Koncept II.

Zkvalitnění monitoringu biologické kvality pitných vod

Úpravna vody Želivka, a.s. a její dceřiná společnost Želivská provozní a.s. jsou vodárenské společnosti, které se podílejí na správě a provozování Středočeské vodárenské soustavy. Surová voda je do úpravny dodávána z vodárenské nádrže Švihov, která má objem vody 266,5 miliónů m3. Úpravna vody Želivka je největší úpravnou vody pro hl. m. Prahu. Úpravna dále zásobuje pitnou vodou i oblasti Středočeského kraje a kraje Vysočina.

Nezávadné pitné vody nesmí vykazovat nežádoucí biologické účinky. Bezpečný zdroj pitné vody má strategický význam pro jakékoliv lidské sídlo. S velikostí sídla se jeho význam zvyšuje, je tedy jasné, že zajištění bezpečného zdroje pitné vody pro Prahu a okolí má nejvyšší prioritu.

Riziko náhlé kontaminace vod nebezpečnými látkami je samozřejmě vyšší u povrchových zdrojů surových vod, tak jako je to v případě Úpravny vod Želivka. V současné době k náhodným případům kontaminace přistupuje i riziko cílené kriminální či teroristické akce.

Protože náhlé zhoršení kvality vody pro úpravu má charakter náhodného jevu, je nutné na úpravnách vybudovat systém včasného varování, který by dostatečně rychle, s potřebnou citlivostí a hlavně spolehlivě detekoval změny kvality surových vod pro úpravu. Navrhovaný projekt se zabývá vylepšením systému včasného varování na Úpravně vod Želivka.

Protože úprava pitných vod je nepřetržitý proces, musíme pro potřeby zajištění bezpečnosti produkce disponovat okamžitými informacemi jak o kvalitě surových vod, přitékajících na úpravnu, tak o vodách, odváděných z úpravny do vodovodní sítě. Zdrojem okamžitých informací může být pouze kontinuální monitoring. Potřeby systému včasného varování nejlépe naplňuje kontinuální biologický monitoring, kdy jsou vybrané monitorovací organismy nepřetržitě vystaveny působení sledovaných vod a posouzení biologických vlastností těchto vod vychází z vyhodnocení reakce těchto organismů na celkové složení těchto vod. Proto většina vodárenských firem v České republice zavedla kontinuální biologický monitoring pomocí sledování reakce pstruhů duhových na kvalitu surových vod, protékajících nádržemi, v nichž jsou umístěni.

Na této Úpravně vod Želivka jsou pstruzi umístěni ve dvou skleněných nádržích, kterými protéká surová vody, přiváděná na úpravnu. Ryby jsou nepřetržitě monitorovány pomocí kamery a jejich reakce vyhodnocují určení zaměstnanci úpravny. Biologický monitoring je nasazen pouze na vstupu vod do úpravny, nikoliv na výstupu. Není tedy monitorována biologická jakost vod odváděných do vodovodní sítě po procesu úpravy surových vod, který může vést ke vzniku různých reakčních meziproduktů, které mohou působit negativní biologické účinky.

Cílem Konceptu II je zavést kontinuální biologický monitoring na vstupu surových vod a také na výstupu vod po úpravě. Pro tyto potřeby byly zvoleny monitorovací přístroje Daphnia Toximeter, které se plně osvědčily a jasně prokázaly svou užitečnost pro výrazné zlepšení systému včasného varování na tocích.

Oba přístroje budou také doplněny automatickými vzorkovači, které v případech zaznamenání havarijního snížení biologické jakosti sledovaných vod odeberou vzorky pro následné analýzy, zaměřené na detekci příčin daného stavu.

Výstup, generovaný v rámci konceptu II, představuje v České republice zcela nový přístup ke sledování biologické jakosti pitných vod. To je dáno typem použitých monitorovacích zařízení, které jsou v České republice pouze ve dvou exemplářích. Ty jsou ve vlastnictví Výzkumného ústavu vodohospodářského, v.v.i., a budou pro potřeby řešení projektu a vypracování nového, efektivnějšího a přesnějšího sytému včasného varování na Úpravně vod Želivka neúplatně zapůjčeny.

Věcný pokrok konceptu v 1. fázi – Ověření proveditelnosti

První fáze konceptu zahrnovala dvě, níže uvedené etapy.

Etapa 1 - Přípravná a monitorovací (leden až červen 2018)

V rámci této etapy probíhaly konzultace s provozovatelem a šetření na místě osazení přístrojů, zaměřené na technického řešení napojení přístrojů na přívod surových a upravených vod úpravně. Zde musíme konstatovat, že provozovatel úpravny po celou dobu přistupoval k řešení problému velmi aktivně. Technicky zajistil prostory pro instalaci přístrojů i přívody obou druhů vod. Spolupracoval také v činnostech, nezbytných k zajištění on-line připojení přístrojů k internetové síti. Provozovatel také poskytl prostory, vhodné pro chov monitorovacích organismů (perlooček) a pěstování krmných planktonních řas.

Po laboratorním otestování plné funkčnosti a provedení nezbytných úprav byl ve vyhrazených prostorách nainstalován první monitorovací přístroj, propojený s automatickým vzorkovačem a zahájen chov monitorovacích organismů a pěstování řas. Nastavením připojení přes internetovou sít bylo rovněž zahájeno on-line sledování reakce monitorovacích organismů.

Monitorovací zařízení s automatickým odběrákem, nainstalované na Úpravně vod Želivka

Etapa 2 - Monitorovací a testovací (červenec až prosinec 2018)

Náplní druhé etapy bylo zahájení zkušebního provozu kontinuálního monitoringu a zahájení produkce monitorovacích organismů a krmných řas v prostorách úpravny.

Před zahájením zkušebního provozu prvního přístroje Daphnia Toximeter, osazeného na úpravě (viz Obr. 1), byly v prostorách úpravny provedeny toxikologické zkoušky, zaměřené na detekci případných negativních biologických účinků sledovaných typů vod na monitorovací organismy, to je perloočky Daphnia magna.

Standardizovanými postupy byly ověřeny účinky surových vod, vod po úpravě a pro porovnání také standardizované ředící vody. Zatímco standardizovaná ředící voda při době expozice 48 hodin nevykazovala žádné negativní účinky, surová voda již negativní účinky na monitorovací organismus v omezené míře vykazovala. K úhynu 100 % organismů došlo u testované vody po úpravě. Těmto výsledkům plně odpovídalo ověření v monitorovacím zařízení Daphnia Toximeter, kdy v průběhu zkušebního monitoringu docházelo k úhynu monitorovacích organismů v rozsahu, odpovídajícím výsledkům standardizovaných zkoušek. Problémy s oběma druhy vod je tedy nutné vyřešit.

Surová voda má zřejmě odlišné biologické vlastnosti od standardní ředící vody, ve které byly monitorovací organismy původně chovány. Pro adaptaci organismů na tuto vody byly chovy převedeny do surové vody. Nově narozené generace, chované v surové vodě, by měly být na dané médium adaptovány.

U upravené vody je odstranění problému komplikovanější. Do prostor, ve kterých je monitorovací přístroj umístěn, je totiž přivedena upravená voda již po ozonizaci a chloraci. Tato skutečnost značně komplikuje záměr konceptu II monitorovat rovněž biologické vlastnosti upravené vody. Chlor je totiž pro monitorovací organismy toxický.

Pro bezproblémové kontinuální sledování je tedy nutná kontinuální dechlorace upravené vody. Nejdříve jsme zkoušeli intenzivní aeraci upravené vody v nádobě, z které byla voda odčerpávána do měřící komory s monitorovacími organismy. Toto opatření však nebylo dostatečně účinné, protože ve vodě stále zůstávala průměrná koncentrace zbytkového chloru 0,1 mg/l. Že je tato koncentrace pro monitorovací organismy toxická, bylo ověřeno zkušebním monitoringem. Naše pozorování plně odpovídalo závěrům provedené rešerše. Publikační zdroje totiž uvádějí, že na celkový zbytkový chlor jsou z širokého spektra vodních organismů nejcitlivější perloočky druhu Daphnia magna. Pro organismy mladší 24 h (tedy ve stáří, ve kterém se nasazují do monitorovacího zařízení) je koncentrací, která způsobí 50% úhyn organismů při době expozice 48 h, hodnota 0,017 mg celkového zbytkového chloru na litr.

Proto jsme museli hledat efektivnější způsob dechlorace. Pro dechloraci upravených vod jsme se rozhodli využít thiosíran sodný (Na2S2O3). Tato látka je velice efektivní při dechloraci vodných roztoků a zároveň má velice nízké toxické účinky na perloočky Daphnia magna - do koncentrace 200 mg/l nebyla zaznamenána akutní toxicita. Tato skutečnost byla ověřena vlastními testy.

I když bylo ověřeno, že již roztok thiosíranu o koncentraci 1,75 mg/l je dostatečně účinný při dechloraci monitorovaných vod, my jsme se rozhodli použít k dechloraci roztok thiosíranu ve výsledné koncentraci 20 mg/l. K tomuto rozhodnutí nás vedla snaha o maximální efektivitu dechlorace. Náš záměr byl ověřen měřením, kdy po přídavku thiosíranu k vodám po úpravě opravdu okamžitě klesl obsah celkového zbytkového chloru na nulovou hodnotu. Zkušební monitoring prokázal neškodnost upravených vod po dechloraci pro monitorovací organismy. Aby však bylo možno provádět kontinuální přidávání roztoku thiosíranu k upraveným vodám, je třeba monitorovací zařízení (Daphnia Toximeter) doplnit o další synchronizované peristaltické čerpadlo.