Možnosti a výhody technologie MIOX pro dezinfekci vody

Lubomír Mace k, Ing.,CSc., Aquion, s.r.o., Dělnická 38, 170 OO Praha 7, konference: Pitná voda Trenčianske Teplice 2005

1. ÚVOD

Dezinfekce a hygienické zabezpečení pitné vody je stále důležitou součástí zásobování vodou. Nejčastěji se pro dezinfekci a následné hygienické zabezpečení pitné vody používá sloučenin chlóru — plynného chlóru, chlornanu sodného, chlordioxidu. Ve svém příspěvku se chci zaměřit na některé výhody a možnosti, které přináší provozovatelům vodovodů technologie směsných oxidantů MIOX. Hlavním důvodem je to, že roztok směsných oxidantů splňuje dobře požadavky na prostředek pro dezinfekci a hygienické zabezpečení vody — stability roztoku, jednoduchost výroby a použití a dobré dezinfekční vlastnosti. Směsné oxidanty můžeme s výhodou použít také pro dezinfekci vody v jiných oblastech, ať se jedná o vodu v potravinářském průmyslu, bazénech, chladících okruzích apod.

Elektrolýza solanky pro průmyslovou výrobu chlornanu sodného je používána již přes sto let. V zařízeních MIOX vzniká elektrolýzou soli rozpuštěné ve vodě roztok směsných oxidantů. Složení oxidantů, neboť vzhledem k interferencím není možné dobře stanovit složení jejich roztoku, je odhadováno na základě laboratorních pokusů, při kterých byl připraven roztok podobných vlastností. Předpokládáme, že se tento roztok skládá cca z 91 % volného chlóru, 5 % ozónu, 2,3 % chlordioxidu a 2,1 % peroxidu vodíku (viz Venczel, 1997).

Obr. 1 Některé možné produkty elektrolýzy vody (H2O) a soli (NaCl). Produkty hydrolýzy chlóru zahrnují kyselinu chlornu (HOCl) a chlornanový iont (OCl-)

Obr. 2 Schéma technologie výroby směsných oxidantů

2. STRUČNÝ POPIS TECHNOLOGIE VÝROBY SMĚSNÝCH OXIDANTŮ

K výrobě je potřeba pouze měkká voda, sůl a elektrická energie. Prostředek pro dezinfekci a hygienické zabezpečení vody vzniká přímo v místě použití.

Pro výrobu směsných oxidantů se používá co nejkoncentrovanějšího roztoku soli ve vodě. Voda pro přípravu tohoto roztoku musí být co nejměkčí, hranice je cca 20 mg Ca.1^-I. Voda vstupující do výrobního procesu je přefiltrována, zbavena hrubých nečistot (5u) a prochází zařízením na změkčení vody. K regeneraci tohoto zařízení se používá roztoku soli. Dále je voda, po úpravě teploty, přiváděna do elektrolyzéru. Cílem změkčování vody a úpravy její teploty je zajistit optimální průběh elektrolýzy. Po průchodu elektrolyzérem se roztok směsných oxidantů jímá v akumulační nádrži v 24 hodinovém cyklu a odtud se požadovaným způsobem dávkuje do pitné vody.

Při návrhu systému je nutné dbát na to, že se během elektrolýzy vody uvolňuje vodík. Ten musí být odveden z nádrže na směsné oxidanty do atmosféry.

Všechny menší jednotky MIOX se skládají z kabinetů z nerezové oceli, v jejichž horní části je umístěna elektrolytická buňka a ve spodní části nízkonapěťový transformátor. U velkých zařízení tyto jednotky pracují v paralelním uspořádání.

Sůl je možné dávkovat do nádrže na solanku ručně, z 25 kg pytlů, u velkých systémů je možné použít pro uskladnění soli silo a tím snížit náklady na sůl.

3. PŘEHLED VÝHOD VÝROBY SMĚSNÝCH OXIDANTŮ V MÍSTĚ POUŽITÍ

Bezpečnost

• Nejsou použity, vyráběny, skladovány ani dopravovány nebezpečné chemikálie
• Koncentrace < 1% - snadné nakládání bez popálení kůže
• Bez úniku plynného chlóru
• Bez možnosti tvorby mraku plynného chlóru při smíchání s vodou
• Nehořlavé

Snadné splnění předpisů

• Bez havarijních a bezpečnostních plánů
• Bez výcviku pro práci s nebezpečnými látkami
• Není potřeba dýchací přístroj
• Bez "pravidla dvou mužů" pro výměnu tlakových nádob s chlorem
• Bez skrápěčů chlóru,  jak je vyžadováno ,,Protipožárními předpisy"
• Bez speciálních požadavků na přepravu
• Bez odfukování chlóru

Úspora nákladů

• Provozní náklady závisí na ceně soli a energie
• Srovnatelné s plynným chlorem a nižší než chlornan sodný
• Nižší než ostatní alternativy desinfekce (tj. ozón, CIO₂, UV)
• Méně odpovědnosti, papírování a údržby
• Díky vyšší životnosti vede k nižším investičním nákladům

Čerstvý a homogenní roztok

• Výroba na místě podle potřeby (řízena snímačem hladiny)
• Doba životnosti ve skladu je bezpředmětná
• Není potřeba měnit rozpouštěcí a ředící poměry
• Nedegraduje ve skladu na chloritany ani chlorečnany

Nekorozivní

• Minimalizuje odfukování
• Snižuje korozi částí injektorového čerpadla a potrubí

Vedle bezpečnostních výhod spojených s výrobou v místě směsné oxidanty přináší:

• Výbornou účinnost dezinfekce
• Stabilitu roztoku
• Odstranění biofilmu
• Dlouhou dobu zdržení zbytkového chloru za malých dávek
• Sníženou tvorbu vedlejších produktů dezinfekce
• Zmenšení problémů s chutí a zápachem
• Podporuje efekt mikroflokulace
• Oxiduje železo, mangan a sulfidy
• Jednoduchost obsluhy
• Snížení nákladů na provoz

Použití směsných oxidantů pro dezinfekci a zabezpečení vody přináší díky svým dobrým vlastnostem provozovateli vyšší jistotu a spolehlivost při zajištění kvality vody. díky dobré stabilitě je zabezpečen zbytkový chlór i na nejvzdálenějších místech sítě. Směsné oxidanty mají dobré aktivační účinky - dokonce extrémně odolné mikroorganismy inaktivují o 4 řády - viz. tab. 1.

Obr. 3 Inactivace C. perfingens — porovnání směsných oxidantů MIOX a chlóru (Wenczel, 1997). Na vodorovné ose je čas (min), na svislé Log počtu zbývajících mikroorganismů.

Obr. 4 Příklad změny dávkování volného aktivního chlóru po nasazení MIOX. Svislá osa koncentrace chlóru, osa vpředu - jednotlivé lokality, osa po straně odzadu dopředu: Dávka chlóru, Dávka MIOX, Zbytkový chlór při aplikaci MIOX, zbytkový chlór při aplikaci plynného chlóru a mezi stavy.

Na obr. 4 jsou vidět dvě strategie aplikace MIOXu: Zachování vstupní dávky FAC a dodržení hodnoty zbytkového chlóru. V případě, že je dávkován chlór ve formě MIOX ve stejné dávce, je z obrázku patrné zvýšení koncentrace zbytkového chlóru. Obráceně, při zachování stejné hodnoty zbytkového chlóru je patrný pokles vstupní dávky

Obr. 5 Redukce tvorby vedlejších produktů dezinfekce s MIOX

4. TVORBA VEDLEJŠÍCH PRODUKTŮ DEZINFEKCE

V porovnání s chlórem směsné oxidanty tvoří o 30 — 50 % méně TTHM. Hodnota je stejná u úpraven, které používají MIOX pouze k dezinfekci a hygienickému zabezpečení vody a u úpraven, které používají MIOX pro předoxidaci vody. Přestože se směsné oxidanty chovají jako chlordioxid, co se týká rychlosti deaktivace mikroorganismů, nevytvářejí chloristany a chlorečnany jsou hluboko pod limitem MCL. Eliminace biofilmu v potrubí přispívá k dalšímu snížení produkce TTHM.

5. VYLEPŠENÍ CHUTĚ A PACHU VODY

Směsné oxidanty na rozdíl od chlóru rozkládají zápach způsobující sloučeniny jako fenoly nebo organochloraminy, oxidují amoniakální dusík na bodu zlomu při podstatně nižším poměru C1:N a tvoří monochloramin ale ne di- a tri-chloramin ani cyanogen chlorid —zaznamenané příčiny problémů s chutí a pachem vody. Díky tornu není v pitné vodě při správné dávce senzoricky rozeznat chuť ani zápach po chlóru.

6. PŘÍKLADY APLIKACE TECHNOLOGIE MIOX

Technologie směsných oxidantů MIOX je vhodná pro dezinfekci a hygienické zabezpečení vody.

• Desinfekce pitné vody
• Čištění odpadních vod
• Průmyslová technologická voda
• Bazény
• Úprava vody pro chladící věže
• Potravinářský průmysl
• Vojenské aplikace úpravy vody v pozemních a námořních zařízeních
• Zařízení na individuální úpravu vody
• Spotřební výrobky pro desinfekci povrchů
• Úprava vody v letadlech 

Obr. 6 Otevřené flokulační nádrže s lamelovou sedimentací, Las Vegas, NM

6.1. VODÁRNA V LAS VEGAS, NOVÉ MEXIKO (PŘEDOXIDACE, DEZINFEKCE A HYGIENICKÉ ZABEZPEČENÍ):

• 42% snížení dávky hliníku
• 44% snížení tvorby TTHM
• 15% až 30% snížení dávky volného chlóru se zvýšením zbytkového chlóru z 0.2-0.3 ppm na 0.8-1.0 ppm
• Růst rozsivek a řas v čiřičích snížen z 1.5" měsíčně na 0" (otevřené nádrže)
• Eliminuje každé 3 týdny 20 hodin údržby při odstraňování nárůstu řas
• Snížení stížností na chuť a zápach na O

Obr. 7 Nádrž na solanku, North Table Mountains

6.2• NORTH TABLE MOUNTAIN , COLORADO, DEZINFEKCE A HYGIENICKÉ ZABEZPEČENÍ VODY

•  Bezpečnost — žádné havarijní plány (RMP), bezpečnostní školení (HAZMAT) ani otázky odpovědnosti. Zvýšení bezpečnosti obsluhy a obyvatel
• Dávka chlóru — snížena o 33 %
• Zápach po chlóru — už nedetekovatelný na kohoutcích v úpravně
• Údržba — bez zvýšení oproti plynnému chlóru; postačuje pouze 10-15 minut týdně
• Spotřeba vápna — snížena o 50 % vzhledem k tomu, že pH roztoku směsných oxidantů je blízko neutrálního
• TTIIMs — sníženy o 44 % (nyní 23 gg/L)
• HAAs sníženy o 44 % (nyní 16 lig/L)

Obr. 8 Chladící věže Gen Probe

6.3. CHLADÍCÍ VĚŽE GEN PROBE

• Stále dosažena kompletní sterilita v porovnání s výkyvy > 3 log I ml s předchozí biocidní látkou
• Byl odstraněn veškerý biofilm z povrchů chladícího zařízení a snížila se tvorba kotelního kamene
• Eliminován růst řas bez šokového dávkování terbutylazinu, zajišťuje křišťálově čistou vodu v nádrži

6.4. TERMÁLNÍ LÁZNĚ HYUGA SUN PARK HOT SPRINGS, MIYAZAKI, JAPONSKO

Obr. 9 Termální lázně Huga Sun Park, Miyazaki, Japonsko

• Nové termální lázně za 18 000 000 USD byly otevřeny v lednu 2002
• Počáteční úprava chlornanem sodným 0.2 až 0.3 mg/1
• Legionella si vyžádala v prvních měsících provozu 9 životů
• Zařízení bylo uzavřeno 30. 6. 2002
• Roční výzkumný program byl veden předními japonskými mikrobiology
• Vyhodnocení ukázalo 1,500,000 cfu/cm2 Legionelly v potrubním rozvodu
• Nová národní legislativa zavedla pro termální lázně standard minimáln& zbytkového chlóru 0.5 - 0.6 mg/1
• Výzkum a dobré odstraňování biofilmu v Ivono Hot Springs vedlo k výběru technologie MIOX
• Byl instalován systém MIOX-251
• Zařízení znovu otevřelo 1. 10. 2003
• Dávka směsných oxidantů je 0.5 mg/1 měřeno jako volný aktivní chlór, aby byly splněny nové standardy
• Je nyní vyžadováno denní testování — nula pozitivních nálezů konformních bakterií a Legionelly od opětovného uvedení do provozu

6.5. PROVOZNÍ OVĚŘOVÁNÍ NA ČERPACÍ STNAICI ZLIV

Pro provozní ověřování byla použita jednotka BPS, solanka byla vytvářena v PE nádrži o objemu 1 m³ a jednotkou BPS přečerpávána do další 1 m3 nádrže, odkud byl roztok směsných oxidantů dávkován do vodovodu podle čerpání na čerpací stanici Zliv.

• Odpadla nutnost dochlorace vody
• Potvrdila se stálost oxidačního činidla
• Nebyl zjištěn nárůst obsahu THM oproti vstupní vodě
• Náklady na výrobu chemikálie při dávce 1 mg.1^-1 oxidantu jsou cca 0,05 Kč.m^-3 vody

Obr. 10 Kufřík BPS pro havarijní použití - 0,25 kg směsných oxidantů za den

Obr. 11 Zařízení série MIOX pro výrobu až 180 kg^I směsných oxidantů za den

7. ZÁVĚRY

Směsné oxidanty MIOX představují díky svým vlastnostem — stabilitě, jednoduchosti a bezpečnosti při výrobě, skladování a aplikaci, dobrými inaktivačním vlastnostem a nižší tvorbou vedlejších produktů dezinfekce — dobrou technologii pro dezinfekci a hygienické zabezpečení vody. Při použití MIOXu nevznikají ve vodě chloritany. Provozní spotřeba při výrobě směsných oxidantů je přibližně 5 kg soli a 8,2 kWh na kg soli.

Systém for Waterborne Desease Prevention", Ph.D. Disertation, Dep. Of Env. Sc. And

[4] Jindra J. (2005): Provozní zkušenosti s dezinfekcí vody technologii MIOX. Sbornil^, semináře Dezinfekce vody v praxi. Slaný. Vodohospodářská aliance.