Stacja uzdatniania wody w jednym z zakładów karnych po wielu latach eksploatacji przestała spełniać swoje podstawowe funkcje w zakresie usuwania manganu i żelaza. Spadek wydajności złoża jest naturalnym procesem. Regularna wymiana złoża w stacji uzdatniania wody jest więc niezbędna dla utrzymania parametrów jakości wody zgodnych z normami oraz zapewnienia prawidłowej pracy stacji.

Częstotliwość wymiany złóż filtracyjnych zależy od kilku czynników. Główne z nich to intensywność użytkowania stacji uzdatniania wody oraz jakość wody surowej. Regularne monitorowanie jakości wody umożliwia odpowiednie zaplanowanie prac serwisowych.

Skutki zużycia złoża filtracyjnego

Długotrwała eksploatacja złoża prowadzi do wyczerpania jego zdolności do zatrzymywania cząstek stałych oraz związków rozpuszczonych w wodzie. Często dochodzi również do obrastania złoża osadami oraz utraty porowatej struktury ścianek kwarcu. Prowadzi to do spadku ciśnienia przepływu, a tym samym zmniejszenia efektywności pracy stacji uzdatniania. Spadek jakości oraz pogorszenie właściwości organoleptycznych wody jest sygnałem o konieczności sprawdzenia funkcjonowania stacji uzdatniania oraz ewentualnej wymiany złóż filtracyjnych.

Charakterystyka wody surowej

Wyniki badań jakości wody surowej dostarczone przez klienta wskazują na poważny problem. Stężenie żelaza w wodzie surowej, w zależności od ujęcia, jest od 4 do 5 razy wyższe niż dopuszczalna zawartość, którą określa Rozporządzenie Ministra Zdrowia. W przypadku manganu sytuacja wygląda bardzo podobnie. Dopuszczalna norma żelaza w widzie to 200 µg/l. Z kolei mangan w wodzie pitnej może występować w stężeniu nie przekraczającym 50 µg/l.

Parametr	Studnia 1	Studnia 2	Wartość parametryczna
Żelazo (Fe)	1240,0 µg/l	1021,0 µg/l	< 200 µg/l
Mangan (Mn)	259,0 µg/l	189,0 µg/l	< 50 µg/l

Skutki obecności żelaza i manganu w wodzie

Choć żelazo i mangan nie są pierwiastkami bezpośrednio zagrażającymi zdrowiu, ich
nadmiar powoduje wiele problemów eksploatacyjnych i estetycznych.
Przy odnotowanych stężeniach woda staje się mętna i przybiera nieestetyczną barwę – od żółtej po ciemnobrązową.

Technologia uzdatniania

Proces jednoczesnego odżelaziania i odmanganiania jest wymagający technologicznie, ponieważ obecność żelaza znacząco utrudnia usuwanie manganu. Żelazo wykazuje większą tendencję do osadzania się na materiale filtracyjnym, co przy niewłaściwie zaprojektowanym procesie może blokować usuwanie manganu. W tej realizacji mieliśmy do czynienia z wodą o bardzo wysokiej zawartości obu pierwiastków, co wymagało odpowiedniego podejścia.

Strefy odżelaziania

Chcąc zapewnić pełną skuteczność uzdatniania, wewnątrz filtra należy rozróżnić trzy strefy:

• Strefa I: Tu zatrzymywane są mechanicznie cząstki stałe wodorotlenku żelazowego, które zdążyły się już wytrącić np. w procesie utleniania.
• Strefa II: Odpowiada za usuwanie żelaza rozpuszczonego.
• Strefa III: Dopiero w tej części zachodzi usuwanie manganu. Jest to proces katalityczny, możliwy dzięki wpracowanemu, aktywnemu materiałowi filtracyjnemu – złożu katalitycznemu. Wpracowane złoże jest pokryte tlenkiem manganu (MnO2), który pełni rolę katalizatora w procesie odmanganiania. W tej strefie można również wykorzystać materiał nieaktywny np. piasek kwarcowy. W czasie eksploatacji ulega on naturalnemu wpracowaniu – pokryciu warstwą tlenków manganu. Proces ten często jest jednak czasochłonny.

Nieodpowiednie zaplanowanie procesu oraz błędne określenie wysokości poszczególnych stref może spowodować, że rozpuszczone żelazo przedostanie się do strefy III. Doprowadzi to do ograniczenia lub całkowitego zahamowania procesu usuwania manganu.

Czynniki wpływające na proces odżelaziania i odmanganiania

Utrzymanie odpowiedniej wysokości strefy odżelaziania jest jednym z wielu czynników o których należy pamiętać chcąc zapewnić poprawność działania stacji uzdatnia wody.

Pierwszym z czynników mających wpływ na efektywność filtracji jest napowietrzenie wody. Im lepiej woda zostanie napowietrzona przed wejściem na filtr, tym więcej rozpuszczonego żelaza przekształci się w nierozpuszczalny wodorotlenek i zostanie zatrzymane już w pierwszej strefie. Odpowiednie natlenienie wody ma również znaczenie w procesie usuwania manganu. Rozpuszczony w wodzie tlen umożliwia przejście rozpuszczonych form manganu w nierozpuszczone tlenki.

Kolejnym czynnikiem jest prędkość filtracji. Wzmożone zapotrzebowanie na wodę w zakładzie karnym (np. w godzinach porannych) zwiększa prędkość przepływu. Aby zapobiec zmianom prędkości przepływu wody, a tym samym filtracji, stacja została wyposażona w zasobnik wody uzdatnionej, który pokrywa szczytowe skoki zapotrzebowania, pozwalając na utrzymanie stałej prędkości filtracji.

Kolejnym elementem jest stopień uziarnienia złoża. Zastosowanie drobniejszego złoża umożliwia wytrącanie żelaza bliżej powierzchni, zmniejszając tym samym wysokość strefy odżelaziania – strefy pierwszej i drugiej.

Parametry techniczne stacji uzdatniania w zakładzie karnym

Realizacja: Wymiana złoża w stacji uzdatniania wody

Wymiana złoża filtracyjnego odżelaziaczach i odmanganiaczach w zakładzie karnym to proces wieloetapowy. Przy tak wysokich stężeniach żelaza i manganu, błąd w kolejności warstw mógłby całkowicie uniemożliwić odmanganianie wody.

Usunięcie zużytego materiału

Ułożenie warstw filtracyjnych

Mając na uwadze wszystkie wspominane warunku umożliwiające odpowiednie odżelazianie i odmanganianie ważne było odpowiednie zaplanowanie układu warstw filtracyjnych. Zastosowano układ frakcyjny, w którym każda warstwa pełni inną rolę.

Warstwa dolna składająca się z żwiru kwarcowego o gradacji 4-8 mm oraz 2-4 mm ma na celu zabezpieczenie dysz filtracyjnych przez zablokowaniem oraz zapewnienie równomiernego przepływu wody podczas procesu płukania wstecznego.

Kolejna warstwa stanowi złoże aktywne o granulacji od 1,0 do 3,0 mm. Złoże aktywne jest już przygotowane do usuwania manganu i nie wymaga dodatkowego wypracowywania. To właśnie masa aktywna w tym przypadku odpowiada za usuwania manganu z wody, oznacza to, że warstwa ta stanowi trzecią strefę. Umieszczenie tego złoża w dolnej części filtra gwarantuje, że dotrze do niego woda wstępnie oczyszczona z żelaza, co chroni masę aktywną przed „zapchaniem” przez rozpuszczone żelazo i umożliwi efektywne usuwanie manganu w niższych częściach filtra.

Warstwa górna filtra, warstwa odżelaziająca do piasek kwarcowy o gradacji 0,8-1,4 mm. Warstwa ta stanowi strefę pierwszą oraz drugą pozwalając na skuteczne usuwanie żelaza z wody.

Optymalizacja parametrów pracy

Po zasypaniu zbiorników filtracyjnych ważnym elementem było ustawienie odpowiedniej prędkości przepływu, czasów i częstotliwości regeneracji złoża oraz innych parametrów pracy stacji uzdatniania wody.
Dzięki znajomości technologii usuwania manganu z wód silnie zazielenionych, parametry pracy stacji uzdatniania zostały ustalone w odpowiedni sposób umożliwiając efektywne suwanie żelaza i manganu z wody.

Efekty wymiany złoża filtracyjnego w zakładzie karnym

Wymiana złoża filtracyjnego oraz dobranie odpowiednich parametrów pracy stacji uzdatniania przyniosły poprawę parametrów wody. Najważniejszym rezultatem jest przywrócenie jakości wody do stanu zgodnego z Rozporządzeniem Ministra Zdrowia. Pomiary wykonane po wymianie złoża potwierdzają skuteczność zastosowanej technologii:

• Spadek stężenia żelaza z poziomu 1240 µg/l do wartości poniżej 200 µg/l.
• Redukcja stężenia manganu z poziomu 259 µg/l do wartości poniżej 50 µg/l.

Wymiana złoża filtracyjnego wpłynęła również na codzienny komfort użytkowania. Woda odzyskała naturalną przejrzystość oraz wyeliminowano problem żółto-brązowych zabarwień. Usunięcie nadmiaru żelaza i manganu zatrzymało proces zarastania rur osadami, co bezpośrednio przekłada się na dłuższą żywotność pomp, zaworów oraz urządzeń grzewczych.

Podsumowanie

Regularna wymiana złoża filtracyjnego w stacji uzdatniania wody w obiektach o tak dużej intensywności użytkowania jak zakład karny jest niezbędna dla utrzymania ciągłości dostaw wody o odpowiedniej jakości. Inwestycja ta nie tylko zapewnia zgodność z prawem, ale generuje realne oszczędności, zapobiegając awariom kosztownych instalacji.