Alternativní možnosti hygienického zabezpečení pitné vody na ÚV Podolí Petra Báťková, Pavla Dobrá Pražské vodovody a kanalizace, a.s.
______________________________________________________________________
Úvod Studie alternativních možností hygienického zabezpečení (HZ) byla zpracována na základě posudku stavu potrubí na plynný chlor na ÚV Podolí. Potrubí, které rozvádí, bylo shledáno nevyhovující pro další provoz. Byly zpracovány návrhy a zhodnoceny možnosti rekonstrukce. Uvažovalo se jak o nahrazení novým potrubím na plynný chlor, tak případně o využití jiné alternativy HZ vhodné pro tuto vodárnu, a zároveň v neposlední řadě takové, které by bylo příznivé pro pražský distribuční systém. Vodárna Podolí je v současnosti provozována jako pohotovostní záložní zdroj pitné vody pro oblast hl.m. Prahy. Je tedy velmi důležité, aby v případě nutnosti bylo možné v co nejkratší době tento záložní zdroj pitné vody zprovoznit a zajistit tak dodávku pitné vody do míst spotřeby. Zpráva byla zpracována i na základě zkušeností vodárenských společností s různými typy HZ. Možnosti pak byly vztažené na kvalitu surové vody (SV), zdrojem SV je řeka Vltava. Byly porovnány výhody a rizika použití dostupných možností HZ, diskutovány různé výkony úpravny, provedeny celkové kalkulace provozních a investičních nákladů. Důležitým faktorem byla i vhodnost použití jednotlivých typů HZ pro pražskou distribuční síť tak, aby nebyly u spotřebitelů překročeny hygienické parametry dané vyhláškou č.252/2004 Sb. Pozornost byla věnována zejména rozpouštění inkrustů ve staré distribuční síti pro případ aplikace silného oxidantu. S problémy, které by mohlo způsobit rozpouštění inkrustů, bychom se potýkali i několik let. V následujících odstavcích je popsané vyhodnocení a vybrána dle našeho posouzení nejvhodnější varianta.
1. Charakteristika SV vody jímané pro ÚV Podolí Ukazatel
Jednotky
pH teplota
°C
A254
Průměr za 2004 7,70
Průměr za 2005 7,75
Průměr za 2006 7,48
Průměr za 2007 7,73
Průměr za 2008 7,56
6,68
5,26
11,29
13,60
10,95
0,14
0,18
0,22
0,18
0,18
Dusičnany
mg/l
18,33
12,65
10,14
8,77
10,35
Železo
mg/l
0,33
0,52
0,36
0,48
0,34
Mangan
mg/l
0,07
0,10
0,11
0,10
0,07
CHSK Mn
mg/l
5,16
5,98
6,56
5,78
5,48
Hořčík
mg/l
7,18
6,69
6,32
6,24
5,62
Tvrdost
mmol/l
1,03
0,98
0,97
0,93
0,87
ZFn mg/l
6,00 3,42
15,09 4,64
4,09 4,92
8,03 4,58
6,33 4,16
Zákal Hum. látky
V tabulce jsou uvedené vybrané parametry SV, které mají vliv na volenou technologii.
167
2. Vstupní parametry - přehled možností HZ 2. 1. Vstupními parametry pro zvážení jednotlivých možností HZ byly chemické rozbory SV za posledních 5 let (viz.tabulka výše) a výkony úpravny minimální, průměrný a maximální. Max. projektovaný výkon úpravny
Qmax = 2500 l/s, tj. 216 000 m3/den
Min. výkon úpravny pro Kontrolní Provoz (KP)
Qmin = 250 l/s, tj. 21 600 m3/den
Prům. výkon úpravny (posl. provoz v r. 2001)
Qprům = 500 l/s, tj. 43 200 m3/den
V přehledu níže jsou uvedené posuzované možnosti HZ pro průměrný výkon úpravny. • • • • •
Chlordioxid Plynný chlor UV záření Chloraminace Sanosil 25 super
• • • • •
Miox – směsné oxidanty Chlornan sodný Ozonizace Oligodynamické vlastnosti kovů – Ag+, Cu2+ Sagen
3. Prověření jednotlivých možností HZ pro potřeby ÚV Podolí
Vzhledem k obsáhlosti výčtu výhod a rizik použití jednotlivých HZ jsou uvedeny pouze 4 hlavní položky, které jsou vztažené pro potřeby ÚV Podolí.
3. 1. CHLORDIOXID – ClO2 - oranžový plyn, vysoce toxický plyn Výhody přibližně 5x vyšší oxidační schopnosti než chlor → vyšší desinfekční účinek silný desinfekční účinek v širším rozsahu pH, účinný vůči řasám, virům, sporám, a to i v nízkých koncentracích výrazné snížení tvorby THM, chlorfenolů žádné pachové a chuťové závady u spotřebitelů Rizika použití Nelze připravovat do zásoby - roztoky ClO2 jsou značně nestálé, a to i ve tmě, proto musí být neprodleně aplikován Přechod z jiné technologie HZ na HZ ClO2 musí být postupný - rozpouštění inkrustů v DS - dle zkušeností provozovatelů představuje tato nevýhoda velký problém! velké investiční a provozní náklady, vyšší než při HZ chlorem Možnosti aplikace na ÚV Podolí: Generátor na výrobu chlordioxidu typu BelloZon Dávka ClO2 je 0,3-0,5 mg/l, tj. 0,3-0,5 g/m3, při průměrném výkonu úpravny toto množství představuje 21,6 kg/den. CELKOVÉ NÁKLADY: Cena chemikálie: 0,075 Kč/m3 Celkové investiční náklady: 2 066 615 Kč Provozní náklady při prům. výkonu (500 l/s) činí cca 3 240 Kč/den
168
3. 2. PLYNNÝ CHLOR – Cl2 - žlutozelený dusivý plyn, vysoce reaktivní Výhody desinfekce plynným chlorem je z důvodu provozních nákladů nejrozšířenější způsob HZ v případě velkých úpraven nutná doba styku k inaktivace bakterií je krátká možnost skladování Rizika použití krátkodobý účinek od místa aplikace - závisí na pH a teplotě vody tvorba vedlejších produktů desinfekce – THM skladování a dávkování je nebezpečné pro obsluhu i okolí vznik negativního zápachu a chuti (zhoršení organolep. vlastnosti) Možnosti aplikace na ÚV Podolí: Tato technologie je v současné době využívána na ÚV Podolí, dávkování chloru do vody chlorátory (Alldos), vzniklá chlorová voda je dávkována do upravované vody Dávka Cl2 je cca 1 g/m3, při průměrném výkonu úpravny toto množství představuje 43,2 kg/den CELKOVÉ NÁKLADY: Cena chemikálie: 13,90 Kč/kg Investiční náklady na výměnu PE potrubí za PVC potrubí: cca 2 000 000 Kč Dle dodavatele opravy - vyčísleno na 1 070 000 Kč Provozní náklady při prům. výkonu (500 l/s) činí cca 600 Kč/den
3. 3. UV ZÁŘENÍ - fyzikální dezinfekce vody Výhody ničí bakterie, prvoky, plísně, viry neovlivňuje kvalitu vody, nevznikají vedlejší produkty→nemění se organoleptické vlastnosti snadnost a bezpečnost provozu - nevyžaduje denní údržbu provozní náklady omezeny pouze na spotřebu el.energie Rizika použití desinfekce probíhá pouze v místě aplikace, neposkytuje žádné dezinfekční reziduum v rozvodné síti - nutno kombinovat např. s chloraminací v případě ÚV Podolí není možná dezinfekce pouze UV zářením, nutné dávkování i chemického dezinfektantu velké investiční náklady Možnosti aplikace na ÚV Podolí: V případě využití UV záření pro desinfekci, je nutné poté vodu dále zabezpečit - vhodné využít chloraminace (dávkuje se médium, které zabrání sekundární kontaminaci v distribuční síti). Pro zajištění validované dávky UV záření podle US EPA min. 400 J/m2 je při transmisi 94 % v 1cm max. průtok vody UV jednotkou 488 l/s. Při transmisi 95 % je pak stejná dávka zajištěna i při průtoku 580 l/s. CELKOVÉ NÁKLADY: Investiční náklady: UV jednotky WEDECO BX 3200EW Vario: 4 224 500 Kč Celkové provozní náklady: 1 553 Kč/den Provozní náklady na m3 vyrobené vody při prům. výkonu (500 l/s) činí cca 1 553 Kč/den jen pro ÚV záření bez kombinace s dalším stupněm.
169
3. 4. CHLORAMINACE – 1 % roztok amonné soli Výhody velmi dlouhá doba působení v distribuční síti řeší i problematiku parazitických prvoků Cryptosporidium + Giardia ve spojení s UV zářením řeší problém vysokých koncentrací THM (Chloroform <30 μg/l) Nevýhody nejslabší dezinfekční činidlo - méně účinné než chlorace 23 v distribuční síti může docházet k nitrifikaci→ vznik NO a NO , dochází tak k poklesu chloraminů a může dojít k sekundárnímu znečištění pitné vody v distribuční síti heterofylními bakteriemi při změně kvality SV (zejména Δt) je vyladění dávek chloru a síranu amonného velmi náročné a citlivé, pokud má být zachován efekt snížení chloroformu při splnění limitních hodnot koncentrací dusitanů a amonných iontů Možnosti aplikace na ÚV Podolí - Dávkování plynného chloru by dle zkušeností provozovatelů mělo předcházet dávkování amonné soli. V místě dávkování by pak měla být zajištěna dostatečná turbulence (g = 300 - 1000 s-1), aby došlo k rychlé homogenizaci chloru a amonné soli. Vzhledem k charakteru SV na UV Podolí je možné využití chloraminace pouze ve spojení s fyzikální metodou UV záření. Použití chloraminace je vhodné pro vody méně bakteriologicky znečištěné a s nízkým obsahem organických látek (CHSKMn< 1,5 mg/l) při dopravě pitné vody na velké vzdálenosti. Toto není případ ÚV Podolí. Dávka (NH4)2SO4 je 1 g/m3, při průměrném výkonu úpravny toto množství představuje 43,2 kg/den. Dávkování síranu amonného by se provádělo pomocí dávkovacích čerpadel, např. Prominent (pro správnou funkci dávkovacích čerpadel je třeba uvažovat s pojišťovacím, vstřikovacím ventilem a tlumičem tlakových pulsací). Dle provozních zkušeností klesne při zavedení chloraminace dávka chloru zhruba na 30 % původní dávky, tzn. 0,3 g/m3 při Qprům toto množství představuje 12,96 kg/den. CELKOVÉ NÁKLADY: Cena chemikálie: při nákupu 5-6 t je cena 4,5 Kč/kg, amonnou sůl je možno skladovat Investiční náklady - dávkovací čerpadlo Sigma S2Ba 07220 PVT0010S000 - 53 928 Kč Provozní náklady při prům. výkonu (500 l/s) činí cca 194,4 Kč/den
3. 5. SANOSIL 25 SUPER - vícesložkový dezinfekční prostředek - H2O2+Ag Výhody efektivita proti virům, bakteriím, amébám, houbám, řasám ekologicky nezávadný, rozkládá se na H2O a O2 nejsou změněny organoleptické vlastnosti vody Rizika použití vhodné použití jen jako sekundární dezinfekce pro menší objemy vody - sanace studní, nádrží na pitnou vodu, dezinfekce potrubí, cisteren, napajedel, bazény nelze použít pro úpravu na vodárnách - velký průtok a s tím by velmi rostla dávka dezinfektantu cenově nevýhodný – dávka by musela být vysoká. Možnosti aplikace na ÚV Podolí: Dle českého distributora švýcarského výrobku SANOSIL SUPER 25 není tento prostředek vhodný pro hygienické zabezpečení pitné
170
vody na úpravnách vody, kde je průtočný systém, protože nástup jeho účinku je velmi pomalý a dávka by musela být velmi vysoká. SANOSIL SUPER 25 lze využít v případě sanací zařízení na pitnou vodu.
3. 6. MIOX - Mixed Oxidants - hlavní složky výsledného roztoku: Cl2volný – 91 %, O3 – 5 %, ClO2 - 2,3 %, H2O2 - 2,1 % Výhody obsah THM je v případě použití MIOX o 30-50 % menší než při použití chloru k výrobě je potřeba voda s celkovou tvrdostí (ΣCa + Mg) 0,7 -1,25 mmol/l, sůl, el.energie - nejsou použity a skladovány žádné nebezpečné chemikálie výroba na místě dle aktuální potřeby technologie - vždy čerstvý homogenní roztok nemění organoleptické vlastnosti vody, snížená tvorba vedlejších produktů dezinfekce Rizika použití náklady na chemikálie v porovnání s chlorem jsou cca 3x vyšší a představují při dávce 1mg/l oxidantů cca 0,034 Kč/m3 vody vysoké investiční náklady Možnosti aplikace na ÚV Podolí: Spotřeba NaCl na výrobu 1kg akt. chloru: 2,5 kg cca 4 Kč/ kg NaCl Spotřeba el.energie na výrobu 1kg akt.chloru: 7,7 kWh 3,10 Kč/kWh* * Tato cena je momentálně nastavená na ÚV Podolí, když je úpravna v režimu KP. CELKOVÉ NÁKLADY: Celkové investiční náklady činí 18 851 000 Kč Provozní náklady při prům. výkonu (500 l/s) činí cca 1 621 Kč/den
3. 7. CHLORNAN SODNÝ - NaClO - žlutozelený anorganický chlorový roztok, obsah aktivního chloru v chlornanu sodném je výrobcem deklarován min. 140g/l (12-13 % roztok) Výhody vhodné použití při dochlorování vodojemů a pitné vody v potrubí po trase směrem ke spotřebiteli, dezinfekce vody v rámci stavby nebo rekonstrukce distribučních řadů - před jejich uvedením do provozu možnost skladování v koncentrovaném stavu v sudech či barelech nejběžnější prostředek pro nárazovou i kontinuální desinfekci (nevhodné pro velké ÚV, nad průtok 100 l/s) Rizika použití nelze použít pro velké průtoky nad 100l/s (nad 100 l/s se HZ provádí plynným chlórem) reziduální působení se ztrácí při malých průtocích v rozvodné síti Při skladování ve tmě a chladu klesá obsah aktivního volného chloru po měsíci zhruba o 5 %, při normální teplotě zhruba o 20 %
171
Možnosti aplikace na ÚV Podolí: NaClO není vhodný prostředek pro HZ na ÚV Podolí, protože i minimální výkon úpravny převyšuje 100 l/s. Dávkování do VDJ požadavek na zbytkový chlor 0,3 mg/l . Spotřeba NaClO při Qprům. je 108 l/den. Vzniká riziko při časté manipulaci s velkými objemy NaClO, je to ekonomicky nevýhodné. CELKOVÉ NÁKLADY: Investiční náklady: čerpadlo + řídící deska: cca 80 000 Kč Cena NaClO: 3,5 – 20 Kč/l (v závislosti na odebíraném množství) Případě ÚV Podolí by se vzhledem k množství odběru jednalo pravděpodobně o nižší cenu/l. Provozní náklady při prům. výkonu (500l/s) činí cca 378 Kč/den
3. 8. OZONIZACE - O3 - namodralý plyn s intenzivním pachem Výhody vysoce účinný dezinfekční a oxidační prostředek – reaguje s organickými či anorganickými látkami nevznikají vedlejší chlorované produkty s velkou účinností ničí viry a bakterie Rizika použití krátkodobý účinek v místě aplikace (krátký poločas rozpadu) – není schopen odstraňovat biofilm z vnitřních ploch rozvodných systémů nemůže být vyráběn a skladován, je nutno jej vyrábět na místě použití vysoce toxický a těkavý – není možné připustit existenci ozonu na výstupu ze systému vysoké investiční náklady - prostorová náročnost – budova ozonizace, vymírací nádrže, etc. Možnosti aplikace na ÚV Podolí: Bylo by nutné kombinovat s dávkováním prostředku s déle působícími desinfekčními účinky. Dávka O3 - cca 0,2 g/m3, prům. spotřeba O3 při Qprům. činí 8,64 kg/den CELKOVÉ NÁKLADY: Spotřeba el.energie na výrobu 1 kg O3: 10 kWh Investiční náklady: cca 30 000 000 Kč. Provozní náklady při prům. výkonu (500l/s) činí cca 268 Kč/den
3. 9. OLIGODYNAMICKÉ VLASTNOSTI KOVŮ – Ag+, Cu2+ Výhody působí už ve stopových koncentracích baktericidně Využití jako algicidů Rizika použití problém s udržením konstantní koncentrace iontů Cu a Ag ve vodě problematické měření Ag – jen v laboratoři pomocí spektroskopie soli stříbra jsou ve vodě málo rozpustné, reagují s chloridy – následuje vysrážení a stávají se neúčinné vůči mikroorganismům
172
Doporučená dávka: Ag+ : 0,02 – 0,04 ppm (ml/m3), Cu2+ : 0,2 – 0,4 ppm Hygienický limit pro obsah stříbra v pitné vodě je 50 µg/l a pro měď 1 mg/l (jedná se o nejvyšší mezné hodnoty). Možnosti aplikace na ÚV Podolí: nejsou
3. 10. SAGEN - přípravek k jednorázovému zabezpečení individuálních zdrojů pitné vody proti náhodnému mikrobiálnímu znečištění. Výhody k dezinfekci menších zdrojů pitné vody – sanace studní Rizika použití přípravek není určen k provádění průběžné dezinfekce četnost aplikace je možná maximálně 2x ročně minimální expoziční doba je 24 hodin není vhodný pro průtočné systémy Možnosti aplikace na ÚV Podolí: nejsou
4. Porovnání provozních a investičních nákladů Provozní náklady 3500
Cena (Kč/den)
3000 2500 2000 1500 1000 500 0 ClO2
Cl2
UV
CHLORAM.
MIOX
NaClO
O3
Obr.1 Investiční náklady
Cena (Kč)
35000000 30000000 25000000 20000000 15000000 10000000 5000000 0 ClO2
Cl2
UV
CHLORAM.
Obr.2
173
MIOX
NaClO
O3
Načítání provozních nákladů - za 1- 5 a 10 let
Cena (Kč)
14000000 12000000 10000000 8000000 6000000 4000000 2000000 0
1 ClO2
2 Cl2
3 UV
Roky CHLORAM.
4
5 MIOX
10 NaClO
O3
Obr.3
5. Závěr Na základě vyhodnocení alternativních variant hygienického zabezpečení pitné vody na výstupu z ÚV Podolí (znázorněného v grafické podobě v kapitole 4.) lze konstatovat, že nejvhodnější variantou řešení stávajícího stavu je oprava potrubí na plynný chlor a ponechání zabezpečení pitné vody na ÚV Podolí plynným chlorem. V případě zavedení technologie dávkování chlordioxidu je velké riziko kvalitativních problémů v distribuční síti – rozpouštění inkrustů, které dohromady s vysokými provozními náklady tvoří velkou nevýhodu. Hygienické zabezpečení vody UV zářením je vynikajícím řešením pro úpravu SV obsahující parazitické prvoky Cryptosporidia, Gardia, Escherichia Coli, které jsou velmi rezistentní vůči chloru. To není problém, který by bylo nutné v ÚV Podolí řešit. Při úvaze zavést desinfekci pitné vody UV zářením na výstupu z ÚV Podolí je potřeba kombinovat s dalším HZ– nečastější kombinace je chloraminace. Kombinací fyzikálního a chemického zabezpečení dosáhneme trvalejší HZ pitné vody i v distribučním systému. Spojení těchto dvou technologií však vyžaduje zároveň i dávkování plynného chloru při chloraminaci, i když v menším množství. Tím se významně zvyšuje cena této kombinace HZ. Použití samotného chlornanu sodného je rovněž nevhodnou volbou v případě ÚV Podolí, neboť je problematická jeho doprava a skladování (velké objemy) a proto se používá pro méně kapacitní úpravny vody nebo jen jako dochlorování akumulace nebo sítě. Technologie MIOX v sobě zahrnuje spojení velkých provozních i investičních nákladů ve srovnání s plynným chlorem a ozonizací. Další zmíněné metody jsou pro úpravnu vody Podolí nevyhovující.
Kontakt
[email protected],
[email protected]
174
