SUW „Piaskownia” w Jaworznie – ujęcie z blokiem ozonowania

Ujęcie powierzchniowe „Piaskownia” (fot. 1) do 2011 r. produkowało wodę do celów produkcyjnych dla pobliskich zakładów przemysłowych. Po uzyskaniu dofinansowania ze środków unijnych spółka mogła przystąpić do przebudowy, a w zasadzie całkowitej modernizacji ujęcia w SUW do celów pitnych.

Inwestycję wartą blisko 20 mln zł rozpoczęto w 2012 r., a zakończono we wrześniu 2013 r. Dzięki temu zadaniu przedsiębiorstwu udało się uniezależnić od największego dostawcy zewnętrznego wody pitnej.

Technologia SUW „Piaskownia”

Z Kanału Centralnego, stanowiącego zbiór kanałów odwadniających kopalnię piasku, osiem rur drenażowych przesyła wodę z ujęcia brzegowego do komory czerpnej.

W ujęciu brzegowym zastosowano detektor plam substancji ropopochodnych (fot. 2), który zapewnia bezkontaktową detekcję wiązką laserową poziomu lustra wody od 0,3 do 2 m. Wystąpienie zanieczyszczenia spowoduje zatrzymanie pracy pomp i w rezultacie całej stacji.

Z ujęcia brzegowego woda trafia do komory zbiorczej. W komorze zabudowano mechaniczną kratę sitową wraz z kontenerem, usuwającą elementy zanieczyszczeń w wodzie surowej. Następnie za pomocą dwóch zatapialnych agregatów pompowych woda przesyłana jest do dwunastometrowej wieży desorpcji z pierścieniami Białeckiego. Wieża ma na celu usunięcie z wody agresywnego CO₂ i maksymalne natlenienie jej. W komorze zbiorczej zainstalowano również biomonitoring SYMBIO w postaci ośmiu małży słodkowodnych (fot. 3) w celu prowadzenia dodatkowej, ciągłej kontroli jakości wody ujmowanej ujęciem brzegowym. Małże reagują na wszelkie niekorzystne zmiany zachodzące w środowisku wodnym, informując na bieżąco o zmianach parametrów wody trafiającej do ujęcia „Piaskownia”.

W celu osiągnięcia wysokich efektów uzdatniania woda poddawana jest procesowi koagulacji. Blok koagulacji i sedymentacji składa się z dwóch zbiorników magazynowych na koagulant (w tym przypadku PAX 10), mieszacza statycznego oraz dwóch zbiorników stalowych z wolnoobrotowymi mieszadłami. Wytworzone kłaczki osadu przechwytywane są w dwóch osadnikach lamelowych ze zgarniaczem osadu (fot. 4). Osad kierowany jest do podziemnego zbiornika, skąd beczkowozami przewozi się go do oczyszczalni ścieków.

Osad z osadników lamela to jedyny produkt uboczny powstający w cyklu uzdatniania wody w tym ujęciu. Wszelka woda popłuczna i przelewowa kierowana jest do instalacji wód popłucznych na początek układu, gdzie w obiegu zamkniętym ulega uzdatnieniu. Przy ujęciu nie ma zrzutu wód popłucznych do potoku czy kanalizacji.

Na tym etapie uzdatniania wody zaprojektowano również utlenianie wstępne ozonem resztkowym podawanym przez wentylator z pomieszczenia ozonowni do systemu inżektorowego mieszania wody i gazu. Mieszanina wodno–gazowa trafia do mieszacza statycznego w bloku koagulacji.

Obecnie ujmowana woda ma bardzo dobre parametry wyjściowe, dlatego koagulacja i utlenianie wstępne uruchamiane są okresowo przy pogorszonych parametrach wody surowej.

Z bloku koagulacji woda przepływa przez kolumnę odgazowującą na filtry piaskowe. Tam filtracja przebiega w sposób ciągły w ośmiu filtrach pionowych samopłuczących (fot. 5).

Średnica filtra to 2,65 m, powierzchnia filtracji 5,5 m², a wysokość czynna złoża wynosi 2 m. Oczyszczona woda płynie grawitacyjnie do zbiornika buforowego, a stamtąd niskociśnieniowe pompy podają ją do kolumn ozonowania.

W celu redukcji w wodzie wszelkich substancji organicznych i nieorganicznych zastosowano proces ozonowania z wykorzystaniem tlenu gazowego. Ozon w przyjętej technologii służy wyłącznie do procesów zaawansowanego i szybkiego utleniania – nie jest dezynfekantem.

Blok ozonowania – ozon jako utleniacz

Znajduje się tu komplet dwóch kolumn kontaktowych z przewałem wyposażonym w dodatkowy zbiornik z korkiem wodnym, zabezpieczającym przed przedostaniem się ozonu do pomieszczenia. Średnica urządzenia wynosi 3 m, kolumny mają 6 m wysokości i 40 m³ objętości całkowitej (fot. 6).

Ozon wyprodukowany w ozonatorach jest doprowadzany ciśnieniowo do separatorów, następnie zasysany podciśnieniowo przez inżektory, mieszany w mieszaczach statycznych i wtłaczany do dwóch kolumn kontaktowych.

Blok ozonowania stanowią: dwa ozonatory hybrydowe, dwie kolumny kontaktowe, dwa reduktory ciśnienia tlenu gazowego do 0,7 bara, dwa komplety inżektorowych systemów wprowadzania ozonu do wody, dwa urządzenia do pomiaru zawartości ozonu resztkowego w wodzie KRYPTON K, jeden destruktor ozonu z masą katalityczną, jedno urządzenie do pomiaru ozonu w powietrzu K 100 (W) GAS i jedno urządzenie do pomiaru tlenu w powietrzu. Dwa ozonatory hybrydowe posiadają wydajność 1,5 kg O₃/h każdy.

Ozonator hybrydowy składa się z czterech modułów prowadzących, pracujących w technologii nietermicznej plazmy, chłodzonych powietrzem przy wydajności maks. 750 g/h oraz z modułu wspomagającego, chłodzonego wodą o tej samej wydajności.

Bloki plazmatycze chłodzone powietrzem to modułowa budowa – szafa z szufladami – więc cechuje je mniejsza energochłonność.

Zapotrzebowanie na energię do wyprodukowania 1 g ozonu z modułu chłodzonego powietrzem wynosi ok. 6 W, natomiast generator chłodzony wodą potrzebuje ok. 12 W, dlatego stacja pracuje głównie z wykorzystaniem modułów chłodzonych powietrzem.

Nad bezpieczeństwem pracy bloku ozonowania czuwa trzystopniowy układ zabezpieczeń przed zalaniem wodą: I stopień – zawory zwrotne w inżektorach, II stopień – zawory zwrotne przed separatorem, III stopień – separator uzbrojony w sondę konduktometryczną współpracującą z zaworem pneumatycznym, odcinającym dopływ ozonu. Ponadto blok ozonowania jest stale monitorowany on-line przez producenta.

Tlen do wytwarzania ozonu magazynuje się w zbiorniku stalowym cylindrycznym o poj. 25 t. Obecnie przy produkcji ok. 380 m³/h zużywa się 20 t tlenu ciekłego w ciągu 1,5 miesiąca.

Z ozonowni przez pompownię przewałową II stopnia woda trafia do bloku filtrów węglowych. Filtracja odbywa się w sześciu filtrach węglowych pionowych ciśnieniowych, zasypanych bitumicznym węglem aktywnym granulowanym.

Za każdym ciągiem trzech filtrów zainstalowane są średniociśnieniowe lampy UV firmy Wofil, których zadaniem jest destrukcja ozonu resztkowego oraz usunięcie mikroorganizmów.

W celu stabilizacji wody w sieci wodociągowej stosuje się podchloryn sodu, wytwarzany z soli kuchennej w stacji.

Woda uzdatniona gromadzona jest w dwukomorowym zbiorniku wody czystej o pojemności 500 m³, a stamtąd odprowadza się ją (za pomocą pompowni głównej) do miasta.

Eksploatacja bloku ozonowania

Zaletą stosowania ozonowania wody jest z pewnością fakt, że ilość chloru dozowanego w celu stabilizacji sieci jest dużo niższa niż tam, gdzie nie ma podobnego systemu uzdatniania.

Spółka wykonała pierwsze badania złoża węglowego w filtrach węglowych. W jednym z nich zaobserwowano ubytek złoża. Osłabienie struktury ziaren (kruszenie się węgla aktywnego) może być wywołane zbyt wysokim stężeniem ozonu w wodzie dopływającej. Jednak w tym przypadku przyczyną było uszkodzenie mechaniczne dolnej części filtra – prawdopodobnie podczas montażu.

Już przed zdiagnozowaniem problemu wykluczono możliwość skruszenia złoża, ponieważ w SUW „Piaskownia” filtry nie były narażone na długotrwałe podawanie wody z ozonem resztkowym, tj. > 0,2 mg/l. Progi alarmowe nie pozwalają na przesył wody o zwiększonej zawartości ozonu, a pomiarów kontrolnych dokonuje system on-line. Dotyczy to także ozonu resztkowego w powietrzu. System monitoringu ozonu w powietrzu sprzężony jest z awaryjnym wentylatorem dachowym fi 400 mm, który w momencie przekroczenia najwyższego dopuszczalnego poziomu stężenia ozonu w pomieszczeniu załącza się automatycznie. Przy rozruchu stacji zdarzało się, że poziom ozonu w powietrzu przekroczył 0,2 ppm, co powodowało jej wyłączanie. Problem wynikał z usterki destruktora ozonu. Awaria została niezwłocznie usunięta i od tej pory blok ozonowania działa bez zarzutu.

Woda uzdatniona z ujęcia „Piaskownia” charakteryzuje się wysoką zawartością tlenu rozpuszczonego o wartości ponad 20 mg/l, w związku z czym zamontowano nową sondę o zakresach ujmujących te wartości. Dokonano oceny właściwości korozyjnych wody. Przeprowadzono monitoring tzw. końcówek sieci wodociągowej, jak również wody surowej i uzdatnionej. Wyniki wykazały, że woda o takiej zawartości tlenu rozpuszczonego może wpływać na własności korozyjne, jednakże znikoma zawartość CO₂ agresywnego świadczy o braku właściwości korozyjnych wody z SUW „Piaskownia”.

Badania wody prowadzane przez akredytowane laboratoria, Państwowy Powiatowy Inspektorat Sanitarny oraz wewnętrzne laboratorium nie wykazały przekroczenia mikrobiologicznego przez cały okres eksploatacji ujęcia, mimo dużych ilości bakterii grupy coli w wodzie surowej. Nie odnotowano również przekroczenia zawartości ozonu w wodzie pitnej, a wartość dla wody uzdatnionej jest stabilna i wynosi 0,02 mg/l, przy dopuszczalnej wartości 0,05 mg/l ozonu w wodzie pitnej u odbiorcy. Sporadycznie zdarzało się przekroczenie fizykochemiczne, głównie parametru mętności w sytuacjach awaryjnych, np. braku zasilania podczas burzy. W takich sytuacjach istnieje możliwość uruchomienia ozonu resztkowego w bloku koagulacji, co wspomoże proces uzdatniania. Wykonawca przewidział zdalny monitoring na każdym etapie użytkowania technologii.

Przedsiębiorstwo zadbało także o funkcję edukacyjną obiektu. Powstała multimedialna ścieżka edukacyjna z audioprzewodnikiem, komiks dla najmłodszych oraz gra multimedialna. Taka oferta na terenie tego typu obiektu to nowość, która cieszy się dużym zainteresowaniem młodzieży szkolnej oraz mieszkańców.

Sylwia Kręcichwost, technolog wody, MPWiK w Jaworznie

Artykuł został opublikowany w miesięczniku „Wodociągi-Kanalizacja” (2/2015)