ÚV III. Mlýn variantní řešení technologické linky

ÚV III. Mlýn variantní řešení technologické linky Ing. Pavel Středa 1) ; Ing. Aleš Líbal 2) ; Ing. Karel Blažek 3) 1) Hydroprojekt CZ a.s., 2) Severočeská vodárenská společnost a.s., 3) Severočeské vodovody a kanalizace a.s. Úvod V roce 2010 bylo na základě objednávky vlastníka úpravny vody (Severočeská vodárenská společnost a.s.) vypracováno variantní posouzení inovace technologické linky úpravny vody III. Mlýn. Studie se poté stala jedním z hlavních podkladů pro rozhodování investora o dalším osudu úpravny vody. Úpravna vody III. Mlýn byla uvedena do provozu v roce 1961. Surová voda pro výrobu pitné vody je odebírána z vodárenských nádrží Kamenička a Křímov a břehovým odběrem z vodního toku Chomutovka. Díky svému umístění je určena především pro zásobení města Chomutova a jeho nejbližšího okolí. Úpravna vody se v současné době potýká s řadou problémů, které jsou zejména způsobeny využíváním zastaralého technologického zařízení, ale i zhoršující se kvalitou surové vody. Největším problémem úpravny vody však je technologická linka kalového hospodářství, která je v současné době na hranici své použitelnosti. Co předcházelo zpracování srovnávací studie? V roce 2005 zpracovaly Severočeské vodovody a kanalizace a.s., studii rekonstrukce úpravny vody. Na základě výše uvedené studie byl schválen investiční záměr rekonstrukce. V letech 2007 2009 zpracoval Hydroprojekt CZ a.s. dokumentaci pro územní rozhodnutí (DÚR) a stavební povolení (DSP). V rámci zpracování dokumentací bylo rozhodnuto o přestavbě technologické linky na dvoustupňovou úpravnu vody. Úpravna byla postavena jako monoblok a její rekonstrukce je proto technicky velmi náročná, což se promítá i do výše potřebných investičních nákladů na provedení rekonstrukce. Vzhledem k výši investičních nákladů z DSP potřebných na provedení rekonstrukce technologické linky úpravny vody III. Mlýn se investor akce rozhodl provést nové komplexní posouzení možných alternativních řešení (srovnávací studie). Cílem posouzení bylo nalézt možné úspory investičních nákladů na rekonstrukci s přihlédnutím k separační účinnosti zvolené technologie. Definice zadání srovnávací studie V rámci zadání byly definovány zásadní návrhové parametry úpravny vody (zdroje surové vody, výkon úpravny vody 50 120 190 l/s atd.) a okrajové podmínky variantního řešení (maximální využití stávajících objektů, minimalizace nákladů na rekonstrukci). Rozsah porovnání jednotlivých variant byl definován v těchto základních parametrech: účinnost technologií po jednotlivých ukazatelích, faktory omezující jednotlivé technologie, dopady jednotlivých technologií do chemického hospodářství, délka filtračního cyklu, způsob praní, intenzita praní, objem pracích vod, dopad do kalového hospodářství, spolehlivost provozu a výše investičních a provozních nákladů. 117

Kvalita surové a upravené vody Zdroje surové vody jsou zatíženy lidskou činností, která se projevuje ve vyšším obsahu především mikroorganismů. Surová voda je pravidelně zatěžována zákaly, barvou, manganem, železem a huminovými látkami. Špičkové hodnoty mají zpravidla dlouhodobější charakter. Z hlediska kvality upravené vody je možné konstatovat, že se úpravna vody III. Mlýn potýká s občasnými problémy, i když ne zásadními. Úpravna vody zajišťuje plnění vyhlášky MZe č.252/2004 Sb. s výjimkou ukazatelů hliník, CHSK Mn, mangan a železo - překračování limitních hodnot je v četnosti výskytu v řádu jednotek procent. Technologická linka úpravny vody je sice schopna s dostatečnou účinností reagovat na znečištění surové vody, ale ne vždy je schopna dostatečně rychle reagovat na změny v požadované výši výroby a na proměnlivé hodnoty znečištění v surové vodě. Stávající technologická linka úpravny vody Stávající technologická linka úpravny vody III.Mlýn se skládá z těchto částí: odběrné objekty surové vody (VD Kamenička, VD Křímov, vodní tok Chomutovka), přerušovací komora s malou vodní elektrárnou, dávkování chemikálií (vápenný hydrát, síran hlinitý, polymerní flokulant), dva proudové rychlomísiče, šest pískových rychlofiltrů, dva dvouvrstvé filtry s filtrační náplní tvořenou filtračním pískem a granulovaným aktivním uhlím, UV záření, dávkování chemikálií (vápenný hydrát, chlor, síran amonný, Albaphos), akumulace upravené vody a kalové hospodářství. Na základě zhodnocení provozních podmínek a technického stavu úpravny vody byly stanovena tato nejdůležitější opatření, která je nutné v rámci rekonstrukce provést: zvážit způsob přípravy suspenze změna uspořádání trubního vedení, vzhledem k vývoji kvality surové vody je nutné zvážit doplnění prvního separačního stupně, rekonstrukci pískových filtrů a filtrů s granulovaným aktivním uhlím, rekonstrukci kalového hospodářství, rekonstrukci dožilého technologického zařízení, sanaci stavebních konstrukcí. Varianty technologické linky úpravy vody posuzované ve studii Jednotlivé varianty vycházejí ze zadání studie a z projednání technického řešení jednotlivých variant s objednatelem studie. Posuzované varianty byly následující: 1. jednostupňová úpravna vody 6 jednovrstvých pískových filtrů, 2. jednostupňová úpravna vody 4 jednovrstvé pískové filtry, 3. jednostupňová úpravna vody 4 dvouvrstvé filtry, 4. jednostupňová úpravna vody 4 dvouvrstvé filtry Filtralite, 5. dvoustupňová úpravna vody 4 jednovrstvé pískové filtry (flotace v 3.NP), 6. dvoustupňová úpravna vody 4 jednovrstvé pískové filtry (flotace v 1.NP), 7. jednostupňová úpravna vody membrány. Varianta č. 5 představuje technologickou linku, na kterou již bylo vydáno stavební povolení [4]. 118

Závěry a doporučení z provedeného porovnání Jak je již výše v příspěvku uvedeno porovnání jednotlivých variant bylo provedeno velmi komplexně. Pro názornost uvádíme, jaký byl např. celkový objem odpadních vod z jednotlivých variant (viz obr. 1). Na základě stanovení celkového objemu odpadních vod byl proveden návrh kalového hospodářství. Nejmenší střední návrhový výkon flotace na kalovém hospodářství vychází pro variantu č. 5, největší pro varianty č. 1 a 2. Celkový objem odpadních vod [m 3 /d] 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 1 výkon 120 l/s ÚV III. Mlýn - celkový objem odpadních vod 2 3 4 5 6 Varianta č. výkon 190 l/s 7 Na základě provedeného porovnání jednotlivých variant je zřejmé, že již vyprojektované řešení (varianta č. 5) v rámci [3] a [4], představuje co do spolehlivosti provozu nejbezpečnější řešení, což je vykoupeno vyššími investičními náklady na případnou rekonstrukci. Obr 1. Celkový objem odpadních vod jednotlivých variant Rekonstrukci úpravny vody na technologickou linku popsanou ve variantách č. 1 a 2 lze považovat za ne příliš velký přínos oproti stávajícímu stavu byla by doplněna příprava suspenze a řešeno kalové hospodářství. Lze však předpokládat mírné zlepšení oproti stávajícímu stavu. Nelze však očekávat, že by takto navržená úpravna vody měla vysokou stabilitu separační účinnosti i při případných výkyvech v zatížení (kvalita surové vody). Z porovnání případných jednostupňových úpraven vody vychází nejlépe varianta č. 4, tj. dvouvrstvá filtrace Filtralite (uspořádání náplně MonoMulti ). Tuto variantu lze z případných jednostupňových úpraven vody doporučit investorovi nejvíce ke zvážení. Specifickou kategorii tvoří varianta č. 7, tj. keramické membrány. Tato varianta se co do spolehlivosti separace znečištění jeví jako velmi vhodná (náhrada dvou separačních stupňů), avšak jako problematický se zdá být souběh max. znečištění surové vody a max. výkon úpravny vody. Při návrhu technologické linky na výše uvedený stav dochází k velkému nárůstu pracích cyklů a tím i větší produkci odpadních vod. Na základě provedeného variantního posouzení se objednatel rozhodl, že bude pro rekonstrukci technologické linky úpravny vody vycházet z varianty č. 6 zpracované srovnávací studie. Tato varianta byla v závěrech srovnávací studie označena jako nejlepší alternativní řešení k již vyprojektované variantě č. 5. U varianty č. 6 lze předpokládat dobrou separační účinnost a to i vzhledem k poměrně rychle měnící se kvalitě surové vody, avšak s vynaložením nižších investičních nákladů na rekonstrukci než u původně uvažované varianty č. 5. Výše uvedené výhody jsou však vykoupeny určitými omezeními navrhované technologické linky (např. separační účinnost flotace, omezení výkonu úpravny vody). 119

Popis vybrané varianty č. 6 Navrhované uspořádání technologické linky úpravny vody varianta č. 6: jímací objekty surové vody (VD Kamenička, VD Křímov), dvoukomorová přerušovací nádrž s elektrárnou, dávkování chemikálií před flokulací a flotací (oxid uhličitý, vápenný hydrát, síran hlinitý), flokulace + flotace (DAF), dávkování chemikálií (polymerní flokulant, vápenný hydrát), čtyři pískové rychlofiltry, dva filtry s granulovaným aktivním uhlím, UV záření, dávkování chemikálií (oxid uhličitý, vápenný hydrát, chlor, síran amonný, dávkování albaphosu), akumulace upravené vody, kalové hospodářství. U varianty č. 6 je nutné zdůraznit řešení prvního separačního stupně - flotace rozpuštěným vzduchem (DAF). Volba této technologie byla provedena na základě poloprovozních zkoušek, které proběhly na úpravně vody Jirkov [8]. Úpravna vody Jirkov upravuje surovou vodu obdobného složení jako úpravna vody III. Mlýn. Střední návrhový výkon flotace 2 43,0 l/s, při povrchovém zatížení 13,7 m/h. Takto navržená flotace nepokryje případný souběh max. zatížení surové vody a max. výkonu úpravny vody (190 l/s), což je způsobeno omezenými prostorovými možnostmi (vestavba do stávajících prostorů) možná úspora investičních nákladů. Při provozování flotace na maximální výkon úpravny vody musí být flotace konstrukčně uzpůsobena tomuto provozu (např. stavitelná odtoková hrana, přepouštění dílčí části vody obtokem flotace). Dalším možným a zřejmě i nezbytným řešením je, že při souběžném max. znečištění surové vody a max. výkonu úpravny vody a bude nutné snižovat výkon úpravny vody. Na základě projednání koncepce technického řešení kalového hospodářství bylo rozhodnuto, že pro zpracování odpadních vod bude zvoleno strojní zpracování pomocí flotace a šnekového lisu. Toto řešení kalového hospodářství je již v provozu na ÚV Souš. Technologická linka byla navržena v návaznosti na [7],[8] a [9] v tomto uspořádání: vyrovnávací nádrže pracích vod, flotace, šnekový lis. Co následovalo po odevzdání studie? V rámci závěrů srovnávací studie bylo objednateli, vzhledem k významu úpravny vody (nejedná se špičkovou úpravnu vody), doporučeno zvážit návrh úpravny vody na souběh prům. kvality surové vody / max. výkonu úpravny vody. Tímto opatřením by bylo možné najít další cestu k úspoře investičních nákladů na rekonstrukci úpravny vody. Majitel úpravny vody se v návaznosti na rozhodnutí o rekonstrukci úpravny vody na variantu č. 6 rozhodl (01. 2011) pro zpracování doplňujícího posudku. 120

Zadání posudku: v rámci posudku prověřit, zdali není možné vzhledem k přetrvávajícím problémům s kalovým hospodářstvím realizovat kalovou koncovku v předstihu před realizací rekonstrukce úpravny vody, provést porovnání návrhu technologické linky (varianta č. 6) úpravny vody na souběh prům. kvality surové vody / max. výkonu úpravny vody a max. znečištění surové vody / max. výkonu úpravny vody. Porovnání bude obsahovat posouzení dopadů na řešení kalového hospodářství. Posouzení realizace rekonstrukce KH v předstihu V rámci posudku byla ověřována možná realizace rekonstrukce kalového hospodářství v předstihu, před realizací vlastní rekonstrukce technologické linky a to bez nutnosti vyřadit úpravnu dlouhodobě z provozu. Návrh kalového hospodářství byl proveden na výhledový stav tj. dvoustupňová úpravna vody, varianta srovnávací studie č. 6. Následoval nejtěžší krok a to případné přizpůsobení stávající technologické linky novému kalovému hospodářství. Specifikovat míru přizpůsobení nebylo jednoduché, protože jednostupňová úpravna vody produkuje v tomto případě cca dvojnásobné množství odpadní vody, než úpravna vody dvoustupňová. Toto přizpůsobení mj. znamená i nutnost realizace některých opatření v předstihu před celkovou rekonstrukcí úpravny vody (např. pořízení nových dmychadel pracího vzduchu a jejich přemístění do nové pozice). Tato opatření však nejsou provizorii a neznamenají zvýšení celkových předpokládaných investičních nákladů na rekonstrukci. Závěrem posouzení je konstatování, že realizace kalového hospodářství v předstihu je množná, avšak s výkonovým omezením úpravny vody (v návaznosti na kvalitu surové vody) během vlastní realizace rekonstrukce a poté i při samotném provozování nového kalového hospodářství. Jelikož by se však jednalo o přechodný stav (cca dvouletý provoz) lze předsunuté řešení problémů stávajícího kalového hospodářství i za cenu výkonových omezení úpravny vody doporučit. Výsledky z porovnání návrhů technologické linky (max./max. X prům./max.) Na základě porovnání návrhů je zřejmé, že při návrhu technologické linky na souběh prům. kvality surové vody / max. výkonu úpravny vody lze předpokládat úsporu investičních nákladů na rekonstrukci. Při tomto návrhu totiž dochází k nemalému snížení objemu odpadních vod z technologické linky. Při návrhu max./max. je předpokládaný objem odpadních vod cca. 985 m 3 /den, při návrhu na souběh prům./max. je objem odpadních vod cca. 485 m 3 /den. Z výše uvedených objemů je patrné, že rozdíl mezi oběma návrhy je významný. Při provedení rekonstrukce na souběh prům./max. je možné snížit návrhový výkon flotace pro kalové hospodářství na cca polovinu oproti původně uvažovaným jednotkám. Tímto snížením výkonu je dále možné předpokládat nejen úsporu při nákupu flotačních jednotek a příslušenství, ale není v tomto případě ani nutné pro potřeby kalového hospodářství realizovat nový stavební objekt přístavek pro kontejnery na odvodněný kal. Nově navrženou flotaci by bylo možné umístit do stávajících prostorů úpravny vody. Avšak jak to už u důležitých věcí bývá, každé rozhodnutí má svůj rub a líc. V tomto případě je odvrácenou stranou tohoto rozhodnutí nutné snížení výkonu úpravny vody při zhoršené kvalitě surové vody (v příspěvku označenou jako max.). Tzn. při průměrné kvalitě surové vody by navržená technologická linka bezpečně zajistila výkon 190 l/s, při zhoršené kvalitě surové vody by bylo nutné snížit výkon úpravny vody na cca. 121

130 l/s. Z výše uvedených výkonových údajů je zřejmé, že při výrazně zhoršené kvalitě surové vody je nutné zajistit výrobu pitné vody na jiné úpravně vody zásobující Vodárenskou soustavu Severní Čechy. Závěr Při návrhu technologické linky je vždy nutné již na začátku prací definovat co od daného díla požadujeme. Zdali je vyžadováno stoprocentní řešení za cenu vyšších investičních nákladů, nebo zdali navrhnout levnější řešení, avšak s možnými dopady na distribuční systém dané lokality. Na druhou stranu teprve na základě podrobněji rozpracovaného technického řešení (např. na úrovni dokumentace pro stavební povolení), je možné podrobněji definovat celkovou finanční náročnost zvoleného řešení ve všech souvislostech. Tehdy investor akce opětovně posuzuje naplnění zadání a finanční efektivitu investice stejně jako v předprojektové přípravě. V případě významného nárůstu investičních nákladů oproti původnímu investičnímu záměru přichází na řadu hledání procesních a rozpočtových rezerv. Výsledkem zpětného posouzení může být i úprava zvoleného technického řešení, které s sebou může nést případné doplnění či přepracování projektové dokumentace. Na základě získaných zkušeností ze zpracované studie a poté i posudku na úpravně vody III. Mlýn lze konstatovat, že doposud provedené práce vedou k co nejoptimálnějšímu stavu, který současný investor vodohospodářského díla vyžaduje, tj. co nejpříznivějšího poměru mezi vynaloženými náklady na realizaci díla a kvalitou výsledného produktu. Literatura [1] Severočeské vodovody a kanalizace a.s. Teplice, Majer L. a kol., Studie Rekonstrukce úpravny vody III.Mlýn, prosinec 2005 [2] Suchý M., Návrh provozního řádu úpravny vody III.Mlýn, prosinec 1984 a průběžné aktualizace [3] HYDROPROJEKT CZ a.s., Drbohlav J. a kol., Rekonstrukce úpravny vody III.Mlýn, DUR, 12.2007 [4] HYDROPROJEKT CZ a.s., Drbohlav J. a kol., Rekonstrukce úpravny vody III.Mlýn, DSP, 10.2009 [5] ENVI PUR s.r.o., Červenka J. a Vondrysová J., Provoz mikrofiltrační jednotky AMAYA 5 na ÚV III.Mlýn, poloprovozní zkoušky, 07.2010 [6] W&ET Team, Dolejš P. a kol., ÚV Jirkov výsledky z modelového poloprovozu flotace, 10.2007 [7] Hydroprojekt CZ a.s., Drbohlav J. a kol., Úpravna vody Souš, rekonstrukce, poloprovozní ověření technologie kalového hospodářství, 12.2004 [8] Hydroprojekt CZ a.s., Drbohlav J. a kol., Úpravna vody Souš, rekonstrukce, TDW, 04.2006 [9] SčVK a.s., Rainiš L.: Úpravna vody Souš vyhodnocení zkušebního provozu 03.2010 [10] Drbohlav J., Dolejš P, Možnosti doplnění technologie úpravny vody o další technologické stupně, sborník konference Voda Zlín 2008, s.87 93, 2008 [11] HYDROPROJEKT CZ a.s., Středa P. a kol., Rekonstrukce ÚV III.Mlýn srovnávací studie, 10.2010 [12] HYDROPROJEKT CZ a.s., Středa P. a kol., Rekonstrukce ÚV III.Mlýn posouzení realizace kalového hospodářství, 02.2011 Kontakt email: pavel.streda@hydroprojekt.cz 122