POLOPROVOZNÍ TESTOVÁNÍ FILTRAČNÍHO MATERIÁLU DMI-65

Cílem testování filtračního materiálu DMI-65 bylo prokázat jeho schopnosti při odstraňování kovů, a to na konkrétní lokalitě. V rámci testování bylo sestaveno poloprovozní zařízení s instalací na úpravně vody v Ivančicích, kde je využíváno podzemního zdroje vody se zvýšeným obsahem především manganu. Jelikož se ve zdroji vyskytuje i železo a baryum, bylo v průběhu poloprovozní zkoušky sledováno odstranění i těchto prvků z vody.

 

Úvod

Filtrační materiál DMI-65 je vyvíjen v Japonsku a vyrábí se v Austrálii. Základ tvoří oxid křemičitý, na jehož porézní povrch je nasublimována vrstvička chemické sloučeniny, jež váže rozpuštěné oxidy kovů. DMI-65 se pak v procesu filtrace využívá jako oxidační katalyzátor, k jehož správné činnosti je nutno ještě dávkovat chlornan sodný jako oxidační činidlo. Jiné metody oxidace, například provzdušňování, lze rovněž využít. Zrnitost materiálu se pohybuje od 0,2 do 0,6 mm, přičemž objemové zastoupení frakce 0,5 – 0,6 mm je udáváno cca 72 %. Pracovní rozsah pH je 5,8 až 8,6. Maximální přípustná teplota vody je 45 °C. Hustota materiálu je 1460 kg/m3. Barva materiálu je tmavě hnědá až černá (viz Obr. 1).

 

filtramat

Obr. 1  Filtrační materiál DMI-65

 

Cílem testování filtračního materiálu DMI-65 bylo prokázat jeho schopnosti při odstraňování manganu, železa a barya z vodního zdroje v Ivančicích. Zvláštní pozornost byla věnována provozním podmínkám testovaného materiálu při odstranění manganu pod mezní hodnotu 0,05 mg/l, která je dána vyhláškou pro pitnou vodu č. 252/2004 Sb.

 

Popis poloprovozního zařízení

Poloprovozní zařízení se skládá z tlakové nádoby o průměru 20 cm a výšky 110 cm s manuálním třícestným ventilem a středovou tyčí zakončenou sacím košem. K zařízení je napojeno potrubí s manometrem na sání i na výtlaku za účelem pozorování tlakové ztráty filtru a dále regulační a uzavírací ventily s odběrnými místy pro nabírání vzorků a regulaci průtoku přes filtr. Za výtlačným oběhovým čerpadlem je napojení dávkovacího čerpadla s kontinuálním dávkováním chlornanu sodného (NaClO) před filtr. Oběhové čerpadlo při filtraci nebylo nutné spouštět, protože tlak na vstupu byl dostatečný (0,11 MPa). Čerpadlo bylo zapojováno pouze pro praní filtru, kdy je vyžadována vyšší rychlost a tlak vody. Vnitřní náplň filtru se skládá ze spodní vrstvy štěrku (kačírek) o výšce 6 cm a vrstvy DMI-65 o výšce 52 cm.

 

filter

Obr. 2  Poloprovozní zařízení

 

Průběh poloprovozního testování

Dne 9. 12. 2013 proběhlo na úpravně vody v Ivančicích sestavování poloprovozního zařízení a napojování hadic (sání, výtlak a výpusť prací vody). Sání jsme napojili do ½ coulového odběrného místa za čerpadlo surové vody. Průtok a tlak vody byl dostatečný pro filtraci, ale nedostatečný pro praní filtru. Použili jsme proto 2 x 50 l sudy a naplnili je filtrátem pro praní filtru. Tlakovou nádobu jsme naplnili štěrkem do výšky sacího koše a následně zasypali vrstvou DMI-65. Průtok při praní filtru byl nastaven s ohledem na velikost filtru a výšku lože na 20 l/min tak, aby se zamezilo odplavování filtračního materiálu DMI-65. Průtok při filtraci byl vypočten dle výrobcem doporučených hodnot na 8 l/min. Počáteční aktivace nového filtračního materiálu DMI-65 proběhla v roztoku 4,7 % NaClO a vody v poměru 15 litrů vody a 0,5 litru NaClO. DMI-65 jsme v roztoku louhovali od 13:30 hod. do 8:00 hod dalšího dne. Doporučená délka louhování materiálu DMI-65 v roztoku je 30 minut a déle.

 

Druhý den jsme před začátkem testování zapojili dávkovací čerpadlo do sestavy a připravili koncentrát NaClO s vodou v poměru 15 litrů upravené vody a 0,25 litru 4,7 % NaClO. Koncentrát byl plynule dávkován při filtraci i během praní filtru. Nejprve jsme provedli praní filtru, kdy voda byla značně zakalená, jak je vidět na Obr. 3 (začátek praní – obrázek vlevo, konec praní – obrázek vpravo). K vyprání filtru jsme spotřebovali 100 litrů vody. Následně probíhala filtrace, a to s ohledem na velikost a povahu testovacího zařízení s průtokem 8 l/min. Tlak vody 1,1 bar byl pro filtraci dostatečný, dodatečně byl zredukován na 0,6 bar. Během testování jsme odebírali vzorky v následujících časech: 10:30, 12:00, 13:15 a 14:30. Na konci měření jsme filtr vyprali připravenou přefiltrovanou vodou ve dvou sudech, každý o objemu 50 litrů.

 

mater

Obr. 3  Voda na začátku a na konci praní

 

Přes noc byl filtr odstaven kvůli odstávce vodárny. Následujícího dne jsme opět filtrovali s průtokem 8 l/min a odebírali vzorky přefiltrované vody v časech 8:30, 10:00 a 11:15 hodin. Veškeré vzorky vody byly vždy v den měření odvezeny na rozbor do laboratoře Vodárenské akciové společnosti, a.s. Brno. Byly stanoveny koncentrace železa, manganu a orientačně i barya, a to v surové vodě před filtrací a po filtraci přes materiál DMI-65 (viz Tab. 1). Kromě toho byla na místě měřena i hodnota pH vody, teplota, průtok a koncentrace celkového chloru v surové vodě a po filtraci.

 

Jak je patrné z Tab. 1, koncentrace železa v surové vodě jsou nízké, splňují normu pro pitnou vodu 0,2 mg/l. Přesto byly měřeny koncentrace Fe po filtraci přes materiál DMI-65. Tento materiál snižuje množství železa ve vodě asi o jeden řád. Z měřených hodnot je také zřejmé, že materiál DMI-65 výborně odstraňuje baryum z vody. Co se týká manganu, koncentrace v surové vodě jsou vysoké, po filtraci přes materiál DMI-65 se je však nepodařilo během dvou dnů snížit pod limit daný vyhláškou pro pitnou vodu, a to 0,05 mg/l. Proto jsme přistoupili začátkem roku 2014 ještě k dalšímu testování, a to již jen s cílem snížit koncentrace Mn pod normu. Bylo provedeno ještě dalších šest odběrů vzorků s tím, že v závěru testu byl přefiltrován samotný filtrát, čímž byla simulována větší výška media. Pak se koncentrace manganu dostala až na hodnotu 0,001 mg/l.

 

Tab. 1  Výsledky laboratorních rozborů vzorků vody

filt.tab

 

Závěr

Výsledky rozborů vody po filtraci přes materiál DMI-65 prokázaly, že je schopen zredukovat množství železa, manganu a barya. Koncentrace železa byly sníženy téměř o jeden řád v podstatě ihned, koncentrace manganu se pod limit 0,05 mg/l daný vyhláškou 252/2004 Sb. pro pitnou vodu podařilo snížit až po určité době, a to při následném testování na začátku roku 2014. Vyhláška 252/2004 Sb. stanoví limit manganu v případě, že je zdroj surové vody ovlivněn geologickým prostředím za vyhovující až do hodnoty 0,2 mg/l. V okolí Ivančic je takové geologické podloží, takže je možné konstatovat, že ke snížení koncentrace manganu pod tuto hranici došlo již druhý den filtrace. Materiál DMI-65 potřebuje ke správné funkci dávkování roztoku chlornanu sodného v koncentraci dle výpočtu daného výrobcem. Chlornan sodný, který je do procesu přidáván kontinuálně, slou­ží nejen k aktivaci materiálu, ale i k oxidaci kovových prvků rozpuštěných ve vodě. Během testu jsme sledovali i koncentraci celkového chloru na vstupu a na výstupu z filtru. Rozdíl těchto hodnot vypovídá o stavu a schopnosti media vázat prvky až do chvíle, kdy je jeho sorpční schopnost naplněna, pak je filtr vyprán a jeho kapacita se obnoví. Hodnota celkového chloru na výstupu by neměla být menší než 0,05 mg/l.

 

 

Ing. Renata Biela, PhD.1, Ing. Tomáš Kučera, PhD.1, Ing. Petr Martiňák2

1  Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí, Žižkova 17, 602 00 Brno

2  DPT Design Centrum, s. r. o., Hněvkovského 30/65, 617 00 Brno

e-mail: biela.r@fce.vutbr.cz, kucera.t@fce.vutbr.cz, martinak@dptd c.cz

 

 

Poděkování

Příspěvek byl zpracován v rámci řešení grantového projektu specifického výzkumu VUT v Brně s názvem „Sledování účinnosti odstraňování mikroznečištění vodárenskými procesy“ (FAST-S-15-2701).