Úprava pitné vody současný výzkum a realita. Martin Pivokonský, Praha,

Transkript

1 Úprava pitné vody současný výzkum a realita Martin Pivokonský,

2 Máme vody dostatek? Rozložení vody na Zemi 2,3 % Sladká voda 26 % 97,7 % 74 % slaná voda sladká voda voda v ledovcích využitelná voda

3 Vody máme nedostatek!

4 Jaká je kvalita vody? Velmi nízká účinnost odstranění

5 Kvalita surové vody se mění a velmi rychle klesá! Dostává se na hranici upravitelnosti!

6 Historie vodárenství a úpravy vody

7 Největší milníky v oboru úpravárenství v historii 3 tis. 2 tis. 1 tis. 0 1 tis. 1,5 tis. 2 tis STAROVĚK Jak se voda upravovala v tomto období? STŘEDOVĚK renesance NOVOVĚK 1. použití koagulace Starověký Egypt 1. použití aktivního (dřevěného) uhlí Starověká Indie první vodárenské objekty v Evropě 1. moderní aplikace koagulace Anglie 1. uhlíkatý matriál pro filtraci vody Austrálie

8 Největší milníky v oboru úpravárenství v historii 1. moderní aplikace koagulace, Anglie 1893, Nizozemsko první ozonizace 1855, Anglie první filtrace 1906, Francie první ozonizace 1935, Německo; 1. použití membránové filtrace stol. 20. stol. 21. stol. 1862, Austrálie 1. filtrace přes AC 1893, Německo první chlorace 1960s, běžné užívání GAC/PAC a membránové filtrace , USA; 1. použití PAC 1910, Anglie; 1. použití GAC /1929 Německo, 1930 USA

9 Největší milníky v oboru úpravárenství v historii 1. moderní aplikace koagulace, Anglie 1893, Nizozemsko první ozonizace 1855, Anglie první filtrace 1906, Francie první ozonizace 1935, Německo; 1. použití membránové filtrace Co nového/starého nabídne úpravárenství nové století? stol. 20. stol. 21. stol. 1862, Austrálie 1. filtrace přes AC 1893, Německo první chlorace 1960s, běžné užívání GAC/PAC a membránové filtrace , USA; 1. použití PAC 1910, Anglie; 1. použití GAC /1929 Německo, 1930 USA

10 Největší milníky v oboru úpravárenství v historii Staroměstská Petržilkovská Šítkovská Novomlýnská v 15. a 16. století založeny 4 vltavské vodárny 1972 ÚV Želivka membránová 1924, České země 1872 ÚV Pisárky filtrace ÚV Březová zavedení chlorace stol. 20. stol ozonizace vodní dílo Janov, Hamerská přehrada (Mostecko) 21. stol ÚV Podolí 2015 ÚV Mostiště 1914 ÚV Káraný GAC filtrace ÚV Pisárky

11 Proces úpravy vody

12 Vodárenství vs. Úpravárenství Vodárna vs. Úpravna Vodárna = zařízení (objekt) pro jímání vody Úpravna = zařízení (objekt) pro úpravu vlastností (složení) vody

13 Schéma technologie úpravy povrchových vod Předúprava dávkování koagulačního činidla Tvorba suspenze - míchání zdroj surové vody úprava ph oxidační reakce rychlé pomalé míchání Doúprava Separace suspenze hygienické zabezpečení adsorpce membránové procesy filtrace sedimentace čiření flotace

14 Znečištění povrchových vod přírodní antropogenní AOM AOM AOM jíl jíl PCPs jíl NOM pesticid léčiva pesticid NOM jíl léčiva AOM AOM AOM pesticid PCPs NOM pesticid PCPs jíl léčiva NOM NOM jíl

15

16 AOM Algal Organic Matter ocystis/ produkty sinic a řas přirozený výskyt, ale významně podpořen lidskou činností! EUTROFIZACE KLIMATICKÁ ZMĚNA PŘEMNOŽENÍ FYTOPLANKTONU (VODNÍ KVĚT) Vodní nádrž Josefův důl Jizerské hory Merismopedia tenuissima karyotes/chroococcaceae/merismopedi a/tenuissima_1.html

17 AOM Proč nám vadí? široce rozšířené obtížně odstranitelné znesnadňují odstraňování mikropolutantů negativně ovlivňují organoleptické vlastnosti vody tvorba DBPs toxicita

18 AOM odstranění Fe i peptidů/proteinů Fe ani peptidy/proteiny se neodstraňují Fe-peptidové/proteinové komplexy ph = 4-6 Proteinová složka Inhibice procesu úpravy vody koagulace čas (min)

19 AOM Fe-peptidové/proteinové komplexy tvorba rozpustných komplexů s koagulačním činidlem

20 AOM Odstranění Al/Fe-AOM komplexů 8 9 kda COM peptidy/proteiny 0,2 mg KMnO 4 mg -1 DOC 6 0,4 mg KMnO 4 mg -1 DOC mau (280 nm) kda 1215 kda 557 kda 225 kda 59 kda 15 kda 8 kda 7 kda 5 kda 3 kda Eliminace microcystinu 1 kda čas (min)

21 AOM velmi nízká účinnost odstranění problematická je zejména nízkomolekulární složka před koagulací po koagulaci Neproteinová složka Inhibice procesu úpravy vody koagulace

22 Provoz úpravny PROVOZNÍ ŘÁD Co to je? kuchařka, jak, co a kolik dávkovat a při jakém ph zpracovává navrhovatel technologie ze stavebního hlediska X nerozumí chemii vody!!!

23 Provoz úpravny Provozní řád optimální ph pro koagulaci: 6,5-7,5!!! Fe-peptidové/proteinové komplexy Fe, peptidy/proteiny ani kaolín se neodstraňují ALE odstranění Fe a kaolínu, proteiny se koagulace neúčastní odstranění Fe, proteinů i kaolínu

24 Optimalizace reakčních podmínek (ph) koagulace Příklad z praxe Léto AOM Optimální ph 5,5 jíl NOM Technolog neví, že Má provozní řád přeci KOAGULACE NEFUNGUJE Zima AOM jíl NOM Optimální ph 7,2

25 Optimalizace reakčních podmínek (ph) koagulace Příklad z praxe Léto AOM Optimální ph 5,5 jíl NOM Technolog neví, že Má provozní řád přeci KOAGULACE NEFUNGUJE Zima AOM jíl NOM Optimální ph 7,2 Jak reaguje obsluha úpravny?

26 Optimalizace reakčních podmínek (ph) koagulace Příklad z praxe Koagulace nefunguje 1. zvýší se dávka koagulačního činidla 2. přidá se pomocné koagulační činidlo Kvalita vody se zlepší ALE 1. zkrácení filtračních cyklů 2. nárůst spotřeby energie, prací vody, činidel

27 Optimalizace reakčních podmínek (ph) koagulace Příklad z praxe Koagulace nefunguje 1. zvýší se dávka koagulačního činidla 2. přidá se pomocné koagulační činidlo Kvalita vody se zlepší ALE 1. zkrácení filtračních cyklů 2. nárůst spotřeby energie, prací vody, činidel Proč? Když řešení bylo tak jednoduché...

28 PROVOZOVATEL TECHNOLOG SPOTŘEBITEL VĚDEC

29 PROVOZOVATEL TECHNOLOG SPOTŘEBITEL = ZÁKAZNÍK ZÁKAZNÍK MÁ SVÁ PRÁVA VĚDEC

30 PROVOZOVATEL TECHNOLOG SPOTŘEBITEL = ZÁKAZNÍK ZÁKAZNÍK MÁ SVÁ PRÁVA VĚDEC

31 PROVOZOVATEL TECHNOLOG SPOTŘEBITEL VĚDEC

32 PROVOZOVATEL KONTROLNÍ ORGÁN TECHNOLOG SPOTŘEBITEL VĚDEC

33 Zbytkové AOM...ovlivňují organoleptické vlastnosti vody dimethyl trisulfid 2-methylisoborneol geosmin β-cyclocitral

34 Zbytkové AOM Organické látky + Hygienické zabezpečení ph teplota čas Tvorba nebezpečných DBPs... způsobují tvorbu karcinogenních DBPs NOM AOM Cl 2 NH 2 Cl ClO 2 O 3

35 DBPs THM (např. chloroform, dibromchlormetan, bromdichlormetan) HAA (např. kyseliny dichloroctová, trichloroctová, fluoroctová) doposud známo více jak 800 sloučenin!!! karcinogenní a mutagenní účinky

36 DBPs THM (např. chloroform, dibromchlormetan, bromdichlormetan) HAA (např. kyseliny dichloroctová, trichloroctová, fluoroctová) doposud známo více jak 800 sloučenin!!! karcinogenní a mutagenní účinky Existuje parametr, podle kterého by se dala tvorba DBPs předpovědět, resp. parametr sledující koncentrace organických látek? Dá se předcházet vzniku DBPs?

37 Limity chemických ukazatelů pitná voda Vyhláška MZ č. 252/2004 Sb., kterou se stanoví hygienické požadavky na pitnou a teplou vodu a četnost a rozsah kontroly pitné vody 10 mikrobiologických ukazatelů + 55 fyzikálních, chemických a organoleptických ukazatelů = Celkem 65 ukazatelů

38 Limity chemických ukazatelů pitná voda Organické látky Koncentrace sledovány ukazatelem CHSK Mn + Hygienické zabezpečení Tvorba nebezpečných DBPs Podle Vyhlášky č. 252/2004 Sb. CHSK Mn = 3 mg/l

39 Ukazatel CHSK Mn Dobře postihuje (oxiduje) Obtížně nebo vůbec postihuje (oxiduje) Organické látky huminového charakteru Organické látky produkované fytoplanktonem

40 Ukazatel CHSK Mn Dobře postihuje (oxiduje) Obtížně nebo vůbec postihuje (oxiduje) Organické látky huminového charakteru Organické látky produkované fytoplanktonem Co to znamená?

41 Ukazatel CHSK Mn ALE Koncentrace organických látek je ve skutečnosti mnohonásobně vyšší! Míra stanovení AOM pouze 20 % Nejištěné organické látky = prekurzory vzniku DBPs a = chloroform (THM) kys. trichloroctová (HAA) Upravená voda splňuje vyhlášku

42 Ukazatel CHSK Mn ALE Koncentrace organických látek je ve skutečnosti mnohonásobně vyšší! Míra stanovení AOM pouze 20 % Nejištěné organické látky = prekurzory vzniku DBPs a = chloroform (THM) kys. trichloroctová (HAA) Upravená voda splňuje vyhlášku Co s tím?

43 Jediný relevantní parametr pro stanovení organických látek je TOC/DOC (Total/Dissolved Organic Carbon) ALE dnes pouze doporučený parametr s limitem 5 mg/l povinný v případě celkového rozboru pro úpravny o výkonu > 115 l/s

44 Ukazatel CHSK Mn Příklad z praxe úpravna vody výkon 80 l/s rozbor vody: CHSK Mn = 2,2 mg/l Upravená voda splňuje Vyhlášku (limit 3 mg/l) TOC = 6,3 mg/l (úpravna TOC nestanovuje, hodnotu nezná)

45 Ukazatel CHSK Mn Příklad z praxe úpravna vody výkon 80 l/s rozbor vody: CHSK Mn = 2,2 mg/l Upravená voda splňuje Vyhlášku (limit 3 mg/l) TOC = 6,3 mg/l (úpravna TOC nestanovuje, hodnotu nezná) Koncentrace DBPs?

46 Limity koncentrací DBPs Limity pro koncentrace DBPs v upravené vodě (µg/l) v ČR: THM suma 100 dichloretan 30 tetrachloreten 10 trichloreten 10 trichlormetan 30 HAA - ALE bezpečný limit 15 µg/l Rok 2017: 2 překročení hodnoty 100 µg/l pro THM překročení limitu 15 µg/l v 16 % zdrojů pitné vody

47 Limity koncentrací DBPs Limity pro koncentrace DBPs v upravené vodě (µg/l) v ČR: THM suma 100 dichloretan 30 tetrachloreten 10 trichloreten 10 trichlormetan 30 HAA - ALE bezpečný limit 15 µg/l Má v případě těchto látek smysl stanovovat limity? Neměl by být limit 0 µg/l? Rok 2017: 2 překročení hodnoty 100 µg/l pro THM překročení limitu 15 µg/l v 16 % zdrojů pitné vody

48 Limity koncentrací DBPs Limity pro koncentrace DBPs v upravené vodě (µg/l) : THM [µg l -1 ] HAA [µg l -1 ] Česká republika Austrálie 250 Belgie 30 Itálie 30 Kanada 80 Německo 50 Rakousko 25 Slovensko Švédsko 50 Švýcarsko 25 USA Limit pro HAA součást Vyhlášky už od října 2017! WHO doporučuje sledovat: 1. kys. mono-, di-, tri- chloroctovou 2. kys. mono- a di- bromoctovou 3. SUMU kys. bromoctovou 5. kys. bromdichloroctovou 6. kys. dibromchloroctovou 7. kys. tribromoctovou

49 Limity koncentrací DBPs Limity pro koncentrace DBPs v upravené vodě (µg/l) : THM [µg l -1 ] HAA [µg l -1 ] Česká republika Austrálie 250 Belgie 30 Itálie 30 Kanada 80 Německo 50 Rakousko 25 Slovensko Švédsko 50 Švýcarsko 25 USA Limit pro HAA součást Vyhlášky už od října 2017! WHO doporučuje sledovat: 1. kys. mono-, di-, tri- chloroctovou 2. kys. mono- a di- bromoctovou 3. SUMU kys. bromoctovou 5. kys. bromdichloroctovou 6. kys. dibromchloroctovou 7. kys. tribromoctovou Proč ČR nemá limit na HAA?

50 Limity koncentrací DBPs - HAA výsledky rozborů z Kanady, zima 2017/2018 překročení kanadského limitu (80 µg/l) ve více než třetině všech testovaných pitných vod u řady vzorků překroční až o řád!!! max. 784 µg/l!!!

51 Limity koncentrací pesticidů Pesticidy = nejčastější příčina překročení hygienických limitů daných Vyhláškou 252/2004 Sb. = v 75 % analyzovaných pitných vod v ČR (v koncentracích nižších než je limit) = v 40 %podzemních zdrojů vody (podle ČHMÚ) Rok 2017 nadlimitní koncentrace alespoň 1 pesticidu ve více než 80 vodovodních řadech v ČR nejproblematičtější metabolity acetochloru OA a ESA acetochlor acetochlor OA acetochlor ESA

52 Limity koncentrací pesticidů Pesticidy = nejčastější příčina překročení hygienických limitů daných Vyhláškou 252/2004 Sb. = v 75 % analyzovaných pitných vod v ČR (v koncentracích nižších než je limit) = v 40 %podzemních zdrojů vody (podle ČHMÚ) Rok 2017 nadlimitní koncentrace alespoň 1 pesticidu ve více než 80 vodovodních řadech v ČR nejproblematičtější metabolity acetochloru OA a ESA acetochlor Jak se taková situace řeší? acetochlor OA acetochlor ESA

53 Limity ukazatelů pitná voda Měří se hodnoty vhodných ukazatelů? Jsou limity ukazatelů dobře nastaveny? Nechybí ve vyhlášce některé zásadní ukazatele? Řeší se možné spolupůsobení látek?

54 Není rekonstrukce jako rekonstrukce

55 Nové výzvy v úpravě vody

56 Nové výzvy v úpravě vody Voda jako koktejl látek voda je dnes koktejlem nejrůznějších cizorodých látek potvrzení jejich přítomnosti je jen otázkou: dostatečných analýz vhodných analýz mezí stanovitelnosti analýz Měří se hodnoty vhodných ukazatelů? Jsou limity ukazatelů dobře nastaveny? Nechybí ve vyhlášce některé zásadní ukazatele? Řeší se možné spolupůsobení látek?

57 Nové výzvy v úpravě vody Dříve huminové látky Předúprava dávkování koagulačního činidla Tvorba suspenze - míchání jílovité koloidní částice (hlinitokřemičitany) základní anionty zdroj surové vody úprava ph oxidační reakce rychlé pomalé míchání Doúprava Separace suspenze NO 3 - Cl - SO 4 2- HCO 3 - hygienické zabezpečení adsorpce membránové procesy filtrace sedimentace čiření flotace

58 Nové výzvy v úpravě vody Dnes! sinice a další mikroorganismy (buňky) látky produkované sinicemi a řasami (AOM) DBPs THM a HAA pesticidy a jejich metabolity endokrinně aktivní látky perfluorované látky mikroplasty zdroj surové vody hygienické zabezpečení Předúprava úprava ph oxidační reakce Doúprava!!! adsorpce membránové procesy dávkování koagulačního činidla!!! rychlé Tvorba suspenze - míchání pomalé míchání Separace suspenze filtrace sedimentace čiření flotace

59 Závěr Je dnes ještě možné vyrobit pitnou vodu bez škodlivých chemických příměsí? Za jakou cenu? A bude to možné i v budoucnosti?

60 Závěr Je dnes ještě možné vyrobit pitnou vodu bez škodlivých chemických příměsí? ANO Za jakou cenu? Na ceně by záležet nemělo! A bude to možné i v budoucnosti????

61 Závěr Ještě nebezpečnějším nepřítelem pravdy nežli lži jsou přesvědčení. Friedrich Nietzsche Opusťme přesvědčení, že vody je dost, že je stále stejně kvalitní jako kdysi a že ji vždy a za všech okolností dokážeme upravit na vodu pitnou.