03.03.2017

1

Vodárenství – zásobování

vodou

2. hodina

Pitná voda

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 18.–19. 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. 1993

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.

03.03.2017

2

Úprava vody

Vhodný technologický postup úpravy

vody se aplikuje v závislosti na jakosti

surové vody

Pro úpravu vody se mohou použít jen

schválené technologické postupy

Distribuce vody

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!!!

Hygienické chyby v distribuci

Město Cabool (stát Missouri, USA), cca

3 000 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.

Ve městě Cabool (stát Missouri, USA), kde v době epidemie žilo přibližně 3 000 obyvatel, popraskal v zimě 1989/90 při silných mrazech (-28°C) na několika místech

Stavby pro zásobování vodou

Úpravny vody:Pitná voda je definovaná jako zdravotně nezávadná, jestliže při trvalém požívání nevyvolá onemocnění nebo poruchy zdraví a její smyslově postižitelné vlastnosti nebrání jejímu požívání.

Soubor obecných ukazatelů jakosti pitné vody:

mikrobiologické a biologické ukazatele,

fyzikální a chemické:

toxikologické,

smyslově postižitelné,

ostatní,

radiologické

Požadavky na vlastnosti pitné vody stanoví ČSN 75 7111

Stavby pro zásobování vodou

Úpravny vody:

Stavby pro zásobování vodou

Úpravny vody:

03.03.2017

3

Stavby pro zásobování vodou

Úpravny vody:

Stavby pro zásobování vodou

Úpravny vody:

Stavby pro zásobování vodou

Úpravny vody:

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

Stavby pro zásobování vodou

Úpravny vody:

03.03.2017

4

Stavby pro zásobování vodou

Úpravny vody:

Stavby pro zásobování vodou

Úpravny vody:

Odželezování a odmanganování

Principem je oxidace sloučenin železnatých (Fe2+) a manganatých (Mn2+) sloučenin na vyšší mocenství, v němž vytvářejí vločkovitou suspenzi, odstranitelnou separací. Během oxidace spolupůsobí železité a manganové baktérie.

4 Fe(HCO3)2 + O2 + H2O = 4 Fe(OH)3 + 8 CO2

Oxidace vzdušnýmkyslíkem

3 Fe2+ + MnO4- + 4 H+ → MnO2 + 3 Fe3

+ + 2 H2O

3 Mn2+ + 2 MnO4- + 2H2O → 5 MnO2 + 4 H+

Oxidace manganistanem draselným

Metody dezinfekce vody

> 95 % - Chlorace

Zásobování pro populaci < 10.000

1 % - Ozonace

5 % - Chlordioxid

25 % - Chloraminace

70 % - Chlorace

Dezinfekční prostředky s chlorem

CHLORNAN SODNÝ (NaClO) 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.

SAVO čištěný chlornan sodný patří v současné době mezi velice používané dezinfekční prostředky. Obsah aktivního chloru se dle

vyráběného druhu přípravku SAVO pohybuje v rozsahu 40-60 g chloru v 1 l roztoku.

CHLORAMIN (= sodná sůl benzensulfochloraminu) 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 %.

CHLOR 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:

Cl2 + H2O 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 O2

03.03.2017

5

Dávky chloru

Při dezinfekci chlorovými preparáty (chlor, chlornan sodný, chloramin, chlordioxid) je normou ČSN 757111 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.

Ultrafialové záření (UV)

UV-záření je elektromagnetické záření od cca 100 do 400 nm.

Využitelné germicidní účinky vykazuje především oblast záření v rozmezí cca 240-290 nm. Principem UV dezinfekce je fotochemická změna deoxyribonukleové kyseliny (DNA) při záření 260-265 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

Organismus Koagulace a

sedimentace

(% odstranění)

Rychlofiltrace

(% odstranění)

Pomalá filtrace

(% odstranění)

Celkové

koliformní

74 - 97 50 - 98 > 99.999

Fekální kolifomy 76 - 83 50 - 98 > 99.999

Enterické viry 88 - 95 10 - 99 > 99.999

Giardia 58 - 99 97 - 99.9 > 99

Cryptosporidium 90 99 99

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.

Kategorie odstranitelnosti organismů

z vody její úpravou

Kategorie Charakteristika upravitelnosti

vody

Odpovídající

kategorie ČSN 75

7214

I velmi dobře odstranitelné organismy pouhou

pískovou filtrací

A

II dobře odstranitelné organismy, např. koagulční

filtrací (s nízkou dávkou koagulantu)

B

III organismy odstranitelné dvoustupňovou úpravou

(s optimální dávkou koagulantu)

C

IV organismy odstranitelné dvoustupňovou úpravou

s dávkováním pomocného flokulantu, aplikací

oxidačních prostředků v technologickém procesu a

popř. i filtrací přes zrněné aktivní uhlí

C

V organismy neodstranitelné na mez přípustnou ČSN

75 7111 „Pitná voda“ ani velmi složitou technologií

D

Stavby pro zásobování vodou

Úpravny vody:

03.03.2017

6

Cryptosporidium

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.

Kryptosporidióza - praxe

1 600 000 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 400 000

obyvatel, zemřelo 70 lidí, odstranění následků:

léčba a technická opatření – 96 mil USD

Úpravna vodyTechnologický 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 1 400 a DN 1 600. 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 m2,

filtrační materiál je křemičitý písek o zrnitosti 1,1 - 1,6 mm.

Filtrační cyklus se pohybuje v rozmezí 24 - 72 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 17 000 m3.

8. distribuce pitné vody Z regulačních vodojemů je voda odváděna štolovým přivaděčem do vodojemu v Jesenici, který se

skládá ze 4 komor, každá má objem 50 000 m3.

indikátory obecného znečištění vod

(organotrofní mezofilnía psychrofilní b.)

indikátory fekálního znečištění vod

(koliformní b., enterokoky, anaerobní klostridia

patogenní a podmíněněpatogenní bakterie

(onemocnění lid a zvířat)

baktérie tzv. funkčních skupin(železité, manganové)

Problémy v technologii

Bakterie v pitných vodách Základem mikrobiologického vyšetřovánípitných vod je sledování výskytu baktérií, které indikují obecné a fekálníznečištění vody.

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. stability1. 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