Alternativní možnosti hygienického zabezpečení pitné vody na ÚV Podolí

Transkript

1 Alternativní možnosti hygienického zabezpečení pitné vody na ÚV Podolí Petra Báťková, Pavla Dobrá Pražské vodovody a kanalizace, a.s. Úvod Studie alternativních možností hygienického zabezpečení (HZ) byla zpracována na základě posudku stavu potrubí na plynný chlor na ÚV Podolí. Potrubí, které rozvádí, bylo shledáno nevyhovující pro další provoz. Byly zpracovány návrhy a zhodnoceny možnosti rekonstrukce. Uvažovalo se jak o nahrazení novým potrubím na plynný chlor, tak případně o využití jiné alternativy HZ vhodné pro tuto vodárnu, a zároveň v neposlední řadě takové, které by bylo příznivé pro pražský distribuční systém. Vodárna Podolí je v současnosti provozována jako pohotovostní záložní zdroj pitné vody pro oblast hl.m. Prahy. Je tedy velmi důležité, aby v případě nutnosti bylo možné v co nejkratší době tento záložní zdroj pitné vody zprovoznit a zajistit tak dodávku pitné vody do míst spotřeby. Zpráva byla zpracována i na základě zkušeností vodárenských společností s různými typy HZ. Možnosti pak byly vztažené na kvalitu surové vody (SV), zdrojem SV je řeka Vltava. Byly porovnány výhody a rizika použití dostupných možností HZ, diskutovány různé výkony úpravny, provedeny celkové kalkulace provozních a investičních nákladů. Důležitým faktorem byla i vhodnost použití jednotlivých typů HZ pro pražskou distribuční síť tak, aby nebyly u spotřebitelů překročeny hygienické parametry dané vyhláškou č.252/2004 Sb. Pozornost byla věnována zejména rozpouštění inkrustů ve staré distribuční síti pro případ aplikace silného oxidantu. S problémy, které by mohlo způsobit rozpouštění inkrustů, bychom se potýkali i několik let. V následujících odstavcích je popsané vyhodnocení a vybrána dle našeho posouzení nejvhodnější varianta. 1. Charakteristika SV vody jímané pro ÚV Podolí Ukazatel Jednotky ph 7,70 7,75 7,48 7,73 7,56 teplota C 6,68 5,26 11,29 13,60 10,95 A254 0,14 0,18 0,22 0,18 0,18 Dusičnany mg/l 18,33 12,65 10,14 8,77 10,35 Železo mg/l 0,33 0,52 0,36 0,48 0,34 Mangan mg/l 0,07 0,10 0,11 0,10 0,07 CHSK Mn mg/l 5,16 5,98 6,56 5,78 5,48 Hořčík mg/l 7,18 6,69 6,32 6,24 5,62 Tvrdost mmol/l 1,03 0,98 0,97 0,93 0,87 Zákal ZFn 6,00 15,09 4,09 8,03 6,33 Hum. látky mg/l 3,42 4,64 4,92 4,58 4,16 V tabulce jsou uvedené vybrané parametry SV, které mají vliv na volenou technologii. 167

2 2. Vstupní parametry - přehled možností HZ Vstupními parametry pro zvážení jednotlivých možností HZ byly chemické rozbory SV za posledních 5 let (viz.tabulka výše) a výkony úpravny - minimální, průměrný a maximální. Max. projektovaný výkon úpravny Min. výkon úpravny pro Kontrolní Provoz (KP) Prům. výkon úpravny (posl. provoz v r. 2001) Qmax = 2500 l/s, tj m 3 /den Qmin = 250 l/s, tj m 3 /den Qprům = 500 l/s, tj m 3 /den V přehledu níže jsou uvedené posuzované možnosti HZ pro průměrný výkon úpravny. Chlordioxid Plynný chlor UV záření Chloraminace Sanosil 25 super Miox směsné oxidanty Chlornan sodný Ozonizace Oligodynamické vlastnosti kovů Ag +, Cu 2+ Sagen 3. Prověření jednotlivých možností HZ pro potřeby ÚV Podolí Vzhledem k obsáhlosti výčtu výhod a rizik použití jednotlivých HZ jsou uvedeny pouze 4 hlavní položky, které jsou vztažené pro potřeby ÚV Podolí CHLORDIOXID ClO 2 - oranžový plyn, vysoce toxický plyn přibližně 5x vyšší oxidační schopnosti než chlor vyšší desinfekční účinek silný desinfekční účinek v širším rozsahu ph, účinný vůči řasám, virům, sporám, a to i v nízkých koncentracích výrazné snížení tvorby THM, chlorfenolů žádné pachové a chuťové závady u spotřebitelů Nelze připravovat do zásoby - roztoky ClO 2 jsou značně nestálé, a to i ve tmě, proto musí být neprodleně aplikován Přechod z jiné technologie HZ na HZ ClO 2 musí být postupný - rozpouštění inkrustů v DS - dle zkušeností provozovatelů představuje tato nevýhoda velký problém! velké investiční a provozní náklady, vyšší než při HZ chlorem Možnosti aplikace na ÚV Podolí: Generátor na výrobu chlordioxidu typu BelloZon Dávka ClO 2 je 0,3-0,5 mg/l, tj. 0,3-0,5 g/m 3, při průměrném výkonu úpravny toto množství představuje 21,6 kg/den. Cena chemikálie: 0,075 Kč/m 3 Celkové investiční náklady: Kč Provozní náklady při prům. výkonu (500 l/s) činí cca Kč/den 168

3 3. 2. PLYNNÝ CHLOR Cl 2 - žlutozelený dusivý plyn, vysoce reaktivní desinfekce plynným chlorem je z důvodu provozních nákladů nejrozšířenější způsob HZ v případě velkých úpraven nutná doba styku k inaktivace bakterií je krátká možnost skladování krátkodobý účinek od místa aplikace - závisí na ph a teplotě vody tvorba vedlejších produktů desinfekce THM skladování a dávkování je nebezpečné pro obsluhu i okolí vznik negativního zápachu a chuti (zhoršení organolep. vlastnosti) Možnosti aplikace na ÚV Podolí: Tato technologie je v současné době využívána na ÚV Podolí, dávkování chloru do vody chlorátory (Alldos), vzniklá chlorová voda je dávkována do upravované vody Dávka Cl 2 je cca 1 g/m 3, při průměrném výkonu úpravny toto množství představuje 43,2 kg/den Cena chemikálie: 13,90 Kč/kg Investiční náklady na výměnu PE potrubí za PVC potrubí: cca Kč Dle dodavatele opravy - vyčísleno na Kč Provozní náklady při prům. výkonu (500 l/s) činí cca 600 Kč/den UV ZÁŘENÍ - fyzikální dezinfekce vody ničí bakterie, prvoky, plísně, viry neovlivňuje kvalitu vody, nevznikají vedlejší produkty nemění se organoleptické vlastnosti snadnost a bezpečnost provozu - nevyžaduje denní údržbu provozní náklady omezeny pouze na spotřebu el.energie desinfekce probíhá pouze v místě aplikace, neposkytuje žádné dezinfekční reziduum v rozvodné síti - nutno kombinovat např. s chloraminací v případě ÚV Podolí není možná dezinfekce pouze UV zářením, nutné dávkování i chemického dezinfektantu velké investiční náklady Možnosti aplikace na ÚV Podolí: V případě využití UV záření pro desinfekci, je nutné poté vodu dále zabezpečit - vhodné využít chloraminace (dávkuje se médium, které zabrání sekundární kontaminaci v distribuční síti). Pro zajištění validované dávky UV záření podle US EPA min. 400 J/m 2 je při transmisi 94 % v 1cm max. průtok vody UV jednotkou 488 l/s. Při transmisi 95 % je pak stejná dávka zajištěna i při průtoku 580 l/s. Investiční náklady: UV jednotky WEDECO BX 3200EW Vario: Kč Celkové provozní náklady: Kč/den Provozní náklady na m 3 vyrobené vody při prům. výkonu (500 l/s) činí cca Kč/den jen pro ÚV záření bez kombinace s dalším stupněm. 169

4 3. 4. CHLORAMINACE 1 % roztok amonné soli velmi dlouhá doba působení v distribuční síti řeší i problematiku parazitických prvoků Cryptosporidium + Giardia ve spojení s UV zářením řeší problém vysokých koncentrací THM (Chloroform <30 μg/l) Nevýhody nejslabší dezinfekční činidlo - méně účinné než chlorace v distribuční síti může docházet k nitrifikaci vznik NO 2- a NO 3-, dochází tak k poklesu chloraminů a může dojít k sekundárnímu znečištění pitné vody v distribuční síti heterofylními bakteriemi při změně kvality SV (zejména Δt) je vyladění dávek chloru a síranu amonného velmi náročné a citlivé, pokud má být zachován efekt snížení chloroformu při splnění limitních hodnot koncentrací dusitanů a amonných iontů Možnosti aplikace na ÚV Podolí - Dávkování plynného chloru by dle zkušeností provozovatelů mělo předcházet dávkování amonné soli. V místě dávkování by pak měla být zajištěna dostatečná turbulence (g = s -1 ), aby došlo k rychlé homogenizaci chloru a amonné soli. Vzhledem k charakteru SV na UV Podolí je možné využití chloraminace pouze ve spojení s fyzikální metodou UV záření. Použití chloraminace je vhodné pro vody méně bakteriologicky znečištěné a s nízkým obsahem organických látek (CHSK Mn < 1,5 mg/l) při dopravě pitné vody na velké vzdálenosti. Toto není případ ÚV Podolí. Dávka (NH 4 ) 2 SO 4 je 1 g/m 3, při průměrném výkonu úpravny toto množství představuje 43,2 kg/den. Dávkování síranu amonného by se provádělo pomocí dávkovacích čerpadel, např. Prominent (pro správnou funkci dávkovacích čerpadel je třeba uvažovat s pojišťovacím, vstřikovacím ventilem a tlumičem tlakových pulsací). Dle provozních zkušeností klesne při zavedení chloraminace dávka chloru zhruba na 30 % původní dávky, tzn. 0,3 g/m 3 při Qprům toto množství představuje 12,96 kg/den. Cena chemikálie: při nákupu 5-6 t je cena 4,5 Kč/kg, amonnou sůl je možno skladovat Investiční náklady - dávkovací čerpadlo Sigma S2Ba PVT0010S Kč Provozní náklady při prům. výkonu (500 l/s) činí cca 194,4 Kč/den SANOSIL 25 SUPER - vícesložkový dezinfekční prostředek - H 2 O 2 +Ag efektivita proti virům, bakteriím, amébám, houbám, řasám ekologicky nezávadný, rozkládá se na H 2 O a O 2 nejsou změněny organoleptické vlastnosti vody vhodné použití jen jako sekundární dezinfekce pro menší objemy vody - sanace studní, nádrží na pitnou vodu, dezinfekce potrubí, cisteren, napajedel, bazény nelze použít pro úpravu na vodárnách - velký průtok a s tím by velmi rostla dávka dezinfektantu cenově nevýhodný dávka by musela být vysoká. Možnosti aplikace na ÚV Podolí: Dle českého distributora švýcarského výrobku SANOSIL SUPER 25 není tento prostředek vhodný pro hygienické zabezpečení pitné 170

5 vody na úpravnách vody, kde je průtočný systém, protože nástup jeho účinku je velmi pomalý a dávka by musela být velmi vysoká. SANOSIL SUPER 25 lze využít v případě sanací zařízení na pitnou vodu MIOX - Mixed Oxidants - hlavní složky výsledného roztoku: Cl 2 volný 91 %, O 3 5 %, ClO 2-2,3 %, H 2 O 2-2,1 % obsah THM je v případě použití MIOX o % menší než při použití chloru k výrobě je potřeba voda s celkovou tvrdostí (ΣCa + Mg) 0,7-1,25 mmol/l, sůl, el.energie - nejsou použity a skladovány žádné nebezpečné chemikálie výroba na místě dle aktuální potřeby technologie - vždy čerstvý homogenní roztok nemění organoleptické vlastnosti vody, snížená tvorba vedlejších produktů dezinfekce náklady na chemikálie v porovnání s chlorem jsou cca 3x vyšší a představují při dávce 1mg/l oxidantů cca 0,034 Kč/m 3 vody vysoké investiční náklady Možnosti aplikace na ÚV Podolí: Spotřeba NaCl na výrobu 1kg akt. chloru: 2,5 kg cca 4 Kč/ kg NaCl Spotřeba el.energie na výrobu 1kg akt.chloru: 7,7 kwh 3,10 Kč/kWh* * Tato cena je momentálně nastavená na ÚV Podolí, když je úpravna v režimu KP. Celkové investiční náklady činí Kč Provozní náklady při prům. výkonu (500 l/s) činí cca Kč/den CHLORNAN SODNÝ - NaClO - žlutozelený anorganický chlorový roztok, obsah aktivního chloru v chlornanu sodném je výrobcem deklarován min. 140g/l (12-13 % roztok) vhodné použití při dochlorování vodojemů a pitné vody v potrubí po trase směrem ke spotřebiteli, dezinfekce vody v rámci stavby nebo rekonstrukce distribučních řadů - před jejich uvedením do provozu možnost skladování v koncentrovaném stavu v sudech či barelech nejběžnější prostředek pro nárazovou i kontinuální desinfekci (nevhodné pro velké ÚV, nad průtok 100 l/s) nelze použít pro velké průtoky nad 100l/s (nad 100 l/s se HZ provádí plynným chlórem) reziduální působení se ztrácí při malých průtocích v rozvodné síti Při skladování ve tmě a chladu klesá obsah aktivního volného chloru po měsíci zhruba o 5 %, při normální teplotě zhruba o 20 % 171

6 Možnosti aplikace na ÚV Podolí: NaClO není vhodný prostředek pro HZ na ÚV Podolí, protože i minimální výkon úpravny převyšuje 100 l/s. Dávkování do VDJ - požadavek na zbytkový chlor 0,3 mg/l. Spotřeba NaClO při Qprům. je 108 l/den. Vzniká riziko při časté manipulaci s velkými objemy NaClO, je to ekonomicky nevýhodné. Investiční náklady: čerpadlo + řídící deska: cca Kč Cena NaClO: 3,5 20 Kč/l (v závislosti na odebíraném množství) Případě ÚV Podolí by se vzhledem k množství odběru jednalo pravděpodobně o nižší cenu/l. Provozní náklady při prům. výkonu (500l/s) činí cca 378 Kč/den OZONIZACE - O 3 - namodralý plyn s intenzivním pachem vysoce účinný dezinfekční a oxidační prostředek reaguje s organickými či anorganickými látkami nevznikají vedlejší chlorované produkty s velkou účinností ničí viry a bakterie krátkodobý účinek v místě aplikace (krátký poločas rozpadu) není schopen odstraňovat biofilm z vnitřních ploch rozvodných systémů nemůže být vyráběn a skladován, je nutno jej vyrábět na místě použití vysoce toxický a těkavý není možné připustit existenci ozonu na výstupu ze systému vysoké investiční náklady - prostorová náročnost budova ozonizace, vymírací nádrže, etc. Možnosti aplikace na ÚV Podolí: Bylo by nutné kombinovat s dávkováním prostředku s déle působícími desinfekčními účinky. Dávka O 3 - cca 0,2 g/m 3, prům. spotřeba O 3 při Qprům. činí 8,64 kg/den Spotřeba el.energie na výrobu 1 kg O3: 10 kwh Investiční náklady: cca Kč. Provozní náklady při prům. výkonu (500l/s) činí cca 268 Kč/den OLIGODYNAMICKÉ VLASTNOSTI KOVŮ Ag +, Cu 2+ působí už ve stopových koncentracích baktericidně Využití jako algicidů problém s udržením konstantní koncentrace iontů Cu a Ag ve vodě problematické měření Ag jen v laboratoři pomocí spektroskopie soli stříbra jsou ve vodě málo rozpustné, reagují s chloridy následuje vysrážení a stávají se neúčinné vůči mikroorganismům 172

7 Doporučená dávka: Ag + : 0,02 0,04 ppm (ml/m 3 ), Cu 2+ : 0,2 0,4 ppm Hygienický limit pro obsah stříbra v pitné vodě je 50 µg/l a pro měď 1 mg/l (jedná se o nejvyšší mezné hodnoty). Možnosti aplikace na ÚV Podolí: nejsou SAGEN - přípravek k jednorázovému zabezpečení individuálních zdrojů pitné vody proti náhodnému mikrobiálnímu znečištění. k dezinfekci menších zdrojů pitné vody sanace studní přípravek není určen k provádění průběžné dezinfekce četnost aplikace je možná maximálně 2x ročně minimální expoziční doba je 24 hodin není vhodný pro průtočné systémy Možnosti aplikace na ÚV Podolí: nejsou 4. Porovnání provozních a investičních nákladů 3500 Provozní náklady Cena (Kč/den) ClO2 Cl2 UV CHLORAM. MIOX NaClO O3 Obr.1 Investiční náklady Cena (Kč) ClO2 Cl2 UV CHLORAM. MIOX NaClO O3 Obr.2 173

8 Načítání provozních nákladů - za 1-5 a 10 let Cena (Kč) Roky ClO2 Cl2 UV CHLORAM. MIOX NaClO O3 Obr.3 5. Závěr Na základě vyhodnocení alternativních variant hygienického zabezpečení pitné vody na výstupu z ÚV Podolí (znázorněného v grafické podobě v kapitole 4.) lze konstatovat, že nejvhodnější variantou řešení stávajícího stavu je oprava potrubí na plynný chlor a ponechání zabezpečení pitné vody na ÚV Podolí plynným chlorem. V případě zavedení technologie dávkování chlordioxidu je velké riziko kvalitativních problémů v distribuční síti rozpouštění inkrustů, které dohromady s vysokými provozními náklady tvoří velkou nevýhodu. Hygienické zabezpečení vody UV zářením je vynikajícím řešením pro úpravu SV obsahující parazitické prvoky Cryptosporidia, Gardia, Escherichia Coli, které jsou velmi rezistentní vůči chloru. To není problém, který by bylo nutné v ÚV Podolí řešit. Při úvaze zavést desinfekci pitné vody UV zářením na výstupu z ÚV Podolí je potřeba kombinovat s dalším HZ nečastější kombinace je chloraminace. Kombinací fyzikálního a chemického zabezpečení dosáhneme trvalejší HZ pitné vody i v distribučním systému. Spojení těchto dvou technologií však vyžaduje zároveň i dávkování plynného chloru při chloraminaci, i když v menším množství. Tím se významně zvyšuje cena této kombinace HZ. Použití samotného chlornanu sodného je rovněž nevhodnou volbou v případě ÚV Podolí, neboť je problematická jeho doprava a skladování (velké objemy) a proto se používá pro méně kapacitní úpravny vody nebo jen jako dochlorování akumulace nebo sítě. Technologie MIOX v sobě zahrnuje spojení velkých provozních i investičních nákladů ve srovnání s plynným chlorem a ozonizací. Další zmíněné metody jsou pro úpravnu vody Podolí nevyhovující. Kontakt petra.batkova@pvk.cz, pavla.dobra@pvk.cz 174