Vodárenská biologie
Organismy během procesu úpravy vody, v pitných vodách a v distribučních sítích
Význam biologie ve vodohospodářské praxi Význam pro technologa – monitoring zdroj technologická ÚV linka distribuce VDJ Koncepce komplexního biologického posuzování (MBi, HBi, metody odběru a screeningové metody) • Biologická stabilita pitné vody, degradace jakosti vody ve VDJ • Riziková analýza (HACCP) • Zdroje surové vody (typy) • Technologie úpravy vody • Hygienické zabezpečení • Distribuce • Akumulace
Systém zásobování pitnou vodou – rizikové body Surová voda (zásoby, zdroje)
Úprava vody (technologie)
Distribuční síť
Spotřebitel (domovní rozvody, kohoutek)
VODOJEMY
Cíl: Bezpečná a nezávadná pitná voda těšící se důvěře spotřebitelů. Nástroj: Zpracování plánů, které zajistí bezpečné zásobování pitnou vodou. Ověření a kontrola: Hodnocení kvality pitné vody a její prověřování (fyz., chem., biol.).
Bezpečná pitná voda Priorita vodárenství: Zajištění kvalitní a nezávadné pitné vody v celém systému zásobování pitnou vodou. 1. Zabránění kontaminace zdrojů vody. 2. Vhodná a účinná technologie úpravy vody. 3. Účinná dezinfekce v celém systému distribuce. 4. Zabránění sekundární kontaminace v průběhu akumulace a distribuce. 5. Provoz a údržba sítí (materiály, manipulace, odkalování). 6. Použití vhodných materiálů v systému (pro styk s vodou). Distribuční síť = kontinuum (zdroje vody - technologické uspořádání vodárenské linky - stav sítě - vodojemy).
Zdroje surové vody Zákon č. 274/2001 Sb. o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu a o změně některých zákonů a jeho prováděcí Vyhláška č. 428/2001 Sb. nahrazená č. 515/2006 Sb. povrchové vody odebírané pro úpravu na vodu pitnou dělí do 4 kategorie upravitelnosti – typ organismů a počet (určuje technologii úpravy). • Biologie = prvotní indikace vodárenských procesů a stavu objektů (zastoupení, početnost, stav – morfologie, ekologie – volná voda, nárosty a výživa).
Hodnocení jakosti zdroje surové vody z hydrobiologického hlediska Hydrobiologický průzkum zdroje včetně povodí, zmapování bodových a plošných zdrojů eutrofizace (mikroskopické rozbory, saprobní index, testy toxicity a trofie) Prognóza vývoje jakosti vody ve zdroji Doplnění výsledků sledování o historické údaje (5 a více let) Zařazení pravidelně se vyskytujících organismů do kategorií odstranitelnosti Zařazení zdroje do kategorie dle Vyhlášky č. 515/2006 Sb. Zpracování návrhu optimální technologie úpravy vody (modifikace dle roční sukcese druhů) Sledování nádrže v podélném profilu (stratifikace)
A
D
B
E C
Kategorie organismů dle upravitelnosti
Kategorie organismů dle upravitelnosti – příklady zástupců
Organoleptické závady - fytoplankton Skupina organismů Sinice
Rod sinic a řas
Pachuť
mírný
hojný
travnatý, plísňovitý
hnilobný
-
řeřichovitý
hnilobný
nasládlá
travnatý
kořenovitý
-
Ceratium
rybí
hnilobný
nahořklá
Peridinium
okurkovitý
rybí
-
Anabaena Aphanizomenon Oscillatoria
Obrněnky
Druh pachu, když je výskyt řasy
Skrytěnky
Cryptomonas
fialkový
fialkový
nasládlá
Zlativky
Dinobryon
fialkový
rybí
-
okurkovitý, kořenitý, po melounu muškátový, kořenitý
rybí
nahořklá
rybí
-
Melosira
muškátový
plísňovitý
-
Stephanodiscus
muškátový
rybí
-
travnatý
plísňovitý
-
Synura Rozsivky
Asterionella
Synedra
Přívodní potrubí Předúprava: česle, síta
Nežádoucí organismy: • železité a manganové bakterie, • mechovky a sladkovodní houby, • měkkýši Dreissensia, • korýši Cyclops, • strunovci, larvy chrostíků, apod.
Technologické provozy - Pomalá písková filtrace - Písková filtrace - Koagulace, flokulace Oživení surové vody a následná úprava: • 1 000 – 3 000 org./ml – úprava bez potíží, • 3 000 – 10 000 org./ml – ucpávání filtrů, • 10 000 – 50 000 org./ml – organoleptické závady, • 50 000 a více org./ml – havarijní situace
Pomalá (biologická) filtrace • Analogie procesů probíhajících v přírodě • Písková filtrační vrstva - biologická blána (metabolická aktivita) x klasická filtrace • Přítomnost rozpuštěného kyslíku v přitékající vodě, světlo - charakter biologické blány • Zachycuje bioseston a abioseston a příznivě působí na organoleptické vlastnosti vody
Koagulace, flokulace • Chemické srážení - vyvločkování a tvorba vloček (elektrochemický proces, zeta-potenciál) • Velikostní kategorie vloček, jejich tvar, charakter zachycených mikroorganismů (obaly, sliz, kategorie – koagulovatelnost) • Separace vytvořených vloček: sedimentace (usazovací nádrže), čiření (čiřiče, vločkový mrak), flotace (flotační nádrže) • Sledování stěn nádrží (biofilmy, nárosty, odkalování) • TNV 75 5940 – “Mikroskopické posuzování separační účinnosti vodárenské biologie” (laboratorní koagulační, modelové a provozní zkoušky)
Čiřiče
Přelivné hrany čiřičů Odběrná místa, koagulační zkoušky
Písková rychlofiltrace podzemní vody (první stupeň separace), u eutrofizovaných vod po následné koagulaci a separaci Pracovní filtrační cykly: praní - vzduch a voda, zafiltrování, filtrační fáze, zanesení filtru a praní filtru
Problematika trysek Mechovky v tryskách
Špatně fungující filtry
Hala filtrace (světlo, teplo)
Potřeba pitné vody - zajištění kvality Dezinfekční účinek závisí na mnoha faktorech (typ mikroorganismu, prostředek, teplota, pH, redox, celkové minerální složení).
Obecná citlivost mikroorganismů vůči chemické dezinfekci: Cysty protozoí > spory bakterií, plísní > mykobakterie > viry, mikromycety > bakterie (u vegetativních forem bakterií jsou koky odolnější než tyčinky, G+ tyčinky odolnější než Gtyčinky)
ClO- (%)
100 80
20 HOCl (%)
60
40
40 20 0
0
60 80
CT dávka požadavek chloru T
5
6
7
8 pH
Srovnání dezinfekčního účinku chemických prostředků: •O3 > ClO2 > anorg. vázaný chlor > chloramin
100
9
10
Vodojemy (akumulace) • Vodojemy (věžové a zemní) slouží k akumulaci pitné vody • Závady: biofilm, nárosty, úsady, biologická stabilita pitné vody, hydrobiologický rozbor – ČSN 75 7712 a 13 Závady stavebně technické povahy:
•Nevhodné konstrukční a stavební uspořádání objektu. • Nevhodně uspořádaný prostor s akumulačními nádržemi.
• Neoddělené prostory akumulační od manipulačních. • Nepoučený personál.
Žebřík zakončený u kalové jímky s odpadem.
Přívod vody vpravo od žebříku nahoře, vlevo bezpečnostní přeliv.
Nevhodné uspořádání
Nádrž vodojemu. Příklad přítokové potrubí ukončeného u protilehlé stany, než je odběrné potrubí.
Věžové vodojemy:
Zemní vodojemy: Okolí
Zemní vodojemy:– Strop akumulační nádrže
Dešťový svod
Zemní vodojemy: Manipulační prostor
Zemní vodojemy: Vstupy do akumulační nádrže
Zemní vodojemy: Větrání
Biologické nálezy v nezajištěných objektech
Hodnocení stavu vodojemů • Technické doporučení I-D-48 z roku 2008 • Typ vodojemu s cílem postihnout vlivy měnící kvalitu distribuované pitné vody v závislosti na době zdržení ve vodojemech a distribuční síti, nikoliv však na přítomné biofilmy a další případná rizika. • 02/2011 nová ČSN 75 53 55 • Zásadní pro provoz nutnost řešení vzdušné kontaminace. • Provoz a údržba objektu. • Rekonstrukce a výměna nevyhovujících prvků za vhodnější.
Stavebně-technický popis objektu (2 VDJ) Střecha (strop) akumulace s vegetací. Detail větracího průduchu umístěný přímo v zatravněném terénu, bez ošetření, není kryté a chráněné před vnikem většího hmyzu a partikulí.
Akumulace podzemní vody po úpravě (provozovatelem je obec)
Manipulační a akumulační prostor VDJ ze 30. let 20.st. Otvor ve stěně – pouze síťka
Větrací otvor ve stěně – nekrytý ničím. Umožňuje průnik organismů a částic do objektu akumulace vody.
Detail přístupu do komory vodojemu, charakter stavu armatur, přítokové, odtokového potrubí, přepadu, stav stěn akumulace s železitými nárosty.
Manipulační a akumulační prostor
Nevhodné okno, nezajištěný větrací průduch, kontaminace. VDJ z roku 2002 Akumulace nevhodné krytí – nárosty, biofilmy.
Diskuse k auditu • Jak se tyto závady stavebně-technické povahy a závady nevhodné údržby objektů projeví na biologických nálezech?
Nálezy
Nálezy
• K čemu je dezinfekce a hygienické zabezpečení původně kvalitního zdroje podzemní vody – v akumulacích bio-voda (RLU >500, kontaminace).
Stavební uspořádání a konstrukce: Vstupy do akumulací z terénu
Vhodně řešený obsyp.
Dešťový svod nad akumulacemi. Netěsné a nevhodné krytí poklopy.
Stavební uspořádání a konstrukce: Vstupy do akumulací z m.prostoru ?
Nálezy „běžné“ Nálezy „k zamyšlení“
Stavební uspořádání a konstrukce: Vstupy do akumulací z m.prostoru
Utěsnění dveří. Odolnější materiál. ?
Výměna skel za plast.
Stavební uspořádání a konstrukce: Vstupy do akumulací – Podlaha a krytí
?
Podlahy: Povrchová úprava bezprašná.
Ideální případ řešení.
Stavební uspořádání a konstrukce: Vybavení akumulací
Výměna za vhodnější materiál.
Stavební uspořádání a konstrukce: Větrání ?
? Větrací průduchy nevhodně umístěné, nekryté. Osazení filtračních jednotek, geotextilií, apod.
Sekundární kontaminace vzduchem: Řešení
Pyl borovice
Pyl břízy
Konidie mikromycety
spady
Specifikace viz ČSN 75 5355
Stavební uspořádání a konstrukce: Okna Doporučení: Okna nevbudovávat. Luxfery jsou nevhodné.
Nově rekonstruovaný objekt. Do oken osadit fólie.
? (Minima propustnosti zvolených fólií musí ležet v oblasti 450 – 490 nm a 660 nm.)
Nárosty na stěnách: sinice, řasy, mikromycety Návrh: Aplikace nátěrů, silikátové a silikonové, obsah ftalocyaninů (fotokatalytická aktivita) 2007
2008 2011
2012-13
Rok 2010
Květen 2012
Zdařilá rekonstrukce objektu .. Krok za krokem ..
Únor 2012
Listopad 2012
Rok 2010
Rok 2010 Rok 2012
Distribuční sítě - hodnocení koroze • Hydranty, kalníky, úsady, sedimenty, nárosty • TNV 75 7121 Požadavky na jakost vody dopravované potrubím
Biofilmy a koroze • Mikroorganismy ve vodném prostředí mají snahu připojit se k povrchu pevných látek, konstrukční materiály jsou vhodným podkladem. • Potenciální nárůst mikroorganismů = biofilm uvolňování do vody, přežívání v biofilmu spotřeba dezinf. prostředků. • Environmentální faktory (teplota vody, přítomnost dezinfekčních činidel) umocnění.
Odkalovací místa – hydranty, šachty
Seston vyplavený při odkalování distribuční sítě
Biologické vyšetřování pitné vody Biologický rozbor vod se řídí zásadami ČSN 75 7712 ”Biologický rozbor vod. Stanovení biosestonu.” a ČSN 75 7713 pro stanovení abiosestonu 1%
10 %
3%
20 %
5%
40 %
Hodnocení účinnosti procesu úpravy vody z hydrobiologického hlediska • Kontrola jímacích objektů a přívodů surové vody
• Kontrola účinnosti zařízení prvního separačního stupně (záchyt organismů ve vločkách) • Kontrola účinnosti zařízení druhého separačního stupně (účinnost filtrace, zarůstání pískového lože)
• Hydrobiologický rozbor biofilmů a nárostů ve všech vodárenských stupních a v rozvodné síti • Návrhy prevence a kontroly účinnosti
Průkaznost přítomných organismů a částic – indikace (havárie, netěsnost, jednotlivé organismy – železité bakterie, plísně a kvasinky, bakterie sirné a organotrofní, červi, vajíčka
