Přehled technologií úprav vstupní vody pro vnitřní vodovod
Problematika úpravy vody, a to z technického a zejména pak zdravotního hlediska, je stále více aktuální. Příčinou jsou požadavky výrobců kotlů, rozvodů a dalších technologických zařízení na kvalitu vody. Zdravotní hledisko poté upravují příslušné legislativní předpisy. Úprava vody zahrnuje z největší části odstraňování mechanických nečistot a mikrobiologické závadnosti vody, dávkování činidel, změkčování vody a odstraňování nežádoucích látek z vody pomocí sloupcových filtrů. Pro potřeby demineralizace, případně problematičtějších úprav, je využívána reverzní osmóza a nejrůznější kombinace těchto technologií.
Úvod
Voda je základem všeho organického života na Zemi. V České republice je v současné době cca 85 % populace a průmyslových objektů zásobováno vodou z veřejných vodovodních řadů. Zbývající část je odkázána nebo záměrně využívá vodu z vlastních nebo veřejných studní či jiných "přírodních" zdrojů vody. Kupodivu se v poslední době tento poměr nezvyšuje směrem k veřejným vodovodním soustavám, ale naopak stoupá počet odběratelů, začínající stále více využívat vodu z místně dostupných vlastních zdrojů. Bývá to hlavně z důvodu ceny vody, ale často i pro zabezpečení dodávek vody v případě výpadku nebo snížení kvality dodávané vody z veřejných rozvodů.
Voda, kterou používáme pro vodovody, ať je jímána z jakýchkoli zdrojů, obsahuje vždy určité množství mechanických částic a rozpuštěných látek. Mohou to být různé drobné nečistoty (písek, kaly, produkty korozních procesů, části usazenin ze zásobníků a potrubí atd.), dále rozpuštěné chemické látky přírodní nebo chemikálie dodané do vody lidskou činností (prvky, sloučeniny i plyny) a v neposlední řadě i mikrobiologické nebo bakteriální zatížení.
Většina velkých i malých obcí v České republice je zásobována vodou jímanou z povrchových zdrojů. V těchto vodách bývají, bohužel stále častěji, zastoupeny skoro všechny výše zmíněné nečistoty. Voda pro veřejné vodovodní řády s pitnou vodou podléhá poměrně přísným vyhláškám a je skoro vždy mechanicky čištěna na velkých filtrech a zabezpečena antibakteriálně popř. jsou eliminována další nebezpečná znečištění, která neodpovídají předpisům.
Důsledky jsou jasné a nepříjemné. Výrobci, distribuční firmy, dodavatelé vody i uživatelé se musí přizpůsobovat stále se zpřísňujícím normám kvality vody, přičemž její spotřeba velmi výrazně narůstá. Z uvedeného mimo jiné vyplývá i neustále rostoucí cena komerčně upravované pitné vody a důsledkem je stoupající počet odběratelů, kteří se snaží využívat vodu z jiných než veřejných vodovodních zdrojů.
Na druhou stranu nové technologické znalosti různých úprav vody, poznávání procesů koroze i rozvoj chemických výrob s ochrannými přípravky, umožňují poměrně dobře ošetřovat a chránit vodu pro stávající, obnovované i nově budované zdroje vody. Tento příspěvek si neklade za cíl podrobný popis jednotlivých úprav vody, zaměří se spíše na představení nejběžněji používaných typů úprav a na jejich základní technické podmínky.
Požadavky na vodu
Vodu můžeme rozdělit do dvou základních skupin. První je samozřejmě pitná voda určená pro přímou spotřebu. Kvalitu této vody určuje platná vyhláška MZ č.252/2004 Sb. a její novelizace, které stanovují ukazatele fyzikální, chemické, organoleptické i mikrobiologické a jejich hygienické limity a kterými se musí řídit každý dodavatel pitné vody. Ve druhé skupině je to voda pro různé technologické účely, kam spadá například voda pro otopné soustavy a kde nemusí být striktně dodrženy zdravotní a hygienické limity jako pro vodu pitnou, nicméně požadavky výrobců technických zařízení používajících vodu mohou být také velmi náročné.
Odstraňování mechanických nečistot
Veškerá voda, která přichází do spotřeby obsahuje určité množství mechanických nečistot, jako je jemný písek, částečky rzi, různý kal, vyloučené chemické látky, uvolněné kousky usazenin atd. Tyto částice mívají různou velikost od několika mikrometrů (1 μm = 0,001 mm) až po několik desetin milimetru. Právě ony bývají příčinou řady poruch a poškození uzavíracích armatur nebo zařízení spojených s vodovodním řadem. Problém se zvýšeným výskytem mechanického znečištění lze snadno vyřešit instalací patřičného mechanického filtru na přívodu vody do objektu nebo na vstupu do technologického celku, který tak bude nadále chránit tato zařízení před jeho zanášením. Drtivá většina úprav vody uvedených dále v textu automaticky předpokládá, že se v prvním stupni úpravy, vstupující voda zbaví mechanických nečistot. Pokud se neuvádí jinak, jsou běžné filtry určeny pro teploty vody v rozmezí +5°C až +40°C.
Filtry pro běžné aplikace v menších objektech a s průtoky do 12 m3/hod se dají rozdělit na:
- standardní filtry (obvykle trojdílné s filtračními vložkami vyrobenými z organických látek, plastu nebo nerezu)
- filtry pro vodu s malým obsahem písku a mechanických nečistot (samočistící cyklónové filtry s nerezovými filtračními vložkami a odkalováním)
- samočistící filtry (ruční i automatické čištění filtrační vložky s oplachem a následné jemné dočištění kartáčky se současným splachováním nečistot)
- speciální filtry (např. dechlorační, demineralizační a zdvojené kombinované)
- filtry s velkými průtoky, odolné vyšším tlakům (přírubové provedení s odkalováním)
- filtry pro teplou vodu až do 90°C (celokovové s nerezovými filtračními vložkami)
 Obr. 1 - Standardní filtry trojdílné |
 Obr. 2 - Samočistící filtry cyklónové |
|
 Obr. 3 - Cyklónový samočistící filtr s přírubami a manometry |
 Obr. 4 - Ruční a automatické samočistící filtry |
Nejběžnější omyvatelné filtrační vložky se vyrábí z odolných plastů nebo nerezové oceli. Filtračním povrchem je u omyvatelných vložek síťovina z PA (nylonu), u nerezových vložek je skelet opleten nerezovými drátky nebo jsou otvory vypáleny laserem do nerezového plechu. Filtrační vložky jsou obvykle určeny pro zachycování mechanických nečistot o průměru 60, 90 nebo 100 μm.
Obr. 5 - Filtr typu 3131 N pro teplou vodu až do 90°C
s protiproudým oplachem
Filtry a filtrační vložky, které byly až dosud představeny, jsou určeny pro studenou vodu, jejíž teplota se pohybuje v rozmezí 5°C - 40°C. V některých případech, např. u větších ohříváků teplé vody a akumulačních nádrží, je třeba filtrovat i vodu teplejší. K tomuto účelu jsou určeny celokovové filtry s filtračními vložkami z nerezové oceli, vybavené jedním nebo dvěma manometry, pro sledování zanášení filtrační vložky. Na obrázku je filtr typu 3131N se samočistící funkcí, který je schopen pracovat s teplotou vody do +90°C. Obsahuje nerezovou filtrační vložku o porozitě 100 μm a dodává se s připojovacími rozměry od 3/4" do 2" a průtoky od 3,3 do 10 m3/hod.
Odstraňování mikrobiologické závadnosti vody
Při zkoumání mikrobiologické nezávadnosti vody se nehledají bakterie či viry způsobující známá onemocnění přenášená vodou, jako jsou např. infekční záněty, průjmová onemocnění virového původu, tyfus atd. To by bylo technicky, časově a samozřejmě finančně velmi náročné. Užívá se metoda indikátorů znečištění, při které se hledají bakterie žijící ve střevním traktu člověka a teplokrevných živočichů (Escherichia coli, enterokoky a koliformní bakterie). Pokud se ve zkoumané vodě najdou některé z těchto bakterií, je možno usuzovat na to, že přišla do styku se splašky, fekáliemi nebo rozkládajícími se zbytky živočichů a že může obsahovat velmi nebezpečné patogenní bakterie a viry. Vedle zmíněných indikátorů znečištění se ještě používají tzv. indikátory obecné kontaminace (počet kolonií kultivovaných při 22°C nebo 36°C, dříve tkz. psychrofilní nebo mezofilní bakterie).
Obr. 6 - Proporcionální dávkovací čerpadlo
s impulsním vodoměrem
Proporcionální dávkovací čerpadla desinfekčních látek
Pokud voda vykazuje toto nebezpečné mikrobiologické znečištění, je třeba ji upravovat i v této oblasti. Pro dezinfekci vstupní vody je možno nainstalovat dávkovací zařízení, které přesným dávkováním dodává do protékající vody vhodné desinfekční přípravky, které jsou v patřičných koncentracích zdraví neškodné, ale brání vstupu nežádoucímu mikrobiologickému či bakteriologickému zatížení. Nyní se nejvíce používají dávkovací čerpadla proporcionální. Jsou to čerpadla elektricky spojená s impulsním vodoměrem a podle jeho informací o protékajícím množství vody vstřikují patřičné množství koncentrátu do vody.
Desinfekční zařízení s UV lampami
Obr. 7 - Dezinfekční zařízení s UV lampami a řídícími panely
V současné době rychle se rozšiřující technologií a jinou variantou k dávkovacím chemickým dezinfekčním zařízením je sterilizační zařízení fyzikální úpravy vody UV lampou. Jako aktivní část se využívá monochromatické ultrafialové záření UV-C s vlnovou dálkou 254 nm. Germicidní efekt UV záření spočívá ve fotochemickém poškození DNA a jiných biologicky významných makromolekul, čímž je znemožněno množení bakterií a tím i jejich eliminaci. Nespornou výhodou je to, že se jedná o fyzikální proces dezinfekce, do vody se již nemusí přidávat žádná chemická látka. Touto technologií se nemění původní složení vody a ani se neovlivňuje její chuť, nevznikají žádné vedlejší produkty a účinek nezávisí na složení vody.
Jednotka může být určena k desinfekci pitné vody vstupující do objektu i pro úpravu vody v místě spotřeby. Funkce je velmi jednoduchá, voda prochází nerezovou komorou s UV lampou, takže je voda v nejtěsnějším kontaktu se zářením UV lampy.
Pro stálý výkon zařízení je třeba udržovat nádobu pro UV lampu, která je vyrobena z křemenného skla v pokud možno co největší čistotě, doporučuje se proto předřadit co nejjemnější filtr a pravidelně povrch zbavovat usazených nečistot. Dále se doporučuje instalovat UV lampu do cirkulačního potrubí aby voda procházela pod UV zářičem opakovaně a tak byla jistota dokonalého pokrytí bakteriální kontaminace (viz např. zapojení dle obrázku 8.)
Obr. 8 - Schéma zapojení desinfekčního zařízení s UV lampou a cirkulací
Několikastupňové zařízení pro přípravu čisté vody na bázi reverzní osmózy
Podobným řešením pro komplexní úpravu vody s jedním odběrovým místem je specializované zařízení spojující nejefektivnější vícestupňovou filtraci a odstraňování nežádoucích látek (např. dusičnany, železo, tvrdost, chlor atd.) na polopropustné membráně pomocí reversní osmózy, následnou sterilizací vody UV lampou a její zpětnou remineralizací.
Jedná se o kompaktní několikastupňový systém čištění vody pro domácí použití. Díky polopropustné membráně reverzní osmózy kombinované s vysoce účinnou předfiltrafiltrací, odstraňování některých nežádoucích látek v náplni z aktivního uhlí a následnou sterilizací vody UV lampou, zaručuje tento systém dodávku velmi čisté vody (snížení obsahu nežádoucích látek, prvků a sloučenin se pohybuje okolo 80 - 95 %). Zařízení se dodává včetně zásobníku k okamžitému použití cca 10 litrů, vyčištěné vody bez zápachu, nepříjemné chuti a především prakticky bez jakýchkoli chemických či bakteriologických nečistot. Denní produkce může být až 250 litrů vyčištěné vody. Instalace je velmi jednoduchá, zařízení se obvykle umisťuje pro jedno odběrní místo do volného prostoru v kuchyni nejlépe pod dřez (zde je k dispozici přívod vody, zásuvka 230 V a možnost napojení na odpadní potrubí.
Obr. 9 - Zařízení pro přípravu čisté vody s reverzní osmózou pro jedno odběrové místo
Obr. 10 - Zařízení pro přípravu čisté vody s reverzní osmózou pro větší průtoky
Pro větší průtoky a komplexní úpravu veškeré vody vstupující do menšího objektu nebo rodinného domku se používá větší zařízení pro přípravu velmi čisté vody pomocí reversní osmózy. Tento typ výrobku je výsledkem nejnovějších poznatků v technologii odstraňování nežádoucích prvků na bázi reverzní osmózy a je určena pro objekty s průměrnou spotřebou vody okolo 2 m3/den. Zařízení je zkonstruováno tak, že uživatel má neustále možnost odečítat vizualizované hodnoty na displeji (vodivost a teplota vstupní vody, teplotu a průtočné množství výstupní vody, pohotovostní a blokační alarm). Standardním vybavením je: nosná konstrukce z nerez oceli, vstupní automatické elektromagnetické ventily, bezpečnostní tlakový spínač, tlakové čerpadlo, dávkovací čerpadlo s hladinovým čidlem, regulační ventily pro tlak a průtok, polopropustná membrána pro reversní osmózu, směšovací okruh, nádoby z nerez oceli AISI 316L, kontrolní panel s digitálním displejem, snímače průtoků a alarm vysoké vodivosti.
Obr. 11 - Katexové změkčovače vody
s elektronickými řídícími jednotkami
Obr. 12 - Kabinetní provedení katexového změkčovače vody s elektronickou řídící jednotkou
Změkčování vody
Jedním z nejběžnějších typů úpravy vody (vedle mechanické filtrace) bývá změkčování vody. U vody s tvrdostí vyšší než cca 2,5 mmol/l neboli 14°dH (stupňů německých), se doporučuje nainstalovat k vodovodním zařízením změkčovač. Změkčovače, katexové filtry nebo také změkčovací filtry pracují na principu chemicko-fyzikální reakce, při které se na katexu v jeho tlakové nádrži zachycuje vápník a hořčík.
Metoda je založena na klasickém principu aktivity prvků a následné výměny iontů. Proces iontové výměny Na+ za Ca2+ je v přírodě zcela běžným jevem, který se odehrává v půdách a jílových horninách. Speciální pryskyřice (katex) je ve formě polymerních nabotnalých perliček, na které se vážou ionty vápníku (Ca2+) a hořčíku (Mg2+). Ty jsou posléze při regeneraci nahrazovány ionty sodíku, které se do reakce doplňují, obvykle z chloridu sodného NaCl - z kuchyňské soli. Tyto ionty jsou pak v proplachovací fázi regenerace rozpuštěny ve vodě a vypláchnuty do odpadu.
Volba velikosti změkčovače závisí na tom, jaký průtok vody je požadován a jakou tvrdost má vstupní voda. Další volba spočívá ve volbě typu provozu (standardní nebo bez přerušení produkce změkčené vody) a správném typu řídící jednotky, aby byl zaručen plně automatický provoz a tedy i pravidelná regenerace náplně. U změkčovacích zařízení je vhodné zvolit takový typ, kde je možné plynule měnit tvrdost vody na výstupu ze zařízení.
Velmi populárním provedením menších katexových úpraven vody je tzv. kabinet, kdy je zařízení sestaveno s důrazem na jeho kompaktnost. Tlaková láhev s náplní katexu je umístěna uvnitř nádrže na solanku (regenerační roztok) a elektronika řídící jednotky je kryta před vnějšími vlivy plastovým víkem. Zároveň je dosaženo úspory prostoru a změkčovač působí esteticky z pohledu ostatních zařízení v objektu.
Odstraňování nežádoucích látek z vody pomocí sloupcových filtrů
Dalšími typy zařízení pro odstraňování nežádoucích látek z vody jsou sloupcové filtry. Tyto filtry jsou vybaveny programovatelnými řídícími jednotkami, tlakovými lahvemi se specializovanými náplněmi a případně nádržemi s regeneračními roztoky. Filtry je možno rozdělit do několika základních skupin podle látek, které se odstraňují:
Obr. 13 - Sloupcové filtry pro odstraňování různých druhů znečištění vody
- zařízení typu DEFEMN odstraňuje z vody rozpuštěné železo, mangan a sulfan (sirovodík),
- zařízení typu DENO odstraňuje z vody dusičnany a dusitany,
- zařízení typu DESAND odstraňuje z vody jemný písek a kal, bláto a koloidní látky,
- a zařízení typu DECLO odstraňuje z vody nadbytek chlóru.
Závěr
Pro návrh všech uvedených zařízení majitelům a investorům je doporučováno, aby koncepce a použití jednotlivých zařízení pro úpravu vody bylo konzultováno se specialisty tohoto oboru a to s přihlédnutím k místním podmínkám, potřebnému průtoku, aktuálnímu rozboru vody, typu použitých koncových zařízení a charakteru provozů či domácností.
Nainstalovaná zařízení je třeba také pravidelně kontrolovat, udržovat a čistit, doplňovat potřebné chemické přípravky a provádět důsledně kontroly nebo rozbory upravené vody.
Water is the basis of all organic life on Earth. The Czech Republic is currently about 85% of the population and industrial buildings supplied with water from public water systems. The remaining part uses water from their own or public wells. Often this is due to the price of water, but often also for the security of water supply in case of loss or reduction in the quality of water supplied by public systems. An increasing number of customers who are connected to public water and also use water from their own resources.
New knowledge and technology of water treatment, corrosion learning processes and the development of chemical processes with protective products allow relatively well treated and protected water for renewed and newly constructed water sources.