Studium možností odstraňování vodárenských kalů z potrubí

Petra Jurek Vidlářová

Doctoral thesis

Study of the Possibilities of Water Sludge Removal

Abstract:

Odstraňování vodárenských kalů z vodovodního potrubí by mělo být zavedeno jako nedílná součást údržby vodovodní sítě za účelem trvale udržitelné dodávky pitné vody o vysoké kvalitě. Za tímto účelem je nutné provádět údržbu vodovodní sítě nejen z pohledu její funkčnosti, ale také z hlediska odstraňování nahromaděného materiálu, který je v potrubí pitné vody běžnou součástí. Disertační práce shrnuje současné možnosti odstraňování vodárenských kalů z různých typů potrubí. Zabývá se získáním a vyhodnocením praktických poznatků v oblasti odstraňování vodárenských kalů z potrubí v rámci reálné vodovodní sítě. Diskutovanými metodami pro odstraňování potrubních kalů jsou: metoda jednosměrných proplachů, metoda Ice Pigging® a metoda Comprex®. Hodnocení účinnosti jednotlivých metod vychází z relativně velkého množství provozních testů. Disertace porovnává tyto metody mezi sebou na základě celkového množství odstraněných sedimentů vyjádřených jako veškeré nerozpuštěné látky (TSS), množstvím spotřebované proplachové vody a doprovodných provozních nároků. Dále je hodnoceno složení získaného potrubního kalu a vlastnosti vody, obsahující vyplavené sedimenty a inkrusty, z hlediska dalšího možného nakládání s těmito produkty. Množství odstraněného kalu ve formě TSS se dle použité metody liší a v nominálním vyjádření je ovlivněno zvolenou formou výpočtu. Nejvhodněji se jeví přepočet hmotnosti odstraněného znečištění na jednotkovou plochu potrubí. Nejvíce znečištění bylo odstraněno metodami v tomto pořadí: Metodou Comprex® (50 %), metodou Ice Pigging® (45 %) a jednosměrným proplachem (5 %). Dosažené absolutní množství TSS byly pro metodu jednosměrných proplachů plastových potrubí v rozmezí 0,12-4,94 g.m-2, pro metodu jednosměrných proplachů kovových potrubí mezi 1,58-6,46 g.m-2, pro metodu Ice Pigging® mezi 4,36-47,53 g.m-2 a pro metodu Comprex® v rozsahu 5,19-69,23 g.m-2. Složení sedimentu bylo silně ovlivněno původem usazených částic v potrubí: Materiál potrubí ovlivňoval krystalickou fázi sedimentu, zatím co zdroj vody a stáří potrubí ovlivňovaly složení amorfní fáze sedimentu. Proto je hodnocení účinnosti metod založené na odstraněném množství TSS vhodné pouze pro lokality, které splňují stejné vstupní podmínky jako je materiál potrubí, zdroj vody a ideálně také stáří potrubí. Dále bylo zjištěno, že v testované vodovodní síti je vhodné metodu Comprex® použít pro čištění potrubí s nedostatečnými hydraulickými podmínkami a metodu Ice Pigging® pro preventivní údržbu dlouhých přímých úseků potrubí DN 100-250 mm z PVC, PE či kovových řadů bez pokročilé inkrustace.

Abstract:

Water pipe sediment removal should be implemented as an integral part of water mains maintenance in order to steadily supply consumers with drinking water of high quality. Considering the number of different water pipe sediment removal methods, the dissertation aims to evaluate the currently used methods to remove water pipe sediment from the pipes within the real drinking water distribution system. The tested methods for sediments removal from pipes were: unidirectional flushing method, Ice Pigging® method and Comprex® method. The evaluation compares the implementation requirements of each method as well as the quality and the quantity of the removed products and is based on large number of operational tests. The dissertation also compares the methods to each other based on the total amount of sediment removed expressed as Total Suspended Solids (TSS) and flushing water consumption. Furthermore, the composition of the removed material and water containing sediments and incrustations is also discussed in terms of further disposal. The amount of total removed TSS varies according to the used method and is influenced by the chosen form of evaluation. The most of the contamination was removed by the following methods in this order: Comprex® (50%), Ice Pigging® (45%) and unidirectional flushing (5%). Since contamination can settle along the entire surface of the pipeline, it is most appropriate to recalculate the results per unit area of the pipeline. The absolute amounts of TSS achieved ranged from 0.12-4.94 g.m-2 for unidirectional flushing method for plastic pipes, from 1.58-6.46 g.m-2 for the unidirectional flushing method for metal pipes, from 4.36-47.53 g.m-2 for the Ice Pigging® method and from 5,19-69,23 g.m-2 for the Comprex® method. The composition of the sediment was strongly influenced by particle origin: Pipe material affected the crystalline phase of the sediment and the water source and the age of the pipe affected the amorphous phase of the sediment. Therefore, it was found that evaluation of efficiency based on the amount of TSS removed is only suitable for sites that meet the same conditions as pipe material, water source and ideally the pipe age. It was further been found that in the tested drinking water distribution system it is suitable to use the Comprex® method for cleaning pipes with insufficient hydraulic conditions (such as with a high level of incrustation) and the Ice Pigging® method for preventive maintenance of long straight pipe sections of DN 100-250 mm made of PVC, PE or metallic pipes without advanced incrustation.

Keywords

Vodovodní síť, jednosměrný proplach, Air Scouring, Ice Pigging®, Comprex®, vodárenský kal.

Keywords

Drinking Water Distribution System, Unidirectional Flushing, Ice Pigging®, Air Scouring, Comprex®, Sediments, Deposits.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 6. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 23. 9. 2021
• Supervisor: Silvie Heviánková
• Reader: Tomáš Kučera, Miroslav Kyncl, Ján Ilavský

VSB – Technical University of Ostrava

Hornicko-geologická fakulta

Doctoral programme / field:
Nerostné suroviny / Úpravnictví