Technické plyny, zejména kyslík a oxid uhličitý, představují osvědčené a šetrné řešení pro úpravu a čištění pitné vody. Využívají se ke stabilizaci pH, optimalizaci chemického složení i zlepšení senzorických vlastností vody. Díky tomu pomáhají splnit přísné požadavky na kvalitu pitné vody, a to bez vzniku nežádoucích vedlejších produktů či sekundární kontaminace. Tyto plyny jsou navíc přirozenou součástí vody, což z nich činí bezpečný a efektivní nástroj moderních vodárenských technologií.
Vnosem a rozpuštěním oxidu uhličitého (CO2) ve vodě dochází k tvorbě produktů – kyseliny uhličité, hydrogenuhličitanů a uhličitanů, které jsou přirozenou součástí pitné vody.To je jeden z více důvodů proč je využití CO2 v procesu úpravy preferované namísto minerálních kyselin, jako je například kyselina sírová.
Nejčastěji se CO2 v procesu úpravy vody používá pro mineralizaci (ztvrzování). Surová voda z přehradních nádrží či řek bývá velmi měkká. Tvrdost pod 0,5 mmol/l není výjimečná. Taková voda je bez dalšího zpracování velmi agresivní. K prevenci koroze potrubí a zařízení je pak nutný mineralizační krok pro dosažení potřebné tvrdosti a alkality. Dalšími důvody jsou zlepšení organoleptických vlastností a zlepšení kvality vody přídavkem zdraví prospěšného vápníku. Tvrdost vody se nejčastěji navyšuje na hodnoty od 0,7 do 1,4 mmol/l. Běžně se však vyskytují vyšší hodnoty. Nejvhodnější způsob mineralizace vody je založen na dávkování vyváženého množství vápna a CO2, které vy-tvářejí rozpustný hydrogenuhličitan vápenatý.
Kromě mineralizace se CO2 v procesu úpravy vody používá i pro úpravu (snižování) pH, a to například pro úpravu pH surové vody při procesu koagulace. V teplých povrchových vodách z přehradních nádr-ží nebo řek bývá v průběhu letního období zaznamenán nárůst pH i nad 9, který je způsoben zvýšeným růstem řas. Proto se před dávkováním koagulantu na bázi hliníku upravuje pH na takovou hodnotu, aby pro-ces probíhal za optimálních podmínek a bylo zamezeno nadměrnému rozpouštění hliníku. Za tímto účelem mohou být použity i minerální kyseliny, jako jsou například kyselina sírová nebo chlorovodíková. CO2 je však výrazně vhodnější, protože při jeho aplikaci nedochází ke zvyšování koncentrací síranů a chloridů, které jsou nevhodné z hle-diska korozní chemie vody. CO2 také umožňuje přesnější kontrolu pH, jednoduše se do vody dávkuje a je bezpečnější z hlediska skladování a manipulace. Velkou výhodou je i minimální pravděpodobnost, že by došlo k překyselení, například v důsledku poruchy zařízení pro dávkování CO2.
Dalšími méně významnými aplikacemi CO2 v procesu úpravy vody jsou například:
Kyslík se při úpravě pitné vody používá pro procesy založené na oxidaci. Nejrozšířenějším je separace železa a manganu pro potlačení tvorby sraženiny a inkrustace v rozvodném potrubí. Podzemní voda obsahuje železo a mangan v jejich rozpustné formě. Po obo-hacení podzemní vody kyslíkem oxiduje dvojmocné železo velmi rychle na trojmocné za tvorby hydroxidu železitého, který je zachycován na filtrech. Za odpovídajících podmínek dochází také k oxidaci manganu a odfiltrování nerozpustného oxidu manga-ničitého. Dle stechiometrie vyžaduje tato oxi-dace pouze malé množství kyslíku. Z tohoto důvodu lze požadovaného obohacení kyslí-kem dosáhnout pomocí vzduchu. Nicméně použití čistého kyslíku je ekonomičtější a má určité výhody:
Díky uvedeným výhodám je použití čistého kyslíku ekonomičtější než tlakové provzdušňování. Nízké investice i provozní náklady a významně nižší náklady na údržbu a čištění kompresorů a ventilů hovoří jednoznačně v jeho prospěch a vedly k aplikacím čistého kyslíku na mnoha zahraničních vodárnách.
V případě, že jsou tradiční čisticí kroky (flokulace, filtrace a/nebo chlorace) nedostatečné pro zajištění kvality a zdravotní bezpečnosti pitné vody, používá se oxidace ozonem. Ozon je zároveň přátelský k životnímu prostředí, kdy jsou výsledkem jeho působení obvykle neškodné oxidační produkty a kyslík. Díky tomu nezanechává žádné nežádoucí vedlejší produkty a nezhoršuje senzorické vlastnosti vody. Ozonizace se uplatňuje v procesu úpravy pitné vody mnoha způsoby:
Ozon je nutné vyrábět na místě spotřeby. Zejména pro střední a velké úpravny vody je použití čistého kyslíku jako zdroje pro jeho výrobu ekonomičtější než použití vzduchu, protože nevyžaduje ná-kladné zařízení pro odstranění vlhkosti, stopových prvků a jemných pevných nebo kapalných částic, které by mohly ovlivňovat životnost generátorů ozonu. Kyslík dále umožňuje dosáhnout mnohem vyšších koncentrací ozonu ve výstupním plynu (10–15 %). Z toho důvodu jsou ozonové generátory a zařízení pro dávkování do vody kompaktnější, méně nákladné a s výrazně nižší spotřebou energie. Výsledkem je, že všechny moderní ozonové instalace používají čistý kyslík.
Technická řešení vnosu plynu do vody jsou různorodá. Plyn může být dávkován do potrubí přídavné vody, případně do odbočky z hlavního potrubí nebo ze zásobní nádrže vody, kde dojde k jeho rozpuštění, a to jak bez, tak i s pomocí statického mísiče. Plyn může být také dávkován přímo do nádrží vody nebo do hlavního potrubí vody pomocí speciál-ních jemnobublinných elementů. Více možností máme v případě CO2, který se ve vodě rozpouští výrazně jednodušeji než kyslík. V případě kyslíku bývá vhodné použít tlakový reaktor, zajišťujícího jeho efek-tivní rozpuštění. Vše závisí na druhu plynu a řadě dalších parametrů a požadavků. Zásadní je navrhnout a realizovat vhodné a ekonomické řešení, které zajistí kompletní rozpuštění
Oxid uhličitý, kyslík nebo ozon se používají v celém řetězci procesu úpravy vody surové na vodu pitnou. Tým kvalifikovaných vědců, inženýrů a techniků firmy Messer má rozsáhlé zkušenosti s aplika-cemi zde popsaných metod a odpovídající know-how pro používání technických plynů v uvedených procesech. Poskytují konzultace a nabízejí řešení, které je tvořeno inženýrskou činností, hardwarem a dodávkami technických plynů a upraveno dle aktuálních požadavků zákazníka. Výsledkem jsou stovky referenčních instalací, kterými byly v minulých letech vybaveny úpravny vod po celé Evropě.
Více informací:
Ing. David Bek, Ph.D.
david.bek@messergroup.com
tel.: +420 602 760 022