Sanace III. přivaděče OOV Ing. Vladimír Pleský AQUATIS, a.s. Brno. ______________________________________________________________________ V roce 2002 zpracovávala firma AQUATIS, a.s. Brno pro Severomoravské vodovody a kanalizace technicko-ekonomickou studii sanace OOV. Tato studie řešila problémy eliminace zvýšeného obsahu železa a manganu ve vodě dopravované třetím přivaděčem Ostravského oblastního vodovodu. Technické parametry přivaděče Přivaděč byl stavěn v 90 létech 20. století jako posílení Ostravského oblastního vodovodu z úpravny vody Podhradí. Přivaděč je dimenzován na možnou dodávku z úpravny vody Podhradí v max. množství 3450 l/s. Tomuto požadovanému množství odpovídá dnešní dimenze realizovaného díla – potrubí DN 1600 a 1200 mm a štola Podhradí – Dolejší Kunčice DN 2460 mm. Přivaděč sestává ze štolové a trubní části. Štola Podhradí - Dolejší Kunčice Štola je dlouhá cca 8000 m. Byla vyražena v profilu 2460 mm obou portálů v protisměru. Pro větrání a čerpání prosáklé vody v části od portálu Podhradí byla vybavena větracími vrty, které byly po ukončení prací zrušeny. Spád štoly je jednostranný k portálu Dolejší Kunčice. Sklon nivelety je cca 0,5 %o (cca 4 m na celou délku štoly). Malý spád štoly způsobuje špatný odtok vody při vypuštěné štole. Štola byla ražena částečně klasicky a částečně strojně. Klasicky ražená část byla vybavena obezdívkou do posuvného bednění. V části ražené strojně je v místech s dobrými geologickými poměry ponechána litá skála, ve zbývajících částech je proveden stříkaný beton. Přítoky, které se vyskytly během výstavby štoly nebyly sanovány. V současné době jsou volně vyústěny do štoly. Průsaky jsou bodové, liniové po spárách a tektonických poruchách, rozptýlené i plošné. Velikost průsaků byla několikrát měřena (naposledy v dubnu 2002 při revizi štoly). Výsledky těchto průzkumů směřují k prosakujícímu jímanému množství vody blížícímu se až 100 l/s.
Trubní přivaděč Přivaděč byl postaven v 80. letech a uveden do provozu v roce 1992. Jediným dostupným materiálem pro výstavbu v tehdejší době bylo ocelové potrubí. Pro výrobu trub byly používány plechy vyrobené v ČSR. Tyto plechy byly odváženy do tehdejší Jugoslávie, kde byly formovány do trub a odtud dováženy na stavbu. Přivaděč je položen z ocelových trub DN 1200 a DN 1600. Během doby výstavby začal platit již zákaz Hlavního hygienika k používání vnitřní izolace potrubí na bázi asfaltů. Vzhledem k tomu, že v té době nebyla přístupná jiná technologie na vnitřní izolaci trub, byly trouby zčásti ponechány bez vnitřní izolace, zčásti se základním izolačním nátěrem. V roce 1998 byl firmou VÚHŽ a.s.-Legované oceli proveden ve dvou lokalitách korozní průzkum přivaděče. Výsledky tohoto průzkumu ukazují na důlkovou a plošnou korozi na velké části vnitřního povrchu.
V současné době protéká přivaděčem pouze 200 l/s upravené vody. Tato voda je upravená v úpravně vody Podhradí na prakticky nulové hodnoty železa a manganu. Koncentrace sloučenin železa a manganu se během dopravy vody přivaděčem zvyšuje na hodnoty převyšující normu. Příčina zvýšeného obsahu železa a manganu v dopravované vodě jsou dvojí, a to: • Průnik balastních vod s vyšším obsahem těchto látek do štoly • Sycení vody sloučeninami železa z vnitřního povrchu zkorodovaného ocelového potrubí. V důsledku nízkých průtoků vody přivaděčem dochází ke zvyšování koncentrace železa a manganu v dopravované vodě. Kvalita vody Kvalita upravené vody z úpravny Podhradí Dle chemických rozborů v roce 2001 z průměrných hodnot se jedná o málo mineralizovanou měkkou vodu. Podle Kurlovovy klasifikace jde o vodu vápenato– hydrogenuhličitano–síranového typu. Voda má nízkou koncentraci chloridů a dusičnanů, dokumentující kvalitu zdroje, který není výrazněji kontaminován antropogenní činností. Obsah rozpuštěného kyslíku překračuje 98% nasycení. Průměrné koncentrace v upravené vodě jsou nízké 26,5 mg/l pro vápník a 5 mg/l pro hořčík přes to, že v procesu úpravy se alkalizuje vápnem. Upravená voda má hodnotu pH v slabě alkalické oblasti 7,9, které odpovídá při dané nízké alkalitě obsah volného oxidu uhličitého do cca 1 mg/l, který je prakticky všechen v agresivní formě. Koncentrace železa a manganu jsou 0,03 mg/l. Koncentrace vápenatých a hořečnatých kationtů je limitována od počátku roku 2001 Vyhláškou ministerstva zdravotnictví ČR č. 376/2000 ze září roku 2000, kterou se stanoví požadavky na pitnou vodu a četnost její kontroly. Tato vyhláška stanovuje nejnižší mezní hodnoty vápenatých a hořečnatých iontů na 30 a 10 mg/l.
Kvalita ovlivněné vody Dle chemických rozborů v roce 2001 z průměrných hodnot je voda v Dolejších Kunčicích měkká a málo mineralizovaná s 95 % procentním kyslíkovým nasycení. Podle Kurlovovy klasifikace jde o vodu vápenato –(hořečnato)– hydrogenuhličitano– síranového typu. Voda má nízkou koncentraci chloridů, dusičnanů. Při průměrném průtoku 277,4 l/s byly mírně ovlivněné koncentrace vápníku a hořčíku oproti v upravené vodě v Podhradí, které mírně stoupají pro vápník na 31 mg/l a pro hořčík na cca 6 mg/l. Ovlivnění balastními vodami se výrazněji projevuje nárůstem obsahu železa ke koncentraci 0,2 mg/l a manganu 0,04 mg/l. Hodnota pH v slabě alkalické oblasti poklesla na 7,8 a je doprovázena nárůstem obsahu agresivního oxidu uhličitého do cca 3 mg/l. Jakost vod byla shrnuta na základě dodaných podkladů pro průměrné hodnoty průtoků v roce 2000 a 2001. Pro charakterizaci zájmových ukazatelů v roce a chemických rozborů v roce 2001 byly použity počítačově zpracovány hodnoty celoročního sledování, pro rok 2000 byly průměrné koncentrace vypočteny z několika chemických rozborů. Dále byla provedena bilance několika chemických rozborů v roce 2001, které měly vzájemnou vazbu mezi sledovanými profily v Podhradí a Dolejšími Kunčicemi a na průtok.
Znázornění balastních vod a koncentrací Fe a Mn 120
1,80
Q CFe CMn
Q [l/s]
80
1,60 1,40 1,20 1,00
60 0,80
40
C [mg/l]
100
0,60 0,40
20 0,20
0
0,00 2001
2000
15.1.2001
26.2.2001
29.5.2001
23.7.2001
10.9.2001 12.11.2001
Datum
Pro balastní vody tedy vychází: -průměrné množství cca 32 až 34 l/s -průměrné koncentrace železa v rozpětí 1,16 až 1, 47 mg/l -průměrné koncentrace manganu 0,16 a 0,17 mg/l Z křivky trendu lze usuzovat na průměrnou koncentraci ve vodách 1, 67 mg/l a přínos železa balastními vodami cca 3,28 kg/d:
Závislostost množství Fe v balastech na Q y = 0,0015x + 3,2784
5,00
Fe [kg/d]
4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 20
30
40
50
60
70
80
90
100
Q [l/s]
Ovlivnění jakosti dopravované vody je při relativně nízkých průtocích, kdy je vliv balastních vod vzhledem k poměrnému množství relativně největší. Pokud by se podařilo eliminovat ze štoly aspoň část balastních vod, mělo by to v každém případě velký význam. Odstraněním pouhých 20 % balastních vod by ovlivnění koncentrace železa pod požadovanou koncentraci bylo při průtocích pod 500 l/s atd.
Způsoby řešení Problematika eliminace balastních vod do štoly Podhradí – Dolejší Kunčice Eliminace důsledků přítoku balastních vod do štoly byla řešena následujícími způsoby: Odvedení prosáklé vody potrubím vloženým do štoly Jedním z řešení eliminace průsaků vody do štoly je odvedení vody vnikající do štoly z horninového prostředí potrubím vloženým do štoly. Potrubí musí mít takovou dimenzi, aby prakticky gravitačně odvedlo převážnou část této vody, která je technicky jímatelná. Tím se rozumí všechny podstatné bodové výrony a výrony vedené po sparách. Hydraulicky byly prověřovány profily DN 200, 300 a 400., přičemž potrubí DN 200 by zaručeně odvedlo množství balastní vody 25 l/s, DN 300 – 70 l/s a DN 400 - 110 l/s. Důležitou roli pro tuto technologii hraje problematika provádění stavebních prací, a to zejména obtížné podchycení přítoků vody do štoly pod hladinou vrstvy zbytkové vody po vypuštění štoly, nemožnost podchycení plošných výronů vody, přívod elektrické energie od portálu prakticky do poloviny štoly, ekologický provoz dopravních mechanizmů pro dopravu velkého množství materiálu do štoly, problémy s dopravou pracovníků na pracoviště ve štole, umístění sociálního zařízení do dnes fungující štoly Injektáž štoly Kompletní utěsnění všech průsaků vody do štoly injektáží není reálné. S poměrně přijatelnými ekonomickými náklady a v časově schůdném horizontu lze dosáhnout jejich značného snížení tak, aby množství železa a manganu v dopravované pitné vodě, i při minimálních průtocích, nepřekračovalo hodnoty stanovené normou. Práce musí být, vzhledem k délce štolového přivaděče, prováděny za použití depresního větrání pomocí elektrického ventilátoru umístěného při vstupu do štolového přivaděče. Elektrická energie bude na vlastní pracoviště přivedena pomocí elektrického kabelu a elektrozařízení vhodného pro dané prostředí. Alternativním řešením je nasazení elektrocentrály přímo na pracoviště za podmínky zabezpečení jejího provozu záchytnými nádobami proti úniku ropných produktů.
Úprava veškeré vody vytékající ze štoly v portálu Dolejší Kunčice Voda, protékající přivaděčem OOV za portálem Dolejší Kunčice, je směsí upravené vody z úpravny vody Podhradí a vody, prosakující do štoly z nadloží. Obsahuje železo a mangan v koncentracích, přesahujících hodnoty 0,1 mg Fe/l a 0 mg Mn/l, požadované v zadání studie. Odstranění Fe a Mn při těchto nízkých koncentracích nelze dosáhnout provzdušněním, resp. oxidací přídavným vzduchem s následnou filtrací, nákladná by byla chemická úprava. Možný způsob je filtrace pískovou náplní, preparovanou vyššími oxidy manganu, podmíněná obsahem rozpuštěného O2 ve vodě nad 10 mg/l a pH nad 7,8. Podmínka koncentrace rozp. O2 je dle poskytnutých rozborů vody splněna. Podmiňovaného pH je dosaženo při průtoku v přivaděči od 500 l/s, který se ovšem již blíží hodnotám, při nichž se ředí nežádoucí koncentrace Fe a Mn průsakové vody vodou z úpravny na přijatelné hodnoty, čímž toto nákladné řešení pozbývá smysl.
Řízené odvedení bezpečného průtoku vloženým potrubím. Při posuzování nejistot při odvedení průsakových vod dle kapitoly byla zvážena možnost řízeného odvedení bezpečného průtoku z úpravny vody Podhradí vloženým potrubím do štoly. Toto potrubí by při nižších průtocích přivaděčem, kdy by prosakující
voda z horninového prostředí výrazně ovlivňovala kvalitu dopravované vody, vedlo izolovaně vodu z ÚV Podhradí. Voda z horninového prostředí by vtékala do štoly, odkud by byla odváděna přes pancíř do vodoteče. V době, kdy stoupne potřeba průtoku přivaděčem nad toto množství, je možno obě vody sloučit a přivaděčem poteče směs obou vod. Toto bezpečné množství bylo spočteno na Q=600 l/s. Voda by v tomto případě odtékala současně potrubím a štolou. Při tomto řešení by odpadlo problematické napojování přítoků balastních vod do štoly na vložené potrubí a injektáž štoly. Pro provedení vody z úpravny vody Podhradí štolou do Dolejších Kunčic (z hlediska koncentrace železa a manganu ve vodě) v bezpečném průtoku 600 l/s při nezměněných hydraulických poměrech by bylo třeba vložit do štoly potrubí DN 800 mm.Zatažení potrubí této dimenze do štoly v délce 8 km bylo značně problematické. Problematika eliminace koroze trubního přivaděče. Uvolňováním železa vlivem koroze dochází ke zvyšování jeho koncentrace v dopravované vodě. Podíl obsahu železa ve vodě se zvýrazňuje současnou nemožností provozovat přivaděč na projektovanou kapacitu. Průtokem současných 200 l/s se koncentrace železa ve vodě ještě zvyšuje. Železo je v přivaděči obsaženo jako trojmocné, které z vody vypadává a usazuje se na stěnách a dně potrubí v kalu. Při malých rychlostech prodění vody v potrubí nemusí být velká část tohoto kalu stahována do blízkosti kalosvodů tak, aby ji bylo možno vypustit při řádném odkalování. Eliminace koroze ocelového přivaděče byla řešena následujícími způsoby: Nanášení ochranných povlaků Ochrany kovových zařízení proti korozi se dosahuje ochranným povlakem povrchu nátěry, povlaky z plastických hmot, pokovováním, ochranným filmem inhibujícím korozi. U ocelového potrubí OOV, které v současné době již prakticky není opatřeno vnitřním ochranným nátěrem, lze uvažovat o dodatečném sanování povlakem či nástřikem z plastických hmot nebo o ochraně povrchu vnitřní cementovou omítkou. Při těchto metodách se uplatňují pracovní postupy uvnitř potrubí, které tak musí být na jistou dobu odstaveno z provozu a zpřístupněno pro vyčištění potrubí a pro vlastní sanační práce a po určitou dobu po ukončení prací proplachováno z hygienických důvodů.
Pro provedení vnitřní vystýlky potrubí je třeba přivaděč na určitou dobu vyřadit z provozu. Doba vyřazení z provozu závisí na: Volbě technologie sanace Volbě dodavatele a jeho možnosti nasazení mechanizmů Volbě způsobu provádění prací. Oslovení dodavatelé na sanaci potrubí podali nabídky v základním dělení na: Sanaci potrubí cementací Sanaci potrubí na bázi vložek, pryskyřic a nátěrů Různost řešení jednotlivých nabídek především ve vzdálenosti požadovaných vstupů do porubí a pohledu na variantní zásobování okolních obcí neumožnilo v nabídkách nalézt jedno řešení způsobu sanace, společné všem nabízejícím firmám. Z toho důvodu jsme přistoupili k sestavení společného postupu prací, které by bylo možno aplikovat pro všechny nabízené technologie společně.
Základní řešení sanace byly navrženy ve dvou variantách, a to: Sanace potrubí po dlouhých úsecích, odpovídajících dnešnímu rozdělení sekčními uzávěry. Při tomto řešení je třeba zajistit dodávku vody dnes zásobovaných obcí po dobu sanace příslušného úseku. Sanace potrubí po kratších úsecích se zařazením obtoků pro zachování průtoku 100 – 200 l převaděčem. Tato poměrně složitá a nákladná alternativa předpokládá vedení provizorního potrubí po povrchu souběžně s trasou. Problémy se zde vyskytují zejména při překračování potrubí přes komunikace a vodní toky. Dále je problematická fáze složitého přepojování jednotlivých provizorních obtoků v návaznosti na proplach potrubí a dokončovací práce v sanovaném úseku. Dávkování antikorozních látek (inhibitorů) Korozní účinky vody lze v některých případech odstranit dávkováním antikorozních chemických přísad, tzv. inhibitorů koroze, které vytvoří na železném povrchu pevný ochranný elektroneutrální film. Tato metoda vyžaduje zpřístupnění potrubí pouze pro očištění vnitřního povrchu, je však nutné trvalé dávkování inhibitorů. Použití inhibitorů koroze pro rozvod pitné vody je přísně podmíněno souhlasem hygienických orgánů. Proti rozšíření aplikace inhibitorů v pitných vodách existuje řada námitek. Úprava pitné vody pomocí inhibitorů koroze je označována jako nejméně vhodné řešení jak z hlediska hygienického, tak ekologického. Ekonomické priority navrhovaného řešení Jako prioritní řešení se jeví eliminace balastních vod, které přitékají do štoly. Je
zřejmé, že nepodaří za cenu rozumných investičních nákladů odstranit veškerou stahovanou vodu. Při sanaci štoly je třeba se zaměřit především na přítoky, které budou mít chemickým rozborem prováděným detailně při sanaci prokázán obsah železa a manganu. Důkladnou separací zaželezovaných vod a jejich odvedením je možno docílit lepšího efektu, než při odvedení veškeré drénované vody. Podchycením především těchto nepříznivých přítoků se může docílit minimalizace profilu svodného potrubí na nezbytně nutnou dimenzi a tím i značné úspory investičních nákladů. Položení svodného potrubí bude nutné kombinovat s částečnou injektáží štoly. Doporučuje se výběr profilu svodného potrubí až po detailním vyhodnocení průtočného množství a především chemických rozborů z jednotlivých přítoků. Studie doporučila odvádění vody drénem DN 300 spolu s doplňkovou injektáží štoly. Druhou prioritu tvoří sanace ocelového přivaděče po odběr pro přivaděč Fulnek –
Hranice, a to ze dvou důvodů: Obtížné odstavení této části přivaděče po zprovoznění přívodu vody do Hranic. • Zvýšený odběr v této části přivaděče a vlivem zvýšené rychlosti možnost druhotného zaželezení protékající vody ze sedimentů v přivaděči. Druh vnitřní vystýlky je odvislý především od ceny, kdy cena nabízené cementové vystýlky je několikanásobně nižší než u ostatních nabídnutých technologií. Při rozhodování o použité technologii hraje významnou roli též doba provádění prací (doba trvání dočasných záborů půdy a náhradního zásobování vody) a vzdálenost vstupů do potrubí, která má vliv na velikost dočasných záborů půdy. Při použití kterékoliv technologie je výrazně levnější dočasný dovoz vody do obcí během sanace. •
