Masarykova univerzita

Transkript

1 Masarykova univerzita Přírodovědecká fakulta Člověk a pitná voda (The man and drinking water) Brno, 2008 Monika Jandová

2 Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Člověk a pitná voda vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity ke studijním účelům. V Brně dne Podpis

3 Poděkování Děkuji RNDr. Aleši Marečkovi, CSc. za odborné vedení mé bakalářské práce a cenné didaktické podněty.

4 Anotace Tato bakalářská práce se zabývá pitnou vodou. Je zde stručně popsána výroba pitné vody od zdroje surové vody po kohoutek u spotřebitele. This bachelor s work takes an interest in drinking water. There is shortly described production of drinking water from raw water resource to sink bib at the consumer. Klíčová slova Pitná voda, zdroj podzemní vody, zdroj povrchové vody, úprava vody, sedimentace, flotace, ozonace, odkyselování, chlorování, spotřebitel. 4

5 Obsah Úvod 7 1. Doprava vody a její historie Akvadukt Vodní kanál Štola Haltýř Kašna Fontána Zdroje vody Podzemní vody Povrchové vody Odběr vody Odběr podzemní vody Odběr povrchové vody Pitná voda Kvalita vody pro pitné účely Stanovení chemických ukazatelů kvality vody Změny kvality pitné vody při dopravě Vliv vzdušné kontaminace Úprava vody Výběr vhodného zdroje vody Technologie úpravy vody Čiření vody Separační metody Laboratorní zkoušky Poloprovozní zkoušky Provozní zkoušky Matematické modelování Kontrola a řízení procesu čiření Úprava zakalených vod Úprava zabarvených vod 41 5

6 Odželezování a odmanganování vody Snížení obsahu dusíkatých látek ve vodě Snížení obsahu oxidu uhličitého ve vodě Odsolování vody Ozonace vody a GAU filtry Dezinfekce vody Základní faktory ovlivňující dezinfekci a oxidaci Vedlejší produkty dezinfekce Výběr vhodného způsobu dezinfekce Specifické způsoby dezinfekce vody Epidemie z vody Závěr 58 Použitá literatura 59 Příloha č. 1 a 2 6

7 Úvod Voda má pro život člověka rozhodující význam. Na dostatku dobré vody závisí nejenom jeho zdraví, ale i život živočichů a mnohdy i rostlin. Vodu potřebujeme i pro práci i rekreaci. Voda je nejrozšířenější a nejzajímavější chemickou sloučeninou na zeměkouli a pravděpodobně i ve vesmíru. Každá živá hmota se skládá převážně z vody. V přírodě se voda vyskytuje ve všech skupenstvích. Chemicky čistá voda se v přírodě nevyskytuje. Ve vodě jsou v přírodě vždy rozpuštěny v různém množství sloučeniny většiny chemických prvků. Voda rozpouští většinu pevných přírodních látek a pohlcuje plyny, s kterými přichází do styku. Dešťová voda je považována v přírodě za nejčistší, přesto obsahuje rozpuštěné plyny (oxid uhličitý, oxid siřičitý, amoniak, sulfan a další) a částice pevných látek (prach, saze, mikroorganismy). Pro zásobování obyvatelstva a průmyslu je potřeba zajišťovat velká množství vody s určitými vlastnostmi. Na čistotu vody jsou podle požadavků spotřebitelů kladeny různé nároky. Podzemní voda při dlouhodobém styku s horninami a pohybem zemními vrstvami nabývá rozpuštěním různých látek někdy velmi vhodných, jindy až nepříznivých vlastností, znemožňujících její použití bez úpravy. Povrchová voda z vodních toků a nádrží bývá znečištěna látkami splavenými s povrchu území a v neposlední řadě hlavně nečištěnými odpadními vodami v takovém rozsahu, že je bez úpravy nepoužitelná. Historicky bylo dokázáno, že vodou se přenáší cholera, tyfus a další střevní choroby, jimž i v současné době na zeměkouli padají za oběť tisíce lidí. Vedle zemědělské výroby je průmyslová výroba největším odběratelem vody, a to hlavně energetika, chemická výroba, hutní výroba, textilní a papírenský průmysl. Přitom každé odvětví vyžaduje vodu s jinými vlastnostmi. 7

8 Množství vody ve vodních zdrojích se podstatně nemění, mimo výkyvy způsobené klimatickými vlivy v suchých a mokrých letech. Odběr vody je však nerovnoměrný během dní, týdnů, měsíců i roků. Zlepšování malých průtoků vody v době sucha se řeší akumulací vody v údolních nádržích. Odběrové špičky se vyrovnávají odběrem vody ze zásob v otevřených nebo krytých nádržích a vodojemech. Voda s nevyhovujícími vlastnostmi se v úpravnách upravuje tak, aby odpovídala platným normám a požadavkům odběratelů. Poloha České republiky ve středu Evropy je do jisté míry specifická. Naše vodní zdroje získané z dešťových srážek a akumulované ve vyšších nadmořských výškách mají často i bez větší úpravy vyhovující vlastnosti. Nelze však opomíjet výrazný tlak sousedních států na jakost vod odtékajících od nás přes jejich území do třech moří Severního moře, Baltského moře a Černého moře. Znamená to řešit velmi odpovědně úroveň stokování a klást vysoké nároky na kvalitu vypouštěných odpadních vod. 8

9 1. Doprava vody a její historie Od nepaměti se lidé snaží přivést vodu do svých osad a do svých příbytků z míst, kde je vody dostatek. K tomu využívali dostupnou techniku a znalosti. Mnohá zajímavá řešení se dochovala dodnes a patří mezi významné historické památky. 1.1 Akvadukt Účelovými stavbami již ve starověku byly akvadukty. Akvadukt je umělý (často mostní) vodní kanál, vybudovaný pro to, aby zajišťoval přívod vody od vodního zdroje do místa její spotřeby. Název pochází z latiny, kde aqua znamená voda a ducere vést [32]. Mnoho akvaduktů vede nad úrovní okolního terénu, kde často překonávají různé přírodní či jiné překážky, takže připomínají spíše most než řeku. Dostatečně velké akvadukty mohou být vyžívány i jako vodní dopravní cesty pro lodě nebo mohou sloužit i pro dopravu surového dřeva. V Čechách je znám Semínský akvadukt na Opatovickém kanálu. Ve starověku se stavěly akvadukty dřevěné a kamenné, v novověku již zděné a následně také s železnou konstrukcí. Původně se využívaly především pro zavlažování, později stále častěji sloužily k zásobování měst vodou. Nejstarším římským akvaduktem byl Aqua Appia, dlouhý 16,445 km. Začínal v nadmořské výšce 30 metrů a končil ve 20 metrech nad mořem. Postavit jej nechal v roce 312 př. n. l. Appius Claudius Caecus [32]. Neznámějším dochovaným akvaduktem je římský akvadukt Pont du Gard ve Francii. Je dlouhý 55 km a vede od pramenu Eure do studní města Nimes [32]. 9

10 Obr. 4 Akvadukt Pont du Gard Součástí akvaduktu je mohutný, třípatrový most přes řeku Gard. Je 275 m dlouhý, 6 m široký a výškou 48,77 m je nejvyšším kdy postaveným. Po celé své délce je olemován 53 oblouky, z nichž některé patří mezi vůbec největší známé. Bloky kamene jsou do sebe vsazeny s milimetrovou přesností a není použito žádného spojovacího materiálu. Převýšení celé stavby činí pouhých 17 m, což je přibližně 34 cm na 1 km. Denně jím proteklo 2000 m 3 vody, což vychází přibližně na 400 litrů na jednoho obyvatele města. Akvadukt vznikal okolo roku 19 př. n. l. a vystavěl ho přední římský vojevůdce Marcus Vespasianus Agrippa a byl funkční asi 900 let. Také v České republice se dochovala zajímavá vodní díla. Kamenný akvadukt, který přiváděl vodu Chřibské Kamenice do tkalcovny Floriana Hübela v Dolní Chřibské, je součástí bývalého vodního náhonu z roku 1886 [33]. Dvouobloukový akvadukt je ve výšce osmi metrů nad korytem Chřibské Kamenice. Voda proudila také dvěma tunely vytesanými ve skále. Od 30. let minulého století je mimo provoz. 10

11 Obr. 5 Kamenný akvadukt nad korytem Chřibské Kamenice Citonický vodovod s kamenným akvaduktem na Cínové hoře zásoboval pitnou vodou město Znojmo [35]. Nárůst počtu obyvatel Znojma v 18. a 19. století s sebou přinesl otázku dalšího zdroje zásobování města pitnou a užitkovou vodou. Voda ze studní nebyla kvalitní a byla příčinou častých nemocí. Středověký vodovod vedoucí od pramenů v Příměticích byl nedostačující. Nouze byla taková, že ještě v polovině 19. století musela být voda do města dopravována vozy od řeky Dyje. Teprve potom, co v roce 1832 na choleru zemřelo šest set šedesát osob, zjednala městská samospráva pod vedením starosty Mannera rychlou nápravu zřízením nového gravitačního vodovodu, který do města přivedl pitnou vodu z vydatného prameniště v lese Smoha u Citonic. Dílo bylo dokončeno roku Po celé trase vodovod lemovaly drobné, v historizujícím slohu vystavěné vodárenské stavbičky. Širší rokli ve svahu za Cínovou horou musel nový vodovod překonat po mohutném kamenném viaduktu s širokou cihlově klenutou propustí. Poptávka po vodě však stále rostla, a proto musel být Citonický vodovod v následujících desetiletích často rozšiřován a posilován přípojkami z nových zdrojů. Význam vodovodu poklesl až v souvislosti s vybudováním nového zdroje surové vody u znojemské přehrady roku Vodní kanál Vodní kanál je uměle vybudovaný přivaděč vody od zdroje do místa spotřeby. 11

12 Obr. 6 Zavlažovací kanál Krhovice Hevlín, akvadukt přes Antošovský potok Zavlažovací kanál Krhovice - Hevlín je zajímavé vodní dílo [34]. Jeho stavba byla zahájena v roce 1956 a dokončena v roce V okolí Hevlína překonává kanál pomocí akvaduktů dva potoky přes Černou strouhu a přes Anšovský potok za Větrnou. Na kanále v hevlínském katastru byly vybudovány tři závlahové čerpací stanice pod dyjákovickým kopcem a dvě u polní cesty, vedoucí od železničního přejezdu. Obr. 7 Baťův vodní kanál 12

13 Baťův vodní kanál vybudovaný v letech sloužící v dnešní době pro rekreační plavby má délku 51,8 km, z toho 27 km připadá na řeku Moravu, 1 km na řeku Dřevnici a 24 km vede umělým kanálem. Umělý vodní kanál Nová řeka délky 13,46 km, šířky až 20 m se sklonem 0,9 promile byl vybudován v letech správcem rožmberského panství Jakubem Krčínem z Jelčan. Byl postaven jižně od Jindřichova Hradce v prostoru mezi Třeboní a Stráží nad Nežárkou k regulaci přítoku vody z Lužnice do rybníka Rožmberka. Spojuje řeku Lužnici s Nežárkou [40]. Nová řeka kromě svého hlavního úkolu, což je odvádění přebytečné vody z Lužnice do Nežárky, plní ještě funkci napájení několika rybníků v okolí Třeboně. Význam tohoto díla ze 16. století se už mnohokrát až do současnosti potvrdil, zejména při mnoha velkých povodních (např. roku 1829, 1890, 2002, 2006). Obr. 8 Vodní kanál Nová řeka poblíž památníku Emy Destinové u Stříbřece 1.3 Štola ČSN definuje jímací štolu jako průchodný horizontální jímací objekt umožňující vtok a odběr podzemní vody [23]. Dále definuje vodovodní štolu jako 13

14 podzemní konstrukce pro dopravu vody, obvykle kruhového průřezu, vybavené nepropustným pláštěm. Obr. 9 Vodní nádrž Kružberk [37] Vodní nádrž Kružberk sbírá vodu z povodí o rozloze 566 km 2. Odtud se voda odvádí 7 km dlouhou štolou (vybudovanou ve skále) do úpravny vody v Podhradí s průměrným průtokem l.s -1. Běžné množství odtoku pitné vody další štolou vodárenského systému je 1270 l.s -1.36]. Štolový přivaděč pitné vody Želivka Praha je ojedinělým vodohospodářským dílem, které na velkou vzdálenost dopravuje pitnou vodu v tlakovém režimu. Délka štoly přivaděče je 51,97 km, s průměrem 2,64 m, v provozu je od roku Úpravna vody Želivka je nejmodernější a největší úpravnou vody pro hlavní město Prahu. Podíl Želivky na zásobování Prahy pitnou vodou je asi 73 %. Úpravna vody Želivka zásobuje pitnou vodou i oblasti Středočeského kraje a kraje Vysočina (oblasti zásobované vodou z úpravny vody Želivka). Maximálním výkonem až l.s -1 pitné vody. Běžně užívaným výkonem l.s -1 pitné vody je úpravna vody Želivka a je nejen největší v České republice, ale řadí se i k největším v Evropě [38]. 14

15 Obr. 10 Štola přivaděče vody pro Prahu ze Želivky (v době výstavby) Březová nad Svitavou na počátku 20. století došlo k využití zdejších podzemních vodních zdrojů pro město Brno [44]. I. Březovský vodovod byl postaven v roce Vodu bere násoskami z hloubek 17 až 21 metrů a jeho maximální průtok je 300 l.s -1. Od roku 1975 je v provozu také II. Březovský vodovod v délce 55 km, gravitačně přivádí vodu do vodojemu na Palackého vrchu, jeho maximální průtok činí 1140 l.s -1. Kvalita vody z prameniště Březová splňuje i bez úpravy požadavky na pitnou vodu. Některé její studny dokonce přímo splňují i požadavky norem pro kojeneckou vodu. 15

16 Obr. 11 Štola Bystrc Bosonohy přivaděče pro Brno 1.4 Haltýř Z kašny vytékající voda bývala vedena dřevěným potrubím do průtočného haltýře, roubené nebo zděné stavby obdélníkového nebo čtvercového půdorysu. Haltýře stávaly nejčastěji ve skupinách nebo řadách u potoka na návsi nebo byly umístěny v bezprostřední blízkosti usedlosti. Obr. 13 Haltýř u rybníka v Krátké u Sněžného [45] 16

17 Uprostřed haltýře nad vodou byla prkenná lávka sloužící k ukládání nádob s mlékem nebo jinými potravinami, které se tímto způsobem ochlazovaly. Byly to vlastně prapůvodní chladničky. Vyskytovaly se zejména na západní Moravě a v jihovýchodních Čechách. Sloužily i k sádkování menšího množství ryb (jižní Čechy). Pro haltýř se v tomto významu používá i označení "mlíčnice", "mlíčňák" [41]. 1.5 Kašna Kašna je umělá nádrž na vodu. Původně ji tvořila obyčejná kamenná, dřevěná, někdy i plechová schránka, do které byla voda obvykle přiváděna jednoduchou trubkou z veřejného vodovodu. Kašny mohly sloužit i jako zcela samostatné zdroje vody, tedy ve spojení s obecní či městskou studnou či studánkou. Mnohdy sloužily jako jediný zdroj vody pro obyvatele měst a obcí. Teprve od 16. století se v našich zemích začínají objevovat kašny různě architektonicky zdobené. Přibývají na nich sochy a plastiky. Název kašna pochází z německého Wasser kasten (schránka na vodu) [32]. Obr. 12 Barokní kašna Parnas v Brně z roku

18 1.6 Fontána Fontána je ozdobná kamenná nebo kovová kašna s tekoucí nebo stříkající vodou, zpravidla doplněná vodotryskem nebo různými umělými vodními kaskádami. Často je zdobená figurálními motivy, plastikami, mísovitými nebo mušlovitými přepady. Nejčastější umístění bývá na frekventovaných náměstích, v zahradách a parcích, zejména zámeckých. Velmi známé jsou např. fontány v italském hlavním městě Římě, pražská Zpívající fontána či Křižíkova fontána. Obr. 14 Zpívající fontána u Královského letohrádku v Praze [46] 18

19 2. Zdroje vody Kvalita zdrojů vody pro rozvoj národního hospodářství a pro lidskou spotřebu není vždy vyhovující. V povrchové i podzemní vodě se stále častěji objevují látky, které již při malých koncentracích způsobují nepoužitelnost daného zdroje pro pitné účely. Jsou to například pesticidy, tenzidy, ropné produkty, fenoly, specifické organické látky, těžké kovy, radioaktivní látky, kancerogenní aromatické sloučeniny a podobně. V důsledku intenzifikace zemědělské výroby vzrůstal i obsah dusíkatých složek a fosforečnanů, které jsou příčinou eutrofizace (řasy, sinice) povrchových vod a podstatného zhoršení její jakosti. Přirozené znečištění vod i znečištění způsobené civilizačními faktory je nutné z vody odstraňovat její úpravou [2]. Aby nedocházelo ke znečišťování zdrojů pitné vody jsou v jejich okolí vyhlašována ochranná pásma [49]. Ochranné pásmo I. stupně se stanoví jako souvislé území: a) u vodárenských nádrží uvedených v příloze vyhlášky č. 137/1999 Sb. a u dalších nádrží určených výhradně pro zásobování pitnou vodou pro celou plochu hladiny nádrže při maximálním vzdutí rozšířenou o pruh o minimální šířce 50 m nad maximální kótu vzdutí podél celé nádrže, podle potřeby i v účelném rozsahu podél vybraných přítoků nádrže, b) u ostatních nádrží s vodárenským využitím s minimální vzdáleností hranice jeho vymezení na hladině nádrže 100 m od odběrného zařízení, c) u vodních toků 1. se vzdutím na břehu odběru minimálně v délce 200 m nad místem odběru proti proudu, po proudu k hraně vzdouvacího objektu a šířce ochranného pásma 15 m, ve vodním toku zahrnuje minimálně jednu polovinu jeho šířky v místě odběru, 2. bez vzdutí na břehu odběru minimálně v délce 200 m nad místem odběru proti proudu, po proudu do vzdálenosti 50 m od místa odběru a šířce ochranného pásma 15 m, ve vodním toku zahrnuje minimálně jednu třetinu jeho šířky v místě odběru, d) u zdrojů podzemní vody s minimální vzdáleností hranice jeho vymezení 10 m od odběrného zařízení, 19

20 Vodohospodářský orgán může stanovit ochranné pásmo prvního stupně v rozsahu menším, než je uveden v odstavci 1 písm. a) až d), po projednání s Ministerstvem životního prostředí. Ochranné pásmo II. stupně navazuje na vyhlášené ochranné pásmo prvního stupně. Převážně ho tvoří jedno souvislé nebo více od sebe oddělených území vymezených hydrologickým povodím nebo hydrogeologickým rajónem. Návazně pak vodohospodářský orgán může ochranné pásmo druhého stupně, je-li to účelné, projednávat i stanovovat postupně po jednotlivých územích. Ochranné pásmo druhého stupně se nestanoví v případech, kdy území ochranného pásma prvního stupně v konkrétních lokalitách dostatečně zajišťuje ochranu jakosti, vydatnosti nebo zdravotní nezávadnosti využívaného vodního zdroje. Pokud se jedná o vodní nádrž prohlášenou za vodárenskou s odběrem surové vody pro úpravu na vodu pitnou, není dovoleno koupání osob a lodní doprava. 2.1 Podzemní vody Chemické složení podzemních vod je výsledkem vzájemného působení půdního a horninového prostředí, vodních srážek, povrchové vody a podzemní atmosféry [22]. Při formování složení podzemních vod se uplatňuje přímé rozpouštění chemických sloučenin, včetně oxidu uhličitého, výměna iontů a chemická či biochemická oxidace nebo redukce. Vysoké tlaky v podloží zvyšují i rozpustnost plynů. Z provozního hlediska je důležité, že složení podzemní vody v dané lokalitě se může měnit i v závislosti na čase, avšak tyto změny nebývají podstatné. Antropogenní znečištění může ovlivnit především podzemní vody z pramenů a mělkých vrtů. Naopak voda pocházející z hlubokých vrtů je proti tomuto znečištění chráněna. Podzemní vody se liší od vod povrchových vyššími koncentracemi oxidu uhličitého a uhličitanů. Oxid uhličitý je v podzemních vodách původu jak biogenního (z biologického rozpadu fosilních organických látek) a tak hlubinného (z chemického 20

21 rozkladu uhličitanových minerálů vápence, dolomitu, sideritu a dalších). Vysoké koncentrace volného oxidu uhličitého mohou být příčinou zvýšené agresivity vody na ocelové potrubí a stavební materiály. Dochází k zaželezování vody uvolňování železnatých iontů. V takových případech je nezbytné odkyselování vody. Naopak koncentrace rozpuštěného kyslíku bývá velmi nízká. Pokud se týká poměrného zastoupení aniontů a kationtů, pak dominujícím kationtem v podzemních vodách je nejčastěji vápník, následovaný sodíkem a hořčíkem. Dominujícími anionty bývají nejčastěji hydrogenuhličitany, méně často sírany. Dusičnany bývají významnou součástí podzemních vod z mělkých vrtů, které nejsou dostatečně chráněny před antropogenním znečištěním. Koncentrace kationtů kovů bývá v podzemních vodách obecně větší než ve vodách povrchových, to se týká především železa a manganu. Obsah mikroorganismů a nerozpuštěných látek bývá velmi nízký a v některých případech až zanedbatelný. U podzemních vod je zapotřebí v některých lokalitách počítat s vyšší koncentrací radioaktivních látek, především radonu. 2.2 Povrchové vody Na rozdíl od podzemních vod mají vody povrchové v průběhu roku proměnlivou teplotu, větší obsah kyslíku (pokud se ale nejedná o silně znečištěné vody), nižší obsah solí, zvýšený obsah organických látek (s ohledem na původ vody) a nízkou koncentraci oxidu uhličitého [22]. Ve srovnání s podzemní vodou bývá ve vodě povrchové více mikroorganismů s rozmanitějším duhovým zastoupením. Povrchové vody můžeme rozdělit na: tekoucí (řeky, potoky) stojaté (jezera, plesa, přehrady, vodní nádrže). Jakost povrchových vod ovlivňuje řada chemických, fyzikálních a také mikrobiologických pochodů. Významným procesem, ovlivňujícím jakost povrchových vod je přirozené přírodní usazování suspendovaných částic, které se uvolňují ze dna toku nebo se do vody dostávají splachem (při větších průtocích). Zároveň na usazujících 21

22 se částicích probíhá adsorpce organických látek a iontů. Postupný aerobní rozklad organických látek způsobují přítomné mikroorganismy. Výše uvedené pochody nastávají jak ve vodě v toku (potoce, řece), tak i ve vodě stojaté, akumulované např. ve vodárenských nádržích. V nádržích dochází v průběhu roku k zonaci rozvrstvení vody, a to v závislosti na tvaru, hloubce a poloze nádrže, složení a teplotě vody a pod.). Voda v jednotlivých vrstvách má různou kvalitu. Vrstva u hladiny obsahuje obvykle více kyslíku, je teplejší a také se zde nachází řada organismů a organických látek. Studenější spodní vrstva nade dnem obsahuje dále různé sulfidy, sulfan a více oxidu uhličitého, což se ve svém důsledku projeví nižší hodnotou ph,. V této vrstvě se vyskytuje i větší množství nerozpuštěných sloučenin železa a manganu. K porušení zonace dochází při vyrovnání teplot vrstev, a to na jaře a na podzim [50]. Na jaře po roztátí ledu, za spolupůsobení větru a proudění, dochází k neustálému promíchávání vodního sloupce. Teplota vody je v celém vodním sloupci konstantní, blíží se teplotě 4 C. Toto období je označováno jako jarní cirkulace a trvá krátkou dobu. Oteplováním svrchních vrstev působením slunečního záření a ustálením klimatických podmínek dochází k teplotní stratifikaci. Oteplovaná voda má nižší hustotu, tudíž se udržuje v horních vrstvách, zatímco chladnější voda se zaklesává do hlubších vrstev (letní stratifikace). Vlivem poklesu teploty vzduchu a působením větru dochází k promíchávání horních vrstev vody, které se ochlazují do té doby, dokud nedoje k promíchání celého objemu nádrže a naruší se stratifikace. Podzimní cirkulace má opačný charakter než jarní období, dochází ke snížení teploty vody až na 4 C (přesně 3,95 C). Dalším ochlazováním svrchních vrstev nastává období zimní stagnace s inverzním charakterem, který je dán anomální závislostí hustoty vody na teplotě. Nejnižší teplota je na hladině nádrží (vytváří se led) a nejvyšší je u dna (3,95 C, je teplota, při které má voda nejvyšší hustotu). Tato vlastnost vody umožňuje vodním živočichům přežívat u dna v zimním období. V důsledku stálého zvyšování obsahu dusíkatých látek a fosforečnanů, které jsou živinami pro řasy a sinice žijící v povrchových vodách, dochází ve vodních nádržích k významnému rozvoji těchto mikroogranismů (vodního květu). Narůstající počet mikroorganismů způsobuje potíže v technologickém procesu úpravy vody a zásadně negativně ovlivňuje senzorické vlastnosti vyrobené vody. Nastalé potíže je možné řešit buď snížením přísunu živin v surové vodě nebo předpravou. Další možností je omezení 22

23 zdrojů živin v surové vodě nebo likvidace řas a sinic použitím dávkování algicidních prostředků do vodních nádrží (například na bázi stříbrných nebo měďnatých solí). Vhodný způsob se vždy volí s ohledem na konkrétní podmínky dané vodní nádrže, se zřetelem na kvalitu surové vody a poet a druhovou skladbu organismů způsobujících potíže. Organické látky obsažené v povrchových vodách jsou jednak přírodního původu (huminové látky a produkty životní činnosti vodních organismů), jednak původu antropogenního (ze splaškových a průmyslových odpadních vod a ze zemědělství). Z látek přírodního původu mají největší význam huminové látky, pocházejí z rozkladu rostlinných zbytků. Ve vyšších koncentracích se proto tyto látky vyskytují ve vodách z rašelinišť například na Vysočině nebo v Severních Čechách. Jsou to barevné látky aromatického charakteru, kyselé povahy, které váží kovy do relativně stabilních komplexů. Dělí se na vysokomolekulární huminové kyseliny a nízkomolekulární fulvokyseliny (podrobněji viz s. 41). Při úpravě vody koagulací jsou odstraňovány především vysokomolekulární huminové kyseliny adsorpcí na vločkách hydroxidů železa nebo hliníku, kdežto účinnost koagulace pro odstranění nízkomolekulárních fulvokyselin je nižší, takže částečně přecházejí do upravené vody. Z vodohospodářského hlediska jsou závadné tím, že při chlorování vody tvoří toxické sloučeniny, tzv. trihalogenmethany (THM) např. chloroformu CHCl 3. Na rozdíl od podzemních vod má při posuzování povrchových vod velký význam biologický rozbor (rozbor fytoplanktonu a zooplanktonu), kterým lze posoudit, do jaké míry je povrchová voda eutrofizována. Nadměrný rozvoj řas a sinic totiž může vést k problémům při filtraci povrchové vody a k uvolňování toxických látek do vody. 23

24 3. Odběr vody Pokud je voda odebírána z přírodního prostředí pro další užití či zpracování, uvádí se v odborné literatuře pojem jímání vody [1]. Vodní zákon platný v současnosti však definuje a používá pojem odběr vody. Z pohledu odběru vody z přírodního prostředí oba pojmy se považují za synonyma. Na pojem odběr vody lze pohlížet i ze strany zákazníka, který vodu nakupuje z veřejného vodovodu. Vedle toho také před provedením rozboru vody se jedná o odběr vzorku vody. Odběr vody jak podzemní tak povrchové umožňují jímací objekty. Jsou to zařízení, která umožňují jednoduchý a hospodárný přechod z přírodního prostředí do technického zařízení tak, že nedojde ke zhoršení jakosti vody. Takováto zařízení se navrhují, konstruují a provozují tak, aby nenarušovala přírodní poměry dané lokality. Základem vhodné volby jímacího zařízení pro budoucí odběr vody je především vyhodnocení vydatnosti zdroje vody [13]. Při navrhování zařízení se musí zohlednit potřeba vody pro zásobování s posouzením výhledových množství, a to tak, aby zvolený způsob jímání vody v budoucnu umožnil, v případě potřeby, snadné rozšíření zdroje, a to za provozu zdrojů již používaných. V posledních letech se bere v úvahu i hledisko zabezpečení objektů proti vstupu neoprávněných osob. Jímání vody lze systematicky dělit například následovně: Podzemní vody: pramenní jímky (podchycení pramenů) studny (objekty vertikální) o jehlové o vrtané (trubní) o kopané (šachtové a spouštěné) zářezy, štoly a galerie (objekty horizontální) objekty kombinované 24

25 Povrchové vody: vodní nádrže objekt o věžový o nade dnem o sdružený o břehový o plovoucí vodní tok objekt o břehový o dnový o v řece (v profilu). 3.1 Odběr podzemní vody Z obecného hlediska platí zásada, že podzemní vody jsou využívány pro úpravu na vodu pitnou přednostně, přestože po legislativních úpravách je čerpání podzemní vody zpoplatněno a pro odběratele již není tento postup tak ekonomicky výhodný jako v předchozím období. Jakost vody ve studních je zpravidla vyhovující i bez úpravy [4]. Významnou předností podzemních vod je jejich snazší ochrana před znečištěním, než je tomu u vod povrchových. Novou studnu nelze vykopat, kdekoliv se člověku zlíbí. Musí být dodrženy předepsané předpisy a především pak vzdálenosti od možných zdrojů znečištění. Umístění studny musí též dovolovat územní a regulační plány. Ty bývají k nahlédnutí na obecním úřadě. K žádosti o povolení na novou studnu musí žadatel předložit územní rozhodnutí, které získá na stavebním úřadě [39]. Studnu také nelze umístit na pozemcích, kde to zakazuje či omezuje nějaký zvláštní předpis, například v chráněných územích. Lze předpokládat, že pokud stavba v místě existuje již řadu let a její existence není v rozporu se stavebně-právními požadavky, vodoprávní úřad stavební povolení vydá. Příkladem jímacího objektu je pramenní jímka vybudovaná na popud karlovarského lékaře Davida Bechera nad zdrojem termální vody v lázeňské lokalitě Karlovy Vary. (Vydatnost pramene je 5 l.min -1 a jeho teplota 59 C.) 25

26 Obr. 15 Pramen č. 11 v Karlových Varech 3.2 Odběr povrchové vody Přestože odběru podzemní vody pro úpravu na vodu pitnou se dává přednost, jsou lokality, kde je využití povrchových vod nezbytné [1]. Hlediska mohou být rozdílná nedostatek množství vody, nevhodná jakost vody nebo značná vzdálenost zdroje vody od spotřebiště (lokalit zásobovaných vodou) [23]. Výhodou povrchových vod, v našich středoevropských podmínkách, je poměrně hustě rozvětvená síť řek a dostatečné množství srážek, umožňující odběr vody nejenom z vodních nádrží, ale přímo z toku ve všech měsících roku. Pokud se uvažuje o odběru vody z toku. lze použít variantu břehového objektu. Toto řešení je technicky jednoduché a hospodárné; obsluha, údržba a manipulace je jednoduchá. Z provozního hlediska musí být pamatováno na dostatečnou hloubku vody i v období sucha. Vhodným řešením je vzdouvací objekt nebo jez. U vtoku jímadla musí být hrubé česle (mříž z ocelových prutů vzdálených přibližně 5 cm) s možností snadného čištění. Za vtokem jako jeden navazující stavební celek je sedimentační (uklidňující) prostor pro odsazení písku a jiných sedimentujících splavenin. 26

27 4. Pitná voda Spotřeba vody, zejména pak vody pitné, na celém světě neustále vzrůstá v důsledku rostoucího počtu obyvatel, zvyšujících se nároků na hygienu a rozvoje průmyslu a zemědělství. Je možné konstatovat, že spotřeba vody do jisté míry charakterizuje i stupeň životní úrovně. Mezi jednotlivými zeměmi jsou velké rozdíly ve spotřebě vody. Je to ovlivněno životní úrovní, geografickou polohou a klimatickými podmínkami. Voda získávaná z přírodních zdrojů velmi často neodpovídá svými parametry, požadavkům legislativy proto je nutno surovou vodu upravovat. Pod pojmem úprava vody rozumíme soubor technologických procesů, kterými se mění technické vlastnosti vody na úroveň požadovanou spotřebitelem [23]. Kvalita vody musí vyhovovat především způsobu použití. Z tohoto hlediska lze vodu rozdělit na vodu pitnou, teplou, užitkovou (zemědělství) a provozní (průmyslu). Podle specifického použití rozeznáváme např. vodu pro rekreaci, závlahy, rybářství, vodu chladící a kotelní. Všechny tyto druhy vod musí splňovat určité požadavky dané platnými normami [24]. Jakost upravené pitné vody závisí do značné míry na kvalitě surové vody ze zdroje, která se však v průběhu roku mění v závislosti na ročním období a meteorologických a hydrologických podmínkách. Proto musí být technologické zařízení úpravny vody uspořádáno tak, aby upravovalo vodu v požadované kvalitě i za nejméně příhodných podmínek. Limitujícím faktorem pro způsob úpravy podzemních vod je převážně koncentrace železa, manganu a oxidu uhličitého. Při úpravě povrchových vod je z technologického hlediska důležité zvládnutí snížení obsahu především zákalotvorných a barvotvorných látek anorganického i organického původu. 27

28 4.1 Kvalita vody pro pitné účely Do roku 2000 byla kvalita pitné vody hodnocena podle ČSN Pitná voda [25]. Rozsahem vyjmenovaných ukazatelů odpovídala potřebám své doby. Vyhláška Ministerstva zdravotnictví ČR č. 376/2000 Sb., kterou se stanoví požadavky na pitnou vodu a rozsah a četnost její kontroly [27] vyšla v září 2000 a navazuje na Směrnici Evropské unie [26]. Citovaná vyhláška nabyla účinnosti dnem a zároveň uvádí některé výjimky, které obsahuje i navazující vyhláška č. 252/2004 Sb., a to limitu 3 µg.l -1 pro 1,2-dichlorethan, který nabude účinnosti dnem , a limitu 0,01 mg.l -1 pro ukazatel olovo, s účinností dnem [29]. Vyhláška č. 376/2000 Sb. v platném znění vychází ze Směrnice Evropské unie 98/83/EC. Je vhodné uvést, že byla rozšířena o doplňující ukazatele, které mají zásadní význam pro české vodárenství. Ukazatele radioaktivity vody uvádí další vyhláška č. 307/2002 Sb. [28]. Na rozdíl od ČSN zahrnují současné vyhlášky [29] v platném znění další mikrobiologické ukazatele. Jedním z nich je Clostridium perfringens, které se uvádí jako indikátor případného výskytu kryptosporidií (Cryptosporidium parvum). 4.2 Stanovení chemických ukazatelů kvality vody Kvalitou pitné vody z hlediska mikrobiologických, biologických, fyzikálních a chemických ukazatelů se zabývala ČSN "Pitná voda" [25], nyní nahrazená vyhláškou Ministerstva zdravotnictví č. 252/2004 Sb. v platném znění [29]. Hodnoty uvedené v těchto předpisech odpovídají : NMH představuje hodnotu ukazatele jakosti vody, jejíž překročení vylučuje užití vody jako pitné (nejvyšší mezní hodnota). 28

29 MH představuje mezní hodnotu ukazatele jakosti pitné vody, jejímž překročením ztrácí voda vyhovující jakost. Překročení MH posuzuje příslušný orgán ochrany veřejného zdraví, který může udělit výjimku na dobu určitou. MHPR představuje mezní hodnotu přijatelného rizika (tzv. pozdní toxické účinky). DH představuje doporučenou hodnotu ukazatele (u obsahu vápníku a hořčíku), pod doporučenou hodnotu by hodnota ukazatele neměla klesnout. 4.3 Změny kvality pitné vody při dopravě Jak uvádí vyhláška Ministerstva zdravotnictví ČR č. 409/2005 Sb., o hygienických požadavcích na výrobky přicházející do přímého styku s vodou a na úpravu vody, je nezbytně nutné před použitím jakéhokoliv materiálu a chemikálie, která bude v přímém kontaktu s pitnou vodu, posoudit její nezávadnost [30]. Citovaná vyhláška vymezuje vedle toho i technologie, které jsou v současné době dovolené pro úpravu vody na vodu pitnou [31]. Ještě donedávna nebylo možné použít UV záření. V současné době je i v České republice několik lokalit, kde jsou uplatněny monochromatické nízkotlaké lampy a polychromatické středotlaké lampy. Nízkotlaké UV lampy, které vyzařují UV záření při 254 nm, poškozují pouze DNA, ale neovlivňují enzymy a jiné biomolekuly mikroorganismů. Ty mohou za určitých podmínek opravit poškozené místo DNA (reaktivovat DNA) a umožnit další pomnožování mikroorganismů. Středotlaké UV lampy vyzařují polychromatické UV záření v rozsahu 200 až 400 nm o vysoké intenzitě, které poškozuje nejenom DNA, ale také enzymy při vlnové délce 280nm a buněčné membrány při 220 nm, a tím vylučují možnost reaktivace mikroorganismů. 29

30 4.4 Vliv vzdušné kontaminace V posledních letech je soustředěná pozornost ve vodárenství věnována zamezení vlivu vzdušné kontaminace upravené pitné vody, dopravované ke spotřebiteli. Jednou z cest je uplatnění rounové textilie (dříve nazývané netkané). Akumulační nádrže vodojemů při odtoku vody do spotřebiště nasávají vzduch z exteriéru vodojemu. Přestože průduchy ve zdech jsou opatřeny nerezovými mřížkami, ukazuje se, že zvláště po povodních došlo k silnému ovlivnění vzduchu ve vodojemu. Ve stěrech ze stěn vodojemu nacházely nejenom prachové částice, ale i rostlinné zbytky a textilní vlákna. Cílenou instalací rounových textilií lze výrazně omezit kontaminaci prostředí vodojemů nad vodní hladinou vzduchem z okolí. Některé výrobky na trhu jako např. Eco-Air obsahují ve své konstrukci vedle rounové textilie i náplň aktivního uhlí, které může adsorbovat nežádoucí pachy. 30

31 5. Úprava vody 5.1 Výběr vhodného zdroje vody Výběr vodního zdroje pro zásobování obyvatelstva musí respektovat normu ČSN Surová voda pro úpravu na pitnou vodu. Je nutné vyhledat vodní zdroj s přirozeným chemickým, fyzikálním, mikrobiologickým složením a vlastnostmi blížícími se požadavkům na vodu pitnou. Pokud je nutné se rozhodnout mezi několika možnými vodními zdroji je potřebné brát v úvahu také optimální investiční a provozní náklady ve vztahu k náročnosti na dopravu vyrobené vody a složitost technologie úpravy. Tyto požadavky splňují: a) podzemní vody, u kterých jakost vyhovuje nebo se blíží parametrům pitné vody b) povrchové vody z vodárenských nádrží na horních tocích řek, z oblastí nezatížených lidskou činností. Povrchové vody z vodních nádrží na dolních tocích řek a podzemní vody s nevyhovujícími parametry lze využívat jenom tehdy, kdy nejsou jiné možnosti. V takových případech se však uplatňují nákladnější a složitější technologie úpravy vody. Není však zaručena trvalá jakost vyrobené vody splňující ukazatele platné vyhlášky. Při výběru vodního zdroje je důležitým kritériem i využitelná vydatnost vodního zdroje, snadná ochrana vodního zdroje proti nebezpečí kontaminace vody a další místní hlediska [15]. Konkrétně město Brno je zásobováno převážně podzemní vodou z oblasti Březové nad Svitavou [42] a menší část tvoří upravená povrchová voda z Vírské vodárenské nádrže s úpravnou vody Švařec. 31

32 Obr. 16 Úpravna vody Švařec Vyhláška Ministerstva zemědělství č. 428/2001 Sb. o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu v příloze č. 13 uvádí standardní typy úprav pro jednotlivé kategorie surové vody zde je uvedeno přesné znění: Kategorie A 1 A 2 A 3 Typy úprav Jednoduchá fyzikální úprava a dezinfekce, např. rychlá filtrace a dezinfekce, popř. prostá písková filtrace, chemické odkyselení nebo mechanické odkyselení či odstranění plynných složek provzdušňováním. Běžná fyzikální úprava a dezinfekce, koagulační filtrace, infiltrace, pomalá biologická filtrace, flokulace, usazování, filtrace, dezinfekce (konečné chlorování), jednostupňové či dvoustupňové odželezování nebo odmanganování. Intenzívní fyzikální a chemická úprava, rozšířená úprava a dezinfekce, např. chlorování do bodu zlomu, koagulace, flokulace, usazování, filtrace, adsorpce (aktivní uhlí), dezinfekce (ozon, konečné chlorování). Kombinace fyzikálně-chemické a mikrobiologické a biologické úpravy. 32

33 Zda přírodní voda bude upravitelná a následně bude vyhovovat požadavkům vyhlášky č. 252/2004 Sb., kterou se stanoví požadavky na pitnou vodu a rozsah a četnost její kontroly [29] lze odhadnout z rozboru surové vody. Vzájemně závislá kritéria jsou uváděna tato [20]: 1. obsah Fe 2+, Mn 2+ a obsah O 2 2. obsah Fe 2+, Mn 2+, iontů NH + 4, iontů NO a NO 3 3. obsah Fe 2+, Mn 2+ s obsahem H 2 S 4. ph, obsah CO 2 obsah iontů HCO - 3, obsah iontů Ca 2+ a Mg obsah iontů Ca 2+ a Mg 2+ 2-, obsah iontů SO 4 6. obsah Na a K a obsah iontů Cl -. Koncentrace iontů HCO - 3, je v rovnováze s obsahem iontů Ca 2+ a Mg 2+ a obsahem CO 2, stejně jako je tomu u Fe 2+, Mn 2+ a přítomnými ionty NH + 4 a NO - 2. Vedle - toho ionty NO 3 se častěji vyskytují ve vodách s minimálním obsahem Fe 2+ a Mn 2+ a NH + 4. Voda s obsahem kyslíku ve většině případů neobsahuje rozpustné soli železa a manganu. Naopak velké koncentraci Fe 2+ a Mn 2+ často odpovídá i přítomnost sulfanu (uvolňování ze sulfidů pyrhotin FeS, pyrit FeS 2, hauerit MnS 2 ). Přímá úměra velmi 2- často platí mezi koncentrací vápenatých iontů v podzemní vodě a obsahem iontů SO 4 (rozpouštění sádrovce) a obsahem alkalických kovů a koncentrací chloridů [21]. Rozdělení a mezní hodnoty ukazatelů jakosti vody lze považovat pouze za orientační. Znamená to, že např. meze CHSK Mn (chemická spotřeba kyslíku je definována jako množství kyslíku, které se v kyselém prostředí spotřebuje na oxidaci organických látek ve vodě silným oxidačním činidlem manganistanem draselným. Hodnota CHSK je mírou celkového obsahu organických látek ve vodě nepřímé stanovení) závisejí také na dalších faktorech, jako je koncentrace iontů HCO - 3, charakter znečištění atd. Jedná-li se o obsah iontů HCO - 3 v huminových vodách je možné mez použití koagulační filtrace posunout až na 8 až 10 mg.l -1, ve výjimečných případech i výše. Naopak u vod se silným organickým znečištěním je nezbytné mez koagulační filtrace posunout k nižší hodnotě CHSK Mn. Obdobně je tomu i pro další uváděné mezní hodnoty. Z tohoto lze usoudit, že CHSK Mn nemůže být jediným a rozhodujícím kritériem. Uvádí se, že např. voda, která má podle hodnoty CHSK Mn, poměrně dobrou 33

34 jakost, nemusí být vhodná pro úpravu na vodu pitnou, protože obsahuje některé složky obtížně odstranitelné běžnými úpravárenskými postupy [22]. Je zřejmé, že technologický postup je potřeba volit podle povahy a koncentrace látek obsažených v surové vodě. Z tohoto pohledu hrubě disperzní látky je možno odstranit jednoduše sedimentací nebo flotací, jemnější suspenze se musí odstraňovat nejenom sedimentací nebo flotací, ale i následnou filtrací a pokud se jedná o velmi jemné suspenze použije se čiření. Čiřením se z vody odstraňují také koloidní látky. Jedná-li se o rozpuštěné látky, v tom případě je třeba použít jiné metody, např. sorpci, oxidaci, popř. výměnu iontů. 5.2 Technologie úpravy vody Můžeme konstatovat, že technologie úpravy vody je neustále ve středu zájmu vodárenských odborníků a projekty zasahují do všech důležitých oblastí vodárenství. Jednotlivé technologické stupně je možno rozdělit na [8]: koagulace a filtrace odstraňování anorganických látek odstraňování organických látek oxidační procesy použití granulovaného aktivního uhlí snižování obsahu dusičnanů dezinfekce použití membránových procesů nové postupy úpravy vody kalové hospodářství. Technologická linka každé úpravny vody je navrhována na konkrétní podmínky lokality zdroje surové vody. Obecná schémata úpravy podzemní a povrchové vody zachycují Přílohy 1 a 2 v závěru této práce. 34

35 5.2.1 Čiření vody Čiření vody (zbavení vody agregovaných suspendovaných částic) patří mezi nejběžnější způsoby, kterými se upravují povrchové vody. Čiření umožní z vody odstranit většinu koloidních částic a jemných suspenzí. Úplný proces čiření se skládá z těchto operací [9]: dávkování koagulantu (železité nebo hlinité soli) a jeho promíchání s upravenou vodou vločkování (koagulace proces agregace částic, flokulace) separace vloček (usazování sedimentace, filtrace) Separační metody Po přidání koagulantu je potřeba nejdříve připravit suspenzi vhodných separačních vlastností, a to v závislosti na způsobu separace. Pro odstranění tuhé fáze z upravované vody se využívají následující postupy [4]: a) sedimentace b) flotace c) filtrace. Sedimentace v usazovacích nádržích umožňuje odstranit přirozené suspenze i suspenze uměle vytvořené v procesu čiření, při snižování obsahu železa a manganu, při dekarbonizaci atd. [21]. Následují pískové rychlofiltry. Velice jemné a koloidní částice se zcela neusadí při sedimentaci a ustaví se tzv. sedimentační rovnováha. Podstatou flotace je tvorba mikrobublinek vzduchu, které vynášejí na hladinu částice vytvořené za pomoci koagulatu (odstranění huminových látek, ropných látek a řas). Výhodou je vznik zahuštěného vodárenského kalu [21]. 35

36 . Obr. 17 Schéma flotace na úpravně vody Mostiště Filtrace se definuje jako pochod, při němž se z roztoku při průchodu porézním prostředím (obvykle stejnozrnným pískem) odstraňují suspendované látky, přítomné ve filtrované vodě. Filtrace je obvykle jedním ze závěrečných technologických článků při úpravě vody, následuje za sedimentací nebo čiřením. Na filtrech se zachycují přepadající vločky, popřípadě vločková tříšť Laboratorní zkoušky Laboratorní zkoušky koagulace se používají pro návrhy technologického postupu a také pro kontrolu a řízení provozu úpravny vody [22]. Mezi základní koagulanty se v současné době řadí chlorid železitý, síran hlinitý, síran železitý nebo železnatý nebo hlinitan sodný. Méně stálými jsou roztoky síranu a chloridu železitého, protože postupem času pomalu hydrolyzují, a tím se snižuje jejich účinnost. Musí se přepravují koncentrované roztoky, které se ředí vždy až před vlastním použitím z toho důvodu, aby se během transportu samovolně nevysrážely. Nejméně stálým koagulantem je roztok síranu železnatého, který již při ph asi 5 pozvolna oxiduje a následně rychle hydrolyzuje. 36

37 Stabilita roztoku koagulantu se sleduje stanovením obsahu kationtu, uvolněné kyseliny a hodnoty ph. Pro železité koagulanty se doporučuje kontrolovat i oxidačněredukční potenciál, popř. koncentrace Fe 2+ a Fe 3+. Při volbě koagulantu se vychází v prvé řadě ze složení upravované surové vody. Jedná-li se o vodu s malý obsahem minerálních látek (asi do 200 mg.l -1 ) jsou vhodnější hlinité soli, pro vody s větším obsahem minerálních látek pak železité soli. Poněkud problematické jsou velmi znečištěné vody. V takovém případě je potřebné provést vypočet základní dávky v mg.l -1 s ohledem na velikost znečištění podle vzorce D = 8. cm,s kde c m,s je CHSK Mn upravované surové vody v mg.l-1. Doporučuje se volit dávku koagulantu při pokusu v rozsahu 0,2 až 1,2 násobku základní dávky s přírůstkem po 0,2. Před volbou základní dávky koagulantu by se mělo vedle stanovení HCO 3 - a CHSK Mn stanovit barva, zákal nebo obsah suspendovaných látek, množství organismů přítomných v surové vodě atp Poloprovozní zkoušky Mohou nastat případy, kdy výsledky laboratorních zkoušek a kontinuálních laboratorních zkoušek nejsou dostačující, potom se provádějí zkoušky poloprovozní, a to zejména pro navržení vhodného technologického postupu. Na rozdíl od předchozích zkoušek poloprovozní zkoušky vyžadují více času na přípravu zařízení a vlastní provedení, jsou finančně nákladnější. Využívají se proto 37

38 pouze pro úpravny vody se složitější technologií a se simulací nejnepříznivějšího stavu (nízká teplota vody, maximální znečištění, atp.) [22] Provozní zkoušky Pokud poloprovozní zkoušky neposkytly potřebné informace, zvláště pak o finančních nákladech, provádějí se provozní zkoušky. Vzhledem k náročnosti přípravy, složitosti vlastního provedení, možnosti negativních dopadů na provoz úpravny vody, provádějí se provozní zkoušky až tehdy, kdy není možné potřebné znalosti o procesu získat jiným způsobem. Pokud je uváděna do provozu nově vybudovaná úpravna vody, provádí se provozní ověření technologického procesu vždy po předem dohodnutou dobu [22] Matematické modelování Pokud je shromážděno potřebné množství experimentálních dat, lze využít matematickou metodu matematické modelování pro jejich zpracování pomocí výpočtů dle teoretického nebo empirického vztahu. Matematickým modelováním lze vybrat vhodný koagulant, stanovit optimální podmínky koagulace, dávku jednotlivých chemikálií i rychlostní gradient vhodný pro flokulaci. Matematický model umožní vypočítat, jaká je potřebná doba zdržení vody s koagulantem v prostoru míchání, při sedimentaci, v čiřiči, na filtru, jaká je potřebná délka filtračního cyklu ať pískového jednovrstvého nebo dvouvrstvého filtru s pískem a antracitem [12]. Jakost upravované vody má významný vliv na dávku koagulantu. Potom hovoříme o dávce: optimální (lze ji označit jako dávku, která umožní dosáhnout přijatelnou jakost upravené vody, vyhovující platné vyhlášce) ekonomicky optimální (je to taková minimální dávka, kterou se docílí nejlepší jakost upravené vody) 38

39 efektivní (je dávka, která způsobí odstranění největšího množství příměsí z vody ve vztahu na hmotnostní jednotku koagulantu) potřebné (tuto dávku je vhodné definovat v některých případech, kdy byl zadán úkol snížit například barvu nebo zákal na polovinu původní hodnoty) provozní (je popisována jako dávka, pomocí níž lze dosáhnout kvalitu vody vyhovující vyhlášce ve vztahu k nejmenším provozním nákladům). Při výběru koagulantu se zohledňuje složení surové vody, použitý technologický proces i požadovaná jakost vyrobené vody. Je důležité před provozním nasazením každý koagulant laboratorně otestovat na vodu dané lokality Kontrola a řízení procesu čiření Kontrola a řízení procesu čiření je důležitou součástí technologického postupu úpravy vody na vodu pitnou. Správný chod jednotlivých technologických celků se promítne až do jakosti vyrobené vody a může ovlivnit i dodávku vody do distribuční sítě ve spotřebišti. Používané způsoby kontroly můžeme rozdělit na: a) diskontinuální - zahrnuje běžnou analýzu odebraných vzorků vody z technologické linky - analyzátor odebere a stanoví hodnotu ukazatele dle nastaveného režimu b) kontinuální - převážně průtokové analyzátory. Technologický proces úpravy vody je potřeba nejenom průběžně sledovat, ale také zjišťovat a zajišťovat jeho správný chod, především s ohledem na dodržování nastavených technologických parametrů pro zajištění kvality vyráběné vody. Řídit technologický proces lze na základě: 39

40 praktických a teoretických poznatků obsluhy rozboru vzorků vody odebraných z jednotlivých technologických stupňů porovnání výsledků rozborů vody z vybraných technologických stupňů s výsledky laboratorních zkoušek vypracovaných automatizovaných modelů. Při výběru kritérií sledování jakosti vyráběné vody je důležitá vzájemná domluva projektanta a provozovatele technologického zařízení. Je potřeba zohlednit konkrétní podmínky úpravny vody a kvalitu surové vody. Následně pak vybrat parametr (zákal, absorbanci, zbytkový ozon, zbytkový koagulant apod.), který se jeví jako nejcitlivější k provedené změně v technologii Úprava zakalených vod Zákal v surové vodě je tvořen převážně částicemi anorganického původu, převážně křemičitanů, hlinitokřemičitanů, velmi často i uhličitanů. Jejich elektrický náboj je záporný. Pro destabilizaci přitékající suspenze se dávkuje koagulant v dávkách stanovených experimentálně [22]. V některých případech při koagulaci suspenzí anorganického původu dochází k vybíjení náboje částic nábojem neseným koagulantem. Podstatným momentem při koagulaci je destabilizace suspenze s následnou koagulací, ovlivněnou postupným nabalováním vloček hydroxidů železa a hliníku (elektricky neutrálních) na anorganickou suspenzi. Podobně bychom mohli popsat mechanismus destabilizace suspenzí organického původu, které jsou tvořené živými nebo odumřelými organismy. Obvykle i tyto suspenze jsou se záporným nábojem. Destabilizace pomocí koagulantu probíhá obdobně jako u suspenzí tvořených anorganickými částicemi. Postup destabilizace suspenzí lze sledovat měřicími přístroji, pro rychlou orientaci lze využít zákaloměry, popřípadě měření absorbance. 40

41 5.2.9 Úprava zabarvených vod Obecně se uvádí, že přírodní žlutohnědé zabarvení vody způsobují huminové látky. Takto vzniklé huminové vody jsou charakterizovány nízkou hodnotou ph a KNK 4,5 (kyselinová neutralizační kapacita test slouží pro stanovení celkové alkality vody) a také vyšším obsahem hliníku [22]. Huminové látky jsou popisovány jako žluté až tmavohnědé poměrně složité organické aromaticko-alifatické struktury. Jejich přesná struktura není prozatím známa, je neustále zkoumána a názory mnohých autorů v této oblasti bádání se často rozcházejí. Huminové látky lze z vody izolovat a dělit pomocí sloupcové chromatografie. Huminové látky rozpustné ve vodě se dělí podle rozpustnosti v kyselém a alkalickém prostředí a ethanolu na huminové kyseliny a fulvinové kyseliny (fulvokyseliny) [10]. Obsahují trojrozměrně zesíťované molekuly, jejichž centrem je jádro aromatického charakteru. Obsahující též kyslíkaté a dusíkaté heterocykly. V těchto sloučeninách byly nalezeny i chinoidní struktury. Na jádro navazují řetězce alifatického charakteru s bohatým obsahem různých funkčních skupin. Jedná se hlavně o skupiny karboxylové, methoxylové a hydroxylové. Hydroxylové skupiny jsou vázány jak na alifatické řetězce (jako alkoholické), tak i na aromatická jádra (ve formě fenolické). Na rozdíl od jiných složek humusu jsou rozpustné ve vodných roztocích alkálií, kdežto v kyselém prostředí koagulují. U molekulové hmotnosti huminových kyselin se uvádí rozmezí g.mol -1 vysokomolekulární podíl. Fulvokyseliny jsou méně aromatické, mají vyšší obsah kyslíkatých skupin (karboxylů) a méně dusíku. Jejich molekulová hmotnost je g.mol -1 nízkomolekulární podíl. Zůstávají rozpuštěné i v kyselém prostředí. Kyselost a výměnnou kapacitu huminových látek k různým kationtům způsobují karboxylové a hydroxylové skupiny. U karboxylových skupin (obvykle mají disociační konstanty řádu ) převažuje kyselý charakter. Hydroxylové skupiny (s disociačními konstantami řádu ) mají slabě kyselý charakter. Obě skupiny 41