkowym
wypłukaniem filtra II chlorowaną wodą, co znalazło także swoje odbicie w stężeniu
amoniaku, które około 42 dnia pracy złoża II wyraz
nie wzrosło.
Przebieg wpracowania złóż chalcedonitowych do usuwania manganu przedstawiono
na wykresie 8. Czas pracy złoża jest rzeczywistym czasem pracy filtrów  bez postojów. Jak
pokazano na wykresach po 80 dniach pracy wszystkie złoża wpracowały się do usuwania
manganu, usuwając go poniżej obowiązującej normy.
Złoża chalcedonitowe bardzo szybko wpracowały się do usuwania amoniaku. Po
blisko 20 dniach eksploatacji stężenie N-NH w filtracie wszystkich filtrów spadło poniżej
4
+
obowiązującej normy równej 0,50 mgN-NH /L, by ostatecznie ustabilizować się na poziomie
4
+
około 0,10 mgN-NH /L. Przebieg wpracowania złóż chalcedonitowych do usuwania
4
amoniaku przedstawiono na wykresie 9.
Stężenie żelaza w filtracie wszystkich filtrów, od początku eksploatacji złóż
chalcedonitowych nie przekraczało wartość 0,05 mgFe/L, niezależnie od stosowanej (z
zakresu 6-14 m/h) prędkości filtracji.
Na podstawie doświadczeń technicznych z modernizacja i eksploatacją SUW w Nowym
Folwarku można wyciągnąć następujące wnioski:
- chalcedonit wykazuje wysoką efektywność usuwania żelaza, manganu i amoniaku w
porównaniu do złóż kwarcowych, nawet przy wysokich i zmiennych obciążeniach
hydraulicznych filtrów,
- opisane wysokie efektywności pracy złóż chalcedonitowych zostały osiągnięte przy
niskiej wysokości warstwy filtracyjnej (0,8 m),
- założony reżim płukania okazał się wystarczający do dokładnego wypłukania
zatrzymanych zawiesin.
Wiele cennych wniosków dotyczących eksploatacji SUW dostarczyły dane zebrane w czasie
monitoringu pracy stacji. Wykazał on przede wszystkim:
20
Stężenie amoniaku w filtracie [mgNH4/L]
- błędy projektu sterowania pracą pomp międzyoperacyjnych (II stopnia),
- niewłaściwy dobór pomp międzyoperacyjnych o zbyt dużej wydajności, które w okresie
zimowym załączały się rzadko, niepotrzebnie wysoko obciążając hydraulicznie filtry,
- małą objętość czynną zbiorników wody czystej (ok. 200,0 m3), które nie buforowały
znacznych nierównomierności godzinowych rozbiorów wody, przez co w okresie letnim,
filtry były eksploatowane skokowo, z bardzo wysokimi prędkościach filtracji,
- dużą awaryjność automatycznego systemu sterowania pracy stacji.
W związku z powyższym, należałoby rozważyć ewentualną modyfikację całego sytemu
pompowania II stopnia, zmianę wydajności pomp i ich sposobu sterowania. Przeprowadzone
symulacje komputerowe za pomocą programu EPANET 2 oparte na zebranych w okresie luty
 sierpień 2005 danych dotyczących rozbiorów wykazały, że istnieje możliwość takiego
doboru pomp międzyoperacyjnych i sposobu ich sterowania, by filtry mogły pracować bez
zbędnych przeciążeń i uderzeń hydraulicznych.
Obecnie filtry w Zakładzie C działają bez zarzutu, usuwając mangan do wartości
około 0,02 mg/L. Jednocześnie prowadzone prace wskazały na istotną rolę pomiarów
hydraulicznych na małych SUW. Pomiary rozbiorów, prędkości filtracji, rozkładu strumienia
objętości wody surowej na poszczególne filtry, czy strat ciśnienia na złożach pozwalają
poprawnie interpretować wyniki analiz parametrów składu wody uzdatnionej by ostatecznie
podjąć właściwe decyzje dotyczące technologii uzdatniania wody.
Wyniki analizy pracy Zakładu C wykazały, że była możliwa modernizacja
niskoinwestycyjna, polegająca na wymianie złoża kwarcowego na złoże chalcedonitowe,
charakteryzujące się większą pojemnością masową względem żelaza i manganu i stabilną
efektywnością również w zmiennych warunkach hydraulicznych pracy filtrów pospiesznych.
5. PODSUMOWANIE I WNIOSKI
Podstawowy wniosek jaki wysuwa się z analizy wszystkich przedstawionych przykładów,
wiąże się z niezwykle istotnym wpływem hydrauliki pracy układów uzdatniania wody na
uzyskiwane efekty odżelaziania i odmanganiania wody surowej. Zaburzenia przepływów,
nadmierne obciążenie filtrów, skokowa ich eksploatacja to czynniki, które w prostej linii
prowadzą do kłopotów z uzdatnianiem wody. Niestety specyfika pracy ZUW jest
nierozerwalnie związana z nierównomiernością produkcji. Jej eliminacja jest z
ekonomicznego punku widzenia bardzo niekorzystna i praktycznie niemożliwa. Stąd
konieczność wypracowania takiego sposobu eksploatacji ujęć, czy ciągów technologicznych,
który pozwoli zminimalizować ujemne skutki zmiennej pracy urządzeń uzdatniających wodę.
Ważnym jest, by każdorazowo przeanalizować układ uzdatniania wody pod kątem
technicznym i technologicznym. Analiza taka pozwala z reguły znalez
ć przyczynę
problemów, a znalezienie przyczyny to już pierwszy krok do ich rozwiązania.
21