Význam monitoringu distribučních sítí pro jejich provoz a projektování
Jana Říhová Ambrožová VŠCHT FTOP ÚTVP Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6,
[email protected]
Osnova přednášky • • • •
Legislativní předpisy Biofilmy a koroze Význam odkalování Audit vodovodní sítě (zohlednění odkalování) • Monitoring koroze a tvorby biofilmů (materiály, objekty) • Diskuse a závěry
Legislativní předpisy • Materiály přicházející do styku s pitnou vodou musí vykazovat shodu s vyhl. č. 409/2005 Sb., o hygienických požadavcích na výrobky přicházející do přímého styku s vodou a na úpravu vody. • Výrobky musí být vyrobeny tak, aby za obvyklých a předvídatelných podmínek používání nedocházelo k přenosu jejich složek do vody v množství, které by mohlo být nebezpečné pro lidské zdraví, nebo způsobit nežádoucí změny ve složení vody, popř. ovlivnit její senzorické vlastnosti, a dále nesmějí obsahovat patogenní mikroorganismy a být zdrojem mikrobiálního nebo jiného znečištění vody ... nad limity stanovené právním předpisem [citace z Vyhlášky]. • Podíl materiálu na znečištění - výluhovou zkouškou. • Výběr materiálů je řízen na základě technických požadavků a kritérií ovlivňujících kvalitu vody ve smyslu uvolnění látek a ovlivnění pachu a barvy vody. • Není hodnocena případná podpora mikrobiálního růstu (a tvorby biofilmu), popř. zohledněna biologická nestabilita pitné vody ve styku s materiálem. • Hygienický (mikrobiologický) problém – org. látky
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.
Odkalování – význam a potřeba • Cílem odkalování řadů je zajištění řádného provozování přiváděcích řadů distribučního systému z hlediska kvality dopravované vody. • Odkalování vyplavení korozních produktů, inkrustů a biofilmů lepší kvalita dopravované vody. • Odkalení = účinný nástroj preventivního opatření před možnou zhoršenou kvalitou dopravované pitné vody. • Postup odkalování lze efektivně optimalizovat na základě dlouhodobějšího sledování. • Odkalování vodovodních řadů se za běžných provozních podmínek provádí s četností 1 ročně. • Ve výjimečných případech (nadměrná sedimentaci při vyvločkování na trase, zvýšení koncentrace železa, manganu a zákalu, inkrusty na stěnách potrubí …) nutné častější odkalování. • Kontrola účinnosti proplachů rozbory (NL, Mn, Fe, Al, zákal a biologie).
Sledování odkalování – podklady pro rekonstrukci řadů • Provedení hloubkového hydrobiologického auditu na základě vzorků vody odebírané při odkalování z hydrantů a šachet. • Předpoklad řešeného projektu: výměna zjm. ocelových úseků, dotčených rekonstrukcí kanalizace. • Hodnocení: 4 distribuční řady, 10 vytipovaných míst, 3 etapy odkalování • Odběr vzorků vody (odtok z odkal.míst) - 2 podíly vzorků (v začátku odkalování po odtočení bezpečného objemu vody stagnující v potrubí, a na konci odkalení, vizuální kontrola, voda nezakalená a průzračná). • Biologické hodnocení – ČSN 75 7712 a 13, aktivita železitých bakterií (BARTTM – IRB)
Odkalovací místa – hydranty, šachty
Seston vyplavený při odkalování distribuční sítě
IRB BARTTM
Sledování odkalování – řad 1 Materiál potrubí
Litina
Litina
Ocel
Ocel
Profil (DN)
80
80
300
300
Stáří (let)
Zdroj vody
Odkalovací místo
60
Povrch. ÚV
Hydrant
60
25
25
Povrch. ÚV Povrch. ÚV Povrch. ÚV
Hydrant
Šachta z
Etapy odkalení
Ukazatel
I.
II.
III.
2300 /0 0/0
9000/ 0 0/0
2300/ 2300 0/0
2300 /0 0/0
49700
/0 0/0
500/ 2300 0/4
CMO
0/0
0/0
0/0
Feb.
0/0
0/0
0/14
CMO
0/0
500/0
0/0
Feb.
6/8
4/6
122/20
CMO
Feb. CMO Feb.
přivaděče
Šachta z přivaděče
• Materiál: litina x ocel – koroze a železité bakterie
Sledování odkalování – řad 2 Materiál potrubí
Litina šedá
Litina šedá
Profil (DN)
80
250
Stáří (let)
60
60
Zdroj vody
Povrch. ÚV
Povrch. ÚV
Odkalovací místo
Hydrant
Hydrant
Etapy odkalení
Ukazatel
I.
II.
III.
2300 /0
9000/ 0
9000/0
Feb.
0/0
4/2
34/0
CMO
0/0
9000/ 0
2300/ 500
Feb.
0/0
0/0
0/0
CMO
• Materiál, stáří – nález živých organismů (sinice, vířníci, mikromycety)
Sledování odkalování – řad 3 Materiál potrubí
Ocel
Litina
Ocel
Profil (DN)
80
80
80
Stáří (let)
60
55
70
Zdroj vody
Povrch. ÚV
Povrch. ÚV
Povrch. ÚV, podz.
Odkalovací místo
Hydrant
Hydrant
Hydrant
Etapy odkalení
Ukazatel
I.
II.
III.
0/0
9000/ 0
2300/ 500
Feb.
0/0
0/2
14/0
CMO
0/0
175/0
0/0
Feb.
2/0
0/0
0/20
CMO
9000 /0
140000
Feb.
/0
49700/ 9000
2/0
0/14
2/0
CMO
Sledování odkalování – řad 4 Materiál potrubí
Litina
Profil (DN)
100
Stáří (let)
45
Zdroj vody
Povrch. ÚV
Odkalovací místo
Hydrant
Etapy odkalení
Ukazatel
I.
II.
III.
0/0
9000/ 0
9000/0
Feb.
2/0
0/0
0/0
CMO
Porovnání materiálů sítí (odkalování) K T J a k tiv n íc h ž e le z itý c h b a k te r ií p ř i o d k a lo v á n í
Dotace podzemního zdroje
140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0
D
N
10
0
5 (4 D
)
N
80
Litina
0 (6 D
)
N
( 80
) 60 D
N
( 80
5
D
5)
N
30
2 0( D
5) N
30
Ocel
2 0(
5)
D
N
80
0 (6 D
) N
80
0 (7 D
)
N
25
6 0(
0) D
N
Litina šedá
80
0 (6
)
III.e ta p a II.e ta p a I.e ta p a
Sledování odkalování – shrnutí • V rámci odkalování - živé mikroorganismy, hyfy a konidie mikromycet, vysoká abundance železitých bakterií. • Testy biologické aktivity byla potvrzena aktivita železitých bakterií – negativní účinek. • Častější odkalování není řešením dané situace. • Vzorky odebírané v poměrně krátkém časovém úseku odkalování (mezi 3 týdny). • Vlivem tlaku vody při odkalování - uvolnění vytvořených úsad a sedimentů - původně chráněná místa se obnaží pokračování korozních procesů. • Řešení: zásadní výměna potrubí za vhodnější materiál potrubí vysokého stáří z nechráněné litiny a oceli negativně ovlivňuje jakost vody i po stránce biologické.
Hodnocení koroze – korozní zkoušky • Projekt QD 1003 „ Výzkum efektu úpravy vody na její jakost při prodlužujícím se zdržení v rozvodné síti“ • Sledování tvorby biofilmů a postupu tvorby koroze na kovových materiálech používaných ve vodárenských provozech • TNV 75 7151 - osazení kupónů (a skla) a jejich expoziční zkoušky • Receptář
Nález
Co indikuje
Co způsobuje
Jak zamezit výskytu
Korozní produkty
Korozní procesy, narušování povrchového pláště potrubí, zvíření sedimentů.
Zákal vody, organoleptické závady, lze usuzovat i na možném výskytu železitých bakterií uvnitř inkrustů.
Častější odkalování, zamezení hydraulickým rázům v potrubí.
Železité bakterie
Korozní procesy, narušování povrchového pláště potrubí, zvíření sedimentů.
Snižování koncentrace dezinfekč. činidla, zákal vody, organolept. závady.
Častější odkalování, zamezení hydraulickým rázům v potrubí.
Konidie Alternaria sp.
Vzdušná kontaminace na přístupných objektech sítě.
Větší spotřeba dezinf. činidla, snížení biologické stability pitné vody, substrát pro bakterie a další mikroorganismy.
Zjištění zdroje přísunu mikroorganismů (voda, spad z ovzduší), úvaha o rekonstrukci, volba větší dávky dezinf. činidla, odkalení či mechanické vyčištění objektu.
Klíčící konidie, hyfy mikromycet
Vzdušná kontaminace na přístupných objektech sítě, dlouhodobější přítomnost, nedostatečné hyg. zabezpečení.
Hygienická závadnost pitné vody, větší spotřeba dez. činidla, snížení biologické stability pitné vody, substrát pro bakterie a další mikroorganismy.
Zjištění zdroje přísunu mikroorganismů (voda, spad z ovzduší), úvaha o rekonstrukci, volba větší dávky dez. činidla (mikromycety jsou odolné i koncentracím chloru 3 mg·l-1), odkalení.
Sinice a řasy – organismy obtížně odstranitelné vodárenskou úpravou
Živé indikují nedostatečné hygienické zabezpečení.
Větší spotřeba dez. činidla, snížení stability pitné vody, substrát pro bakterie a další mikroorganismy.
Zjištění zdroje přísunu mikroorganismů (voda, spad z ovzduší), úvaha o rekonstrukci, volba větší dávky dez. činidla, odkalení.
Mrtvé indikují průnik vodárenskou technologickou linkou. Přísun substrátu, předpoklad možného výskytu heterotrofních bakterií.
Zdroj substrátu pro další mikroorganismy, spotřeba dez. činidla.
Heterotrofní prvoci – bičíkovci a nálevníci
Spotřeba dez. činidla.
Zjištění zdroje přísunu mikroorganismů (voda, spad z ovzduší), úvaha o rekonstrukci, volba větší dávky dez. činidla, odkalení.
Monitoring tvorby biofilmů, koroze • Sledování tvorby biofilmu na různých konstrukčních materiálech (korozivzdorná ocel, mosaz, titan) ve vsádkových jednorázových testech (od roku 2010 do 2012 s přestávkami). • Biologické hodnocení - stanovení mikroskopického obrazu, mikrobiální aktivity na základě mikrobiologického rozboru (heterotrofní mikroorganismy kultivovatelné při 22 °C a 36 °C, železité bakterie, mikromycety) a pomocí ATP Bystrianský J., Říhová Ambrožová, J., 2012. Kritéria volby materiálů do výměníků tepla, pracujících v chladicích vodách. Sbor. mez. konference CHEO 9, 200-231. Kubernová, K., 2012. Studium tvorby biofilmů na materiálech používaných v energetických systémech. Diplomová práce VŠCHT ÚTVP Praha.
Aktivita mikroorganismů – měření ATP
Monitoring tvorby biofilmů, koroze • V průběhu expozice – změny v biofilmu (heterotrofní a železité bakterie, bezbarví bičíkovci, kvasinkovité buňky a hyfy mikromycet) a ve vodě.
• Rozdíly mezi jednotlivými typy materiálů. • Nejvhodnější povrch pro uchycení mikroorganismů (povrch s povrchovou úpravou oxidace při 600 °C, tryskání a broušení)
Bodové napadení tryskaného vz.
Bodové napadení mořeného vz.
Bodové napadení oxidovaného vz.
• Bodové napadení na vnitřním povrchu korozivzdorných ocelí s povrchovou úpravou oxidace – obsah chloridů ve vodě • Nejméně na povrchu mosazi a titanu a korozivzdorné oceli s povrchovou úpravou moření. • Nerezové oceli - dobrý kompromis pro dosažení pitné vody v síti.
Zahraničí: Simulace podmínek v distribuci • Model s pitnou vodou z distribuční sítě (zohledněna teplota, tlak, rychlost proudění a složení vody), doplňováno bylo železo, vápník a hydrogenuhličitany. • 2 roky testování • Po 15ti měsících bylo dosaženo rovnovážného stavu • Materiál má vliv! Nejnižší úroveň kontaminace zjištěna u mědi a pozinkované oceli (nebyl souvislý biofilm jen zde) • Značná množství enterobakterií byla zaznamenána na cementu a polyethylenu.
Monitoring tvorby biofilmů • Technické doporučení I-D-48 z roku 2008 Projektu 1G58052 „Výzkum řešení degradace jakosti pitné vody při její akumulaci“ • 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. • A co materiál????? • Povrchy VDJ x Nálezy na testerech
Diskuse • ??? Míra nárůstu mikroorganismů mezi jednotlivými vodárenskými objekty - odvíjí se od charakteru celé distribuční sítě včetně uspořádání, provozu a doby zdržení vody v systému. • ??? Jaká je maximální doba zdržení pitné vody v potrubí a vodojemech, kdy lze říci, že je voda ještě bezpečná a zdravotně nezávadná. (Bezchemický provoz???) • S tím souvisí podíl tvorby biofilmů na materiálech přicházejících do kontaktu s vodou a předpoklad preference materiálů přisedlými mikroorganismy. • Odkalování – řeší problém ?? • Biofilm je dynamický systém s mnoha metastabilními fázemi.
Závěry • V případě rekonstrukcí vodárenských objektů a distribučních sítí bychom měli přihlédnout k výběru vhodných materiálů, odpovídajících nejen požadavkům vyhl. č. 409/2005 Sb., ale i respektujících prostředí, kde jsou aplikovány. • Nové materiály, technologie - ???? Metody hodnocení materiálů • Významné a v praxi několikrát ověřené je i sledování vlivu materiálů na možnou podporu mikrobiálního růstu. • návrh normy prEN 16421 Influence of materials on water for human consumption – Enhancement of microbial growth (EMG) – zabývá se otázkou schopnosti materiálů podporovat mikrobiální růst v pitné vodě.
Nové metody zohledňující podporu mikrobiálního růstu • návrh normy prEN 16421 Influence of materials on water for human consumption – Enhancement of microbial growth (EMG) – zabývá se otázkou schopnosti materiálů podporovat mikrobiální růst v pitné vodě. • Pozornost je zaměřena na nekovové materiály, které jsou v expozičních zkouškách hodnoceny 3 metodami. • 1. Měření koncentrace ATP (homogenní, nehomogenní, spojovací a obkladové materiály), legionely a silikon!!! • 2. Měření tvorby biofilmu (cementované materiály, nátěry, hadice, trubky, spojovací a obkladové materiály) a • 3. Hodnocení mikrobiální aktivity na základě snížení koncentrace rozpuštěného kyslíku (cementované materiály, organická aditiva, adheziva, nátěry, elastomery a kompozity) • K odhadu mikrobiálního nárůstu na exponovaných materiálech se využívá přírodní směsi vodních organismů. •
Omezení: neposkytují informace o fyzikální a chemické povaze vzorku, toxikologickém působení, rezistenci k dezinfikantům, patogenitu mikroorganismů, není k dispozici jednotná kultivační metoda pro komplex organismů
Děkuji za pozornost Vytvořeno v rámci projektů NAZV 1G58052 a MSM 6046137308
