Proces odżelaziania wody krok po kroku
Związki żelaza i manganu powszechnie występują w wodach podziemnych. W kontakcie z tlenem zawartym w powietrzu, związki te zmieniają swą formę i wytrącają się w postaci nierozpuszczalnych osadów, które mogą zapychać emitery systemu nawadniania, niekorzystnie barwić rośliny i zmieniać chemizm gleby. W Polsce większość wód używanych do podlewania pochodzi z odwiertów głębinowych, a co za tym idzie problem zapychania systemów nawadniających jest dość powszechny. Aby tego uniknąć, pobraną wodę na początku systemu nawadniania należy uzdatnić, pozbywając się wytrąconych osadów – wyjaśnia Wiktor Grabowski, Kierownik produktu w dziale Systemy Nawadniania Budmech.
Odżelazianie wody
Pomijając pewne szczególne przypadki, usuwanie żelaza i manganu z wody jest procesem przebiegającym w trzech etapach:
- Napowietrzanie wody i wytrącanie osadów żelaza.
- Filtracja, gdzie następuje odcedzenie osadów i doczyszczenie z resztek niewytrąconego żelaza.
- Usunięcie manganu na specjalnych złożach – po wcześniejszym usunięciu żelaza.
Zgodnie z tymi trzema etapami projektuje się stacje uzdatniania wody (SUW). Przeciętna stacja składa się z pompy napowietrzającej lub sprężarki, zbiornika, w którym następuje reakcja doprowadzonego powietrza i związków zawartych w wodzie oraz z filtrów, gdzie oddzielane są wytrącone osady.
Tyle mówi teoria; w praktyce każdy z tych etapów musi spełniać określone parametry, żeby eksploatacja stacji nie przysparzała problemów i zapewniała oczekiwany efekt. Zanim podejmiemy decyzję o kosztownej inwestycji, warto poznać kilka podstawowych cech, jakie musi posiadać dobrze zaprojektowany układ odżelaziania i odmanganiania.
Trzeba pamiętać, że technologia uzdatniania wody zawsze musi być oparta o analizę fizykochemiczną. Projektowanie SUW jedynie w oparciu o zawartość żelaza i manganu w wodzie obarczone jest dużym ryzykiem problemów eksploatacyjnych. Do poprawnego doboru niezbędne jest wzięcie pod uwagę takich parametrów jak: pH, zawartość amoniaku, utlenialność czy zasadowość – dodaje Grabowski. Dodatkowo stacja uzdatniania musi ulec tzw. wpracowaniu – pełną sprawność osiąga dopiero po jakimś czasie działania. Należy pamiętać też, że każda woda jest inna i nie ma prostych wzorów, które zapewniają 100% powodzenia. Okres wpracowania służy więc niezbędnym poprawkom i modyfikacjom tak, aby dopasować parametry SUW do parametrów uzdatnianej wody.
Napowietrzanie
W zależności od zawartości żelaza i manganu w wodzie należy do niej doprowadzić 20 – 100 l powietrza na każdy przepływający m3. W stacjach uzdatniania wody, na potrzeby nawadniania, stosuje się najczęściej aspiratory, czyli zwężki, które zasysają powietrze pod wpływem przepływającej wody. Sprawność aspiratora jest tym większa, im więcej przepływa przez nią wody i im większy jest spadek ciśnienia za zwężką. Aby zrównoważyć niezbędny spadek ciśnienia, montuje się dodatkowe pompy podbijające. Montaż zwężki bezpośrednio na rurociągu tłocznym skutkuje najczęściej małą sprawnością napowietrzania lub znacznym spadkiem ciśnienia w dalszej części instalacji i ma sens, jeśli woda po filtracji trafia do zbiornika, skąd tłoczona jest do instalacji oddzielną pompą.
Po napowietrzeniu woda trafia do zbiornika wodnopowietrznego (aeratora/ hydroforu), gdzie następuje reakcja utleniania i wytrącania osadów żelaza. Skuteczność wytrącania jest tym większa, im dłuższy jest czas, jaki woda spędza w zbiorniku (zalecany 2 – 3 min). Oznacza to, że na każdy 1 m3 przepływającej wody potrzeba 35 – 50 l pojemności czynnej zbiornika. Zbyt mały zbiornik powoduje, że do filtrów trafi więcej żelaza w formie rozpuszczalnej – wytrąci się ono dopiero w filtrach, przez co muszą być one odpowiednio wyższe (jeśli będą za niskie, żelazo wytrącać się będzie za filtrami).
Woda dopływająca do aeratora zawiera nierozpuszczone powietrze, które zbiera się w górnej jego części. Aby uniknąć nadmiaru powietrza i zmniejszenia pojemności czynnej aeratora, niezbędne są niezawodne odpowietrzniki, które mają za zadanie utrzymać stałą wysokość poduszki powietrznej w zbiorniku. Są to elementy, na których nie warto oszczędzać! „Zawieszenie” odpowietrznika może doprowadzić do całkowitego wypełnienia się zbiornika powietrzem, a nawet zapowietrzenia filtrów, co jest zjawiskiem skrajnie niekorzystnym. Filtry też muszą być wyposażone w wydajne odpowietrzniki radzi Wiktor Grabowski.
Na co trzeba zwrócić uwagę:
- Najczęściej stosowane niewielkie pompy podbijające ciśnienie są w stanie napędzić nie więcej niż dwie zwężki ¾” jednoczenie. Jeśli powietrza jest zbyt mało, trzeba wymienić pompę na większą lub dołożyć kolejną. Dokładanie kolejnych zwężek do tej samej pompy tylko pogorszy wydajność napowietrzania,
- Pojemność hydroforu musi zapewniać minimalny czas przetrzymania 2 – 3 min,
- Wydajne i niezawodne odpowietrzniki przemysłowe na aeratorze mające zdolność odpowietrzania instalacji w trakcie pracy.
Filtracja
Po napowietrzeniu wody i wytrąceniu osadów żelaza następuje ich mechaniczne odcedzenie w filtrze ciśnieniowym. Żelazo, które nie zdążyło przereagować w aeratorze, utleniane jest w złożu filtra i zatrzymywane w jego masie. Po całkowitym usunięciu żelaza następuje utlenianie i zatrzymywanie manganu. Warunkiem utleniania żelaza i manganu w złożu filtracyjnym jest jego pokrycie warstwą ich związków (z tego wynika wspomniany czas wpracowania SUW). Do usuwania manganu używa się najczęściej specjalnych złóż aktywnych lub minerałów manganowych.
Dobierając filtry, trzeba wziąć pod uwagę dwa parametry: wysokość złoża i prędkość filtracji. Im większa prędkość filtracji – mówi Wiktor Grabowski – tym większa niezbędna wysokość złoża. W teorii projektowej najczęściej przyjmuje się graniczne wartości Vmax. = 10 m/h dla prędkości filtracji i Hmin. = 1 m wysokości złoża. W praktyce, o ile prędkość filtracji może nieznacznie przekraczać tę wartość, to wysokości złoża mniejsza niż 1m jest błędem przy projektowaniu procesu odżelaziania.
Więcej o uzdatnianiu wody dowiesz się z artykułu filtracja bez tajemnic.
Eksploatacja filtrów
Dobór filtrów należy przeprowadzić tak, aby ilość filtrów wynosiła minimum 2, a przy niskich prędkościach filtracji – 3 lub więcej. Konieczność taka wynika z niezbędnej intensywności płukania – wyjaśnia Wiktor Grabowski. Niedopuszczalny jest jeden filtr, o ile nie stosujemy dodatkowej pompy do płukania, np. pompa o odpowiednio większej wydajności ze zbiornika wody uzdatnionej.
W trakcie płukania woda powinna wzburzyć całe złoże tak, aby jego cząsteczki – uderzając o siebie – ścierały nagromadzoną warstwę osadu. Intensywność płukania należy dobrać tak, aby złoże podniosło się o ok. 30% – należy przewidzieć zapas wysokości zabezpieczający przed jego wypłukaniem. Aby osiągnąć oczekiwany efekt płukania, musi się ono odbywać z intensywnością 2 – 5 razy większą niż filtracja. W przypadku jednego zbiornika odbywa się zawsze z intensywnością niewiele większą od filtracji.
W niewłaściwie płukanym filtrze cząsteczki złoża będą obrastać osadami, zwiększając swoją średnicę, co skutkuje pogorszeniem jakości filtracji i po czasie przedwczesną koniecznością wymiany złoża.
W filtrach wielowarstwowych, odżelaziająco – odmanganiających, zbyt mała wysokość pierwszej warstwy lub pogorszenie się parametrów pracy w czasie, powoduje odkładanie żelaza i dezaktywację warstwy odmanganiającej. Wymiana złoża odmanganiającego to wydatek nawet rzędu tysięcy złotych – komentuje nasz rozmówca.
Na co trzeba zwrócić uwagę:
- Niedopuszczalny jest jeden zbiornik filtracyjny, jeśli ma być płukany pompą zasilającą ze studni,
- Wysokość zbiornika do odżelaziania musi przewidywać niezbędną minimalną wysokość złoża, przestrzeń dla podniesienia złoża w trakcie płukania oraz dla elementów doprowadzenia i odprowadzenia wody. W praktyce zbiorniki niższe niż ~ 180 cm nie nadają się do odżelaziania – są to filtry do filtracji wód powierzchniowych,
- Duża zawartość żelaza wymaga zwykle obniżenia prędkości filtracji. W takiej sytuacji, aby zachować wymaganą intensywność płukania, korzystniejsze jest zastosowanie większej ilości filtrów o mniejszej średnicy,
- Wydajny odpowietrznik na szczycie każdego filtra.
Aby uzyskać więcej informacji, porozmawiać o doborze odpowiedniego systemu uzdatniania wody czy zamówić projekt, zapraszamy do kontaktu z naszym specjalistą ds. uzdatniania wody Wiktorem Grabowskim.