Analiza możliwości zastosowania węgla aktywnego na niektórych stacjach wodociągowych województw katowickiego i bielskiego

(1)

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: INŻYNIERIA SANITARNA z. 2 5

1 QS9 Nr kol. 790

Florian G. PIECIiURSKI Ewa PODIO

ANALIZA MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWANIA WĘGLA AKTYWNEGO NA NIEKTÓRYCH STACJACH WODOCIĄGOWYCH WOJEWÓDZTW KATOWICKIEGO I BIELSKIEGO

Streszczenie. Analizą objęto 23 stacje wodociągowe woj. katowic

kiego i bielskiego, o wydajności powyżej 5000 m3/d uzdatniające wo

dę dla potrzeb komunalnych. Przy założeniu, że dla poprawy jakości wody uzdatnionej stosować się będzie węgiel aktywny istnieje potrze

ba jego zastosowania na k stacjach na 3 byłby on wskazany, zaś na 5 nie wyklucza się Jego użyciu w przyszłości.

Najniższe koszty produkcji 1 m3 wody osiąga się stosując węgiel aktywny formowany podlegający regeneracji, najwyższe przy użyoiu wę

gla aktywnego pylistego.

1. Wstęp

Rosnące zapotrzebowanie na wodę komunalną oraz stale pogarszająca się ioh jakość zmusza do uzdatniania wód powierzchniowych silnie zanieczysz

czonych związkami organioznymi. Zanieczyszczenia te dostają się do wód na

turalnych ze ściekami komunalnymi, przemysłowymi, są spłukiwane z pól, a także mogą być produktami metabolizmu i aktywności mikrobiologicznej.

Skład tych zanieczyszczeń jest różny, uwarunkowany głównie ilością związ

ków organicznyoh pochodzenia przemysłowego. Związki te lub produkty ich biochemicznego rozkładu m o g , tworzyć liczne połączenia i często ich iden

tyfikacja w praktyce jest bardzo trudna. Zanieczyszczenia te podczas tra

dycyjnych metod uzdatniania wody nie są usuwane w stopniu wystarczającym.

Część z nich przechodzi do wody w postaci związków refrakcyjnych, drugą część stanowią związki wtórne powstające w czasie chlorowania i ozonowa

nia. Refrakcyjne związki organiczne często wpływają ujemnie na własności organoleptyczne wody (smak, barwę, zapach), działają toksyczn e lub rako

twórczo na organizmy żywe Ci«0 . W tej sytuacji uzdatnianie wody metodami konwencjonalnymi staje się niewystarczające, a Jedną z metod usunięcia po

zostałych zanieczyszczeń organicznych może być adsorpcja na węglach aktyw

nych.

Przykładowo, węgiel aktywny czyni przydatną do picia wodę uprzednio za

wierającą ślady dwutenylu, który podczas dezynfekcji tworzy chlorowopodo- bne tego związki o odrażającym zapachu. Usuwane są także węglowodany aro

matyczne wielkoplerścieniowe działające rakotwórczo. Stwierdzono,ż« ist-

(2)

16 F.G. Piechurski, E. Podio

□leja możliwość usuwania z wody niektórych związków nieorganicznych, me

tali olężkioh, jonu fluorkowego, a także adsorboji wirusów 0?].

Znaozne własności adsorpoyjne węgli aktywnych spowodowały, żs od dawna zaczęto je stosować za granicą na dużą skalę do usuwania zanieozyszczeń wody głównie tyob wpływających na jej własności organoleptyczne. Do nie

dawna węgiel aktywny stosowano (przeważnis okresowo) zaledwie w J - U kra- Jowyob przedsiębiorstwach wodooiągowyoh [i] .

Postępujące zanieczyszczenie wód powierzobniowyoh, zwłaszoza na tere- naoh GOP-u i ROV-u, może spowodować poważne trudności w ioh uzdatnianiu oraz w zaopatrzeniu woj. katowiokiego i bielskiego w wodę. V tej sytuacji dużego znaozenia nabiera doskonalenie technologii uzdatniania wody, opty- malizaojl metod i urządzeń Jak również niedopuszczenie do dalszego wzro

stu zanieczyszozeń wód pwwierzohniowyoh. V tym celu poddano szczegółowej ooenie jakość wód uzdatnionyoh dla żelów komunalnych na staojaeh wodocią

gowych województwa katowiokiego i bielskiego o wydajnośoi powyżej 5000 m^/d w okresie minionego 10-lecia. Z otrzymanych danyob wynika, że usuwanie z wody szeregu uciążliwyob zanieczyszozeń, z których nie wszystkie w anali

zowanym okresie zostały zidentyfikowane w wodzie uzdatnionej (leoz obeone są w wodzie surowej), wymagać będzie między innymi utleniania lub sorpoji na węglu aktywnym. V tym też oelu podjęto próbę określenia staoji wodo

oiągowyoh, gdzie stosowanie węgla aktywnego wydaje się być konieczne. Dla urealnienia propozyoji przeanalizowano stosowane teohnologie, wydajnośoi, jakość wody uzdatnionej, rodzaje produkowanyoh węgli aktywnyoh oraz kosz

ty związane z ioh użyolem.

2. Technika stosowania węgla aktywnego w prooesaoh uzdatniania wody

V teobnologli uzdatniania wody stosuje się węgle aktywne Jako pyliste lub granulowane [i,3,1^1.

Przy zastosowaniu węgla pylistego jednym z ważniejszych ozynnlków Jest dobre zameeeenie węgla, ożyli jego hydrataoja ułatwiająoa dojśćle absorbo

wanych oząstsozek do mikroporów i tym samym zapewnienie skuteoznośoi ad

sorpcji. Stąd też wynika szereg zaleoeń odnośnie do przygotowania węgla aktywnego jako pulpy i następnie rozoieńazenie wodą względnie przygotowa

nie Już mi'azaniny węgla i wody o stężeniu wymaganym w rozwiązaniu teoh- nologicznym.

Mlejaoe dawkowania węgla pylistego może być różne w zależności od pro

wadzonego prooeau technologicznego. Nie powinien ęn być dawkowany bezpo

średnio przed filtraoją, gdyż stwarza szybkis możliwośoi wzrostu oporu złożs, skraoanie oykll filtraoyJnyoh i możliwości przebiola przez złoże oraz przejśoie do zbiorników wody ozystej i dalej do sieci wodociągowej[7J.

Węgiel pylisty najkorzystniej Jest dawkować przed urządzeniami do koagu-

(3)

Analiza możliwości zastosowania węgla.. 17

laoji i sedymentacji. W tych procesach uzyskuje się zawsz*e pewność, Jego oddzielenia od wody.

Kłopoty przy stosowaniu węgla pylistego stwarza problem osuwania zawie

siny węglowej, dlatego też najczęściej prooes adsorpcji łączy się z koa

gulacją objętościową. Innym sposobem usuwania zawiesiny węglswej jest sto

sowanie polielektrolitćw, które znaoznie przyspieszają Jej ' sedymentację 0*].

Zaletą stosowania węgla pylistego jest możliwość dowolnej zmiany żerów- no wielkości dawek, jak i rodzaju adsorbenta. Pozwala to na elastyczne do

stosowanie eksploataoji urządzeń uzdatniająoycb do aktualnych potrzeb, również w przypadku wzrostów i zmian zanleozyszczeń. Takich możliwości nie daje węgiel granulowany, który stanowi wypełnienie w filtraoh, głównie ad~

sorpoyjnyob, o z góry założonych parametraoh praoy. Natomiast fakt,że fil

try praoują w warunkaoh przepływu oiągłego, pozwala na wykorzystanie zdol

ności adsorpoyjnyoh węgla granulowanego w większym stopniu niż to Jest mo

żliwe dla. węgla pylistego, stosowanego zwykle w warunkach statycznych. Aó~

sorpoja na filtrze zaohodzi w warunkaoh dynamioznyoh, w wyniku czego wy

stępuje tzw. efekt kolumnowy, który można porównać z serią dawek węgla py

listego stosowanego w sposób ciągły (j 5] .

Rys. 1. Sohemat oozyszozania wody z użyoiea węgla aktywnsgo

(4)

18 F. G. Piechurski, E. Podio

Mimo że warunki stosowania węgla pylistego i granulowanego znacznie różnią się między sobą, nie należy uważać obu sposobów za rozwiązanie kon

kurencyjne, lecz wzajemnie uzupełniające się. Oprócz ciągłej pracy kolumn z węglem granulowanym istnieje tendencja do okresowego wprowadzenia węgli pylistych w okład technologiczny stacji uzdatniania wody.

Przykład oczyszczania wody z użyciem węgla aktywnego przedstawia schemat na rys . 1 , [?] .

Na podstawie dokonanego przeglądu węgli aktywnyoh [2,8,9,19] można stwierdzić, że różnią się one surowcem wyjściowym, uziarnieniem, metodą, rodzajem i stopniem aktywacji, a więo i strukturą porowatą oraz charakte

rem powierzohni, czyli własnościami fizykochemicznymi.

3. Węgle aktywne stosowane w procesach uzdatniania wody

Na obeonym etapie wiedzy można łatwo dobrać właściwy gatunek węgla do usuwania poszczególnych zanieczyszczeń wody, natomiast przy różnorodnych zanieczyszczeniach tylko w drodze doświadczenia można określić, który ro

dzaj węgla aktywnego jest najbardziej przydatny.

W dalszych rozważaniach nad możliwością zastosowania węgla aktywnego niezbędnego na poszczególnych stacjach przyjęto do analizy następujące ga

tunki węgla aktywnego [2,8,9,19]:

A. Węgiel aktywny pylisty "oarbopol" CW2-*ł o następująoych własnościach fizykochemicznych,

- wymiar pyłu PŁ 0 + 0,12 mm,

- siła odbarwiania MG (liozba miligramowa) 371 + ¿*70 mg, - stopień adsorpcji LM (liczba metylenowa) 11 ml, - zawartość wilgoci najwyżej 10$,

- zawartość popiołu 7$, - wartość pH około 10,

- gęstość nasypowa 390 + ¿*30 kg/m^ (¿*10 kg/m~^) , - cena 118 000 zł/1000 kg.

Przyjęto do obliczeń Dmin = 5 g/m^ i Dmax = 20 s/m Dl •

B. Węgiel aktywny granulowany, oarbopol C W Z ^ , który nie podlega regene

racji o następującyoh własnościach fizykochemicznych:

- wymiar kaszka Kk 1-3 mm,

- siła odbarwiania MG (liczba miligramowa) 371 + ¿*70 mg, - stopień adsorpcji LM (liczba netylenowa) 11 ml, - zawartość wilgoci najwyżej 8$,

- zawartość popiołu najwyżej 7^, - wartość pH powyżej 8,

- gęstość nasypowa 220-2i*0 kg/m^ (2 3 0 kg/m3), - cena 131 000 zł/1000 kg.

(5)

Analiz» możliwości zastosowania węgla.. 19

C. Węgiel aktywny formowany, który podlega regeneracji holenderskiej fir

my NOR 15 RKO-3

- gęstość nasypowa <ł10 kg/m-*, - oena 200 000 zł/ 10 0 0 kg, - zawartość popiołu najwyżej 6 H .

Według informaoji uzyskanyoh w Przedsiębiorstwie Zbytu Produktów Węglo- poohodnyoh w Gliwioaoh Zakład Elektrod Węglowyoh w Raoiborzu jest w sta

nie zapewnić ciągłość dostawy węgli aktywnyoh pyllstyoh i granulowanych.

Zdolność produkoyjna tego zakładu dla węgli pyllstyoh CV2-3,1*,5 wynosi o- koło 2000 t/rok, a dla węgli ziarnistyoh o różnej granulaoji 500-8 0 0t/rok.

Natomiast zakład ten obecnie nie produkuje węgla aktywnego formowanego o odpowiedniej wytrzymałośoi, nadająoego się do regeneracji. Tego typu wę

giel produkowany Jest w Zakładach Suobej Destylacji Drewna w Hajnówce (wę

giel typu N).

Regenrację węgla formowanego zarówno produkoji krajowej, Jak i zagra

nicznej prowadzi Zakład w Raoiborzu.

¡t. Analiza pracy staoji uzdatniania wody

Analizą objęto 23 stacje uzdatniania wody (tabl. i).

Zasilane są one następująoymi rodzajami wód:

- powierzchniowymi (8 staoji) - podziemnymi ( 5 staoji) - kopalnianymi (1« staoje) - infiltracyjnymi (2 staoje) - mieszanymi (4 staoje) 23 staoje

Z ogólnej ilości staoji wodooiągowyob w każdym przypadku woda podlega prooesowi uzdatniania. V 8 przypadkaoh stosowana jest koagulaoja objęto

ściowa, w jednym powierzohniowa, zaś w pozostałych 11) przypadkaoh jedynie filtraoja (w tym w 3 przypadkaoh na filtrach powolnyoh), połąozona niekie

dy z odżelazianiem i odmanganianiem (w 2 przypadkaoh). Dezynfekcją końco

wą przez chlorowanie objęte są wszystkie z uzdatnianych wód za wyjątkiem SUW nr XXIX, XVI.

Występujące w wodzie uzdatnionej ponadnormatywne zanieczyszozenia w analizowanych stacjach przedstawiono w tabl. 2. Najczęściej przekraczane dopuszczalne ilośoi to: barwa na 10 staojach i mętność koloidalna na 9.

Staoje te głównie uzdatniają wodę powierzchniową.

(6)

Tablioa 1 Schematy technologiczne stacji uzdatniania wody woj. katowlokiego 1 bielskiego

o wydajności powyżej 50OO m->/d

Lp d r SUW

Wydajność 3to c ji

Ol m s/ d

R o d z a j w o d y

<u ę

c ^

& §

5 «

.0 ,

1

1 - *

10 0

_ 5 j e j

j o <$■

>0 ⁶

■2'

■Oj

s

! 0)

■X 0

• V N -Q <0

N S

V) t .0) Q Qj O c- N

f . S i 6

,- y

1

1 b a

O

■V0j a

<!>

£ 3

< « b - I);

r i

1

£

i i

§ W ) u

C b

Si’0

a , - V a

d C D 5 5

1

¿ 1Qj.O

i §

0 -ę fe 4)

| e

0

s s ci 9 >

O ~

*

1 -'C 6

1 2 3 A 5 6 r 6 B 10 11 12 a u 15 16 i r n n 20 i t 22 23 2 4 2 5

1 1 9 0 0 0 + + +

2 n 70 000 + 4 4 + 4 4

3 /// 8 1 2 0 0 + 4 4 4

4 IV 17000 4 4 + 4 ⁴

5 V 10500 4 + 4 4

6 V I 492 290 + 4 4 4 + 4 4 4 4 4

7 V II 32 500 4 4 4 ⁴

8 V II I 130 000 + ⁴ 4

9 I X 10 0 0 0 4 4 ⁴ ⁴

10 X 1 9 5 0 0 0 4 + 4 ⁴ 4 4

11X/ 18 0 0 0 4- 4 4 4

12 X I I 1 2 0 0 0 + 4 4 4 + 4

13 X III 17000 + 4 4

14 X IV 1 5 0 0 0 + 4 4 4

15 X V 2 8 0 6 9 0 + 4 4 ⁴

# ^{X V I} ^{8 6 0 0} 4 4 ⁴ ⁴

17 X V II 42 180 + 4 4 4 4

«^{X V III} 2 6 0 0 0 + 4 4 -t -f 4 4 4

*^{X IX} ¹¹⁰⁰⁰⁰ 4* + 4* + 4 ⁴ ⁴ 4

20X X 5 5 0 0 4 4 4

21 X X I 5 5 000 + 4 4

22 X X II 15 000 4- 4 ■+ 4 ⁴ 4 4

23 X X III 19 000 4 4 4 + 4 4 4 4

(7)

Rodzaje ponadnormatywnych zanieozyszozeń występujących w wódzia uzdatnionej analizowanych stacji wodocią

gowych i możliwości zastosowania węgla aktywnego

§ e>

s ° i » U

- 'S' i !

§ | 3 i i '3 ^

ii«

Z a s t o s o w a n i e w ę g la a k ty w n e g o

L p a

N r S U IN i

Ü C3 N

■tn a ? I

l i ^m ^ i §■_{1 !}

fi

₁⁸

fi

^{1 1}N ^ ł-S Ę ■"> i

1 I l i 1

!

M o ż liw o ś c i p o p ra w y ja k o ś c i

w o d y. o kre so w e p r z e k r o c z e n ie

d op u szczolnej i l o ś c i

p r2e kroc2e n ie dopuszczalnej n o rm y

m o ż w

iw o ś ć

j s t q p i e n i a * i'31o.

er i &

í

1 2 3 4 s 6 7 i 10 11 12 1S M 15 16 17 16 1Q 20 21 22 23

1 2 3 4 5 6 7 8

,o

§ -5 t!

oQ.

I I VI VIII XV XVIII XIX XXI XXII

4 + 4 + 4-

4 + 4 4 +

+

4 4

4

4 4

4

4 4

węczerpata możliwości

poprawy

9 10 11 12 n

<u 1Ol

§o o.

IV III V VII XIII

+ 4

4 +

4 4

4

+

4

+ +

4 4

4 4 4 4

« 15 16 17

I

_Cf

8*

1 XI XII XIV

+ 4

4

4 +

4

4 4 + 4

4 4 4

dopuszczona do eksploatoc/i

18 19

in f ilt r a  c yjn e

XVI XVII

4 4 20

21 22 21

0)

¡

^j^Q

Ę IX X XX

XXIII 4-

4 4

4

4 4

■4 4

4 4

4

grozi ogronicze- nie produkcji ■

Analizamożliwościzastosowaniawęgla

(8)

22 F.G. Pleohurski. E. Podło

5. Kryteria konleoznoścl stosowania węgla aktywnego

Na podstawie analizy jakości wód uzdatnianych na poazozególnyoh sta

cjach wodooiągowyoh, atosowanyoh procesów 1 urządzeń, motna by staoje te podzielić na cztery grupy (przy zaloZenlaoh, Ze użyty zostanie tylko wę

giel aktywny jako środek do uszlaobetnlania wody):

a) gdzie stosowanie węgla aktywnego jest niezbędne ze względu na bardzo zlą jakość wody uzdatnionej,

b) gdzie byłoby wskazane zastosowanie węgla aktywnego, jednak ze względu na związane z tym olbrzymie koszty propowyoję tę moZna na razie odło

żyć do momentu, gdy stanie się ona niezbędna,

o) gdzie zastosowanie węgla aktywnego nie jest obecnie konieczne, leoz nie wykluczone w przyszłości,

d) gdzie stosowanie węgla aktywnego Jest niepotrzebne.

Z ogólnej ilośoi przeanalizowanych stacji (tabl. 2) w oztereoh przypad

kach zastosowanie węgla aktywnego w prooesie uzdatniania wody okazało się niezbędne. Są to staoje nr IX,VIII,X,XIX (tabl. 2). Wszystkie te staąje uzdatniają wodę powierzchniową z wyjątkiem SUW nr X, która zasilana Jest wodami mieszanymi (powierzchniowymi z piaskowni i kopalnianymi). W trzeob przypadkach zastosowanie węgla aktywnego byłoby wskazane SUW nr VI, XVII, XXIII. Na pozostalyoh 11 staojaoh zastosowanie węgla aktywnego Jest zbęd

ne. Staoje te zasilane są wodami poohodzenia podziemnego kopalnianego bądi infiltracyjnego.

6. Potrzeby oraz propozyo.ie stosowania węgla aktywnego

6,1. Staoja uzdatniania wody nr II

Woda pobierana Jest z rzeki w ilośoi 70000 m /d i wymaga zastosowania procesów koagulacji, filtraoji oraz dezynfekoji. Przyjęty schemat teohno- loglozny okazał się nie najlepszy. Pulaatory nie praoują zgodnie z prze

znaczeniem, zaś filtry pospieszne są przeoląZone.

Propozycje zmian obejmują dwa warianty przedstawione na sobemaoie rys. 2.

Przy zastosowaniu wariantu ’A" istnieje obawa, Ze na skutek działania ozonu powstaną produkty rozpadu związków chemicznyoh, które mogą być bar

dziej szkodliwe dla zdrowia ludzkiego niz produkty pierwotne. Dlatego za

stosowanie ozonowania bez dokładnego przebadania działania produktów roz

padu na organizm ludzki lub bez możliwości ioh redukcji na węglu aktywnym moZe być ryzykowne i niebezpieozne dla ludzi. Projekt ten przewiduje wyko

rzystanie istniejąoyoh pulsatorów jako odstojnikl wód popłuoznyob.

Wariant "B" przewiduje koagulaoję powierzohniową na filtraoh kotatakto- wyoh. Pod względem technologicznym jest to układ stosunkowo pewny i dla wody, jaka Jest ujmowana dla SUW nr II, celowy. Wymaga to Jednak wybudo-

(9)

Analiza możllwośol zastosowania węgla...

WODY POWIERZCHNIOWE

WODA , SUROWA I

I--- *---1 I PIASKOWNIK\

I_____ ^_____ I I A u ito fer k o m o r a

I FIOKULACJI I

!

r _ _ L _ _ n

OSADNIKI i

PIONOWE I---

Oj

\ DEZYNFEKCJA "f*- * Tf/l t rVp o s p.\

IW C G IE L ^ L

n = 6 F p K 1 m 2 v /-N ,S rn /l)

i

— --- ' DEZYNFEKCJA

r

PULSATOR JAKO OSADNIK PIONOWY i i

_

I

i

FILTRY POSP.

( PIASEK ) Ii

“i i

t

. . .

i

|O S A D N IK I } ' l WST£P/V£_ ]

[D E Ź Y N F E K U A ^ r ' - r SORBCJA U *

I _______l a.

! F IL T R Y i Kk o n t a k t o w e !

DEZYNFEKCJA ^CCj

WODA UZDATNIONA

propozycje rozbudowy:

wariant. A \--- w ariant«5' ---

ZBIO RNIK WODY CZYSTEJ

Rys. 2. Technologiczny schemat Ideowy procesów uzdatniania wody na SUW n r I I

(10)

2k F.G. Piechurski, E. Podio

wania przy użyciu osadników wstępnych, które w przypadku gwałtownego po

gorszenia się stanu wody pełniłyby rolę urządzeń wyrównującyoh stężenie zanieozyszczeń i ich częściowe usunięcie (piasek, grubsze zawiesiny), co zapewniłoby prawidłową pracę filtrów kontaktowych. Filtry kontaktowe pow

stałyby przez przebudowę istniejących filtrów pośpiesznyoh.

W celu polepszenia jakości proponuje się zastosowanie przed chlorowa

niem ozonowania i sorpcję na węglu aktywnym. Taki układ polepszy własno

ści organoleptyczne wody i zabezpieczy przed szkodliwym działaniem środ

ków chemicznych będących w wodzie oraz produktów ich rozpadu powstałych w wyniku działania ozonem.

Dla wariantu "A" zakłada się wybudowanie 6 komór filtracyjnym wypełnio

nych węglem aktywnym o wysokości h = 1 , 2 m i łąoznej powierzchni F^ =

= 2 k 6 m2 oraz prędkości filtracji = 11 m/h, przy czasie kontaktu t =

= 0,05 h.

Przy założeniu, że węgiel nie będzie podlegał regeneracji koszt produkoji (licząc tylko koszty węgla aktywnego) zwiększy isię o 0,3^9 zł/m^.

Dla węgla formowanego i regeneracji koszt produkoji wód zwiększy się o 0 , 3 3 1 zł/m3.

Dla wariantu "B" przy użyciu węgla aktywnego w postaci pylistej przy

o O

dawce minimalnej 5 g/m koszt produkoji wody zwiększy się o 0,59 zl/m , a

<1 o

przy dawce maksymalnej 20 g/mJ o 2 , 3 6 zł/m , wg oen obowiązującyoh w roku 1 9 8 2

.

6.2. Stacja uzdatniania wody nr VIII

Stacja ta uzdatnia wody powierzohniowe ujmowane średnio w ilości około 130 000 m^/d. Woda ze zbiornika podawana jest na filtry pospieszne piasko

we, a następnie podlega dezynfekcji chlorem (rys. 3).

Uzdatnianie wody powierzchniowej pochodzącej ze zbiornika w obecnym układzie technologicznym, tj. z wykorzystaniem filtracji pospiesznej i chlorowania nie daje zadowalającyoh wyników. Układ ten nie pozwala na usu

nięcie barwy, mętności a często i utlenialność w stopniu wymaganym przez normę. Jedynie przedostające się z powietrza do zbiornika związki cynku i ołowiu są skutecznie usuwane w procesie jej uzdatniania. Zastosowanie wstę

pnego chlorowania wody przed uzdatnianiem pozwoli na utlenienie nadmiaru substancji organicznych w wodzie, co spowoduje znaczne obniżenie utlenial- ności wody oraz dawki chloru przy dezynfekcji końcowej. Ze względu na du

żą ilość substancji koloidalnej powodującej mętność można by zastosować koagulację objętościową np.: w pulsatorach.

Koagulacja kontsktora na złożu filtracyjnym nie jest korzystna ze wzglę

du na charakter zanieczyszczeń powodująoych kolmatację złoża. W okresie podwyższonej mętności należy przewidzieć możliwość stosowania flokulanta.

Po koagulacji należy zastosować filtrację przez filtry pospieszne (no

we) z wypełnieniem piaskowym. Z chwilą ukończenia budowy tyoh urządzeń mo

żna dokonać przeróbek adaptacyjnych w celu wykorzystania staryoh filtrów

(11)

Analiza możliwości zastosowania węgla.. 25 2

piaskowych jako filtry węglowe o powierzchni F1 = 1*0 m , przy V^. = 9 , 6 m/h, wysokośoi warstwy filtracyjnej h = 1 , 3 m oraz czasie kontaktu t =

= 0,068 h.

i FILTR P0SR\

\ WĘGIEL) j

n * 4 4

~~

F f 4 0 m 2 V - f- 9 .6 m /h -

FILTR POSP

(

^{P IA S E K}⁾

---

DEZYNFEKCJA

C

^\N0

l UZDAT

DA " \ N/ONA

J

ZBIORNIK NODY CZYSTEJ

C U

1

r — JL— . ID E Z Y N F E K C J A 1

I__

i--- ^ ---

¡ P U L S A T O R y ¡ r a t / ją » /

I I— 1--- I F I L T R Y PO S.

i (p i a s e k)

~i ---- I

I__

p r o p o z y c ja ro zb u d o w y

Rys. 3. Technologiczny sohemat ideowy prooesów uzdatniania wody na SUW nr VIII

Przy wypełnieniu filtrów węglem granulowanym nie podlegającym regene

racji koszt produkcji wody (licząc tylko koszty węgla aktywnego) wzrośnie o 0,1*62 zł/m-*, przy wypełnieniu węglem formowanym podlegająoym regenera- oJi o 0,1*1* zł/m-*, wg cen obowiązuJąoyoh w roku 1 9 8 2.

6.3. Stacja uzdatniania wody nr X

Stacja wodociągowa zasilana Jest z ujęoia traktowanego Jako powierzch

niowe, obooiaZ poza wodami opadowymi zbiera głównie wody gruntowe i pod

ziemne w ilości 195 000 m"*/d łącznie. Woda surowa z rzeki częściowo uzda

(12)

26 ^F^G^JPieohurski^ JSj_Podio

tniana Jest na filtraoh powolnyoh, a częściowo na filtraoh pospiesznyoh.

Po filtracji woda Jest dezynfekowana chlorem dawką 1,1, - 1,3 mg/dm3.

koda surowa z ujęcia gruntowego uzdatniana Jest na filtraoh pospiesznych, a następnie dezynfekowana chlorem taką samą dawką. V przypadku pogorsze

nia się Jakości wody ujmowanej przed filtrami pospiesznymi woda będzie pod

dawana koagulacji Al^iso^i^ i klarowaniu w pulsatoraoh (rys. Ił).

V wodzie uzdatnionej stwierdzono występowanie stałego bądź wyraźnie spe

cyficznego zapachu zbliżonego do zapaobu produktów naftowyoh lub chlorofe- noli. Zapach ten nasilił się po ohlorowaniu i był wyozuwany w sieci wodo- oiągowej. Obecnie stosowana metoda uzdatniania tej wody przez koagulaoję, filtraoję oraz dezynfekoję chlorem nie Jest w stanie wyeliminować zanie

czyszczeń ligninosulfonowyoh z wody uzdatnionej. Zaohodzi zatem konieoz- ność zrezygnowania z eksploatacji ujęcia wody powierzohnioweJ lub zmiany technologii Jej uzdatniania.

Porównanie jakośoi wody z obu źródeł wskazuje na konieczność zwrócenia większej uwagi na wody ujmowane z rzeki. Dlatego też w ciągu teohnologioa- nym uzdatniania tyoh wód proponuje się zmiany.

Jako pierwszy prooes proponuje się zastosowanie wstępnego ohlorowanśa bądź ozonowania. Następne procesy przebiegać mogą w dwóch wariantach:

Wariant "A"

- adsorpoja na pylistym węglu aktywnym (budowa osadnika kontaktowego), - filtraoja pospieszna na filtraoh piaskowych (rozbudowa i adaptaoja

istnieJąoyoh filtrów powolnyoh jako filtrów pospiesznych), - dezynfekoja końoowa obiorem.

Wariant "B*

- filtraoja pospieszna przez filtry piaskowe (rozbudowa i adaptaoja istnie- Jąoych filtrów powolnyoh),

- adsorpoja na węglu aktywnym (budowa nowyoh filtrów węglowyoh), - dezynfekoja końcowa.

Wzrost kosztów produkcji wody (licząc tylko koszty węgla aktywnego) dla wariantu "A" wynosi przy dawce 5 g/®3 - 0,59 zł/m3 , przy dawoe 20 g/m3 - - 2 . 3 6 zł/m3 wg oen obowiązuJąoyoh w roku 1982.

Przy wariancie "B" założono, że należy wybudować 5 filtrów węglowyoh o powierzohni F1 = 60 m2 i Vf = 8,4 m/h. Wysokość warstwy filtracyjnej wynosiłaby h = 1,0 m, ozas kontaktu t = 0,06 h. Przyjmując węgiel, który nie podlega regeneraoji, koszt produkoji wody (lioząo tylko koszty węgla aktywnego) wzrośnie o 0,413 zł/®3 , zaś dla węgla formowanego podlegające

go regeneraoji o 0 , 3 9 3 zł/m3 , wg oen obowiązuJąoyoh w roku 1 9 8 2.

(13)

NO DY W ODY

POWIERZCHNIOWE G R U N T O W E

- £

1 D E Z Y N F E K C JA M I.. _

Iw ę g ie l

PULSA TOP

,SOPBCJA w

I_____ _i aktyw.

OSADNIK I

FIL TP POSP F IL T R Y

( P IA S E K ) POWOLNE

= .T_.t n F IL T R Y POSP. |

(P IA S E K )

FILTR POSP.

' (WĘGIEL) r> -5 F i^ S O m * Vf= $3m/b

t : : : .

Ch

i

| 1 /7'S

“ Z _ I £ i= 6 0 m 2 V f= 5 ,0 m /h

DEZYNFEKCJA

WODA UZDATNIONA.

Z B IO R N IK WODY CZYSTEJ

FILTR POSP (P IA S E K )

DEZYNFEKCJA

WODA UZDATNIONA

propozycje rozbudowy w a r ia n t, A "--- wonant „ 3 “---

C6-

Rya. **. Teohnologiozny schemat ideowy prooeoów uzdatniania wody na SUW nr X

Analizamożliwościzaatoaowaniawęgla

(14)

28 F.G. Pieohurski, E, Podio

6 mk . Stacja uzdatniania wody nr XIX

o

Stacja ta uzdatnia wody powierzchniowe w ilości 110 000 m /d. Koloidal

ny charakter zawartych w rzece zanieczyszczeń powoduje duże trudności w uzdatnianiu wody oraz zwiększa koszty uzdatniania. Stosowana tu klaayoz- na metoda koagulacji wody, przy dużej zawartości substancji koloidalnej w wodzie surowej, nie zawsze daje dobre wyniki (rys. 5).

Wzrost zanieczyszczenia bakteriologicznego wody surowej ujmowanej przez ten wodociąg powoduje konieczność wprowadzenia efektywniejszych metod jej uzdatniania. Doraźnie stosuje się bardzo wysokie dawki chloru przy dezynfekoji końcowej. Zaleoa się przed przystąpieniem do uzdatniania wody za

stosować wstępną dezynfekcję poprzez oionowanie lub chlorowanie. Proces ten zapewni usunięcie zanieczyszczeń koloidalnych oraz związków wieloozą- steozkowyoh wywolującyoh barwę.

Dla poprawy smaku i zapaohu wody proponuje się zastosować sorpcję na pylistym węglu aktywnym dawkowanym w Ilości 5 - 2 0 g/m do komory szybkiego mieszania (wariant a) bądź podwójną filtraoję - najpierw przez istniejące filtry piaskowe, później przez nowo wybudowane filtry węglowe (wariant B).

Wzrost kosztów produkoji wody (licząc tylko koszty węgla aktywnego) w

3 3

wariancie "A" przedstawia się następująco: dla dawki 5 g/n o 0,59 zł/m dla 20 g/m-* o 2 ,3 6 zł/nr*, wg cen obowiązuJąoyoh w roku 1982.

Przy dawkowaniu okresowym przez okres 1/3 roku koszty produkoji wody wzrosną dla dawki 5 g/m-* o 0,187 zł/m-* i dla 20 t/nr* o 0,787 zł/nr*, wg cen obowiązuJąoyoh w roku 1 9 8 2.

Zakładając konieczność wybudowania 10 komór filtraoyJnyob wypełnionych węglem aktywnym do wysokości h = 1 , 0 m i powierzchni pojedynczego złoża F1 = 1*8 m2 prędkośoi filtracyjnej Vf = 9,5-10,6 m/h i czasie kontaktu t =

= 0 , 0 5 2 h.

Koszt produkoji wody (lioząo tylko koszty węgla aktywnego) wzrośnie dla wę- gla, który nie podlega regeneracji o 0 , 3 6 zł/m przyjmując węgiel formowany z regeneracją o 0,31*3 zł/m .

Z danych zebranyoh w tabl. 3 wynika, źe stosowanie węgla aktywnego for

mowanego podlegającego regeneraojl osiąga się najniższy koszt produkoji 1 m-* wody, natomiast roczny koszt regeneracji i zakupu węgla do uzupełnie

nia Jest rzędu kosztów inwestyoyJnyob dla węgla aktywnego nie podlegające

go regeneraojl.

Najwyższe koszty inwestyoyJne oraz koszty produkoji t m wody uzyskuje się przy uZyoiu węgla aktywnego pylistego.

(15)

Analiza możliwości zastosowania węgla,•

3 1

_ « Ł . (Oj)

akt

WODY P O W IE R Z C H N IO W E

I f 1

, DEZYNFEKCJA,

!

L . —

¡ SOFBCJA

Ct2

h h3

S Z Y B K IE W IE S Z A N IE

KOMORA FLOKULACJi

O S A D N IK

l t F ILTR

( P IA S POSP.

E K )

■ i

A h (S Q * h i--- T 1 CcV

¡D E Z Y N F E K C J A ^ - )

1 T '

t ___

¡/W/ W O £ j-i-1--*

_________ J

d e z y n f e k c j a

I I— --- * i I FILTR POSP; I (W ĘG IEL') t J r - n - - J

n= to F, = 4 8 m *

\Z f-1 0 .C m /h .

AMONIZACJA

f WODA N,

l UZDATNIONĄ ) 1 ...

_

p ro p o zycje ro z b u d o w y : WQr¿o r t t „ A "---

i*/a n a n t „ B ‘ --- ZBIORNIK WODY

CZYSTEJ

Rys. 5. Teohnologiozny soberaat ideowy procesów uzdatniania wody na SUW nr XIX

(16)

Tablica Zapotrzebowanie i koazty zakupu węgla aktywnego dla ataoji wodociągowyoh, na ktdryoh Jeat on niezbędny

Lp N r SUW

a m‘/d

R o d z a j węgla a k ty w n e g o

Zapotrzebo

wanie na węgiel akt.

[ t J

Koszt * * pierwszego

wypełnienia [ty s z k j

Roczny *•

kosze zakupu [ i y s z t / r ]

Koszt * * regeneracji węgla akt.

K r Liyszk/r]

Koszt * * węgla okt, douzupek K u tty s z t/r]

K r + Ku [ t y s z t / r ]

Zwiększenie kosztów produkcji

* 8 W 7 *

i z 3 A s 6 7 8 9 70

1 II 70000

/ granulowany bez reganer, formowony z regeneracją .B" pgUsty ^

66 121 126-511

8 908 24 200

15 one-6o cm

6050 2 42o 8 4 7 0

0,349 0,331 0.59-2,36

Z m

tsoooo

granulowany bez regener formowany z regeneracją

167 296

21 929

59 100 14 925 5 970 20 895

0,462 0,44 3 X

195000

A ' p y lis ty 411

.8 ‘granulowany bez regener.

formowany z regeneracją

1091436 69 123

9 039 24 600

12921-51684

6 150 2 4 6 0 8 610

0,59-2,36 0.413 0,393 4 XIX

noooo

.8 granulowany bez regener formowany z regeneracją

200-803

¿7 -207 110 197

14 462 39360

23688,5-94154 7906^31588.6

9840 3 936 13 776

0,59-2.36 0,197-0,78

0,36 0,343.

* H zw iększenie kosztów p ro d u k c ji i m * w o d y utuczone s ą ty k o K o szty z a k u p u i r e g e n e r a q i w ę g la a k t y w n e g o .

* * Ucząc koszty zakupu węgla aktywnego przyjęto ceny obowiązujące w 1982 roku

‘f) Dawkowanie ctągke , 2) Dawkowanie okresowe

(17)

Analiza możliwośoi zastosowania węgla,. 31

7. Wnioski

Z przeprowadzonej analiz? 23 stacji uzdatniania wody nad możliwością zastosowania węgla aktywnego wynika oo następuje:

1. Istnieje potrzeba zastosowania węgla aktywnego na 1) staojaob wodociągo

wych, na 3 byłby on wskazany, zaś na 5 nie wyklucza się potrzeby Jego użycia w przyszłości.

2. Koszty produkoji wody na stacjaoh, gdzie Jest on niezbędny.wzrosną od

powiednio przy stosowaniu:

- węgla aktywnego pylistego o 0,5 9-2 ,3 6 zł/m3 (dawkowanie ciągłe) i o 0,197-0,78 zł/m3 (dawkowanie okresowe),

- węgla aktywnego granulowanego bez regeneraoji o- 0,349-0,1)62 zł/m3 , - węgla aktywnego formowanego z regeneracją o 0,3 3 1-0,1(1* zł/ra3 licząc

tylko koszty zakupu węgla aktywnego wg oen z roku 1 9 8 2.

3. Zastosowanie węgla aktywnego wymagać będzie przeprowadzenia odpowied- niob badań teohnologioznyoh dla ustalenia optymalnyob dawek i odpowie—

dnioh prędkości filtracji w poszczególnych przypadkach.

LITERATURA

£l] Bryob R. : Próba ooeny utleniaczy i sorbentów stosowanych w uzdatnia

niu wody GWiTS nr 7/80.

[2] Cennik nr 102 - 2/76. Wydawnictwo Katalogów i Cenników. Warszawa 1975.

[3] Fica J. : Zastosowanie węgli aktywnych do uzdatniania wody. Konferen

cja teohniozna. Poznań 1974.

Q(] Godlewioz J.M.: Filtry węglowe w prooesie uzdatniania wody. GWiTS nr 5/77.

[5] Tanozewski H . : Węgiel aktywowany w praktyoe uzdatniania wody i Jego regeneracja. GWiTS 9/75.

[6] Jasiński B . : Uzdatnianie wykońozająoe wody a filtracja na węglu ak

tywnym, GWiTS 2/74.

[7| Johnson J.G.: Activated carbon for filtration plants Efluent and Wa

ter treatment journal 8/74.

[8] Katalog węgli aktywnyob. Przedsiębiorstwo Zbytu Produktów Węglopocho- dnyoh w Gliwioe, 1968.

[⁹] Katalog: Węgle aktywne, Biuro wydawnloze "Chemia" ul. Foksal 1 8 , War- azawa 1975.

fioł Kelus J.: Adsorpoja związków nieorganioznyoh na węglu aktywnym,GWiTS 10/73.

DrJ Kelus J . : Oozyszozanie wody za pomooą węgla aktywnego i innyob metod oozyszczania, GWiTS 3/80.

[12] Kostrzewa E . : Węgiel aktywowany w prooeaaoh uzdatniania wody. Konfe

rencja teohniozna. Poznań 1975.

jijj Kowal A. Swiderska - Bróz M . : Węgiel aktywowany w prooeaaoh oczysz- ozania wody. GWiTS 12/74.

Kuś K . , Umiński J . , Preidl L . , Rzepiela M . : Wpływ pogarszającej się jakośoi wody na praoę urządzeń staoji wodoclągowyob WPWiK w Katowi- oaoh. Konferenoja naukowo-techniczna. Wisła 1981.

(18)

32 F.G. Pieohurski. Pedio

C 5] Pąprowioz J . : Wpływ wybranyoh właściwości fizykochemicznych węgli ak

tywnych na ich zdolność uauwania zanieozyszczeń z wody. Gliwioe 1980.

Eó]

Pawłowska K. , Janik M. : Wyniki badań w skali ułamkowo-teohniozne

j

^nad

zastosowaniem pylistego i granulowanego węgla aktywnego w uzdatnia

niu wody. II Międzynarodowa Konferencja. Lublin 1979.

[17] Rybicki St.: Zastosowanie granulowanego węgla aktywnego w uzdatnia

niu wody - wybrane problemy projektowania. Konferenoja teohniozna.Po

znań 197li.

[)8] Sohulhof P.: An Evolutionary Approaoh to Aotivated Carbon Treatment AWWA 11/1979.

[19] Załącznik do deoyzji nr DL-2/81 Państwowej Komisji Cen z listopada 1 9 8 1

.

AHAJIH3 B03M0SCH0CTH KPHMEHEHHH AKTHBHOrO yrjlH HA HEKOTOPHX CIAHUHflX no BOAOCHABKEHHiO KATOBHUKOrO H EEJIbCKOrO BOEBOACTB

P e 3 io m e

B p a C o i e aaH aHaaH 3 23 cT arn in # no B0A0CHa6xeHHB K a io B H U K o ro h E e jib C k o r o BoeBOACTB npOH3BOAHTejIbHOCTbX> ÓOJiee 5000 U /cyTK H , 3 yTHJIH3ypyx>IHHX BOAy AAH KOMMyHaabHux H y w . E s e a n npHHHib bo BHHuaHue h t o a jih yjiyqmeHHA K a n e c i B a y T a a H30BaHH02 b o a u O y * e i npHueHHTCH aKTHBHtift y r o a b , t o H u e e i c a H eoS xo A H - M ocxb b e r o npuueHeHHH Ha 4 B T a H io w x , a a 3 ciaH U H ax oh 6 u x 6h z e j i a i e j i e H a Ha 5 CTaHUHHx He HCKJuoaaeTCH e r o npHiieHeHHe b O yA ym eu . C a u u e HH3Kae 3 a i p a - TH Ha n p0H3B0ACTB0 1 BOAU B O JiyłaeTCH npu npuueHeHHH (JlOpMOBOHHOro aKTHB H oro y r a a o p e r e H e p a n a e f l, c a u u e 6ojib nw e a a i p a i u - npH H cn o jib30BaHHH n u jw - o i o r o aKTHBHoro y r a a .

POSSIBILTTTIES OF ACTIVE CARBON APPLICATION IN SOME WATER SUPPLY STATIONS OF KATOWICE AND BIELSKO DISTRICTS

S u m m a r y

Twenty three water supply stations in Katowioe and Blelsko distriotts are analized. The stations are used to municipal water conditioning and have oapaoitiea over five thousands m-^/d. Four stations are in need ofao- tive oarbon to improve water quality, for three of them it is indioated while for five others there is possibility of its application in future.

The lowest costs of the unit water production are reaobed for moulded ac

tive carbon regenerated while the most expensive is the use of powdery ao- tive oarbon.