Cílem práce vodárenských specialistů je vyrábět a dodávat pitnou vodu v dobré kvalitě, chutnou a zdravotně nezávadnou, vyrobenou s minimem rizika a za rozumných nákladů. Stávající způsoby dezinfekce a hygienického zajištění vody mohou vysoce kvalitní vodu, kterou vyrobíme v úpravně vody trochu znehodnotit. Využití směsných oxidantů vyráběných elektrolýzou ze solanky v místě použití pomáhá zlepšovat organoleptické vlastnosti vody, snižuje tvorbu vedlejších produktů dezinfekce a zároveň udržuje stabilnější zbytkový oxidant v rozsáhlých sítích. Směsné oxidant pomáhají zlepšovat kvalitu vody a snižovat rizika spojená s používáním nebezpečných látek a snižovat rizika spojená s distribucí vody. Příspěvek se zabývá zkušenostmi s aplikací technologie na výrobu směsných oxidantů v ČR, nejstarší zařízení jsou v době této přednášky devět a půl roku v provozu...
ZKUŠENOSTI S APLIKACÍ SMĚSNÝCH OXIDANTŮ
PRO OXIDACI, DEZINFEKCI A HYGIENICKÉ
ZABEZPEČENÍ V ČESKÉ REPUBLICE
Macek L.
Aquion, s.r.o., Osadní 324/12a, 170 00 Praha 7,
Česká republika
konference: Voda, Poděbrady 2017
KLÍČOVÁ SLOVA
Směsné oxidanty, snižování rizika při výrobě a distribuci vody, výroba elektrolýzou solanky v místě použití, zkušenosti s aplikací směsných oxidantů, zlepšování kvality vody.
ÚVOD
Cílem naší práce je zajistit, aby voda, dodávaná z veřejných vodovodů byla zdravotně nezávadná, chutná a vyrobená s minimem rizika při její výrobě a se sníženým rizikem při její distribuci a s rozumnými náklady. Dobré je také využít technologii, která znamená vylepšení kvality vody. Generátory směsných oxidantů zajišťují výrobu velmi kvalitního prvotřídního oxidantu v místě použití elektrolýzou solanky od malých aplikací až po největší města. Při použití tradičních technologií na bázi chloru může docházet k problémům se zápachem po chloru, technologie představují bezpečnostní a BOZP riziko, vznikají ve větší míře nechtěné produkty a mohou přispívat i k zarůstání potrubí. Technologie výroby směsných oxidantů je velmi spolehlivá s autonomním řízením, tj. s nízkými nároky na obsluhu a údržbu. V článku bych chtěl pojednat o některých přímých i zprostředkovaných zkušenostech s aplikací směsných oxidantů.
PROBLÉMY A OMEZENÍ TRADIČNÍCH TECHNOLOGIÍ NA BÁZI CHLORU Otázky vylepšení kvality dodávané vody jsou současně otázkami spojenými s vylepšením kvality života těch, kteří tuto vodu pijí a jinak používají. Každé i drobné vylepšení kvality vody je z tohoto hlediska významné. Zaměříme-li se na tradiční prostředky pro dezinfekci a hygienické zabezpečení vody jako je plynný chlor nebo chlornan sodný, může docházet k problémům s chlorovým zápachem, tyto chemikálie nemají dostatečné inaktivační vlastnosti a často podporují nárůst biofilmu, je velmi obtížné nějakým způsobem řídit zbytkový volný aktivní chlor na konci rozsáhlých sítí, pokud bychom to chtěli docílit, znamenalo by to velmi vysoké dávky. U chlordioxidu, který má o něco lepší vliv na chuť a pach vody musíme počítat s tím, že se jedná o velmi rizikovou technologii, závislou na lidském faktoru, jak ukazují zkušenosti z ČR a SR. Dávka chlordioxidu je omezena tvorbou chloritanů v pitné vodě, které jsou omezeny na 0,2 mg.ľ1. Pak často, abychom zajistili zbytkový chlor, je nutné kombinovat chlordioxid s dalším oxidantem. Použití chloradioxidu představuje nákladnou a rizikovou technologii.
JAKÉ MÁME MOŽNOSTI VÝROBY OXIDANTŮ V MÍSTĚ POUŽITÍ
Jedna produktová řada se skládá z tří typů generátorů chlornanu sodného Aquion MIOX řady H s kapacitou 11,3 – 703 kg ekvivalentu volného aktivního chloru za den. Jedná se o výrobu prostého chlornanu sodného s cílem dosáhnout co nejnižší provozní náklady na výrobu tohoto oxidantu.
Druhá produktová řada se skládá ze čtyř typů generátorů směsných oxidantů Aquion MIOX řady M s kapacitou 0,45 – 450 kg ekvivalentu volného aktivního chloru za den. Tato řada vyrábí směsné oxidanty s rozdílnými vlastnostmi od prostého chlornanu sodného. Rozdíly jsou v krátkosti uvedeny v následující části.
Obrázek 1a. Zařízení na výrobu směsných oxidantů pro dezinfekci a hygienické zabezpečení vody, město 10 000 obyvatel, úpravna 1. Toto zařízení dosáhlo 28 000 provozních hodin. Druhá generace generátorů.
Obrázek 1b. Zařízení na výrobu směsných oxidantů pro dezinfekci a hygienické zabezpečení vody, město 10 000 obyvatel, úpravna 2 (mám tu čest uvést do provozu první generátor v ČR)
MÝTY OKOLO SMĚSNÝCH OXIDANTŮ
Někdy se můžeme setkat s hlasy, které tvrdí, že elektrolýzou solanky nemůže vzniknout nic jiného než chlornan sodný. To je jeden z velkých mýtů. Zkušenosti ukazují, že při dodání většího množství elektrické energie lze za specifických podmínek rozkládat nejen sůl, obsaženou ve vodě, ale ve větší míře i vodu. Směsné oxidanty vznikají za zhruba dvojnásobné spotřeby elektrické energie a vyšší spotřeby chloridu sodného, než chlornan sodný vyráběný stejným postupem.
Dalším mýtem je používání tradičních oxidantů na bázi chloru. V úpravnách vody vyrábíme velmi kvalitní vodu, do které dávkujeme tradiční chemikálie na bázi chloru. To ovšem snižuje kvalitu vyráběné vody. U plynného chloru a chlornanu sodného zhruba třetina dávky zmizí a je dále neměřitelná, dále dochází k rychlému úbytku volného aktivního chloru. Zbytkový chlor v rozsáhlých distribučních systémech je s použitím těchto tradičních chemikálií obtížně řiditelný a znamená na buď dávkovat velmi vysoké dávky, nebo rezignovat na zajištění zbytkového volného aktivního chloru na konci distribučních sítí. Směsné oxidant jsou stabilnější, pravděpodobně díky svému složení a umožní lépe řídit zbytkový oxidant i v rozsáhlých systémech. Ukazují to praktické zkušenosti již přes deseti tisíc aplikací v různých sférách vodního hospodářství.
ČÍM SE LIŠÍ SMĚSNÉ OXIDANTY OD PLYNNÉHO CHLORU/CHLORNANU SODNÉHO
Výborná inaktivace mikroorganizmů
Inaktivuje mikroorganizmy včetně Legionelly, Pseudomonas, Salmonella, Listeria, Staphylococcus a Cryptosporidium o 1-4 řády rychleji než chlor.
Odstranění biofilmu
Odstraňuje biofilm a zabraňuje jeho následnému vzniku. Chrání veřejnost před nemocemi spojenými s bakteriemi navázanými na biofilm jako je např. Legionella.
Vylepšení přenosu tepla v chladících systémech
Omezuje tvorbu nárostů a usazenin, které mohou ovlivnit účinnost tepelné výměny v chladících vodních systémech nebo tepelných výměnících.
Možnost řízení zbytkového volného aktivního chloru i v rozsáhlých systémech
Dlouhá doba zdržení za malých dávek. Pomáhá snižovat počáteční dávku chloru až o 30 %, přičemž udržuje zbytkový chlor i v dlouhých distribučních systémech po delší dobu.
Nižší tvorba vedlejších produktů dezinfekce
Může pomoci redukovat tvorbu trihalomethanů (THM) a halogenoctové kyseliny (HAA5) až o 50 % při úpravě a v distribuční síti. Na rozdíl od chlordioxidu nevytváří chloritany a oproti ozonu minimalizuje vznik bromičnanů.
Mikroflokulace
Pomáhají snížit spotřebu koagulantu až na 40 % při použití v předúpravě za současného snížení finálního zákalu. Dochází také ke snížení celkové produkce kalu.
Oxidace železa a manganu
Díky oxidaci manganu a železa se docílí jejich snazšího odstranění běžnou koagulací a následnou filtrací či sedimentací. Zabraňují vzniku železitých potahů v aerátorech, tím snižují potřebu jejich čištění.
Vylepšení chuti a zápachu vody
I při dávkách do 3-4 mg.ľ1 není upravená voda cítit po chloru. Při dezinfekci směsnými oxidanty nedochází ke vzniku di- a trichloraminů, které jsou zdrojem nežádoucí chuti a zápachu vody po chloru. Chuť je dále vylepšena díky zamezení nárůstu řas.
Oxidace sirníků
Oxiduje sirníky bez tvorby pachuti a zápachu bez předchozího odčerpání chloru k pokrytí požadované potřeby vody.
Zlepšení kvality vzduchu
Zlepšuje pracovní prostředí v průmyslových halách a zážitky plavců v krytých bazénech tím, že eliminuje sloučeniny, které způsobují podráždění spojivek a zápach po chloru.
Snížení koroze
Snižuje rozpouštění olova a mědi v rozvodných potrubích, snižuje rychlost koroze stavebních konstrukcí krytých bazénů a ve vodojemech a akumulačních nádržích, snižuje korozi chladicích systémů.
Obrázek 2a. Zařízení pro výrobu směsných oxidantů pro dezinfekci a hygienické zabezpečení vody, významný průmyslový podnik s vlastní vodárnou. Čtvrtá generace generátorů.
|
Obrázek 2b. Zařízení pro výrobu směsných oxidantů pro dezinfekci a hygienické zabezpečení vody, další významný průmyslový podnik |
Oxidace amoniaku při dávkách pod bodem zlomu
Odstraňuje amoniak na nebo pod teoretickou koncentrací vyžadovanou pro oxidaci amoniaku a klasickou chloraci s bodem zlomu. Snižuje tvorbu dusitanů v pitné a odpadní vodě a odstraňuje podráždění spojivek a kůže spojených s výskytem vázaného chloru v bazénech.
ZKUŠENOSTI S APLIKACÍ SMĚSNÝCH OXIDANTŮ
Zřízení pro výrobu a použití směsných oxidantů se skládá ze změkčovače a případného ohřevu vody, generátoru solanky, generátoru směsných oxidantů (ev. chlornanu sodného, pokud pro danou aplikaci je vhodnější), dávkovací nádrž na oxidanty, dávkovací čerpadla a odvětrání vodíku. Velikosti jednotlivých částí a hadicových nebo trubních spojů jsou navrženy podle konkrétní potřeby. Kapacitu generátoru doporučujeme takovou, aby fungoval alespoň s 25% rezervou. Pokud je to možné, napojujeme u všech nádrží bezpečnostní přelivy a dnové výpustě do odpadu gravitačně, ale je to možné řešit také čerpáním (obr. 2b). Pro případné vypouštění a přelití nádrží využíváme malou domovní čerpací stanici na šedé vody.
Aplikace pro dezinfekci a hygienické zabezpečení pitné vody
První generátory směsných oxidantů byly spuštěny do provozu 3. března 2008 na dvou úpravnách pro město s cca 10 000 obyvateli v západních Čechách, viz obr. 1. Generátor na obr. 1a překonal od té doby 28 000 provozních hodin. Jednalo se o druhou generaci elektrolyzérů s nerezovým rozvaděčem. Na obr. 1b mám tu čest spustit do provozu první generátor směsných oxidantů v ČR. Uvedení do provozu proběhlo hladce, jedině jsme si neporadili s lepenými závitovými US PVC tvarovkami. Bez použití momentového klíče tyto tvarovky po vytvrzení spoje praskly a museli jsme je nahradit místními tvarovkami.
Jedním z impulsů pro přechod od plynného chloru byl nadměrný zápach po chloru v částech rozvodných sítí, přilehlých k úpravnám vody, dalším impulsem byla velmi vysoká rizikovost použití plynného chloru, zvláště při výměně tlakových lahví. Po aplikaci této technologie zprostředkované ústní informace zmiňovaly také sníženou tvorbu biofilmu a usazenin na tepelných výměnících tepelného hospodářství.
Na druhé sadě obrázků, obr. 2 jsou dvě aplikace pro dezinfekci a hygienické zabezpečení vody pro dvě významné mezinárodní společnosti, pro jejich průmyslové areály. Na úpravně na obr. 2a byl původně používán plynný chlor. I při dávce okolo 1 mg.l-1 se ve fabrice, vzdálené asi 2 km vyskytovaly problémy s mikroorganismy a nebylo možné docílit potřebnou koncentraci volného aktivního chloru v odlehlých částech vodovodní sítě. Na trase mezi úpravnou a továrnou je umístěn vodojem. Dávka směsných oxidantů je nyní okolo 0,2 mg.l-1, v rozvodech se nenachází žádné mikroorganismy a v síti se nachází, i s touto nízkou koncentrací dostatečný zbytkový volný aktivní chlor.
Zkušenosti s oxidací železa a manganu
Na třetím obrázku jsou vidět generátory směsných oxidantů pro oxidaci železa a manganu (obr. 3a) a oxidaci železa (obr. 3b). Směsné oxidanty představují silnější oxidant, než je plynný chlor nebo chlornan sodný. Na obou úpravnách došlo k nahrazení chlornanu sodného pro oxidaci. Směsné oxidanty využíváme pro oxidaci a pro dezinfekci a hygienické zabezpečení vody. Na úpravně na obr. 3a jsme náhodou zjistili, že došlo také k odstranění arsenu v koncentracích okolo 20 ug.l-1 , s nejvyšší pravděpodobností sorpcí na vysrážené železo.
Možnosti aplikací v ostatních oborech vodního hospodářství
V případě použití směsných oxidantů v bazénových okruzích, kdy je potřeba co nejpěknější voda a nejpříjemnější prostředí, dochází k velmi rychlé návratnosti, poklesu zápachu po chloru v bazénové hale, cože prodlužuje životnost stavebních konstrukcí a zařízení, Odstranění Pseudomonas a Legionelly, a zároveň pomáhá splnit požadavku na kvalitu ovzduší pro koupající nad hladinou, dochází k eliminaci biofilmů na površích ve styku s vodou, včetně eliminace biofilmu ve filtračním loži, k eliminaci Legionelly ze systému, díky dobrým inaktivačním schopnostem jsou inaktivovány i odolné mikroorganismy. Směsné oxidanty správně nadávkované do bazénového okruhu nenapadají lidské tkáně a přinášejí pocit ošetření pokožky kosmetickými prostředky, což v případě použití jiných oxidantu nepociťujeme.
Další možností je využití směsných oxidantů v otevřených chladících systémech, kdy je možné dosáhnout téměř úplné sterility, směsné oxidanty jsou účinné v odstranění řas a biofilmu, díky čemuž není snížena rychlost přestupu tepla.
V neposlední řadě je možné směsné oxidanty využít pro studenou sanitaci potrubí v nápojovém průmyslu.
Ve spojení s UV dezinfekcí se dostáváme k vyšší úrovni dezinfekce, kterou je možné aplikovat v případě, že je nutné inaktivovat velmi odolné mikroorganismy.
Obrázek 3a. Zařízení pro výrobu směsných oxidantů pro oxidaci železa a manganu a dezinfekci a hygienické zabezpečení pitné vody
Obrázek 3b. Zařízení pro výrobu směsných oxidantů pro oxidaci železa a dezinfekci a hygienické zabezpečení vody
Obrázek 4. Série generátorů pro výrobu směsných oxidantů Aquion MIOX Vault M s kapacitou 6,8 – 27,2 kg ekvivalentu volného aktivního chloru je vhodná pro větší aplikace. Kapacita výroby závisí na velikosti buňky, umístěné ve shodně velkém kontejnmentu.
Obrázek 5. Série generátorů Aquion MIOX Rio na výrobu směsných oxidantů s kapacitou 27,2 – 227 kg ekvivalentu volného aktivního chloru/den. City of West Point.
Obrázek 6. Generátory pro výrobu směsných oxidantů, úpravna vody Francisco Wiesner, Bogotá, Columbie, rok instalace 2011 (řada Aquion MIOX Rio Grande, kapacita výroby jedné jednotky 450 kg/den ekvivalentu volného aktivního chloru), celková kapacita 900 kg ekvivalentu volného aktivního chloru za den.
Všechny generátory, vyobrazené na fotografiích generují směsné oxidanty. Generátory na obr. 4, 5 a 6 mohou být dodány také ve variantě pro výrobu chlornanu sodného.
ZÁVĚR
Nejstarší generátory směsných oxidantů v ČR jsou v provozu od 3. března 2008. Jeden z nich již překonal 28 000 provozních hodin. Směsné oxidanty pomáhají zlepšovat kvalitu vody díky lepším vlastnostem, v porovnání s tradičními prostředky. Pomohly vyřešit otázky spojené s bezpečností a BOZP. Zlepšily možnosti řízení zbytkového volného aktivního chloru ve vodovodech. Na všech místech dobře slouží svému účelu a potvrzují předpokládané účinky. Často se také jedná o technologii s nejnižšími náklady po dobu životnosti. I když, když se jedná drobné vylepšení kvality vody a tím drobné vylepšení kvality života lidí, je vhodné investovat do nové technologie?
SEZNAM LITERATURY
Macek, L. (2017): Porovnání vlastností různých metod chemické dezinfekce a hygienického zabezpečení vody na bázi chloru: směsné oxidanty vs. tradiční způsoby - plynný chlor, chlornan sodný a chlordioxid. In Sborník Konference Pitná voda 2017, Trenčianské Teplice, Slovensko.
Macek, L. (2016): Jak účinně odstraňovat železo a mangan při úpravě pitné vody? In Sborník Konference Nové trendy v oblasti úpravy pitnej vody, Nový Smokovec, Slovensko.
Macek, L. (2015): Jak vylepšit kvalitu vody pomocí elektrochlorace – nové možnosti. In Sborník Konference Voda Zlín 2015.
Macek, L. (2014): Možnosti využití směsných oxidantů pro zlepšení kvality vody a provozu v bazénech a wellnes. In Sborník Konference Technologie pro bazény, sauny a wellness k modernizaci a provozním úsporám.