Ing. Lubomír Macek, CSc., MBA, autorizovaný inženýr
Aquion, s.r.o., Osadní 324/12a, 170 00 Praha 7, e-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
Abstrakt
Cílem práce oboru zásobování vodou je zdravotně nezávadná a chutná pitná voda za rozumnou cenu. Při výběru technologie dezinfekce a hygienického zabezpečení vody je možné použít takovou technologii, která zlepšuje organoleptické vlastnosti vody, snižuje provozní náklady a zajišťuje dobrou inaktivaci mikroorganismů. Zbytkový chlor, který je stálejší než v případě tradičních technologií na bázi chloru, působí preventivně proti vzniku takových incidentů s kvalitou vody. Pokud už problém nastane, je možné být připraven na to, jak znečištěnou vodu co nejrychleji z vodovodu vypustit a znečištění tak eliminovat. Máte připravené proplachovací plány? Proplachovací plán slouží jako návod pro provozní pracovníky, kterým může pomoci v rychlejší orientaci při vypouštění znečištění z vodovodní sítě a zajistit tak správný postup v případě stresové situace.
A. Jak vylepšit kvalitu vody a zajistit lepší hygienické zabezpečení vody? Jak se vypořádat z průnikem mikroorganismů do rozvodné sítě?
Cílem provozu vodovodů je dodat odběratelům pitnou vodu v požadovaném množství a kvalitě. To znamená, že voda teče v dostatečném množství a s dostatečným tlakem a voda je zdravotně nezávadná a zároveň chutná. Potřebujeme, aby voda, kterou vyrobíme, byla stabilní, nepodporovala růst mikroorganismů a pokud už do ní mikroorganismy proniknou, byly co nejrychleji inaktivovány nebo eliminovány. Použitá technologie by měla být zároveň provozně jednoduchá a bezpečná. Použití směsných oxidantů splňuje všechny tyto požadavky, pomáhá zlepšovat kvalitu vody a zároveň se jedná o provozně jednoduchou a bezpečnou technologii.
Ve většině případů používáme pro dezinfekci vyrobené pitné vody tradiční prostředky na bázi chloru: plynný chlor, chlornan sodný nebo chlordioxid. Přestože s nimi pracujeme již léta a technologii máme zvládnutou, představují bezpečnostní riziko jak v místě použití, tak v místě výroby. Plynný chlor a chlornan sodný jsou ve vodovodní síti málo stabilní, dochází k velmi rychlému poklesu volného aktivního chloru a přitom se ve zbytečně nadměrné výši mohou tvořit vedlejší produkty dezinfekce. Zároveň může být voda cítit po chloru. Tyto prostředky mají také nízké inaktivační schopnosti a dokonce podporují nárůsty biofilmu na vnitřních površích, což může vyústit až ve velmi zúženém průtočném profilu. Naopak chlordioxid neumožňuje tvorbu biofilmu, ale tvoří rychle chloritany a zároveň představuje velké riziko výbuchu při jeho výrobě. Směsné oxidanty jsou podstatně stabilnější, ekvivalent volného aktivního chloru je docilován i na poměrně dlouhé vzdálenosti a ve vyráběné koncentraci nejsou klasifikovány jako nebezpečná látka.
Pro dezinfekci vody používáme nejčastěji plynný chlor nebo chlornan sodný. Plynný chlor se používá již více než sto let a zajišťuje zdravotní nezávadnost pitné vody. Plynný chlor a chlornan sodný však způsobují, na rozdíl od moderních způsobů dezinfekce, vyšší tvorbu vedlejších produktů dezinfekce – různých chlororganických látek. Obě chemikálie přispívají také k tvorbě biofilmu ve vodovodních sítích, což může mít špatný vliv na kvalitu rozváděné vody a v extrémních případech může docházet k postupnému zarůstání průtočného profilu a případně k rychlejšímu stárnutí potrubí díky mikrobiální korozi. Účinnost obou chemikálií je v porovnání s moderními postupy relativně nízká, mají nižší inaktivační účinnosti. Při zvýšení dávky nebo výskytu organických látek ve vodě je voda cítit po chloru. Obě chemikálie jsou také extrémně nebezpečné a přinášejí provozovateli zvýšená rizika při jejich použití. Dá se také předpokládat, že jak u plynného chloru, tak u chlornanu sodného porostou náklady na dopravu díky tomu, že se v prvním případě jedná o převoz nebezpečné chemikálie a v druhém případě převážíme s účinnou látkou také doprovodnou vodu. Dnes díky pokročilému výzkumu technologií elektrolýzy můžete využít technologii, která pomáhá zlepšovat kvalitu vody a provozně je jednoduchá a nenáročná. Jedná se o technologii výroby směsných oxidantů v místě použití elektrolýzou roztoku solanky.
Směsné oxidanty, které vznikají elektrolýzou solanky obdobně jako chlornan, jsou oproti výrobě chlornanu sodného elektrolýzou asi dvakrát náročnější na spotřebu elektrické energie při jejich výrobě. Směsné oxidanty vznikají elektrolýzou v silnějším elektromagnetickém poli, kdy vzniká směs chloru a peroxidu vodíku. Je známo, že na dezinfekci vody se podílí právě kyslík. Tento roztok se navíc podobá tělním tekutinám, pomocí kterých lidské tělo bojuje s mikroorganismy. Použití směsných oxidantů pro úpravu pitné vody je schváleno v mnoha státech světa. Pro nás nejvýznamnější je schválení US EPA a Českým zdravotním ústavem. Směsné oxidanty vylepšují chuť a pach vody a pomáhají snížit tvorbu vedlejších produktů dezinfekce a vylepšují také „jiskru“, kterou voda má.
Směsné oxidanty vyrábíme v koncentraci do 1 hmotnostního procenta. Díky tomu vyrobený roztok oxidantu není hodnocen jako nebezpečná látka a nejsou zapotřebí bezpečnostní listy, ochranné pomůcky a další otázky spojené s bezpečnostní agendou. Přesto se jedná o silný oxidant, který je možné účinně použít ve všech oborech vodního hospodářství pro dezinfekci a hygienické zabezpečení vody. Díky dobrým vlastnostem směsných oxidantů je můžete použít také při úpravě vody pro její předoxidaci.
Obr. 3 Porovnání tvorby biofilmu – vlevo dezinfekce za použití směsných oxidantů, vpravo – použití chlornanu sodného
Obr. 4 Úpravna vody Francisco Wiesner, Bogotá, Columbie, rok instalace 2011 (řada Aquion MIOX Rio Grande, kapacita výroby jedné jednotky 450 kg/den ekvivalentu volného aktivního chloru)
Jaké jsou nároky na provoz a údržbu? Provoz zařízení běží plně automaticky a bez lidského zásahu. U velkých zařízení postačuje průběžná denní kontrola, která může být nahrazena monitorováním funkce zařízení pomocí dispečerského systému. Nároky na údržbu jsou minimální, většinu práce je možné vykonat vlastními silami. Bezmembránové elektrolytické systémy jsou robustnější, odolnější a mají vysokou spolehlivost. Zvolit si můžeme mezi velkými jednotkami, které dodávají 450 kg směsných oxidantů za den až po malé jednotky s kapacitou 0,45 kg směsných oxidantů za den.
Jaký má význam použití směsných oxidantů v případě problému s kvalitou vody v rozvodné vodovodní síti? Díky jejich vyšší stabilitě je až do vzdálených částí rozvodné sítě dopravována voda, která obsahuje zbytkový oxidant. V případě směsných oxidantů se jedná o směs chlornanu sodného a peroxidu vodíku, která je účinnější než tradiční používané oxidanty pro dezinfekci a hygienické zabezpečení vody (plynný chlor a chlornan sodný), díky tomu inaktivují mikroorganismy účinněji a rychleji. To znamená, že pokud už mikroorganismy do vodovodu proniknou, jsou účinněji inaktivovány. Je možné také zvýšit dávku oxidantu pro dezinfekci a hygienické zabezpečení vody bez toho, aby zvýšená dávka oxidantu změnila organoleptické vlastnosti vody, bez toho, aby bylo poznat, že provozovatel musel zvýšit dávku dezinfekčního činidla. A i vyšší dávka směsných oxidantů, měřená jako ekvivalent volného aktivního chloru, nemusí produkovat srovnatelné množství vedlejších produktů dezinfekce jako za použití tradičních technologií.
Další možností použití směsných oxidantů je převoz generátoru na místo použití a výroba směsných oxidantů, v místě potřeby. To znamená možnost dávkovat oxidant pro dezinfekci a hygienické zabezpečení sítě například na vodojemu, kde se běžně nedávkuje, nebo dávkovat oxidant ve vybraném místě vodovodní sítě.. Mobilní jednotka s malým generátorem směsných oxidantů může být použita pro proplachování nově postaveného potrubí, pro proplachování úseku potrubí po opravě či může být podle potřeby nasazena tam, kde je nutné dávkovat oxidant pro odstranění problému s mikrobiologickým znečištěním vody.
Směsné oxidanty představují zdravější, účinný a bezpečný prostředek pro dezinfekci a hygienické zabezpečení pitné vody, navíc s nízkými nároky na údržbu generátorů na jejich výrobu a s nízkými provozními náklady. Stávající technologie jsou nedostatečně účinné, rizikové a nákladné, jak ukazuje praktická zkušenost.
B. Jak co nejlépe vypustit znečištěnou vodu z vodovodu?
Jedním ze základních kamenů údržby vodovodní sítě je její proplachování. Proplachování provádíme po opravách potrubí i během nové výstavby potrubí tak, abychom z potrubí vyplavili všechny nečistoty, pokud už se do potrubí dostaly. Častěji proplachujeme síť také, pokud se množí připomínky odběratelů na kvalitu dodávané vody. Proplachování by mělo být jednou z pravidelných činností, která zlepšuje kvalitu dodávané vody, snižuje množství sedimentu na dně potrubí a eventuálně i množství biofilmu na jeho stěnách. Vhodná četnost a způsob proplachování zajišťuje dobrou kvalitu vody v rozvodech, snižuje množství stížností na výskyt hnědé vody a zpomaluje zarůstání potrubí. Proplachovací plán, který sestavujeme na základě simulačního modelu vodovodu, je základem rychlého propláchnutí vodovodní sítě a současně dochází během jeho provádění k ověření funkčnosti armatur. Pokud do vodovodního systému pronikne znečištění, ať se jedná o znečištění chemické nebo mikrobiologické, potřebujeme znečištěnou vodu z vodovodu co nejrychleji odstranit. To je možné pouze za použití stávajících hydrantů.
Pokud ignorujeme produkty koroze a další vznikající inkrusty a sedimenty v potrubí, může docházet díky postupnému zarůstání potrubí ke zvyšování hydraulických ztrát, ke zmenšování průtočného průřezu a tím ke snižování tlaku. Tyto usazené nebo inkrustované látky mohou také přispívat ke snižování koncentrace chloru. Mohou poskytovat útočiště nebo živnou půdu pro mikroorganismy. Proplachováním potrubí pečujeme o bezpečnost vody, zlepšujeme její kvalitu a správně pečujeme o rozvodný systém. Proplachováním potrubí, v závislosti na dosažených rychlostech v potrubí při proplachování, odstraníme jen část sedimentů či inkrustů. Výměna stagnující vody je zvlášť důležitá na mrtvých koncích a v oblastech s malými průtoky. Tyto oblasti je vhodné proplachovat častěji.
Správný výběr metody proplachování má podstatný vliv na efektivitu práce. Úspory z implementace jednosměrného proplachování jako součásti programu preventivní péče jsou podstatné. Pokud běží jednotlivé preventivní činnosti odděleně, přináší to vyšší náklady. Spojení všech programů do jednoho spoří náklady na vozidla, lidskou sílu a pohonné hmoty. Podstatné mohou být také úspory vody, protože pro jednosměrné proplachování spotřebujeme méně vody a dosahujeme vyšších rychlostí v potrubí při proplachování.
Strategie proplachování
1. Bodové proplachování – jedná se o retroaktivní přístup, který je nejčastěji používaný. V případě, že se objeví stížnosti na kvalitu vody, je otevřen nejbližší hydrant, ze kterého se vypouští voda.
2. Proplachování stagnujících míst v síti – používá se v oblastech se stagnující vodou, jako jsou mrtvé konce, oblasti s nízkými průtoky apod. Jedná se o preventivní krátkodobá opatření ke zlepšení kvality vody v síti.
3. Systematické proplachování rozvodného systému - zajišťuje dobrou kvalitu vody a pomáhá prodlužovat životnost systému. Jedná se o nejkomplexnější a nejúčinnější způsob proplachování. Jedná se o preventivní opatření s dlouhodobým účinkem.
Metody proplachování
a. Konvenční proplachování. Běžnou praxí, pokud se objeví stížnosti na kvalitu vody, je otevření nejbližšího hydrantu na dobu, po které z něho vytéká zakalená voda. To může představovat velmi dlouhý proces, který stojí hodně vody a času. Voda přitéká ze všech směrů, rychlosti proudění jsou nízké a nedochází k tak významnému vyčištění potrubí. Tato metoda neumožňuje řídit směr proplachování.
b. Jednosměrné proplachování. Jednosměrné proplachování je relativně nový proces, který zahrnuje systematické zavírání šoupátek v rozvodné síti a otevírání hydrantů s cílem vytvořit jednosměrné proudění vody pro proplachování a čištění usazenin uvnitř potrubí. Jednosměrné proplachování umožňuje izolovat vodovodní síť v nejbližším okolí proplachovaného potrubí a přesně potrubí propláchnout. Jedná se o vysoce účinný proces, který využívá tlak v rozvodném systému pro vyčištění vnitřku potrubí bez použití druhotných zařízení jako např. čistících prasátek. Voda teče jedním směrem, jsou dosaženy nejvyšší možné rychlosti proudění vody v potrubí, což podporuje jeho propláchnutí, eventuálně i odstranění části biofilmu z povrchu potrubí a dosahuje se lepšího vyčištění potrubí. Tento proces je možné použít za různých situací na rozvodné síti: při odstraňování stížností na kvalitu vody, po opravách potrubí nebo jednoduše pro zajištění vysoké úrovně kvality rozváděné vody. Tento postup také budeme aplikovat, pokud půjde o co nejrychlejší vypuštění znečištěné vody z rozvodné sítě.
c. Kontinuální výtok. Jedná se o nepřetržitý výtok vody ve stagnujících oblastech, dosahují se nízké rychlosti proudění vody v potrubí (do 0,3 m.s-1). Tato metoda má malý vliv na vyčištění potrubí a má velkou spotřebu vody. Jejím opodstatněním může být snížení kritické doby zdržení vody na koncích vodovodního rozvodného systému.
Jednosměrné proplachování vodovodní sítě je ve většině případů vhodnějším způsobem proplachování vodovodní sítě. Umožňuje řídit směr proplachování, dosahovat vyšších proplachovacích rychlostí a má menší spotřebu vody než konvenční proplachování. Na druhé straně vyžaduje větší počet manipulací na síti. Pokud je jednosměrné proplachování vodovodní sítě součástí preventivní péče o vodovod, není nutné provádět v rámci preventivní péče další manipulace na síti.
Na další sérii obrázků jsou porovnány rychlosti a tlaky v idealizované vodovodní síti, Obr. 8 je příklad konvenčního proplachování, na obr. 9 příklad jednosměrného proplachování.
Obr. 8. Situace při konvenčním proplachování, hydrant H2. Maximální rychlosti dosahují 0,9 m.s-1 a minimální tlaky 61,8 m v. s. Tlaky se příliš nemění.
Pokud potřebujeme po průniku znečištění do vodovodní sítě rychle vypustit znečištěnou vodu ze sítě, je konvenční proplachování nedostatečné (viz obr. 8). Nedochází k ohraničení směru proudění vody a voda v síti se může promíchávat. Navíc tento způsob proplachování trvá zbytečně dlouhou dobu. Pokud potřebujeme rychle vypustit z vodovodní sítě znečištěnou vodu, je vhodným nástrojem jednosměrné proplachování. Díky vyšším rychlostem a definované trase vypouštění vody (viz obr. 9) toto proplachování trvá kratší dobu a odteče výrazně menší množství vody než při konvenčním proplachování. Znamená to také, že přesně víme, jakou cestou a kolik znečištěné vody jsme vypustili. Během jednosměrného proplachování dosahujeme vyšších rychlostí proudění v potrubí než u konvenčního proplachování. To znamená, že může dojít také k částečnému odstranění mikroorganismů, které ještě nepřisedly napevno na stěny potrubí. Pokud už jsou mikroorganismy pevně vázané na stěny potrubí, je dobré použít směsné oxidanty, které biofilm zcela eliminují.
Proplachovací plán, který se skládá z jednotlivých úseků jednosměrného proplachování, může pomoci v rychlém postupu prací, pokud potřebujeme z vodovodu dostat co nejrychleji znečištěnou vodu. Současně můžeme definovat „stupeň bezpečnosti“ proplachu a můžeme propláchnout přesně definovaný objem potrubí, například dvojnásobek nebo trojnásobek objemu potrubí.
Obr. 9. Situace při jednosměrném proplachování, hydrant H2. Maximální rychlosti dosahují 2,3 m.s-1 a minimální tlak 27,3 m v.
Model, který je použit pro sestavení proplachovacích plánů můžete samozřejmě využít i pro optimalizaci stávajícího provozu či k plánování rozvoje vodovodů a další. Společnost Aquion se zabývá výpočty a návrhy na vylepšení funkce vodovodů po celou dobu existence společnosti od roku 1993. Současně také vyvíjíme software pro tyto výpočty a pro analýzu výsledků. Mezi řešené problémy patří nízká kapacita vodovodů, plány rozvoje vodovodů, problémy s kvalitou vody a návrhy na vylepšení, optimalizace čerpání a řízení vodovodu, stanovení ideálních hranic okrsků, spolupráce ochranných pásem, návrh regulace tlaku a další.
Proplachovací plán vodovodní sítě nejsnadněji sestavíme za použití simulačního modelu vodovodu. Díky použití simulačního modelu, jak je vidět v další části příspěvku, známe přesněji rychlosti a tlaky v potrubí při proplachování. Výsledky simulačního modelování umožňují nastavit správně čas proplachování.
