8. Proces infiltracji w uzdatnianiu wody
INFILTRACJA- jest procesem, w którym przebiegają zarówno zjawiska fizyczne, chemiczne i biologiczne. Podczas infiltracji przebiega szereg procesów jednostkowych fizycznych, chemicznych, fizyczno - chemicznych i biochemicznych współdecydujących o całkowitej sprawności oczyszczania wody.
Infiltracja znajduje coraz częstsze zastosowanie w oczyszczaniu zanieczyszczonych wód powierzchniowych. Realizowana jest jako naturalna i sztuczna. W sposób naturalny oczyszczana jest w gruncie. W sposób sztuczny w stawach infiltracyjnych, a następnie w gruncie. W wyniku infiltracji z wody usuwane są zawiesiny, koloidy, substancje rozpuszczone, bakterie, wirusy i glony oraz mikrozanieczyszczenia ( np. pestycydy, metale ciężkie).
Infiltracja jest najbardziej skomplikowanym oraz bezreagentowym (naturalnym) procesem oczyszczania wody, w którym warstwę wodonośna wykorzystuje się jako wielofunkcyjny reaktor o niezwykle dużej objętości. W wielu przypadkach objętość ta wynosi setki tysięcy metrów sześciennych.
W zależności od sposobu zasilania warstwy wodonośnej infiltrującą wodą, różne procesy jednostkowe mogą uczestniczyć w kształtowaniu ostatecznego składu fiz.- chem. wody infiltracyjnej. W infiltracji brzegowej udział biorą procesy przebiegające w osadach zdeponowanych na dnie rzeki, w warstwie gruntu pod korytem rzeki (strefa aeracji) oraz w warstwie wodonośnej poniżej zwierciadła wód podziemnych (strefa saturacji). W wypadku zasilania warstwy wodonośnej woda przy wykorzystaniu basenów lub rowów infiltracyjnych ( infiltracja sztuczna), w kształtowaniu składu wody infiltracyjnej dodatkowo udział biorą procesy zachodzące w basenach i rowach infiltracyjnych. W układach infiltracji sztucznej strefa aeracji jest zwykle większa niż w infiltracji naturalnej. W wypadku stosowania studni chłonnych jako obiektów zasilania warstwy wodonośnej wodą, procesy jednostkowe zachodzą najczęściej jedynie w strefie saturacji warstwy wodonośnej. Rodzaj procesów jednostkowych współdecydujących o uzdatnianiu wody zależy od metod zasilania warstwy wodonośnej i infiltrującą wodę.
Infiltracja wody powierzchniowej do gruntu umożliwia eksploatowanie takiego ujęcia z wydajnością znacznie przekraczającą jej naturalne zasoby bez zachwiania stosunków wodnych i zaczerpywania zasobów statycznych. Metoda ta stosowana jest intensywnie od lat 30-tych, głównie na skutek wzrastających zanieczyszczeń wód powierzchniowych. Obecnie sztuczna infiltracja traktowana jest jako metoda wykorzystująca naturalne procesy, które zachodzą w gruncie samorzutnie oraz tworzącej się w trakcie eksploatacji błonie mechaniczno - chemiczna.
Można rozróżnić dwie metody uzdatniania tym sposobem:
Polega na wstępnym oczyszczeniu ujmowanych wód powierzchniowych, a następnie poddaniu jej sztucznej infiltracji, lub tez
Poprzez poddanie wody powierzchniowej uzdatnianiu poprzez infiltrację, a następnie korektę jej składu do normatywu poprzez uzdatnienie.
Najbardziej rozpowszechniona jest sztuczna infiltracja, przez dno i brzegi basenów infiltracyjnych.
Jeżeli woda infiltracyjna zawiera domieszki typowe dla wód podziemnych, tj. nadmierną zawartość CO2, związków żelaza i manganu, to oczyszczana jest w następującym układzie technologicznym: odkwaszanie → odżelazianie i odmanganianie → dezynfekcja. Jest to najczęściej spotykany układ oczyszczania wody infiltracyjnej.
Jeżeli natomiast woda po infiltracji charakteryzuje się nadal składem typowym dla wody powierzchniowej, to do jej uzdatniania stosowane są procesy: koagulacja → sedymentacja → filtracja → (czasami) sorpcja na węglu aktywnym → dezynfekcja. Tak się dzieje gdy woda powierzchniowa była znacznie zanieczyszczona, a sprawność infiltracji nie była wystarczająca do usunięcia zanieczyszczeń typowych dla wód powierzchniowych. Wówczas pod uwagę może być brane wstępne (przed infiltracja) oczyszczanie wody powierzchniowej. Zastosowanie wstępnego oczyszczania pozwoli uzyskać wodę po infiltracji, wymagającą minimum dodatkowego oczyszczania. Potrzeba ingerencji w skład zanieczyszczonej wody poddawanej infiltracji wykazuje, iż w takim przypadku możliwe jest jedynie stosowanie infiltracji sztucznej.
Głównymi zaletami tego systemu będą:
-ustabilizowanie składu i wydajności,
- niskie koszty uzdatniania - mało złożona technologia,
-możliwość okresowego wyłączania dopływu wody powierzchniowej - w przypadku awarii,
nadmiernego zanieczyszczenia,
-możliwość ograniczenia strefy sanitarnej.
Kryteria stosowalności sztucznej infiltracji, o przydatności źródła wody powierzchniowej decydują:
- wielkość zasobów dyspozycyjnych
-rodzaj, stężenie i okres występowania zanieczyszczeń
-koszty oraz możliwości założenia strefy ochronnej
-odległość ujęcia od wody powierzchniowej
Możliwość terenu do budowy ujęcia, decydującymi warunkami są:
-kryteria biologiczne,
-hydrogeologiczne i morfologiczne,
-geochemiczne,
-techniczno - ekonomiczne.
Zmiany jakości wody po infiltracji. Proces filtracji przez warstwę biol.-chem. jak i przez grunt przy prawidłowej eksploatacji powoduje następujące korzystne zmiany jakości:
-polepszenie jakości bakteriologicznej
-usunięcie wirusowi c częściowo biogenów
-obniżenie zw.org. niepodlegających biodegradacji, zwłaszcza chloro-,amino -organicznych, aromatycznych nitrozwiązków, pestycydów, herbicydów, detergentów i fenole pochodnych
-obniżenie poziomu zw. biogennych
-znaczne obniżenie metali ciężkich
-obniżenie utlenialności, smaku i zapachu, ale jednocześnie i tlenu
-stabilizacja składu w porównaniu z woda powierzchniową
-zwiększenia CO2
-polepszenie właściwości smakowych, stałość temperatury
-zmniejszenie barwy, zawiesiny i mętności.
Z praktyki wynika, ż zazwyczaj rzeczywista wydajność ujęć infiltracyjnych jest mniejsza od zaprojektowanej, gdzie główną przyczyna jest niewystarczające uwzględnienie procesów kolmatacji na dnie basenów infiltracyjnych. Kolmatacja ta może być mechaniczna, biologiczna lub chemiczna w zależności od rodzaju cząstek zatrzymywanych w porach gruntu. Taka szybkość „uszczelniania” w porach gruntu zależy głównie od jakości wody, granulacji gruntu i sposobu eksploatacji i regulacji.
Metody eksploatacji ujęć infiltracyjnych
Efektywność ujęć wody infiltracyjnej zależy głównie od wyboru terenu pod inf. przy jednej technologii oczyszczania i sposobu eksploatacji. Typowy cykl eksploatacji można podzielić na 5 etapów:
Zalewanie basenu wodą
Napełnianie basenu wodą
Zaczerpywanie eksploatacji przy stałym poziomie wody w basenie
Wyłączanie dopływu wody do basenu i jego opróżnianie
Wyłączenie basenu z eksploatacji, a następnie usuwanie osadów i regeneracja basenu
Urządzenia do ujmowania wody infiltracyjnej:
-szeregi studzien wierconych, wzdłuż linii brzegowej źródła infiltracji
-drenaże nadbrzeżne i poddenne
-promieniste ujęcia poddenne
-ujęcia kombinowane, łączące jeden system z drugim (najczęściej stosowane są w starszych basenach inf., w których jest już drenaż, a wprowadzono inny w celu uzdatnienia odbioru).
Wybór typu ujęcia zależy od:
-wielkości obszaru przydatnego budowie geologicznej i możliwość wykonawcy
-chemizmu wody
-kosztów technologii.
Ujęcia nadbrzeżne, są budowane przy dużej miąższości warstw i jest zapewnione długie przebywanie - przepływ z basenu do ujęcia 20-50m
Najbardziej korzystny jest dwustronny odbiór wody, gdzie szerokość może sięgać 80-100m. równomierne obciążenie można stosować przemienny odbiór wody. Jeśli jest jednostronne ujęcie, szerokość wacha się 40-50m, wtedy powstawanie strefy aeracji jest od 30-60m.