Pro úpravu vody lze použít různé technologie a procesy, které provozovatelům pomáhají s různou úspěšností za odlišných nákladů řešit vodohospodářské problémy. V oblasti hygienického zabezpečení pitné vody i vod užívaných pro další účely se přes různé trendy stále nejčastěji používá různých forem chlorace. Dezinfekce chlórem je efektivní a ekonomická, vodohospodáři používaná již více než 100 let, tedy dobře popsaná a známá. Jednou z jejích hlavních výhod pro provozovatele je kromě okamžitému zabezpečení vody, také obrana proti následné kontaminaci upravené vody mezi místem úpravy a konzumentem díky zbytkovému chlóru.
Otázkou ale zůstává, jaká forma chlorace je s přihlédnutím k mnoha aspektům nejvhodnější. Výhodným východiskem může být aplikace dezinfekčního roztoku na bázi chlóru v místě použití. Jednou z těchto technologií je technologie MIOX, která nabízí vylepšení k mnohým kontroverzním hlediskům chlorace jako je vznik vedlejších produktů chlorace (trihalogenrnethany - TI-IM apod.), kvalitní a efektivní zabezpečení vody, bezpečnost a spolehlivost a další...
Posouzení vlivu dezinfekce vody MIOX na kvalitu vody z hlediska
zdravotního rizika a porovnání s chlornanem sodným
Lubomír Macek, Ing., CSc.; Eva Cyhelská, Ing.
Aquion s.r.o., Dělnická 38, 170 00, Praha 7, tel:(+421) 283 872 265, konference: Pitná voda Trenčianské Teplice 2008
2. Princip a přínos technologie
Dezinfekční technologie M1OX je v Evropě poměrně nová a stále málo známá technologie s širokým polem využití, převážně však pro úpravu a hygienické zabezpečení pitné vody. Základním principem výroby směsných oxidantů chlóru v místě použití pro dezinfekci a hygienické zabezpečení vody je elektrolýza slané vody, což je technologie, která ve vodním hospodářství nahrazuje použití plynného chlóru, chloridoxidu a chlornanu sodného. Pro výrobu chlóru touto cestou je potřeba pouze voda, chlorid sodný a elektrická energie.
Přínosem technologie je její bezpečnost, jednoduchost a dostupnost. Výhodami směsných oxidantů je jejich dobrá inaktivační účinnost, nižší dávka do systému vnášeného chlóru pro dosažení stejných účinků a nižší produkce vedlejších produktů dezinfekce.
Nepřehlédnutelná je i schopnost odstranění biofilmu ze sítě a stabilita chlóru v systému. V prvním případě je odstraněno živné prostředí pro mikroorganismy a tím snížení rizika nárůstu kontaminantů vody ve vodohospodářských aplikacích, v energetickém průmyslu zas může tento přístup uspořit finance zefektivněním přenosu tepla na tepelných výměnících apod.
2.1. Co jsou směsné oxidanty
Kalifornský technický institut [1] ve spolupráci s Jet Propulsion Laboratory a Miami University v Ohiu [2], se pokusili stanovit složení oxidantů z buňky MIOX. Vzhledem k tomu, že výchozí surovinou je pouze chlorid sodný NaCI a voda H20, jakýkoliv produkt elektrolytického procesu musí být sloučeninou kyslíku a chlóru z výchozích surovin. Je obecně známo, že mnoho dalších druhů oxidantů nemůže být v přítomnosti silného chlorného základu nejen detekováno standardními analytickými postupy, ale také nemůže po žádný čas spoluexistovat s chlórem. Ve všech předchozích studiích byl chlór posuzován jako doposud jediná měřitelná složka v roztoku směsných oxidantů. Za pomoci státem financovaného grantu zkoumá Univerzita Severní Karolíny (USA) nové analytické postupy, abychom lépe rozuměli širšímu chemismu směsných oxidantů.
2.2. Postup výroby
Technologie MIOX používá pouze sůl, vodu a elektřinu k výrobě velmi zředěného roztoku chlóru. Můžeme vyrobit bud' nízko koncentrovaný roztok chlornanu sodného nebo chlóru pod obchodním názvem směsné oxidanty chlóru. Koncentrace chlóru v roztoku je nižší než 1%, což znamená, že nejsou potřeba žádné zvláštní bezpečnostní opatření. Použití zařízení pro výrobu dezinfekčního roztoku v místě eliminuje transport a skladování nebezpečných látek jako je například plynný chlóru nebo chlornan sodného, odstraňuje riziko potenciálních nehod při manipulaci s oxidantem a chrání nejen provozní zaměstnance úpravny, ale také sousedící obyvatelstvo před možným ohrožením [4].
Pro napájení elektrolyzéru je potřeba měkká voda. Koncentrovaný roztok chloridu sodného (NaCl) je čerpán do elektrolyzéru (viz Obr. 1). Elektrolýzou je pak ze slané vody vyráběn chlór. Při elektrolýze dochází k vývinu vodíku, který je pomoci ventilačního systému odvětráván do atmosféry mimo budovu. Sůl je skladována mokrým způsobem v zásobnících s intervalem doplňování od 1. týdne. Vyrobené směsné oxidanty jsou skladovány v nádrži na oxidanty. Výroba a spotřeba oxidantů probíhá ve 24-hodinovém cyklu a umožňuje tak, aby bylo zařízení navrženo na maximální denní kapacitu či využívalo období s nižší cenou elektrické energie.
Obr. 1 Schéma technologie výroby směsných oxidantů s použitím přenosného dezinfekčního kufříku BPS, vhodného nejen pro krizové situace.
3. Test toxicity na populaci pstruha duhového
V Kanadě byl v roce 1997 proveden předběžný test toxického působení roztoku směsných oxidantů chlóru MIOX a chlornanu sodného na populaci pstruha duhového na 10 živých exemplářích pstruha duhového s cílem určeni toxicity pomocí hodnoty LC50 roztoku směsných oxidantů chlóru MIOX a jejich porovnání s toxicitou chlornanu sodného [3].
Podstatou testů toxicity je zjištění střední účinné (efektivní) letální koncentrace. LC50, která představuje koncentraci zkoušené látky mající za následek 50 % úhyn ve vztahu ke kontrolnímu vzorku. Ve studii byla použita 96 hodinová expozice testovaných vzorků na organizmy. Koncentrace chlóru ve vyrobeném roztoku MIOX (0,4% objemově) byla 4 mg Cl2/l a koncentrace v naředěném roztoku chlornanu sodného (0,01% objemově) byla 3,5 mg Cl2/l.
3.1. Průběh testů toxicity
Test probíhal tak, že vybraná skupina organizmů byla postupně vystavována vzorkům o stanovených koncentracích (0; 0,10; 0,25; 0,50; 0,75 a 1,0mg/1) a byl sledován početní úbytek vybrané populace. Z výsledků pak byla adekvátní metodo dopočítána hodnota LC50. Výsledky testu jsou vidět v tab.
3.2. Výsledky testů toxicity
Jelikož u MIOXU přežilo při všech testovaných koncentracích minimálně 80 % populace, hodnota Lc50 byla určena jako vyšší než hodnota 1 mg /1. Pro vzorek chlornanu sodného byla vypočítána hodnota LC50 = 0,89 mg/l. Zkouška prokazuje nižší toxicitu MIOXu oproti zředěnému roztoku chlornanu sodného.
4. Zkouška korozivity a formace vedlejších produktů dezinfekce
Ohledně problematiky působením koroze potrubí dezinfekčním roztokem M1OX bylo provedeno několik studií. Jednou z nich je čtyřtýdenní test, který byl proveden americkou firmou C&E Engineering Partners Inc. z Rhode Islandu pro stát Rhode Island ve spolupráci s městem Westerny v roce 2006. Tento nezávislý test potvrdil, že roztok směsných oxidantů MIOX způsobuje menší korozi než chlornan sodný. Cílem zkoušky bylo přímé porovnáni ošetřených vzorků z vodního zdroje města Westerly dezinfikovaných v jednom případě směsnými oxidanty MIOX a v druhém chlornanem sodným a určení poměru korozivity a vzniku vedlejších produktů.
4.1. Průběh testů korozivity
-
- Pro namodelováni stejných podmínek jako ve westerlyské městské vodovodní síti bylo upraveno pH vzorku přidáním hydroxidu draselného na pH 8.0
- byly přidány polyfosforečnany pro inhibici koroze (1 mg/1)
- K testu byly použity proužky: měděné (Cu), olověné (Pb) a měděné potažené z 50 % cínovou a z 50 % olověnou směsí (simulace kovových spojů ve vodovodním potrubí)
Chováni vzorků bylo testováno ve dvou různých koncentracích volného chlóru a to dávkováním 0,2 mg/1 a 1,2 mg/1 C12 s použitím bud' směsných oxidantů MIOX anebo chlornanu sodného. Testovaly se koncentrace celkové mědi, celkového olova a u proužků se směsným povrchem koncentrace mědi i olova najednou. Rozbory byly provedeny nezávislou analytickou laboratoří.
Zároveň proběhly také doplňující testy pro zjištění množství případného vzniku vedlejších produktů dezinfekce jako jsou trihalogenmethany (THM), kyseliny chloroctové (HAA5) a množství a trvanlivost zbytkového chlóru po proběhnutí celého čtyřtýdenního testu. V tomto testu byly všechny tři proužky vystaveny působeni koncentrace 1 mg/1 volného chlóru s použitím buď směsných oxidantů MIOX nebo působením chlornanu sodného.
4.2. Výsledky korozivity
Analýzy vzorků ošetřených směsnými oxidanty MIOX ukázaly nižší koncentraci mědi a olova při obou koncentrací dávkovaného chlóru. Tab. 2 ukazuje průměrné koncentrace kovů u jednotlivých typů proužků ze čtyř týdenních testů.
Tab. 3 ukazuje výsledky po celém průběhu testů. Chlornan sodný dosáhl 5,7x vyšších výluhů v případě olověného proužku a1,4x vyšší v případě měděného vzorku oproti roztoku ošetřeném MIOXem.
4.3. Výsledky formace vedlejších produktů dezinfekce
Zkoušky také ve všech případech měření ukázaly, že při ošetření vody roztokem MIOX vzniká menší množství vedlejších produktů jako je THM a HAA5 než při aplikaci stejného množství dávky chlornanu sodného.
5. Závěr
Dlouholeté zkušenosti ukázaly, že zařízeni MIOX pro výrobu v místě použití se snadno udržuje a obsluhuje a provoz stojí méně než tradiční alternativy s chlórem, s možnou návratností investice mezi 1 až 7 lety dle velikosti dávky chlóru. Plynný chlór je toxický plyn a představuje tak potenciální riziko pro provozovatele, okolí provozu a životní prostředí, dovážený chlornan sodný vyžaduje zase velké přepravní objemy a značné náklady na
dopravu. Směsné oxidanty jsou z těchto hledisek bezpečnější a šetrnější k životnímu prostředí, což je v dnešní době aspekt, na který se klade stále větší důraz. Koncentrace výsledného roztoku chlóru odstraňuje riziko potenciální nehody a chrání nejen provozní zaměstnance úpravny, ale také okolí před možným ohrožením.
Dávka směsných oxidantů chlóru je často až o třetinu nižší než u plynného chlóru. Na rozdíl od nákupu chlornanu sodného výroba v místě použití stabilizuje proces úpravy vody. Výroba dezinfekčního roztoku v místě použití proto představuje možnost, jak vylepšit proces hygienického zabezpečení vody ve vodovodních sítích. Vzhledem ke stoupajícím cenám ropy a požadavkům konzumentů na kvalitu, chuť a pach pitné vody, se může stát výroba v místě použití nutností.
Četné testy a studie a rozsáhlé aplikace po celém světě v různých oblastech vodního hospodářství, ale i v dalších typech průmyslu, jako je potravinářský a nápojový průmysl, či v energetice, prokázaly, že MIOX nabízí vhodnou alternativu k běžně používaným způsobům dezinfekce.
Literatura
[1] Bean, B.D. and M. Okumura (September 2002). Division of Chemistry and Chemical Engineering, California Institute of Technology, Pasadena, CA. "Mass Spectrometric Analysis of MIOX Headspace: Progress Report.".
[2] Gordon, Gilbert (May 1998). Miami University. Electrochemical. Mixed-Oxidant Treatment: Chemical Detail of Electrolyzed Salt Brine Technology. Oxoford, Ohio. pp. 39-40.
[3] Merchant, C. (1997):Protokol výsledků testu - Interim Rainbow Trout Toxicity Results 9/759-01, Environmental Servises - Industry and Government, Vancouver, Canada
[4] Venczel, L. V. et al.(1997): Evaluation and Application of a Mixed Oxidants Desinfection System for Waterborne Desease Prevention", Ph.D. Disertation, Dep. Of Env. Sc. And Eng., Un. OfNorth Karolina, Chapell Hill, NC.