Technické plyny pro zlepšení kvality pitné vody

Transkript

1 Technické pyny pro zepšení kvaity pitné vody

2 Voda - nejdůežitější a nejpřísněji kontroovaná potravina Impementace směrnice 98/83/EC Evropské rady do národních egisativ čenských zemí EU přinesa nové, nižší imitní hodnoty pro nežádoucí átky obsažené v surové vodě, napříkad specifické těžké kovy nebo organické haogeny. To také znamená, že dodavateé vody musí zajistit, aby pitná voda vyhovovaa těmto imitním hodnotám - a to až k vodovodnímu kohoutku spotřebitee (Obr. č. 1). Kontroa ph je při úpravě vody zásadní. Kvaitní pitná voda by neměa být korozivní ani způsobovat usazování vodního kamene. Za tímto účeem musí být hodnota ph vody v rovnováze se stupněm její tvrdosti (Obr. č. 3). Tvrdost je přirozenou vastností vody a je způsobena zejména ionty vápníku a hořčíku. Zatímco určitý stupeň tvrdosti je zdravý a do určité hodnoty i nutný pro ochranu proti korozi, vysoká vápníková tvrdost není vhodná pro všechny spotřebitee. Tvrdá voda vyžaduje napříkad časté odstraňování vodního kamene ze všech zařízení pro ohřev vody v domácnostech a také zvyšuje spotřebu mýde a povrchově aktivních átek při praní a mytí. Proto je voda se středním stupněm tvrdosti obecně pokádaná za nejvhodnější pitnou vodu. Je tedy nutné odpovídajícím způsobem upravit chemii vody, aby se napříkad zabránio rozpouštění oova ve starších domovních rozvodech vody. Technické pyny jsou často nezbytnou součástí mnoha technoogií potřebných k dosažení těchto cíů (Obr. č. 2). Jsou použity jako átky, které jsou přirozenou součástí zdravé pitné vody, nezanechávají nežádoucí vedejší produkty nebo kontaminaci a snižují nákady na úpravy vody. Tento prospekt prezentuje nejvýznamnější apikace pynů při úpravě pitné vody Obr. č. 1: Pro pitnou vodu patí ty nejpřísnější normy. Naše pyny je pomáhají dosáhnout.

3 říční voda voda z přehradní nádrže podzemní voda břehová fitrace O 2 utrafitrace ozon fokuace oxidace a fitrace reverzní osmóza fitrace aktivní uhí oxidace a fitrace vápno O 2 mineraizace částečné odsoení CARIX Co 2 regenerace vápno dekarbonizace fitrace úprava ph zásobovaná obast Obr. č. 2: Iustrační obrázek - použití pynů v různých procesech výroby pitné vody V mnoha národních doporučeních je uvedena vemi nízká imitní hodnota pro tvrdost vody. Měkká voda o nízké tvrdosti je vždy mineraizovaná z důvodu prevence koroze v potrubí. Stáe rostoucí počet vodáren zároveň provádí změkčování tvrdé nebo vemi tvrdé surové vody tak, aby vyráběy pitnou vodu, která je vhodná pro všechny potřeby domácnosti. Většina procesů změkčování se provádí dekarbonizací v reaktorech s fuidní vrstvou. Na vstupu do reaktoru se do vody přidává vápno nebo hydroxid sodný pro zvýšení hodnoty ph (Obr. č. 4). Výsedkem je vysrážení rozpuštěného vápníku ve formě uhičitanu vápenatého na částicích písku ve fuidní vrstvě. Tyto reakce zároveň snižují původní zvýšení ph. Často však nejsou hodnoty ph a zbytkové tvrdosti na výstupu z reaktoru v rovnováze a srážení uhičitanu vápenatého tak může pokračovat i mimo reaktor. rovnovážná křivka tvorba úsad rovnovážná křivka 1. mechanické odkyseení 2. přidání vápna nebo hydroxidu sodného 3. změkčování v reaktoru 4. úprava ph 5. přidání 6. přidání vápna změkčování koroze mineraizace vápenná tvrdost požadovaná tvrdost Vápenná tvrdost Obr. č. 3: Viv hodnoty ph na kvaitu pitné vody Obr. č. 4: Změkčování a mineraizace pitné vody pomocí vápna a oxidu uhičitého

4 Obr. č. 5: Rychá dekarbonizace ve fuidním oži s dávkováním oxidu uhičitého na výstupu reaktoru Násedkem je tvorba úsad v potrubí a na ventiech a zkrácení životnosti fitrů. Pro potačení tohoto procesu je nutná úprava ph pomocí kyseiny. Pro tuto apikaci je výhodné použít kyseinu uhičitou. Kyseina uhičitá vzniká vnosem oxidu uhičitého do vody, kde dochází k rovnováze mezi rozpuštěným oxidem uhičitým a produkty - kyseinou uhičitou, hydrogenuhičitanem a uhičitanem: Všechny tyto formy kyseiny uhičité jsou přirozenými součástmi vody a nemění kvaitu pitné vody. Spoečnost Messer instauje zařízení pro dávkování oxidu uhičitého krátce před výstupem nebo do výstupu z reaktoru s fuidní vrstvou. Díky tomu je daší srážení ihned zastaveno, což chrání násedná zařízení před usazováním inkrustů (Obr. č. 5). - Úprava pomocí oxidu uhičitého je ekonomičtější než použití minerání kyseiny v kvaitě použitené pro pitnou vodu. Skadování a manipuace s oxidem uhičitým je jednoduchá a bezpečná a nezpůsobuje korozi okoních zařízení. Oxid uhičitý umožňuje přesnější kontrou ph při menších investicích bez dávkovacích čerpade, bezpečnostních prvků, jednodušší vnos atd. (Obr. č. 6). Obrázek č. 6 schematicky znázorňuje neutraizační křivku pro oxid uhičitý v porovnání s křivkou siné minerání kyseiny s vyznačenou obastí obvyke povoených hodnot ph. Fáze I Fáze II Fáze III povoený rozsah minerání kyseina Kyseina uhičitá je kyseinou první voby Při úpravě pitné vody je oxid uhičitý kyseinou první voby, protože má mnoho výhod ve srovnání mineráními kyseinami: Zamezení zvyšování sonosti vody, neboť nedochází ke zvyšování koncentrací síranů a choridů. Toto je veice důežité pro korozní chemii vody. dávka Obr. č. 6: Porovnání neutraizačních křivek při použití oxidu uhičitého a mineráních kysein

5 Pošší tvar neutraizační křivky u oxidu uhičitého ukazuje, že bízko neutrání obasti má dávkování oxidu uhičitého za násedek pouze maé změny ph. Tím je prakticky vyoučena možnost překyseení. Z toho důvodu není nutné použití náročné metody řízení. Také je nutno uvést, že trvaé dávkování maého a proměnného množství kyseiny je snazší v případě pynu než kapainy. To je zejména důežité tehdy, když se úprava ph provádí v potrubí. Mineraizace a remineraizace: kasická apikace oxidu uhičitého Surová voda z přehradních nádrží nebo z pramenů v žuových, pískovcových nebo čedičových obastech může být vemi měkká. Tvrdost pod 0,5 mmo/ není výjimečná. Zároveň se v současné době stáe zvyšuje množství pitné vody odsoované reverzní osmózou nebo destiací, která je charakterizována vemi nízkou akaitou. Taková voda je bez dašího zpracování vemi agresivní. K prevenci koroze potrubí a zařízení je pak nutný mineraizační krok pro dosažení potřebné tvrdosti a pufrační kapacity o hodnotě nejméně 0,5 mmo/. Protože do distribuční sítě často vstupuje pitná voda z více než jednoho zdroje, nastavuje se tvrdost vody obecně na hodnoty od 0,7 do 1,4 mmo/. Běžně se však vyskytují vyšší hodnoty. Nejekonomičtějším způsob mineraizace vody je zaožen na dávkování vyváženého množství vápna a oxidu uhičitého. Oxid uhičitý zajišťuje, že veškeré vápno reaguje tak, že vytváří rozpustný hydrogenuhičitan vápenatý (Obr. č. 4). Kromě změkčování je reguace ph pomocí oxidu uhičitého výhodná i v jiných procesech úpravy vody: V případě nanofitrace nebo membránové reverzní osmózy okyseování vstupní vody pomocí oxidu uhičitého zabraňuje zanášení membrán vodním kamenem - dokonce i u vemi tvrdých surových vod o tvrdosti např. 7,5 mmo/ vápníku - čímž se udržuje konstantní produktivita. Vzhedem k tomu, že oxid uhičitý proniká membránami pro reverzní osmózu, upravená voda na výstupu již obsahuje většinu tohoto pynu nutného pro remineraizaci. Úprava ph pomocí oxidu uhičitého se používá také v případě fokuačního stupně, ve kterém jsou ze surové vody z řek nebo přehrad před daší úpravou odstraněny maé a kooidní částice. V tepých povrchových vodách bývá v průběhu etního období zaznamenán nárůst ph i nad hodnotu 9, což je násedek překotného růstu řas. Dávkování hinitých soí jako fokuantu může v tomto případě vést k nežádoucímu zvýšenému rozpouštění hiníku ve vodě. Proto se během těchto období upravuje ph pomocí oxidu uhičitého z důvodu prevence nadměrného rozpouštění hiníku a optimaizace fokuace.

6 změkčování, částečné odsoení, odstranění dusičnanů surová voda pitná voda regenerace prací voda +H 2 O Obr. č. 7: Schématický popis procesu Carix * Částečné odsoení s využitím Kombinace zvýšené tvrdosti, vysokého obsahu dusičnanů nebo vysoké koncentrace síranů či choridů v surových vodách voá po úpravě procesem Carix *. Proces Carix * (Obr. č. 7) je zaožen na kombinovaném využití kationtového ionexu sabé kyseiny (adsorpce tvrdosti) a aniontového ionexu (adsorbce dusičnanů, choridů a síranů). Oba ionexy jsou používány spoečně v jednom smíšeném oži a jsou i spoečně regenerovány pomocí oxidu uhičitého (Obr. č. 8). Přednostmi procesu Carix * jsou: Pro regeneraci je potřeba pouze oxid uhičitý. Vypouštějí se tedy pouze ty soi, které byy odděeny ze surové vody. U většiny instaovaných zařízení Carix je dovoeno vypouštět prací vodu do řek či jiných povrchových vod. Tvrdost, obsahy síranů, choridů a dusičnanů jsou sníženy na požadované úrovně v jednom kroku. Díky tomu jej tento proces jednoduchý a ekonomický. Nevyužitý oxid uhičitý se během procesu recykuje, což ještě více zepšuje jeho ekonomičnost. V neposední řadě přispívá částečné odsoování pomocí technoogie Carix ke koroznímu indexu (Larsonův index). Nedochází totiž pouze k redukci hydrogenuhičitanů (jako při dekarbonizaci pomocí vápna), ae též síranů a choridů. V závisosti na sožení surové vody může být poměr mezi aniontovým a kationtovým ionexem dokonce nastaven takovým způsobem, že bude např. preferováno odstraňování aniontů namísto změkčování. 3 Obr. č. 8: Zařízení Carix s kapacitou m za den. *Carix je registrovaná obchodní značka VA TECH WABAG.

7 Obr. č. 9: Dávkování kysíku pomocí oxygenátoru pro oxidaci a separaci žeeza a manganu Oxidace pomocí kysíku Oxidační reakce se využívají v nejrůznějších krocích úpravy vody. Nejrozšířenějším je separace žeeza a manganu. Vodárny, které upravují podzemní vodu, musí většinou odstraňovat žeezo a mangan z důvodů potačení inkrustace v rozvodném potrubí. Protože podzemní voda má prakticky nuový obsah rozpuštěného kysíku, obsahuje žeezo a mangan v jejich rozpustné formě. Po obohacení podzemní vody kysíkem oxiduje dvojmocné žeezo vemi ryche na trojmocné za tvorby hydroxidu žeezitého, který je zachycován na fitrech. Za odpovídajících podmínek dochází také k oxidaci manganu a odfitrování nerozpustného oxidu manganičitého. De stechiometrie vyžaduje oxidace žeeza a manganu pouze maé množství kysíku. Z tohoto důvodu ze požadovaného obohacení kysíkem dosáhnout pomocí vzduchu. Nicméně použití procesu Oxysov spoečnosti Messer, který využívá čistý kysík je ekonomičtější a má mnoho výhod: Použití kysíku namísto vzduchu často vede ke zvýšení průchodnosti fitru mezi propachovacími cyky. Tímto se minimaizují ztráty vody při propachování a také se snižují nákady na zpracování či vypouštění propachovací vody. Provzdušňování obvyke znamená i přesycení vody dusíkem, zejména pokud je použito takové provzdušňování. Během provozu způsobuje taková ztráta na fitrech přechod dusíku do pynného stavu a jeho akumuaci ve fitrační vrstvě ve formě mikrobubinek. Ty násedně fitr bokují a je tedy nutné jeho brzké propachování. Použitím čistého kysíku namísto vzduchu je tomuto jevu zabráněno a je dosaženo deších provozních dob fitru. Kysík zabraňuje bíé vodě" v kohoutku. Při intenzívním provzdušňování dochází ke zpětné tvorbě pynného dusíku v rozvodech a v kohoutcích u koncových odběrateů pitné vody. Odběrate toto pozoruje jako tzv. bíou vodu. U čistého kysíku ze snadno dosáhnout koncentrací kysíku nad 20 mg/. Toto je důežité v případě, kdy neupravená voda obsahuje také amoniak, metan a sufan. Oxidace těchto átek vyžaduje totiž mnohem vyšší koncentrace kysíku. Kysík je čistá, hygienická a kvaitní átka. Použitím kysíku se předejde hygienickým nebo senzorickým probémům (např. zápach). Je potačováno vystripování oxidu uhičitého z měkké vody, neboť je dávkováno pouze nutné množství kysíku a nedochází k vytěsňování oxidu uhičitého vekými objemy vzduchu. Oxid uhičitý tak zůstává v surové vodě k dispozici pro násednou mineraizaci. Díky uvedeným výhodám je použití čistého kysíku ekonomičtější než takové provzdušňování. Nízké investice i provozní nákady a významně nižší nákady na údržbu a čištění kompresorů a ventiů hovoří jednoznačně ve prospěch kysíku. Tyto výhody vedy k apikacím čistého kysíku v mnoha německých vodárnách, kde se o nich hovoří jako o nejpokročiejších technoogiích (Obr. č. 9). Ozon V případě, že jsou tradiční čisticí kroky (fokuace, fitrace a/nebo chorace) nedostatečné pro zajištění kvaity a zdravotní bezpečnosti pitné vody, používá se oxidace ozonem, který je vede fuoru nejsinějším dostupným oxidačním činidem. Ozon je zároveň přáteský k životnímu prostředí - výsedkem jeho působení jsou obvyke neškodné oxidační produkty a kysík. Díky tomu nezanechává žádné nežádoucí vedejší produkty a nezhoršuje senzorické vastnosti vody.

8 Ozon, tříatomová forma kysíku, není stabiní a je tedy nutné jej vyrábět na místě spotřeby (Obr. č. 10). Zejména pro střední a veké úpravny vody je použití čistého kysíku pro jeho výrobu ekonomičtější než vzduch nevyžaduje nákadné zařízení pro odstranění vhkosti, stopových prvků a jemných pevných nebo kapaných částic, které by mohy ovivňovat životnost generátorů ozonu. Kysík dáe umožňuje dosáhnout mnohem vyšších koncentrací ozonu ve výstupním pynu (10-15 hmotnostních %). Z toho důvodu jsou ozonové generátory a injektory kompaktnější, méně nákadné a s výrazně nižší spotřebou energie. Výsedkem je, že všechny moderní ozonové instaace např. v Německu či Veké Británii používají čistý kysík. Ten se již prosadi i v České repubice. Také mnoho starších vzduchových generátorů ozonu je nahrazováno generátory ozonu na čistý kysík, což přináší významné úspory nákadů na monitoring a údržbu jednotek pro přípravu vzduchu. Obr. č. 10: Moderní generátory ozonu jako je toto zařízení o výkonu 3 kg O 3/h používají čistý kysík Ozonizace se upatňuje v procesu úpravy pitné vody mnoha způsoby: Ozon se používá k dezinfekci, často v kombinaci s UV zářením. V porovnání se součeninami chóru ozon účinkuje rycheji na bakterie (např. egionea), cysty, spory, písně, parazity, cryptosporidium (druhy prvoků, které způsobují průjem) a je mnohem účinnější proti virům. Použití ozonu také zamezuje tvorbě choraminů a ostatních chorovaných uhovodíků produktů chorace. Ozon se používá také pro oxidaci žeeza a manganu tam, kde jsou tyto kovy organicky zakompexovány v huminových kyseinách a neze je oxidovat čistým kysíkem. Ozon zamezuje růstu řas a zabraňuje tvorbě bioogických povrchových sizů. Ozon se používá k oxidaci (odoných) organických átek. Dochází tak ke zepšení senzorických vastností - barvy, turbidity, zápachu a chuti. Často se používá v kombinaci s fitry s granuovaným aktivním uhím (GAU) pro ikvidaci pesticidů. Ozon také rozbíjí prekurzory tvorby haogenů (CHX 3). To je důežité při násedném chorování na vstupu do distribuční sítě. Ozon zepšuje fokuaci. Závěr Od zdroje až k vodovodnímu kohoutku se používá oxid uhičitý (pro úpravu ph, změkčování, mineraizaci, částečné odsoování, atd.), kysík nebo ozon (oxidace a dezinfekce) a to v ceém řetězci procesu úpravy vody surové na vodu pitnou. Tým kvaifikovaných vědců, inženýrů a techniků firmy Messer má rozsáhé zkušenosti s apikacemi zde popsaných metod a odpovídající know-how pro používání technických pynů v uvedených procesech. Poskytují konzutace a nabízejí řešení, které je tvořeno inženýrskou činností, hardwarem a dodávkami technických pynů a upraveno de aktuáních požadavků zákazníka. Výsedkem je více než 200 referenčních instaací, kterými byy v minuých etech vybaveny úpravny vody po ceé Evropě. Messer Technogas s. r. o. Zeený pruh Praha 4 Te: Fax: david.bek@messergroup.com