Přechod vodovodu města Vsetín na zásobování pitnou vodou bez použití chemické dezinfekce
© Fotolia.com
Příspěvek popisuje přípravné procesy a činnosti, které směřují k postupnému přechodu na zásobování centra města Vsetín pitnou vodou bez použití dezinfekčních činidel na bázi chloru. Přípravná fáze na tento způsob provozování probíhá již rok. Celý proces přechodu proběhne podle předem připraveného schématu a časového harmonogramu. Součástí procesu přechodu je také prvotní posouzení, zda je vodovodní systém pro tento způsob provozování vhodný včetně ověření technického stavu vodárenských objektů. Bude také proveden řízený proplach vodovodní sítě a následný zvýšený monitoring vybraných ukazatelů jakosti vody ve vytipovaných místech.
Úvod
První myšlenka na odstavení chlorace pitné vody, která je distribuována veřejným vodovodem ve Vsetíně, se zrodila již v roce 2015. Částečně vlivem podnětů přicházejících z odborných konferencí v ČR i ve světě [2], a také v rámci zvyšování kvality služeb a jakosti pitné vody. Cílem této aktivity je docílit vysoké stability jakosti vody v síti a současně také eliminovat vznik občasných zákalových událostí, které jsou ve vodovodních sítích běžné. Naší snahou je minimalizovat změny v ukazatelích jakosti pitné vody mezi místem, kde voda vstupuje do sítě, a místy, kde je odebírána u spotřebitelů. Pozornost je věnována zejména ukazatelům organoleptickým, které jsou během dopravy vody potrubím ovlivněny významně. Před realizací tohoto kroku, resp. procesu, jehož start je naplánován na přelom dubna a května 2018, však bylo nezbytné provést jistou přípravu, již podrobněji popisuje následující text.
Jakost dopravované vody a problémy způsobené její stagnací v potrubí
Obecně známými problémy ve všech vodovodních sítích jsou, kromě občasného výskytu zákalových událostí, také snižování jakosti vody v koncových částech potrubí, kde dochází vlivem dlouhé doby zdržení k výraznému zhoršování senzorických ukazatelů. Tento jev bohužel není omezen výhradně na koncové části potrubí, ale vyskytuje se i u okruhových sítí. Jedná se o specifické situace, kdy je voda do části sítě (např. do jedné ulice) přiváděna ze dvou směrů rovným dílem. V simulačním modelu pak lze pozorovat, že po délce takto zásobeného vodovodního úseku někdy vznikne místo, kde voda proudí jen velice pomalu a směr proudění se během dne mění. Z hlediska jakosti vody jsou tyto části potrubí problematické, proto je jim věnována pozornost a problematika byla zapracována do celého postupu prací. VaK Vsetín se stal případovou studií výzkumného projektu TAČR Zéta č. TJ01000296 s názvem „Řízení jakosti pitné vody ve vodovodních sítích“, který je řešen od ledna 2018 do prosince 2019 a je zaměřen na optimalizaci proplachování částí potrubí ohrožených stagnací. Cílem projektu je stanovit vhodný ukazatel jakosti vody pro optimalizaci proplachu, stanovit správný postup a frekvenci proplachu tak, aby se dosáhlo optimální kombinace jakosti vody v potrubí a nákladů na jeho realizaci. Veškeré výzkumné práce budou úzce koordinovány s postupným přechodem na bezchlorový provoz a s řízenými proplachy sítě.
Vodovod města Vsetína
Vodovod města Vsetína zásobuje pitnou vodou přibližně 26 tisíc obyvatel. Celková délka vodovodní sítě je 100,3 km. Vyskytují se zde potrubí od DN50 do DN600. Tvárná a šedá litina tvoří společně 48 % délky, ocel 13 % a plasty společně 28 %. Průměrná spotřeba vody ve městě je 39 l‧s−1 (2016). Systém je zásobován z vodní nádrže Karolinka s úpravnou vody a částečně také z prameniště Ohrada, které je v údolní nivě řeky Bečvy ve městě Vsetín. Zde je voda jímána systémem jímacích studní a následně je čerpána do VDJ Bečevná, který napájí TP180. V centrální sběrné studni prameniště je voda desinfikována chlornanem sodným na výslednou koncentraci 0,12 až 0,15 mg‧l−1 volného chloru. Z této studny se voda čerpá a před vstupem do přiváděcího řadu směrem do VDJ Bečevná je umístěn UV zářič. Naším záměrem je tuto chloraci v prameništi Ohrada během roku 2018 odstavit a vodu zde dezinfikovat pouze UV zářením.
Z prameniště Ohrada je zásobováno centrum města Vsetín – TP180. Jedná se o největší tlakové pásmo tohoto vodovodu o délce 34,55 km, které je napájeno gravitačně pouze z VDJ Bečevná. Průměrná spotřeba vody v pásmu je 19 l‧s−1 (2016). Z hydraulického hlediska se jedná o izolovanou a relativně jednoduchou vodovodní síť.
Obr. 1 Struktura vodovodní sítě města Vsetín – zastoupení dimenzí (vlevo) a materiálů potrubí (vpravo)
Technická příprava na ukončení chlorace v prameništi Ohrada
Před odstavením chlorace v prameništi Ohrada bylo nezbytné provést prvotní posouzení vhodnosti vodovodu na tento způsob provozování, které spočívá v posouzení technického stavu objektů a potrubí a analýze rizik v systému. Předmětem posouzení byl VDJ Bečevná, který nedávno prošel celkovou rekonstrukcí a je tedy ve velmi dobrém technickém stavu (stavební konstrukce, izolace, armatury, vnitřní povrchy nádrží, ventilace a filtrace vzduchu). Také bylo provedeno posouzení technického stavu potrubí TP180. Byly použity technické ukazatele: průměrné stáří jednotlivých materiálů, poruchovost potrubí a její vývoj v čase, tlaky ve spotřebišti a ztráty vody [6]. Také vodovodní síť byla shledána jako vhodná pro přechod na bezchlorový provoz. Pro zajímavost uvádíme, že v celém TP180 byly naměřeny minimální noční průtoky pouze 0,5 l‧s−1, což je mimořádně nízká hodnota a indikuje relativně dobrý stav potrubí. Poruchovost celé vodovodní sítě města Vsetín byla 0,20 poruchy‧km−1 (2015) a procento vody nefakturované v celé síti bylo 9,9 % a ILI v TP180 bylo 0,8 (2016).
Potenciální slabinou TP180 jsou vysoké provozní tlaky, které se ve velké části pásma pohybují v rozmezí 0,6 až 0,7 MPa. Vysoký provozní tlak je příčinou vyšší poruchovosti potrubí a může se projevit až po delší době. Při poruše vodovodu s únikem vody, resp. při její opravě velmi výrazně roste pravděpodobnost kontaminace pitné vody v potrubí půdním materiálem z okolí potrubí. S ohledem na tento fakt je tedy v horizontu příštích let zvažováno vytvoření třech menších redukovaných pásem a zároveň měřících okrsků (DMA) tak, aby se docílilo snížení tlaků na optimální hodnotu 0,35 až 0,45 MPa s ohledem na výšku zástavby.
Dalším krokem přípravy bylo vytvoření kalibrovaného hydraulického simulačního modelu celé vodovodní sítě města Vsetín. Model byl mimo jiné použit pro analýzu stáří vody v síti, analýzu rozpadu volného chloru ve vodě a pro sestavení plánu řízeného proplachu TP180, viz Obr. 2.
Obr. 2 Vodovodní síť města Vsetín – simulační model vodovodu
Přítomnost jemných sedimentů v potrubí způsobuje rychlejší pokles volného chloru [3], zhoršování organoleptických vlastností vody a při resuspendaci také zákalové události [4, 5]. Téměř s jistotou lze předpokládat, že v řádu týdnů po odstavení chlorace budou mikroorganismy, které jsou v sedimentu obsaženy, způsobovat zhoršování jakosti vody v potrubí. Proto byl v rámci přechodu vodovodu na bezchlorový provoz naplánován nejprve řízený proplach vodovodního potrubí celého tlakového pásma TP180, aby se množství sedimentu v potrubí minimalizovalo. Po provedení proplachu bude po dobu dvou měsíců monitorována jakost vody ve vytipovaným místech a následně, pokud nenastanou nežádoucí okolnosti, bude postupně odstavena chlorace vody v prameništi Ohrada.
Obecné zásady pro přechod na zásobování pitnou vodou bez použití dezinfekčních činidel na bázi chloru
Obecně platí, že před vyřazením aplikace dezinfekčního činidla je potřeba zvážit, zda se jedná o vodovodní systém s provozem primární dezinfekce (např. ozon, UV záření, sloučeniny chloru) a zároveň se sekundárním zabezpečením, které vytváří dezinfekční residuum ve vodovodní síti (např. sloučeniny chloru), nebo zda se jedná o systém pouze s provozem sekundárního zabezpečení bez primární dezinfekce. Naprostá absence dezinfekce i sekundárního zabezpečení je možná pouze v těch případech, kde se jedná o dobře chráněný podzemní zdroj, kdy surová voda splňuje mikrobiologické požadavky pro pitnou vodu. Zároveň je nezbytné, aby byla vodovodní síť v dobrém technickém stavu, a aby byla minimální pravděpodobnost následného růstu bakterií v potrubí a objektech [1].
Pokud se jedná o vodní zdroj, kde je pravděpodobné, že surová voda byť jen krátkodobě, nesplní mikrobiologické požadavky pro pitnou vodu, je zapotřebí aplikovat primární dezinfekci. Pokud je navazující vodovodní síť v dobrém technickém stavu a riziko růstu bakterií je minimální, je možné sekundární zabezpečení vynechat [1, 2].
V případě prameniště Ohrada se jedná o kvalitní zdroj podzemní vody, kde je primární dezinfekce prováděna UV zářením. Stávající dávkování chlornanu sodného do sběrné studny před čerpadly se provádí pouze pro zajištění dezinfekčního residua ve vodovodní síti. Tato chlorace má být odstavena z provozu, UV zářič bude ponechán.
Postup odstavení chemické dezinfekce
Odstavení chemické dezinfekce se provádí v následujících krocích:
- Vyhodnocení dat – provede se vyhodnocení rozborů vody za poslední dva až tři roky zpětně. V případech, kde se jedná o vodovodní systém s úplnou absencí primární dezinfekce, je zapotřebí posoudit také geologické a hydrogeologické podmínky v okolí vodního zdroje s ohledem na jeho ovlivnění povrchovou vodou.
- Předběžný průzkum – před změnou ve způsobu dezinfekce se doporučuje alespoň po dobu dvou měsíců provádět podrobný monitoring jakosti vody ve vodovodní síti. Cílem je zhodnocení současné situace jakosti vody. Nejdříve musí být vhodně zvolena místa pro odběr vzorků. Prvním odběrným místem by měl být zdroj vody, dále místo, kde je voda upravená (pokud je v systému úpravna vody), a to před a po dezinfekci. Další výběr míst by měl být volen s ohledem na různou dobu zdržení vody v síti. Z chemických ukazatelů by měly být sledovány mimo jiné: amonné ionty, fosforečnany, metan, TOC, volný a celkový chlor. Z mikrobiologických ukazatelů by měly být sledovány: E. Coli, koliformní bakterie, počty kolonií a některé další ukazatele. Za předpokladu, že předběžný průzkum nevykáže žádné mikrobiální abnormality, je možné přistoupit ke změně ve způsobu dezinfekce. Následuje třetí, poslední fáze procesu.
- Zvýšený monitoring a dozorový program – během tohoto období dochází ke snižování množství dezinfekčního činidla, které se provádí v několika krocích o 0,10 až 0,15 mg‧l−1. Postupným snižováním má být docíleno plynulého přetváření biofilmů na vnitřních površích potrubí a objektů s minimálním narušením jakosti vody. Dle zkušeností by nemělo docházet k žádným významným změnám v jakosti vody, lze očekávat pouze přetváření biofilmu [1, 2].
Pokud by výsledky z předběžného průzkumného programu ukázaly, že dezinfekci nelze vyřadit, je potřeba stanovit, zda chemická dezinfekce může být nahrazena primární UV dezinfekcí. Při této změně před snížením koncentrace chloru musí být primární dezinfekce UV zářením již v provozu [1, 2].
Zvýšený monitoring a dozorový program při snižování dávkování dezinfekčního činidla má trvat nejméně dva měsíce. Pokud budou v této době překročeny limity v počtu kolonií, neměla by se znovu zvyšovat koncentrace chloru, ale měla by se prodloužit doba čekání na stabilizaci biofilmu. Po úplném ukončení dezinfekce se dále provádí dozorový program po dobu nejméně dvou měsíců. Pokud se na síti nevyskytnou žádné mikrobiologické abnormality, lze předpokládat, že je možný trvalý provoz bez dezinfekce vody. Rozsah parametrů pro dozorový program je identický s předběžným průzkumným programem [1, 2].
Závěr
Součástí plánu bylo původně také provedení rozsáhlého sociologického průzkumu ve spotřebišti a vyhodnocení ekonomických dopadů těchto změn. Naší snahou bylo získat podrobnější data také o tom, do jaké míry vnímají odběratelé změny jakosti pitné vody, protože dle našeho názoru se jedná o změnu významnou. Tyto činnosti bohužel budou muset být provedeny v podstatně štíhlejší podobě, než jsme původně předpokládali. Nicméně díky tomu, že se v rámci této akce podařilo elegantně spojit reálnou potřebu provozovatele vodovodu, získání dotace na aplikovaný výzkum a zpracování dvou disertačních prací na Ústavu vodního hospodářství Fakulty stavební VUT v Brně, budeme schopni celý proces přechodu kvalitně dokumentovat a získaná data následně vyhodnotit a interpretovat. Předpokládáme, že po odstavení chlorace vody ve Vsetíně a stabilizaci její jakosti ve vodovodní síti na toto téma vznikne nejedna odborná publikace.
Poděkování
Článek byl zpracován v rámci řešení projektu Technologické agentury ČR s názvem „Řízení jakosti pitné vody ve vodovodních sítích“, registrační číslo TJ01000296, a projektu „Vybrané problémy systémů veřejného zásobování pitnou vodou“, registrační číslo FAST-S-18-5526, který je financován z programu Specifického vysokoškolského výzkumu Vysokého učení technického v Brně.
Použité literární zdroje
- KORTH A., WRICKLE B. Entwicklung und Überprüfung einer Strategie zur Ablösung der chemischen Desinfektion bei Sicherung mikrobiologisch stabiler Verhältnisse im Leitungsnetz. Abschlussbericht zum DVGW-Forschungsvorhaben W 18/00, 2004.
- KOŽÍŠEK, F., KORTH, A., JELIGOVÁ, H., ŠAŠEK, J., PUMANN, P., NITSCHE, R. Distribuce pitné vody bez zbytkové dezinfekce: zdůvodnění, strategie a případová studie. Časopis Sovak [online]. 2014, (12/2014), 5 [cit. 2016-08-29]. Dostupné z: http://www.szu.cz/uploads/documents/chzp/voda/pdf/bez_dezinfekce/Kozisek_SOVAK2014.pdf.
- Rajnochová, M. Zásobování pitnou vodou bez použití desinfekčního činidla. Brno, 2017. 104 s., 3 s. příl. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí.
- RUČKA, J.; KOVÁŘ, J. Řízené proplachy vodovodních sítí. In Provoz vodovodů a kanalizací 2014. SOVAK ČR – Sdružení oboru vodovodů a kanalizací ČR. Líbeznice, ČR: Medim, spol. s r.o., 2014. s. 105–109. ISBN: 978-80-87140-36- 9.
- RUČKA, J.; KOVÁŘ, J. Prevention of discoloration events in water distribution systems. In PROCEDIA ENGINEERING, volume 70. Procedia Engineering. Exeter, UK: University of Exeter, 2014. s. 1441–1449. ISSN: 1877-7058.
- TUHOVČÁK, L.; KUČERA, T. Hodnocení technického stavu vodárenské infrastruktury jako základ tvorby plánů financování její obnovy. Vodovod.info, 2017, č. 9, s. 1–10. ISSN: 1804-7157.
The paper describes the preparatory processes and activities leading to the gradual transition to drinking water supply of the centre of Vsetín city without the use of chlorine-based disinfectants. The preparatory phase for this mode of operation has been running for a year. The entire transition process will follow a pre-prepared schedule. A necessary part of the transition process is also an initial assessment of whether the entire water supply system is suitable for this type of operation. Subsequently the technical condition of the water supply infrastructure must be performed. There will also be executed a controlled flushing of the whole water distribution system and subsequent increased monitoring of selected water quality indicators at several sampling points.