Vodárenství zásobování vodou

Transkript

1 Pitná voda Vodárenství zásobování vodou 2. hodina Jako pitná voda se označuje zdravotně nezávadná voda, která ani při trvalém požívání nevyvolá onemocnění nebo poruchy zdraví přítomností mikroorganismů nebo látek ovlivňujících akutním, chronickým či pozdním působením zdraví fyzických osob a jejich potomstva, jejíž smylově postižitelné vlastnosti a jakost nebrání jejímu požívání a užívání pro hygienické potřeby fyzických osob Vliv pitné vody na zdraví: zdravotní rizika Od století, kdy díky rozvoji přírodních věd a pokrokům v chemii, mikrobiologii a epidemiologii mohli být poprvé identifikováni konkrétní původci vodních nemocí, se naše poznání o vztazích mezi kvalitou vody a vznikem určitých chorob mnohonásobně prohloubilo a rozšířilo a také v praktické oblasti zabezpečení nezávadné pitné vody bylo během 20. století dosaženo neuvěřitelného pokroku. S nadsázkou: zdravotní inženýři udělali pro lidské zdraví mnohonásobně více jak doktoři dohromady Pitná voda podcenění rizik Malé město Gideon (stát Missouri, USA) o 1100 obyvatelích, kvalitní voda z podzemních zdrojů. Ve špatný stav distribuční síť začaly problémy pach a chuť: onemocnělo kolem 650 lidí, z nich 17 bylo hospitalizováno a 7 zemřelo. Pravděpodobnou příčinou epidemie byl volný přístup ptáků do vodojemu s upravenou vodou. Ptáci kontaminovali vodu patogenními bakteriemi Salmonella typhimurium. Teplotní výměna urychlila kontaminaci Místa pro hygienická rizika Zdroj vody režim využití podzemních zdrojů : ochranná pásma, jímací objekty povrchový zdroj snadno zranitelný z hlediska havarijního znečištění (důležitý monitoring) Znečištění zdroje Znečištěním v tomto případě rozumíme obohacení vody o látky nebezpečné pro zdraví člověka, přičemž nemusí jít pouze o znečištění způsobené člověkem, ale také o přírodní výskyt některých látek, které se do vody dostávají z geologického podloží. Druhy znečištění u podzemní a povrchové vody bývají odlišné. 1

2 Úprava vody Distribuce vody Vhodný technologický postup úpravy vody se aplikuje v závislosti na jakosti surové vody Pro úpravu vody se mohou použít jen schválené technologické postupy Např.: Pravidelné fyzické prohlídky stavu vodojemů a všech dalších provozních objektů ukončení prací na stavbě nebo při opravě potrubí nebo jiných částí vodovodního systému je nutné dané partie pečlivě očistit (hygienizovat). Pozn. Hadry na utření by měly být z materiálu na jedno použití!!! Ve městě Cabool (stát Missouri, USA), kde v době epidemie žilo přibližně obyvatel, popraskal v zimě 1989/90 při silných mrazech (-28 C) na několika míst Hygienické chyby v distribuci Město Cabool (stát Missouri, USA), cca obyvatel, popraskal v zimě (-28 C) vodovodní řad. Při výměně se do potrubí dostala odpadní voda z kanalizace; patogenní bakterie Escherichia coli. Nebyl proveden proplach, nebyly zvýšeny dávky dezinfekce a odebrány vzorky ověření mikrobiologické nezávadnosti pitné vody. Epidemie 243 lidí krvavým průjmovým onemocněním, 32 hospitalizováno, 4 lidé zemřeli. Pitná voda je definovaná jako zdravotně nezávadná, jestliže při trvalém požívání nevyvolá onemocnění nebo poruchy zdraví a její smyslově postižitelné vlastnosti nebrání jejímu požívání. Požadavky na vlastnosti pitné vody stanoví ČSN Soubor obecných ukazatelů jakosti pitné vody: mikrobiologické a biologické ukazatele, fyzikální a chemické: toxikologické, smyslově postižitelné, ostatní, radiologické 2

3 Koagulace Nejběžnějším způsobem úpravy povrchových vod na pitnou nebo užitkovou vodu je čiření. Tímto způsobem se z vody odstraňují většinou jemné suspenze a koloidní částice. Proces spočívá v dávkování roztoků hydrolyzujících solí, např. železitých, hlinitých nebo železnatých, které reakcí s vodou poskytují příslušné hydroxidy většinou s kladným nábojem, který je způsoben adsorpcí nezhydrolyzovaných anebo částečně zhydrolyzovaných iontů koagulantu na částicích hydroxidu. Vzniklé částice koagulují nebo reagují s jemně suspendovanými nebo koloidními částicemi nečistot obvykle nesoucími záporný elektrický náboj a vytvářejí částice (vločky) separovatelné sedimentací, flotací, ve vločkovém mraku nebo filtrací. Při čiření povrchových vod probíhají zejména následující děje: 1. destabilizace částic jemných suspenzí a koloidů 2. agregace destabilizovaných částic 3. separace vzniklých agregátů aplikací vhodného separačního postupu Chemické čiření (koagulace a vločkování) Koagulace Proces destabilizace koloidů a nečistot ve vodě neutralizací jejich elektrického náboje (elektrokinetického potenciálu povrchu částic a agregace částic za vzniku kompaktní sraženiny. Vločkování Proces shlukující malé částečky dispergované tuhé hmoty vodní suspenze do velkých částic, které se rychle usazují a mohou být dobře odfiltrovány 3

4 Odželezování a odmanganování Principem je oxidace sloučenin železnatých (Fe 2 +) a manganatých (Mn 2 +) sloučenin na vyšší mocenství, v němž vytvářejí vločkovitou suspenzi, odstranitelnou separací. Během oxidace spolupůsobí železité a manganové baktérie. 4 Fe(HCO 3 ) 2 + O 2 + H 2 O = 4 Fe(OH) CO 2 Oxidace vzdušnýmkyslíkem 3 Fe 2+ + MnO H+ MnO Fe H 2 O 3 Mn MnO H 2 O 5 MnO H + Oxidace manganistanem draselným Metody dezinfekce vody > 95 % - Chlorace Zásobování pro populaci < % - Ozonace 5 % - Chlordioxid 25 % - Chloraminace 70 % - Chlorace Dezinfekční prostředky s chlorem CHLORNAN SODNÝ (NaClO) SAVO žlutozelená, případně slabě zakalená kapalina páchnoucí chlorem, samovolně se rozkládající (rozklad urychlován světlem, teplem, stykem s kovy). Chlornan se dávkuje buď přímo v koncentrovaném stavu, nebo se ředí destilovanou vodou. čištěný chlornan sodný patří v současné době mezi velice používané dezinfekční prostředky. Obsah aktivního chloru se dle vyráběného druhu přípravku SAVO pohybuje v rozsahu g chloru v 1 l roztoku. CHLORAMIN (= sodná sůl benzensulfochloraminu) CHLOR je bílý nebo nažloutlý prášek se slabým zápachem po chloru. Dezinfekční účinek je rychlý a projeví se ve vodě již za 2 hodiny. Aktivní chlor ve výrobku cca 25 %. Je nejrozšířenějším prostředkem při zdravotním zabezpečováním pitných vod. Je to plyn žlutozelené barvy, dusivý, těžší než vzduch, pronikavě páchne a je jedovatý. Není zápalný ani výbušný. Vyrábí se elektrolýzou roztoku chloridu sodného a do úpraven vody se dodává v tlakových nádobách. Kromě dezinfekce se chlor používá ve vodárenství i jako oxidační prostředek pro následné odželezování a odmangaňování vod. Principem jeho účinku je hydrolýza vzniklé kyseliny chlorové (reakce chloru s vodou), která je nestálá a uvolňuje kyslík. tento kyslík ve stavu zrodu má vysoké oxidační účinky, napadá bakteriální buňky a působí jejich destrukci. OXID CHLORIČITÝ Je účinnější než chlor a nemá následné nežádoucí účinky (tvorba halomethanů). Vyrábí se však poměrně složitě okyselováním chloritanu sodného kyselinou sírovou a působením chloru. Pro tuto složitost přípravy se téměř nepoužívá. Chlorace Rozpustí-li se chlor ve vodě, hydrolyzuje hned podle rovnice: Cl 2 + H 2O HClO + H+ + Cl- Vzniklá kyselina chlorná je ve vodě jen nepatrně rozpustná, protože patří k slabým kyselinám: HClO H+ + ClO- V průběhu reakce se snadno rozkládá a odštěpuje vysoce aktivní kyslík, který je vlastním účinným dezinfekčním činidlem: HClO HCl + 1/2 O 2 4

5 Dávky chloru Ultrafialové záření (UV) Při dezinfekci chlorovými preparáty (chlor, chlornan sodný, chloramin, chlordioxid) je normou ČSN Pitná voda doporučen obsah aktivního chloru v upravené vodě u spotřebitele od 0.05 mg/l do 0.3 mg/l. V upravené vodě na úpravně je množství aktivního chloru vyšší (cca do 1 mg/l), neboť cestou ke spotřebiteli se jeho obsah sníží. UV-záření je elektromagnetické záření od cca 100 do 400 nm. Využitelné germicidní účinky vykazuje především oblast záření v rozmezí cca nm. Principem UV dezinfekce je fotochemická změna deoxyribonukleové kyseliny (DNA) při záření nm, která způsobuje inaktivaci reprodukce mikroorganismů, dochází k utlumení a poruše procesů buněčného metabolismu a/nebo k usmrcení organismů. Do vody nepřidává žádný dezinfekční prostředek a tím nedochází k tvorbě tzv. indukovaného znečištění Význam tohoto typu dezinfekce spočívá v tom, že nevznikají vedlejší závadné produkty, voda nemá pach po chloru a voda je dezinfikována okamžitě. Koagulace, Sedimentace, Filtrace: Typická účinnost odstranění a kvalita na odtoku prvok, jehož odolnévývojové stadium (tzv. oocysta) se poměrně často vyskytuje v povrchových vodách Způsobuje průjmovité onemocnění zvané kryptosporidióza a ve Velké Británii a v USA je dnes nejčastější příčinou epidemií z vody jak pitné, tak rekreační. Organismus Koagulace a sedimentace (% odstranění) Rychlofiltrace (% odstranění) Pomalá filtrace (% odstranění) Celkové koliformní > Fekální kolifomy > Enterické viry > Giardia > 99 Cryptosporidium Kategorie odstranitelnosti organismů z vody její úpravou Kategorie I II III IV V Charakteristika upravitelnosti vody velmi dobře odstranitelné organismy pouhou pískovou filtrací dobře odstranitelné organismy, např. koagulční filtrací (s nízkou dávkou koagulantu) organismy odstranitelné dvoustupňovou úpravou (s optimální dávkou koagulantu) organismy odstranitelné dvoustupňovou úpravou s dávkováním pomocného flokulantu, aplikací oxidačních prostředků v technologickém procesu a popř. i filtrací přes zrněné aktivní uhlí organismy neodstranitelné na mez přípustnou ČSN Pitná voda ani velmi složitou technologií Odpovídající kategorie ČSN A B C C D 5

6 Cryptosporidium Kryptosporidióza - praxe Prvok, jehož odolné vývojové stadium (tzv. oocysta) se poměrně často vyskytuje v povrchových vodách Způsobuje průjmovité onemocnění zvané kryptosporidióza a ve Velké Británii a v USA je dnes nejčastější příčinou epidemií z vody jak pitné, tak rekreační obyvatel v Milwaukee, voda z Michiganského jezera, úpravna změnila technologii úpravy (1993) snížení účinnosti, silné deště změnily kvalitu vody v jezeře, do upravené vody se přesto dostalo velké množství životaschopných oocyts prvoka rodu Cryptosporidium, onemocnělo cca obyvatel, zemřelo 70 lidí, odstranění následků: léčba a technická opatření 96 mil USD Úpravna vody Technologický postup výroby pitné vody v úpravně vody Želivka 1. odběr surové vody Doprava surové vody z vodárenské nádrže Švihov do úpravny vody je vyřešena dvěma výtlačnými řady DN a DN Každý z nich má pět odběrových oken rozměru 1,8 x 1,8 metru. Etážový odběr umožňuje odebírat surovou vodu nejlepší kvality z hlediska účinnosti technologie úpravy vody. 2. čerpání surové vody do úpravny 3. Koagulace Jako koagulant se používá 40% roztok síranu hlinitého - Al2(SO4)3 x 18H2O. Koagulant vytváří spolu s částicemi obsaženými v surové vodě vločky, které se zachycují na pískových rychlofiltrech. Separaci vzniklé suspenze zajišťuje 32 jednotek rychlofiltrů s filtrační rychlostí do 4,4 m/hod. 4. dávkování kyseliny sírové Dávkování kyseliny sírové upravuje ph, manganistan draselný odstraňuje mangan ze surové vody, aktivní uhlí se dávkuje v případě mimořádných stavů (odstraňuje pachy vody). 5. Filtrace Filtrace probíhá na 2 x 12 filtrech s filtrační rychlostí do 5 m/hod. Všechny rychlofiltry mají plochu 97 m 2, filtrační materiál je křemičitý písek o zrnitosti 1,1-1,6 mm. Filtrační cyklus se pohybuje v rozmezí hodin. 6. Ozonizace Ozonizace zlepšuje senzorické vlastnosti vody. Doalkalizace vápenným hydrátem slouží pro úpravu ph. Dávkováním chloru je zajištěna zdravotní nezávadnost pitné vody. 7. akumulace pitné vody Upravená voda je akumulována do dvou regulačních vodojemů a celkovém objemu m distribuce pitné vody Z regulačních vodojemů je voda odváděna štolovým přivaděčem do vodojemu v Jesenici, který se skládá ze 4 komor, každá má objem m 3. Bakterie v pitných vodách indikátory obecného znečištění vod (organotrofní mezofilní a psychrofilní b.) patogenní a podmíněně patogenní bakterie (onemocnění lid a zvířat) Základem mikrobiologického vyšetřování pitných vod je sledování výskytu baktérií, které indikují obecné a fekální znečištění vody. indikátory fekálního znečištění vod (koliformní b., enterokoky, anaerobní klostridia baktérie tzv. funkčních skupin (železité, manganové) Problémy v technologii Biologická stabilita pitné vody je definována jako míra odolnosti pitné vody proti rozvoji mikroorganismů a tvorbě biofilmů při její akumulaci a distribuci v podmínkách absence dezinfekčních prostředků Sekundární pomnožování mikrooganismů (regrowth) a tvorba biofilmů na vnitřním povrchu potrubí, na stěnách komor vodojemů a dalších zařízeních ve vodárenských rozvodných sítí se považuje za projevy nedostatečné biologické stability vody Snižování biolog. stability 1. průnikem lehce biologicky odbouratelných látek (BDOC), které jsou živným substrátem pro heterotrofní mikrobiální složku. Zdrojem těchto látek bývá nejčastěji eutrofizovaná surová voda z vodárenských nádrží a toků. 2. Amonné ionty, železo a mangan jsou živinami pro chemolitotrofní nitrifikační, železité a manganové bakterie organická hmota vytvořená těmito b. je zdrojem uhlíku pro heterotrofní bakterie 6