UPORABA OBREŽNEGA FILTRATA MURE ZA PRESKRBO S PITNO VODO POMURJA THE APPLICATION OF BANKFILTRATE OF THE RIVER MURA FOR DRINKING WATER SUPPLY OF POMURJE REGION prof. dr. Mitja Rismal, univ. dipl. inž. grad. Strokovni članek m.rismal@masicom.net UDK 628.112(282)(497.4) Barjanska 68,1000 Ljubljana Povzetek l Članek obravnava, namesto prej načrtovanega fizikalno-kemičnega čiščenja obrežnega filtrata Mure, eliminacijo železa in mangana v vodonosniku z bogatenjem podtalnice za vodovod Pomurja pri črpališču Podgrad, Apaško polje, vodovoda Gornja Radgona-Radenci. Ključne besede: preskrba s pitno vodo, obrežna filtracija, eliminacija železa in mangana v vodonosniku, umetno bogatenje podtalnice Summary l The paper describes underground iron and manganese removal from the Mura river bankfiltrate, instead of the previously designed physical-chemical elimination on the purification plant, before it is applied for artificial ground water recharge on the waterwork Podgrad of the water supply system Radgona - Radenci. Key words: Water supplay, bank filtration, underground iron and manganese removal, artificial groundwater recharge 1*UVOD Preskrba s pitno vodo za Mursko Soboto in Gornjo Radgono z Radenci v Pomurju je bila med letoma 1964 in 1968 načrtovana in zgrajena s 400 m dolgo drenažo z bogatenjem pitne podtalnice z obrežnim filtratom Mure v Podgradu na Apaškem polju, znotraj s proti-poplavnim nasipom obdanega obvodnega biotopa, z namenom hkratne zaščite pitne podtalnice in zalednih kmetijskih površin. Ker pa načrtovana naprava za čiščenje murske vode, ki je bila tedaj slabe kakovosti, in obrežnega filtrata (ca. 200 mg/l KMnO4 ali 50 mgO2/l) ni bila zgrajena (slika 8), se je bogatenje uporabilo le v sušah kot prehodna rešitev do izgradnje 700 m dolgega drenažnega zajetja zaledne podtalnice pri Segovcih. Z novim načrtom za enotno preskrbo s pitno vodo celotnega Pomurja pa sta predvidena tudi rekonstrukcija in dograditev črpališča v Podgradu. Slika 1 • Mura je poglavitni vir za pitno vodo Pomurja in namakanje. Je obnovljivi vir energije in z obvodnim biotopom naravna vrednota. Uskladitev teh danosti in potreb potrebuje vodnogospodarsko integralno in naravovarstveno usklajeno trajnostno rešitev Načelna vprašanja uporabe umetnega bogatenja podtalnice za ta novi načrt so opisana v članku [Rismal, 2011]. Od izgradnje omenjenega črpališča v šestdesetih letih prejšnjega stoletja se je onesnaženost Mure zaradi izgradnje čistilnih naprav za odpadne vode v Avstriji tudi pri nizkih pretokih (decembra 2011 in januarja 2012) znižala na kemijsko porabo po K2Cr2O7 na 15 mgO2/l in TOC na 2,9 mg/l. V obrežnem filtratu pa pod 5 mgO2/l in TOC na 1,8 mg/l. Motnost obrežnega filtrata NTU pa ni večja od 0,5. Zato je namesto prej načrtovanega fizikalno-kemičnega čiščenja obrežnega filtrata (slika 7) predvideno sonaravno biokemično čiščenje z adsorpcijsko sposobnostjo vodonosnika in končnim »poliranjem« vode z ozonom in filtracijo preko aktivnega oglja (sliki 2 in 9). Obramba pred sušo in proti pesticidom, nitratom iz zaledne podtalnice - aktivna zaščita - pa ostaja, kot je bila načrtovana, z umetnim bogatenjem podtalnice. V obrežnem filtratu prisotna železo in mangan, ki se med filtracijo murske vode reducirata v topno obliko Fe-2 in Mn-2, z amonijem NH4 in sulfidom S-2, z recirkulacijo dela črpanega in prej dobro prezračenega filtrata v vodonosnik (slika 10), oksidirata in se odstranita iz vode že v vodonosniku. S tako očiščenim filtratom pa se, kot rečeno, bogati podtalnica ob že zgrajeni drenaži (sliki 2 in 9). Za dodatno izboljšanje organoleptičnih lastnosti in za odstranitev ostankov še preostalih onesnažil, kot so sledovi farmacevtskih metabolitov itd., iz drenaže črpane vode je predvidena še uporaba ozona s filtracijo vode Slika 2 • Shema načrtovanega bogatenja in čiščenja obrežnega filtrata Mure in zaščita iz drenaže črpane vode z bogatenjem pred možnim onesnaženjem iz zaledne podtalnice v Podgradu preko aktivnega oglja, na koncu pa še z dodatkom rezidualnega klora za preprečitev kasnejše mikrobiološke zarasti v omrežju. Upravljanje takšnega čiščenja je zaradi velike izravnalne prostornine vodonosnika, ki deluje kot biokemični reaktor, bolj enostavno in bolj varno, kot je pri mnogo manjši prostornini reaktorjev za kemično obdelavo, sedimen-tacijo in filtracijo vode na čistilni napravi s fizikalno-kemijskim čiščenjem vode (slika 9). Procesi čiščenja so stabilnejši, pogonski in investicijski stroški pa manjši. Zmogljivost obrežnih vodnjakov, 72 l/s, pa mora biti - zaradi recirkulacije ozračene vode v vodonosnik - večja od načrtovane povprečne dnevne porabe vodovoda 55 l/s (preglednica 3). Obrežna drenaža z vodnjaki kot hidravlično analogna rešitev ni bila izbrana zaradi težje nadzorovanega čiščenja Fe in Mn. 2*PRESOJA IZDATNOSTI VODNJAKOV OB MURI ZA ČIŠČENJE OBREŽNEGA FILTRATA ZA VODOVOD Načrtovano kapaciteto črpališča 72 l/s s šestimi vodnjaki v medsebojni razdalji 60 m, v ekstremno nizkih vodostajih Mure za porabo vodovoda, 55 l/s in 34 l/s, za čiščenje Fe in Mn (preglednica 3), smo ocenili po podatkih raziskave prepustnosti kolmatiranega dna, brežine in prepustnosti vodonosnega Mure: k = 1,99E-04.x979E-1 (slika 3), ki je je s simulacijo vodnega vala iz reke v zaledno podtalnico sloja s črpalnim preizkusom [Prestor, 2012] pri vodnjaku VPG-1 (10 l/s in 16 l/s). Hidravlični upor dna reke Ah (diagram 1) smo določili po shemi obrežne infiltracije (slika 4). Zaradi varnosti smo za prepustnost dna k = 1,97E-0,5 m/s, po oceni 0,5 m debele plasti kolmatiranega dna, upoštevali nižjo vrednost (po črpalnem preizkusu je za enako debelino plasti k = 1E-04 m/s ). Pod to plastjo je do neprepustne podlage vodonosnika še 0,5-metrska plast manj zablatenega proda boljše propustnosti k = 3,0E-3 m/s. Potrebna zmogljivost obrežnega filtrata za črpanje vode je ocenjena z enačbami 1 po shemi na sliki 4. Prispevek podtalnice iz nasprotne strani Mure zaradi tanke plasti proda pod dnom ni upoštevan. A& = ko.AhJ(ho.B.AL) (m3/s) infiltracija preko zablatenega dna na prečnem odseku korita AL na vplivni fronti vodnjakov B (1) <2n-i=!2n-A(2„ (m3/s) pretok v nekolmatiranem vodonosniku pod reko (2) Aha = M(n_i) - <2(n.i).AL/(2.k1..B.h1) (m) upor dna (3) Podatki: = 0,072 (m3/s) maksimalna zmogljivost šestih vodnjakov Ah, = 0,70 (m) znižanje gladine podtalnice ob brežini pri črpanju Q0 iz skupine šestih vodnjakov 1 1,01 y = 1.99E-04X9'78 O 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,B 2 Debelina za kol mati ranega dela [m] Slika 3 • Koeficient prepustnosti kolmatirane brežine in dna Mure pri Podgradu [Prestor, 2012) Slika 4 • Hidravlična shema infiltracije preko kolmatiranega rečnega dna v vodonosnik ob reki B = 300,00 (m) vplivna dolžina fronte šestih črpalnih vodnjakov h0 = 0,500 (m) debelina zablatenega dna Mure h = 0,500 (m) debelina vodonosnika pod zablatenim dnom Mure AL = 0,50 (m) računski odsek dna k = 3,0E-3 (m/s) prepustnost vodonosnega sloja pod dnom Mure k = 1,97E-05 (m/s) nižja izbrana prepustnost za h0 = 0,5 m zablatene-ga dna, od vrednosti po enačbi 4 je na varni strani k 1.20 OJO t f t t t f * t * f * t* / * 'thOiai: uM \U.D6I. 0.-56 t i: U (m' il Slika 7b • Zmogljivost šestih obrežnih vodnjakov 20 m od brežine Mure 3-DEFERIZACIJA IN DEMANGANIZACIJA OBREŽNEGA FILTRATA V VODONOSNIKU Na slikah 8 in 9 sta shemi pred leti načrtovanega fizikalno kemičnega čiščenja obrežnega filtrata in novo načrtovanega sonaravnega čiščenja v vodonosniku. Na sliki 10 pa sta dva možna načina recirkulacije dela f (%) črpane in prej prezračene vode. Slika 8* Shema prvotno načrtovanega kemično-fizikalnega čiščenja obrežnega filtrata Slika 9* Shema načrtovanega čiščenja suspendiranih snovi murske vode z obrežno filtracijo in biokemičnega čiščenja Fe in Mn iz obrežnega filtrata v vodonosniku z bogatenjem pitne podtalnice. Nakazana je možnost bogatenja iz opuščene struge potoka Plitvice Slika 10 • Dva možna načina čiščenja obrežnega filtrata v vodonosniku z izmenično recirkulacijo dela f (%) dobro prezračene vode v vodonosnik iz prvih šestih vodnjakov v preostalih šest in nasprotno Fe (mg/l) Mn (mg/l) NH4 (mg/l) S (mg/l) TOC (mg/l) merjeno 0,1 0,4 0,1 0,1 1,0 dopustno 0,05 0,02 0,05 0 - Preglednica 2 • Koncentracije onesnažil v obrežnem filtratu: f = ^2.-Vč " 2[nh;] k+] [Mn2+] 2. S"] 2.[s= +[o2] [toc] Potrebno razmerje f v obratovalnem ciklu F(h) za oksidacijo v preglednici 2 navedenih onesnažil v obrežnem filtratu, med črpanjem obrežnega filtrata Vč (m3) iz prve skupine šestih vodnjakov in nalivanjem 7",(h) v drugo skupino šestih vodnjakov Vnf (m3), je določeno stehiometrično, s poenostavitvijo, brez upoštevanja endogene respiracije sodelujočih mikroorganizmov, in sicer po enačbi 7. Pri tem pomeni: V (m3) prostornina vode Q (m3/s) skupni pretok iz vodnjakov črpane vode (č), v vodonosnik (inf) na-lite vode in v vodovod črpane (v) vode qč (m3/s) zmogljivost črpalk v posameznih vodnjakih qinf (m3/s) infiltracija - nalivanje vode v posamezne vodnjake n število vseh vodnjakov x število nalivalnih vodnjakov Za pokritje (slika 10) porabe vodovoda V (m3) v enem ciklu T (h) je potrebna količina iz šestih vodnjakov črpane qč (m3/s) in v drugih šest vodnjakov nalite vode qnf (m3/s) odvisna od razmerja f (enačba 3) in AT(reakcijski čas za oksidacijo), (enačba 4 in slika 11). y,=- v„ (i-/) Ve={n-x).qe.T (m3) črpana voda iz vodnjakov Vinf=f.VČ (m3) Vinf = x.qi^T1 (m3) voda, nalita v nalivalne vodnjake vv=vč.(}-f) (m3) (8) (9) Vv = [(« - x).qč - x.qM fr +(n- x).qi.(T - T,) (m3) načrpano v vodovod (10) Pri prvem načinu se voda T(h) črpa iz prvega in T|(h) za demanganizacijo, deferizacijo v vodonosniku, naliva v sosednji vodnjak. V naslednjem turnusu T pa se vloga vodnjakov zamenja (slika 10) V našem primeru je skupaj dvanajst vodnjakov. Za deferizacijo in demanganizacijo se del Vnf = f-Vč, v času T,(h) črpane in dobro prezračene vode iz prve skupine šestih vodnjakov, vrača v vodonosnik preko šestih sosednjih vodnjakov. Z drugim delom Vv v turnusu T(h) načrpane vode pa se obogati podtalnica oziroma drenaža (slika 11). V naslednjem turnusu pa se vlogi obeh skupin vodnjakov zamenjata (slika 10). Rezultati za izračunano zmogljivost skupine šestih vodnjakov v medsebojni razdalji 60 m so v preglednici 3. Slika 11 • Časovni potek črpanja in nalivanja vode v enem turnusu T Oddaljenost vodnjakov od Mure Črpanje iz Nalivanje Qnl v Skupno za vodovod 1 vodnjaka 1 vodnjak 6 vodnjakov Qr dnevno Qmax urno l/s l/s l/s l/s l/s 15 m 12 5,71 34 55 72 20 m 10 4,76 29 46 61 Preglednica 3 • Povprečna in maksimalna urna zmogljivost vodnjakov načrtovanega črpališča I v Podgradu 4'LASTNOSTI DEFERIZACIJE IN DEMANGANIZACIJE V VODONOSNIKU IN AKTIVNE ZAŠČITE PITNE PODTALNICE Z UMETNIM BOGATENJEM Pred neposrednim zajemom vode iz Mure ima izbrana uporaba obrežnega filtrata naslednje prednosti: - Ni potrebno čiščenje murske vode za odstranitev suspendiranih snovi s koagu-lacijo, sedimentacijo in filtriranjem preko hitrih peščenih filtrov. Suspendirane snovi se odstranijo že med obrežno filtracijo. Z eliminacijo Fe in Mn v vodonosniku se prepreči izločanje obeh na vstopnem filtru vodnjakov, ki povzroča njihovo mašenje. - Preostalo onesnaženje Mure pa se v veliki meri odstrani na račun naravnih biokemij- skih procesov, ki potekajo med obrežno filtracijo in pri recirkulaciji s kisikom zasičene vode v vodonosnik. Dodatno čiščenje sledi v počasnem biološkem filtru infiltracijskega bazena in končno ponovno v vodonosniku do horizontalne drenaže. - Za izboljšanje organoleptičnih lastnosti pa je, za eliminacijo ostanka metabolitov farmacevtskih in drugih mikroonesnaževalcev, predvidena še uporaba ozona in filtri z aktivnim ogljem (slika 9). - Procesi čiščenja so zaradi daljših reakcijskih časov v vodonosniku bolj stabilni, obra- tovanje pa bolj enostavno. - S protipoplavnimi nasipi omejeni naravni obvodni biotop se ohrani. - Za varovanje črpane pitne podtalnice obsežni strogi varnostni pasovi v zaledju črpališča na Apaškem niso več potrebni. S tem pa ni rečeno, da na teh površinah ni treba spoštovati vseh drugih veljavnih predpisov za varovanje podtalnice in površinskih voda. - Pomembna prednost opisane uporabe obrežnega filtrata Mure je tudi, da je preskrba s pitno vodo zaradi z vodo bogate Mure, kljub plitvim vodonosnikom Pomurja, varna tudi pred največjimi sušami. Izšla je prva knjiga o Ljubljanski inženirski zbornici in njenih pooblaščenih inženirjih in arhitektih v Dravski in Primorski banovini Kraljevine SHS in pozneje Jugoslaviji. SPECIFIKACIJA KNJIGE Format: 230 x 310 mm Trde platnice, 128 strani 146 fotografij Avtor dr. Bogo Zupančič PONUDBA ZA NAKUP 1 knjiga = 25 EUR 2 do 5 knjig = 5% popust 6 do 10 knjig = 10% popust več kot 10 knjig = 20% popust DDV v višini 9,5% je že vštet v ceni. Knjige vam dostavimo po povzetju. Ob naročilu večjega števila izvodov je zaželeno, da jih prevzamete na IZS oz. se za način prevzema dogovorite osebno. Knjiga je primerno darilo za vaše sodelavce in poslovne partnerje. INŽENIRSKA ZBORNICA SLOVENIJE Jarška cesta 10/b 1000 Ljubljana Telefon: 01/547 33 37 e-naslov: petra.kavcic@izs.si Spletna stran: www.izs.si 5*LITERATURA Averjanov, S. F., Romanov, A. V., Vjerigin, N. N., Zahvati podzemnih voda, Gradevinska knjiga, Beograd, stran 162, 1959. Kittner, H., Starke, W., Wissel, D., Wasserversorgung, Taschenbuch für das Bauwesen, Verlag für Bauwesen, Berlin, 1964. Prestor, J., Sadnikar, J., Ratej, J., Blažeka, Ž., Geološki zavod Slovenije, GEOKO geološke raziskave, IRGO, Inštitut za rudarstvo, geotehnologijo in okolje, Inštitut za ekološki inženiring, Rezultati črpalnega preizkusa, 13. julij 2012. Rismal, M., Izhodišča za projektno rešitev oskrbe s pitno vodo Pomurja, Gradbeni vestnik, letnik 60, str. 212-218, avgust 2011.