Testování filtračního materiálu DMI-65
Smyslem testování filtračního materiálu DMI-65 bylo prokázat jeho schopnosti při odstraňování železa, manganu a barya z vodního zdroje v Ivančicích. DMI-65 ke správné funkci potřebuje pouze dávkování roztoku chlornanu sodného v koncentraci dle výpočtu daného výrobcem.
Úvod
Smyslem testování filtračního materiálu DMI-65 bylo prokázat jeho schopnosti při odstraňování železa, manganu a barya z vodního zdroje v Ivančicích. Zvláštní pozornost je věnována provozním podmínkám testovaného materiálu při odstranění manganu pod limitní hodnotu 0,05 mg/l, která je limitována vyhláškou č. 252/2004 Sb.
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. Chlornan sodný se do procesu dávkuje jako oxidační činidlo. Jiné metody oxidace například provzdušňovací nádrže lze rovněž využít. Zrnitost materiálu se pohybuje od 0,20 do 0,60 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. Orientační cena testovaného materiálu je 115,-Kč/kg.
Popis poloprovozního zařízení
Obr. 1 Poloprovozní zařízení (foto autor)
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 chlor- nanu sodného (NaClO) před filtrem. 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.
Popis testu
9. 12. 2013: Začátek v 9:00 hod. Postupné sestavování poloprovozního zařízení a napojování hadic (sání, výtlak a výpusť prací vody). Sání jsme napojili do ½coulového odběrného místa za čerpadlo surové vody. Průtok a tlak vody byl dostatečný pro filtraci, ale nedostatečný pro praní filtru. Použili jsme proto 2× 50l sudy a naplnili je filtrátem pro praní filtru. Tlakovou nádobu jsme naplnili štěrkem do výšky sacího koše a následně zasypali vrstvou DMI-65 do výšky 56 cm. Volný prostor v nádobě je zaplněn vodou a slouží k víření sedimentů při praní filtru. Rychlost praní filtru byla nastavena s ohledem na velikost filtru a výšku lože na 20 l/min tak, aby se zamezilo odplavování filtračního materiálu DMI-65. Rychlost filtrace byla zpočátku vypočtena 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 DMI-65 v roztoku je 30 minut a déle.
10. 12. 2013: Začátek v 7:30 hod. Teplota surové vody je 13 °C. Před začátkem testování jsme ještě zapojili dávkovací čerpadlo do sestavy a připravili koncentrát NaClO s vodou v poměru 15 litrů upravené vody a 0,25 litrů 4,7% NaClO. Koncentrát byl plynule dávkován do filtrace. Stejný koncentrát byl dávkován i během praní filtru ve stejném množství. Jako první jsme provedli praní filtru rychlostí 25 l/min. Voda při prvním praní nového média byla značně zakalená jak je vidět na obrázku č. 2. na začátku praní obrázek vlevo a na konci praní obrázek vpravo. K vyprání filtru jsme spotřebovali 100 litrů vody. Průtok filtru s ohledem na velikost a povahu testovacího zařízení jsme nastavili na 8 l/min. Tlak vody 1,1 bar byl pro filtraci dostatečný, který jsme dodatečně zredukovali na 0,6 bar. Během testování jsme odebírali vzorky v následujících časech: 10:30, 12:00, 13:15 a 14:30. Vzorky jsme v ten samý den odvezli na zpracování do laboratoří Vodárenské akciové společnosti a.s. Na konci měření jsme filtr vyprali připravenou přefiltrovanou vodou ve dvou sudech, každý o objemu 50 litrů.
11. 12. 2013: Začátek v 8:00 hod. Teplota surové vody je 12,4 °C. Filtr byl přes noc odstaven kvůli odstávce vodárny. Vypraný filtr z předchozího dne byl připravený k provozu. Průtok byl opět nastaven na 8 l/min. Vzorky jsme odebrali v 8:30, 10:00 a 11:15 hod. Konec měření.
13. 1. 2014: Po časové prodlevě měření a rozebrání poloprovozního zařízení je bylo třeba znovu sestavit a zapojit. Zařízení bylo sestaveno dle popisu ze dne 9. 12. 2013. Zaměřili jsme se na sledování delší doby filtrace než v předchozích testech a sledovali koncentrace manganu. Filtrace započala v 15:00 hod a skončila v 8:00 hod druhého dne.
14. 1. 2014: Ráno po příchodu k měřícímu zařízení jsme zjistili, že dávkovací čerpadlo zcela vyčerpalo zásobník roztoku chlornanu sodného. Nevěděli jsme, kdy k tomu došlo, nicméně první vzorek nebyl až tak špatný. Koncentrace manganu ve vzorku byla 0,079 mg/l, což naznačuje, že se tak stalo nejspíš až k ránu a materiál DMI-65 měl ještě dostatečnou jímací kapacitu. Druhý vzorek po namíchání nového roztoku byl odebrán v 10:00 hod. Poté jsme filtr vyprali; aby nedošlo k vyčerpání chlornanu sodného, tak jsme použili větší sud a změnili nastavení dávkovacích hodnot čerpadla z frekvence 75 zdvihů/s a 50 zdvih na frekvenci 50 zdvihů/s a 40 zdvih. Vzhledem k výsledkům rozborů vody jsme snížili průtok na 7 l/min. Filtr byl připraven na další test, který začal v 15:00 hod a trval do 7:15 následujícího dne.
15. 1. 2014: V 7:15 hod jsme odebrali první vzorek filtrátu na rozbor s výsledkem koncentrace manganu 0,494 mg/l. Takový výsledek jsme nečekali a domnívali jsme se, že je třeba snížit průtok na 5 l/min. V 9:00 hod jsme odebrali další vzorek filtrátu na rozbor s výsledkem 0,41 mg/l. Ani tento výsledek nenaplnil naše očekávání a zaměřili jsme se spíše na kvalitu pracího cyklu. S tím, zda-li se naše hypotéza o nedostatečné kvalitě pracího procesu potvrdí, jsme museli počkat do dalšího dne. Připravili jsme si čistou vodu s příměsí chlornanu sodného a průtokem 20 l/min po dobu 25 minut jsme filtr důkladně vyprali. Filtr jsme tak připravili na další test, který začal v 14:30 a trval do 7:30 hod následujícího dne.
16. 1. 2014: V 7:30 hod jsme odebrali první vzorek filtrátu na rozbor s výsledkem koncentrace manganu 0,081 mg/l. Naše hypotéza se potvrdila, rozbory vzorků z předešlých dní byly ovlivněny nedostatečně vypraným médiem, ale cíle měření ještě nebylo dosaženo. Uvažovali jsme jak do našich výpočtů zahrnout výšku filtračního média, která byla daná a dle výsledků nejspíše nedostatečná. Poslední část testu tedy simuluje větší výšku filtračního materiálu pro dokonalejší přefiltrování vody.
20. 1. 2014: Test spočíval v přefiltrování 40 litrů surové vody 3× přes filtrační médium DMI-65. Za předpokladu, že výška filtračního média v poloprovozním zařízení je nedostatečná je toto jediná možnost jak si tuto teorii ověřit. Filtr jsme před samotným testem vyprali čistou vodou s příměsí chlornanu sodného rychlostí 20 l/min po dobu 25 minut. Rychlost filtrace byla nastavena na 7 l/min. Touto simulací jsme dosáhli koncentrace manganu 0,001 mg/l.
Obr. 2 Voda na začátku a na konci praní (foto autor)
Obr. 3 Usazeniny ve vodě z vypraného filtru (foto autor)
Výsledky testu
| Datum a čas | Číslo vzorku | Železo [mg/l] | Mangan [mg/l] | Baryum [µg/l] | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A | B | A | B | A | B | ||
| 10. 12. 2013 – 10:30 | 1 | 0,063 | 0,010 | 0,721 | 0,415 | – | – |
| 10.12.2013 – 12:00 | 2 | 0,066 | 0,008 | 0,743 | 0,256 | – | – |
| 10. 12. 2013 – 13:15 | 3 | 0,066 | 0,007 | 0,735 | 0,220 | – | – |
| 10. 12. 2013 – 14:30 | 4 | 0,070 | 0,006 | 0,777 | 0,227 | 98,1 | 0,1 |
| 11. 12. 2013 – 08:30 | 5 | 0,088 | 0,011 | 0,647 | 0,222 | – | – |
| 11. 12. 2013 – 10:00 | 6 | 0,065 | 0,007 | 0,760 | 0,172 | – | – |
| 11. 12. 2013 – 11:30 | 7 | 0,054 | 0,005 | 0,620 | 0,073 | 100 | 0,4 |
| 14. 01. 2014 – 08:00 | 8 | – | – | 0,951 | 0,079 | – | – |
| 14. 01. 2014 – 10:00 | 9 | – | – | – | 0,135 | – | – |
| 15. 01. 2014 – 07:15 | 10 | – | – | – | 0,494 | – | – |
| 15. 01. 2014 – 09:00 | 11 | – | – | – | 0,410 | – | – |
| 16. 01. 2014 – 07:30 | 12 | – | – | – | 0,081 | – | – |
| 20. 01. 2014 – 10:00 | 13 | – | – | – | 0,001 | – | – |
| Poznámka: A – Surová voda před filtrací, B – Upravená voda po filtraci přes DMI-65 | |||||||
| Datum a čas | Číslo vzorku | pH | Teplota [°C] | Průtok [l/min] | Koncentrace chlóru celkového [mg/l] | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A | B | |||||
| 10. 12. 2013 – 10:30 | 1 | 7,15 | 12,3 | 8,0 | 10 | 1,59 |
| 10. 12. 2013 – 12:00 | 2 | 7,15 | 12,3 | 7,7 | 10 | 1,42 |
| 10. 12. 2013 – 13:15 | 3 | 7,13 | 12,3 | 7,6 | 10 | 1,22 |
| 10. 12. 2013 – 14:30 | 4 | 7,13 | 12,3 | 7,6 | 10 | 1,09 |
| 11. 12. 2013 – 08:30 | 5 | 7,12 | 12,0 | 7,8 | 10 | 1,2 |
| 11. 12. 2013 – 10:00 | 6 | 7,10 | 12,0 | 7,5 | 10 | 1,34 |
| 11. 12. 2013 – 11:30 | 7 | 7,15 | 12,0 | 7,5 | 10 | 0,93 |
| 14. 01. 2014 – 08:00 | 8 | 6,83 | 12,0 | 6,5 | 10 | 1,81 |
| 14. 01. 2014 – 10:00 | 9 | 6,80 | 12,3 | 6,5 | 10 | 2,01 |
| 15. 01. 2014 – 07:15 | 10 | 6,84 | 11,5 | 7,0 | 10 | 1,49 |
| 15. 01. 2014 – 09:00 | 11 | 6,85 | 11,7 | 5,0 | 10 | 1,43 |
| 16. 01. 2014 – 07:30 | 12 | 6,85 | 12,0 | 5,0 | 10 | 2,03 |
| 20. 01. 2014 – 10:00 | 13 | 6,90 | 12,7 | 7,0 | 10 | 1,49 |
Závěr
Na základě laboratorních výsledků testů vzorků filtrátu bylo prokázáno, že materiál DMI-65 zredukoval množství železa, manganu a barya na hodnoty uvedené v tabulce č. 1. Doplňkové veličiny, které jsme během testování měřili či nastavovali, jsou uvedeny v tabulce č. 2. DMI-65 ke správné funkci potřebuje pouze dávkování roztoku chlornanu sodného v koncentraci dle výpočtu daného výrobcem. Chlornan sodný, který je do procesu přidáván kontinuálně, slouží nejen k aktivaci média, ale i k oxidaci kovových prvků rozpuštěných ve vodě. Rovněž takto působí na arsen, který se váže na železo. Během testu jsme sledovali koncentraci NaClO na vstupu a na výstupu. Rozdíl těchto hodnot vypovídá o stavu a schopnosti média vázat prvky až do chvíle kdy je jeho sorpční schopnost naplněna, pak je filtr vyprán a jeho kapacita se bezezbytku obnoví. Hodnota celkového chlóru na výstupu by neměla být menší než 0,05 mg/l. V tomto testu nebylo cílem dosáhnout co nejnižší koncentrace chlóru, ale je to sledovaná veličina. Koncentrace železa se pohybuje v mezích normy a i přes nízké koncentrace na vstupu jsou výstupní hodnoty až 10× nižší. DMI-65 velice účinně odstranilo Báryum na hodnoty na hranici meřitelnosti, jeho potenciál odstranit Báryum je obrovský. Koncentrace manganu se ze začátku pohybuje v nadlimitních hodnotách, ale postupně klesá, až bylo dosaženo očekávané hodnoty 0,001 mg/l. Dobrých výsledků bylo dosaženo až po několika hodinách od aktivace média zřejmě z toho důvodu, že médium nebylo dostatečně smočené a nedostatečně vyprané a tím byla jeho účinnost nižší. Vyhláška č. 252/2004 Sb. stanoví: „V případech, kdy vyšší hodnoty manganu ve zdroji surové vody jsou způsobeny geologickým prostředím, se hodnoty manganu až do 0,20 mg/l považují za vyhovující požadavkům vyhlášky pro pitnou vodu za předpokladu, že nedochází k nežádoucímu ovlivnění organoleptických vlastností vody.“ V okolí Ivančic je takové geologické podloží. Na obrázku č. 3 jsou vidět usazeniny ve vodě z praní filtru. Jsou zde patrné nečistoty a médium. Zcela nové nepoužité médium z výroby obsahuje různě velké frakce od 0,2 do 0,6 mm a stává se, že během prvních praní jsou společně s prací vodou unášeny i ty nejmenší částice. Tyto nejmenší částice jsou zastoupeny pouze z 1,15% objemu média.
Zdroj
- [ ] dmi65.com
- [ ] Výsledky měření jsou porovnávány s českou legislativou Vyhláška č. 252/2004 Sb., kterou se stanoví hygienické požadavky na pitnou a teplou vodu a četnost a rozsah kontroly pitné vody
- [ ] Agriculture and water sources protection zones
This article support consciousness about DMI-65 known as powerful iron and manganese removal from contaminated water sources. It was confirmed by testing DMI-65 that it can remove iron and manganese lower than particular national code requires. The ideal operating condition was reached for this application. The only chemical added for correct function of DMI-65 is sodium hypochlorite.