UV záření – správná volba pro dezinfekci pitné i odpadní vody

Dezinfekce pitné vody UV zářením nedávno oslavila 100 let od své první průmyslové aplikace. Přestože se jedná o dezinfekční způsob s bohatou historií, v současné době nabízí řešení pro aktuální vodárenské problémy, kdy jiné způsoby selhávají.


Historie dezinfekce pitné vody

Roku 1854 Sir John Snow prokázal souvislost mezi bakteriemi v pitné vodě a možným ohrožením lidského zdraví. Tento objev souvisel s odhalením příčiny epidemie cholery, která v té době řádila v Londýně. Od tohoto okamžiku se lidstvo zabývá myšlenkou, jak zajistit zdravotně nezávadnou pitnou vodu, a začíná se hovořit o dezinfekci vody. Cholera se nevyhýbala ani kontinentální Evropě. Jako jeden z příkladů lze uvést 600 obětí na Znojemsku v září r. 1832. Již na přelomu 19. a 20. stol. existují ve vodárenství prakticky 3 způsoby dezinfekce. Jedná se o použití UV záření, chloru a ozonu, přičemž ozonizace byla do roku 1911 nejrozšířenější dezinfekční metodou.

 

 

1910 Marseille, zprovoznění první úpravny pitné vody, která je dezinfikována UV zářením. Celková kapacita "úpravny" je 25 m3/h. Historické prameny hovoří o nespolehlivosti a krátké životnosti UV zářičů, nestabilitě napájecího napětí a častých poruchách. Nicméně pokrokovost a odvaha vyrobit, instalovat a provozovat v tehdejších technických podmínkách UV systém zasluhuje uznání.

Dá se říci, že po objevení průmyslové výroby chloru ztrácí UV dezinfekce i ozonizace na atraktivitě, prakticky mizí z dezinfekční mapy vodárenství a nastává éra chlorování. Tento stav platí až do druhé poloviny 20. století. Návrat k UV dezinfekci probíhá odlišným způsobem v Evropě a v Severní Americe. V Evropě, zejména v alpských zemích, byly v r. 1955 na úpravnách vod instalovány první tlakové UV jednotky. Postupný zájem o UV dezinfekci se zvyšuje s odhalením tvorby nežádoucích vedlejších produktů chlorace (r. 1974) a její významný rozvoj představuje jejich zanesení mezi sledované ukazatele jakosti pitné vody (THM atd., v ČR od r. 1991). Koncem 80. let 20. stol. jsou v Evropě provozovány tisíce UV systémů. UV dezinfekce se tak etablovala jako vhodný doplněk či náhrada konvenčního chlorování. Zcela jiný průběh návratu UV dezinfekce mezi relevantní dezinfekční způsoby na úpravnách vod proběhl, či ještě probíhá v Sev. Americe. Zde sehrála klíčovou roli rozsáhlá epidemie kryptosporidiózy v Milwaukee (USA, 1993), kdy se ukázalo, že na chloraci se nelze vždy spolehnout. Nastalo období překotného hledání metody, která by zajistila zdravotně nezávadnou vodu. Dezinfekce na bázi chloru (Cl2, ClO2, chloraminace) ani ozonizace nenabízí spolehlivou alternativu - zejména při nižších teplotách vody. Zcela zlomovým obratem byl rok 1999, kdy bylo zjištěno, že dávka UV záření 190 J/m2 zajistí inaktivaci Cryptosporidium parvum o téměř 4 řády. Tato skutečnost odstartovala raketový nástup UV dezinfekce do vodárenství Severní Ameriky. Po 10 letech hovoří statistiky o celkovém průtoku 280 m3/s pitné vody dezinfikované UV zářením včetně projektů v realizaci. Lze konstatovat, že na rozdíl od evropského přístupu, který používá UV záření pro celkovou dezinfekci vody, americký přístup spatřuje výhody UV záření zejména v možnosti eliminace organismů rezistentních vůči chlorové dezinfekci.S rozvojem UV dezinfekce vznikla i potřeba sjednocovat poznatky tohoto oboru a věnovat se dalšímu rozvoji a podpoře této technologie. Proto 25. 4. 1999 vzniká ve Washingtonu mezinárodní asociace IUVA (International Ultraviolet Association), která pravidelně pořádá evropské i světové kongresy - poslední dobou ve spolupráci s IOA (International Ozone Association), kde jsou prezentovány aktuální poznatky a zkušenosti z oblasti UV technologie. Další světový kongres IUVA & IOA probíhal v září 2013 v Las Vegas, Nevada, USA .


Současnost

Dá se říci, že většího rozvoje UV dezinfekce v České republice dosahuje od r. 2004, i když první instalace jsou daleko starší. V současné době je na úpravnách vod dezinfikováno UV zářením přes 5 m3/s. Lze konstatovat, že vodárenským odborníkům včetně České republiky je známo, v jakých situacích UV dezinfekce může pomoci. Z legislativního pohledu je v různých zemích situace odlišná. Rakousko, Německo a USA disponují nejpropracovanější vlastní legislativou, jež popisuje zejména technické a výkonové požadavky kladené na každý UV systém, který má být instalován na úpravně vody. S tím souvisí tolik potřebná validace (certifikace) UV systémů, která jakožto jediná umožňuje objektivně srovnávat UV systémy od různých výrobců. Přijetí této myšlenky a respektování pouze validovaných UV systémů by pro ČR bylo bezesporu krokem kupředu. Jinak lze konstatovat, že nabídka UV systémů v České republice odráží světovou špičku prostřednictvím obchodních zastoupení předních výrobců.


2010 Vancouver: 7. května byla oficiálně otevřena jedna z největších UV dezinfekcí pitné vody na světě. Jedná se o úpravnu vody Seymour Capilano, která zásobuje i město Vancouver. Úpravna je již v provozu od ledna 2010, ale slavnostní otevření bylo odloženo na květen z důvodu zimní olympiády. Kapacita úpravny je 75 000 m3/h, tj. 1,8 mil. m3/den. Není bez zajímavosti, že kapacita této úpravny je schopna zajistit pitnou vodu nejen pro celou Českou republiku, ale její kapacita je vyšší než množství vyrobené pitné vody v ČR v roce 2009. Jedná se o úpravnu, která využívá povrchovou vodu ze dvou jezer - Seymour a Capilano. Úpravárenský proces představuje dávkování koagulantu, filtraci (písek + antracit), UV dezinfekci následovanou stabilizací (Ca(OH)2 + CO2) a chlorací. Na výstupu každého z filtrů je osazena UV jednotka WEDECO K143 12/4.Celkem představuje UV dezinfekční stupeň 24 ks UV jednotek. Každá UV jednotka obsahuje 48 ks nízkotlakých amalgámových UV zářičů WEDECO Spektrotherm, které se vyznačují až o 2/3 nižší spotřebou ve srovnání se zářiči středotlakými. UV zářiče jsou umístěny kolmo na průtok vody ve 4 sekcích po 12 ks. UV reaktor je vybaven pátou, zatím neobsazenou sekcí, která umožňuje zvýšení výkonu UV jednotky v případě potřeby, jež je v budoucnu pro úpravnu plánována. UV jednotky jsou vybaveny automatickou regulací výkonu, která zajišťuje potřebnou dezinfekci při minimální spotřebě el. energie.

Velmi podobná koncepce úpravy i způsob osazení UV jednotek byla realizována na ÚV Hradiště (provozovatel Severočeské vodovody a kanalizace a.s.), kde bylo v roce 2008 instalováno 8 ks UV jednotek, každá s kapacitou 150 l/s. Severočeské vodovody a kanalizace a.s. provozují UV dezinfekci na svých 13-ti významných úpravnách vod, kde  kromě zlepšení chuťových vlastností došlo k podstatnému snížení spotřeby chlóru.

 

Budoucnost

O nadějné budoucnosti UV dezinfekce pitné vody hovoří například články v IUVA News , kde se uvádí, že do r. 2014 bude v USA instalováno 3000-5000 nových UV systémů na úpravnách pitných vod využívajících povrchovou vodu, nebo vodu podzemní ovlivněnou vodou povrchovou. Celosvětově se odhaduje v další dekádě instalace ca 7000 UV systémů k dezinfekci pitné vody.

Úkolem výrobců UV systémů by mělo být maximální pochopení distribuce dávky UV záření, jehož důsledkem by měla být účinnější konstrukční řešení ozařovacích komor. Dále je třeba se věnovat jak zvýšení účinnosti UV zářičů a prodloužení jejich životnosti, tak vývoji bezrtuťových zdrojů. V nejnovějších nízkotlakých amalgámových UV zářičích ECORAY společnosti WEDECO došlo ke snížení množství rtuti o více než 80 % v porovnání s předchozí generací typově stejných zářičů. Jinak jsou v tomto ohledu nejslibnější diody emitující UV záření (UVLED). Tyto zdroje se vyznačují extrémně vysokou životností v řádu stovek tisíců hodin, účinností vyšší než 50 % a jsou složeny z odolných komponent neobsahujících rtuť. Bohužel jejich zdokonalování pro reálné použití je stále předmětem vývoje. Dalším aktuálním tématem UV dezinfekce je použití vhodného materiálu pro křemenné trubice UV systémů, které využívají středotlaké zářiče. Ukazuje se, že část polychromatického spektra středotlakých UV zářičů je v průběhu provozu UV systému více absorbováno materiálem ochranné trubice. Jelikož tyto vlnové délky nejsou přímo měřeny UV senzorem, nicméně je s nimi "počítáno" pro dezinfekční účely, může dojít k poklesu dezinfekčního výkonu, aniž by byl provozovatel jakkoliv informován. Podobně může ovlivnit dezinfekční účinnost středotlakého UV systému zvýšená absorbance vody v oblasti vlnových délek < 240 nm. Z tohoto pohledu lze považovat nízkotlaké (monochromatické) UV systémy za spolehlivější díky jednoduššímu a tím věrohodnějšímu sledování intenzity UV záření.


UV dezinfekce vyčištěné odpadní vody

Objemově nejvýznamnější uplatnění UV technologie v celosvětovém měřítku je dezinfekce vyčištěných odpadních vod (OV). Bohužel v ČR není požadováno žádným legislativním nástrojem stanovení mikrobiologických parametrů u vypouštěných vyčištěných odpadních vod (emisní limity), přestože existuje česká technická norma ČSN EN 12255-14 (2005): Čistírny odpadních vod, část 14: Dezinfekce. Tuto roli nepřímo nahrazují imisní mikrobiologické limity u některých typů povrchových vod. V EU se však objevují signály, že snižování rizika vystavení člověka patogenním organismům bude jednou z priorit, a proto by bylo rozumné se touto problematikou zabývat i u nás. Jedná se zejména o situace vypouštění vyčištěných OV do koupacích vod, do vod využívaných k chovu a lovu ryb a do vod přímo či nepřímo využívaných k produkci pitné vody. Pokud porovnáme dezinfekční metody na bázi chloru či ozonu, představuje UV dezinfekce nejlepší dostupné řešení zejména díky šetrnosti k životnímu prostředí a elegantnímu způsobu provozu. Technické možnosti a vybavení UV systémů se dostaly za poslední desetiletí na vysokou úroveň díky četným instalacím ve světě, a proto dnes neexistují technické překážky pro dodávky UV systémů splňující jakékoliv průtokové zadání. Jisté omezení existuje pouze v oblasti dezinfekčního výkonu, kdy musí být v souladu míra předčištění a mikrobiologické požadavky ve výstupní vodě. Typický UV systém pro dezinfekci OV představuje jeden či více modulů s UV zářiči, které jsou ponořeny do jednoho či více průtočných žlabů s otevřenou hladinou. Podle polohy UV zářičů lze rozlišit UV systémy vertikální, horizontální a nejnověji i šikmé, kdy jsou UV zářiče instalovány pod úhlem 45°. Přestože v České republice neexistují žádné významné aplikace (UV) dezinfekce odpadní vody, je v některých evropských zemích situace zcela odlišná. V nedávné minulosti byla např. osazena UV dezinfekce v rámci programu "Obere Isar" na čistírně odpadních vod Gut Marienhof v Mnichově s celkovou kapacitou 6m3/s (foto viz níže). Zajímavostí je, že bavorská vláda požadovala splnění 10krát přísnějších limitů než určuje evropská norma. UV systém, který je v provozu jen v době koupací sezóny, redukuje mikrobiologické znečištění o 3-4 řády (99,90-99,99 %).

 

 

Podobný program existuje i v sousedním Maďarsku pro záchranu Balatonu. Jedna z největších UV dezinfekcí odpadní vody je na Novém Zélandu s kapacitou 1,38 mil. m3/den.


Shrnutí

V současné době je UV záření využíváno vedle dezinfekce pitných a odpadních vod i v mnoha dalších oborech. Zajímavou a novou aplikací je jeho využití jako součást pokročilých oxidačních procesů (AOP - Advanced Oxidation Process), které začínají být využívány na úpravnách vod k likvidaci mikroznečištění (zbytky léčiv, pesticidy nebo obecněji látky s endokrinním účinkem).UV technologie je živá a neustále se vyvíjející metoda s bohatými historickými kořeny a slibnou budoucností. Z tohoto důvodu je rozumné ji věnovat dostatek odborné pozornosti, abychom věděli, v jakých situacích nám může pomoci hledat odpovědi na aktuální i budoucí vodárenské otázky.

 

Autor: Ing. Jiří Beneš, člen IUVA,

DISA s.r.o., benes@disa.cz

www.disa.cz

 

 

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
3 + 3 =
Odoslanie formulára

Priemyselné utierky

MEWA - priemyselne_utierky