Napowietrzanie.pdf

Mgr inż. Łukasz Weber

Eksploatacja Stacji Uzdatniania Wody Podziemnej cz. I

Rodzaje i eksploatacja systemów napowietrzania ciśnieniowego wody

podziemnej

1. Wstęp

Napowietrzanie jest procesem wykorzystywanym praktycznie na każdej Stacji Uzdatniania

Wody podziemnej. Celem jego stosowania w układach technologicznych jest:

wprowadzanie do wody tlenu,

usunięcie rozpuszczonych w wodzie podziemnej gazów, głównie CO 2 agresywnego oraz

siarkowodoru (H 2 S), w zdecydowanie najmniejszym stopniu azotu amonowego, który

dla pH wód naturalnych występuje praktycznie wyłączanie w postaci rozpuszczonego

jonu NH 4 + , a nie gazu NH 3 który można by odpędzić.

O efektywności wymienionych procesów decydują takie czynniki jak:

powierzchnia wymiany gazowej – im wyższa tym wymiana gazowa zachodzi

efektywniej,

temperatura wody – im niższa tym trudniej usunąć i łatwiej wprowadzić gazy do wody,

stężenie gazu w powietrzu w stosunku do jego stężenia w wodzie (ciśnienie parcjalne)

– które decyduje o kierunku transportu gazu; przykładowo jeśli stężenie gazu w

powietrzu (np siarkowodoru) nadmiernie wzrośnie, wówczas nie będzie on usuwany z

wody i odwrotnie jeśli stężenie tlenu w powietrzu będzie zbyt niskie, wówczas nie

będzie się on przedostawał do wody – zależność ta ma bezpośrednie przełożenie

praktyczne.

Podstawowy podział procesów napowietrzania z technicznego punktu widzenia wyróżnia:

napowietrzanie otwarte,

napowietrzanie ciśnieniowe.

Zaś na wybór danego systemu wpływają:

zasadowość wody i jej odczyn, pośrednio zawartość dwutlenku węgla agresywnego,

zawartość siarkowodoru w wodzie

w mniejszym stopniu zastosowany na SUW układ hydrauliczny (grawitacyjny bądź

ciśnieniowy), choć ten element ma coraz mniejsze znaczenie.

Generalnie, zdecydowanie większą efektywność zarówno wymiany gazowej, jak i

natlenienia wody uzyskuje się w wszelakich systemach napowietrzania otwartego, które

zostaną dokładnie scharakteryzowane w kolejnym artykule z cyklu.

Przewagą systemów ciśnieniowych jest z kolei to, że zajmują mało miejsca i pozwalają

ograniczyć ilość stopni pompowania. Potencjalnie wiążą się również z niższymi kosztami

inwestycyjnymi.

W niniejszym artykule zostanie przeanalizowana eksploatacja systemów ciśnieniowego

napowietrzania wody podziemnej.

2. Charakterystyka podstawowych urządzeń napowietrzania

ciśnieniowego wody

Spośród eksploatowanych na SUW systemów napowietrzania do najczęściej stosowanych

zaliczyć można

napowietrzanie metodą „rura w rurę”,

napowietrzanie przy użyciu strumienic (inżektorów),

napowietrzanie przy użyciu aeratorów montowanych przed każdym filtrem

ciśnieniowym,

centralne aeratory ciśnieniowe.

Pierwszy z wymienionych systemów trudno jest nazwać sposobem napowietrzania wody.

Często jest on traktowany jako rozwiązanie doraźne, przed zastosowaniem bardziej

efektywnego sposobu napowietrzania.

Polega na wprowadzeniu rurociągu z powietrzem bezpośrednio do kolektora

doprowadzającego wodę surową na SUW, albo przed każdy z filtrów ciśnieniowych

oddzielnie.

Do zdecydowanych wad takiego rozwiązania można zaliczyć:

minimalną powierzchnią kontaktu na linii woda – powietrze, w efekcie czego uzyskuje

się niski stopień wysycenia wody z tlenem,

brakiem odgazowania wody,

z reguły całe wprowadzone i wymieszane z wodą powietrze ucieka od razu pierwszym

odpowietrznikiem

jeśli odpowietrzniki nie pracują należycie następuje z kolei odwrotne zjawisko –

zapowietrzanie filtra, bądź złoża filtracyjnego,

w sytuacji napowietrzania wody, przed każdym filtrem oddzielnie bardzo trudno ustalić

warunki jednakowego natlenienia wody,

bardzo niski czas kontaktu wody z powietrzem, który jest w zasadzie równy czasowi

przepływu wody przez odcinek od miejsca wprowadzenia powietrza do najbliższego

zaworu odpowietrzającego (chyba że takowego nie ma).

Do jedynych zalet można zaliczyć:

minimalne koszty ,

kompaktowość.

Skuteczność działania systemu uzdatniania wody z napowietrzeniem metodą „rura w rurę”

zależy od składu chemicznego surowca. Jeśli woda nie zawiera nadmiaru gazów

niepożądanych, a stężenia wskaźników takich jak żelazo, czy jon amonowy nie wykraczają

znacząco poza normy, wówczas napowietrzenie wody – czy raczej wprowadzenie do wody

tlenu tą metodą może być wystarczające.

Jeśli jednak z przyczyn technicznych istnieje konieczność eksploatacji tego typu systemu

dla wody trudniejszej można choć trochę poprawić jego efektywność poprzez:

włączenie powietrza w rurociąg z wodą surową możliwie jak najdalej od filtrów (przy

czym trzeba sobie zdawać sprawę z tego, że w takiej sytuacji będzie dochodziło do

wytrącania np żelaza w tymże rurociągu, co oczywiście będzie wymuszało jego częstsze

czyszczenie, ale z drugiej strony uzyska się poprawę czasu kontaktu wody i powietrza),

montaż za punktem wprowadzenia powietrza, mieszacza statycznego, lub choćby kryzy

dławiącej, w efekcie czego uzyska się lepsze wymieszanie tych dwóch mediów i wyższą

powierzchnię wymiany gazowej.

Generalnie jednak trzeba podkreślić, że ten system napowietrzania wody należy traktować

jako doraźny, zaś jego eksploatacja może być źródłem wielu problemów w uzdatnianiu

wody, mających swoje podłoże, czy to w niedostatecznym natlenieniu wody, zbyt krótkim

czasie kontaktu wody i powietrza, czy też słabym odgazowaniu.

Napowietrzanie inżektorowe jako druga z wymienionych metod również jest stosowane na

wodociągach i to zarówno dużych jak i niewielkich.

Schemat inżektora przedstawiono na rysunku 1.

Rysunek 1. Inżektor - przekrój

Wylot wody

Doprowadzenie

wody

Zassanie

powietrza

Strumień płynącej wody natrafia na przewężenie na który następuje wzrost prędkości

przepływu, ale spadek ciśnienia. Przy odpowiednim przepływie wody spadek jest tak duży,

że tworzy się podciśnienie, w efekcie czego następuje zassanie powietrza do wnętrza

inżektora. Zassane powietrze miesza się z wodą.

Ilość zassanego powietrza zależy zatem bezpośrednio od przepływu wody surowej. Jeśli

przepływ będzie zbyt mały powietrza będzie również mało i odwrotnie. Z kolei oczywiście

przewężenie wywołuje stratę ciśnienia. Im większy przepływ, tym strata ciśnienia na

inżektorze wyższa, co należy uwzględnić przy doborze odpowiednich pomp.

Najczęstsze problemy w eksploatacji tego typu urządzeń to właśnie niedopasowanie

rozmiarów inżektora do przepływu, lub zmienność dobowa czy sezonowa produkcji wody.

Zdarzają się bowiem sytuacje, że maksymalna produkcja różni się w stosunku do produkcji

minimalnej kilkukrotnie. Wówczas należy wprowadzić kilka inżektorów na równoległych

nitkach.

Problemów takich nie będzie w układach pracujących w systemie załącz / wyłącz, ze stałą

wydajnością tłoczenia wody surowej. Wówczas zawsze przez inżektor przepłynie taka

sama ilość wody, co pozwoli na precyzyjne dopasowanie wielkości urządzenia pod kątem

wymaganej ilości powietrza.

O ile jednak w przypadku inżektorów ilość powietrza i stopień jego wymieszania z wodą

wystarczają z reguły na natlenienie wody do wymaganego poziomu, o tyle odgazowanie

wody jest już utrudnione.

Również czas kontaktu wody z powietrzem zależy od długości odcinka rurociągu pomiędzy

inżektorem (miejscem wprowadzenia powietrza) a odpowietrznikiem.

Zalety to oczywiście niski koszt oraz łatwość montażu przy minimalnej powierzchni

zajmowanej przez urządzenie.

Małe aeratory ciśnieniowe (mieszacze wodno – powietrzne) montowane przed filtrami

ciśnieniowymi, pozwalają już na uzyskanie:

- pewnego czasu kontaktu wody z powietrzem

- wystarczającego, z reguły, natlenienia wody.

Niestety usunięcie gazów jest tutaj praktycznie niemożliwe.

Na zdjęciu 1 i 2 przedstawiono układy technologiczne bazujące na tego typu urządzeniach.

Zdjęcie 1 i 2. Małe mieszacze wodno – powietrzne montowane przed filtrami

Podstawowe problemy z jakim borykają się eksploatatorzy tego typu mieszaczy to:

brak możliwości precyzyjnej i jednolitej regulacji ilości doprowadzanego powietrza do

każdego z aeratorów zamontowanych przed filtrami (jeśli filtrów jest 4 tyleż samo jest

aeratorów) – w efekcie czego na jednym filtrze woda może być przesycona

powietrzem, na drugim natomiast dochodzi do stanu niedotlenienia, co skutkuje

problemami technologicznymi,

trudności z konserwacją urządzenia (zwłaszcza starego typu), gdzie nie ma możliwości

dotarcia do środka i okresowego przeczyszczenia aeratora, a zdarza się, zwłaszcza w

układach z dużą zawartością żelaza w wodzie surowej, że aerator lub rurociąg

doprowadzający powietrze jest całkowicie niedrożny, bądź przepływ wody odbywa się

tylko wąską strugą pośrodku aeratora.

Czasami, by wyeliminować pierwsze z wspomnianych uniedogodnień eksploatacyjnych

montuje się aeratory tego typu w baterie, zgodnie ze zdjęciem nr 3.. Dzięki temu możliwe

jest jednolite napowietrzenie całej wody trafiającej na filtry.

Poprawę efektywności i skuteczności pracy tego typu urządzeń uzyskuje się również dzięki

zastosowaniu pierścieni z tworzywa (np pierścienie Raschiga, czy Białeckiego), które to

pierścienie zwiększają powierzchnię wymiany gazowej. Niestety nie wszystkie układy da

się przerobić w ten sposób. Na szczęście nowe aeratory tego typu są wyposażone w część

z pierścieniami oraz z reguły składają się z dwóch części łączonych kołnierzowo co

umożliwia ich łatwiejszą konserwację.

Zdjęcie 3. Modyfikacja układu napowietrzania polegająca na montażu aeratorów w baterie.

Duże centralne aeratory ciśnieniowe pozwalają na zdecydowanie najefektywniejsze z

wymienionych systemów napowietrzanie wody. Niestety cały czas odgazowanie wody jest

tutaj niezadowalające. Dużo zależy od rozwiązania systemu samego doprowadzenia

powietrza, względnie zastosowania w aeratorze systemu wypełnień w postaci różnorakich

pierścieni. Oczywiście aeratory tego typu spośród wszystkich wymienionych systemów

najwięcej miejsca i są najdroższym rozwiązaniem – ale jeszcze raz należy podkreślić –

najłatwiejszym w eksploatacji i najefektywniejszym.

Przede wszystkim ważne są następujące elementy:

najdłuższy czas przetrzymania wody z powietrzem przed filtracją,

zasilanie w powietrze z jednego rurociągu, dzięki czemu można precyzyjnie dopasować

ilość powietrza do aeracji,

cała objętość uzdatnianej wody jest napowietrzana w jednakowy sposób, tak a na

każdy filtr trafia surowiec maksymalnie równomiernie natleniony.

Przykładowe układy technologiczne oparte o napowietrzanie centralne przedstawiają

zdjęcia 4 i 5.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: