Provozní zkušenosti se změnou technologie čištění vody
Na konferenci Pitná voda v Táboře, se kromě jiného řešily i otázky možnosti úpravy vody, a to včetně provozních zkušeností. Voda, která prochází úpravnami, musí svou kvalitou odpovídat požadavkům příslušné legislativy, přičemž hygienické limity jsou v České republice velice přísné. Mezi limitovanými prvky kvality pitné vody jsou i ukazatele, které definují organoleptické vlastnosti. Ovšem odhalení příčin není vždy jednoduché z důvodu možného působení více faktorů.
Foto: Pexels
Úvod
Upravená voda může být klasifikována jako voda pitná pouze po splnění hygienických limitů, které jsou dané vyhláškou MZ č. 252/2004 Sb., ve znění pozdějších předpisů. Hygienické limity jsou v České republice velice přísné, což po splnění těchto limitů indikuje vysokou kvalitu pitné vody. Mezi limitovanými prvky kvality pitné vody jsou i ukazatele, které definují organoleptické vlastnosti. Zhoršení těchto ukazatelů je téměř bezprostředně vnímáno spotřebiteli a indikuje provozovatelům ÚV, že došlo ke změně složení pitné nebo surové vody a je nutno zjistit její příčinu. Ovšem odhalení příčin není vždy jednoduché z důvodu možného působení více faktorů.
Organoleptické vlastnosti upravené vody
Organoleptické vlastnosti pitné vody jsou definovány teplotou, pachem, chutí, barvou, zákalem a vzhledem, přičemž posledně uvedeným aspektem rozumíme více než jenom barvu a zákal. I když vzhled není ve vyhlášce jako samostatný ukazatel uveden a definován, je zřejmé, že pouhým okem viditelné závady jako olejový povlak, pěna na hladině, vznášející se částice či vodní organismy ve vodním sloupci jsou pro spotřebitele nepřijatelné a nelze je ignorovat. Ze změny organoleptických vlastností lze usoudit, že došlo ke změně kvality surové nebo pitné vody vlivem klimatických, biologických nebo technologických faktorů. S výjimkou vzhledu jsou tyto ukazatele ošetřeny vyhláškou MZ č. 252/2004 Sb., ve znění pozdějších předpisů, ve které jsou uvedeny jejich hygienické limity. Konkrétní hodnoty hygienických limitů jsou uvedeny v Tab. 1. U ukazatelů teploty, barvy a zákalu jsou konkrétní hodnoty. K zákalu je uveden dodatek, který upravuje hodnotu zákalu na výstupu z úpravny vody při úpravě povrchové vody na 1,0 ZFn. Ukazatele pachu a chuti nejsou ve vyhlášce přímo limitovány, ale nesmí být zápach či chuť pro odběratele nepřijatelný. Tyto ukazatele jsou hodnoceny prostřednictvím vyškolených senzorických posuzovatelů dle normy ČSN 75 7340. V případě pochybností by měl být vzorek podroben stanovení prahových čísel pachu a chuti dle normy ČSN EN 1622. Při stanovení prahových čísel lze hodnotit jako přijatelnou hodnotu prahového čísla 2 [1, 2].
| Ukazatel | Hodnota | Jednotka | Typ limitu |
|---|---|---|---|
| Pach | Přijatelný pro odběratele | – | MH |
| Chuť | Přijatelná pro odběratele | – | MH |
| Teplota | 8–12 | °C | DH |
| Zákal | 5 | ZFn | MH |
| Barva | 20 | mg/l Pt | MH |
Právě pach a chuť jsou subjektivním ukazatelem, který je vnímán každým odběratelem rozdílně. Pokud odběratel zaznamená rozdílnou či dokonce nepříjemnou chuť či pach, nemusí to nutně indikovat významné zdravotní riziko. Důležitým faktorem je pak informovanost odběratelů pitné vody o příčině změny pachu a chuti a také o tom, zda je změna ukazatelů spojena s ohrožením lidského zdraví. Změny v pachu a chuti mohou být způsobeny buď změnou kvality surové vody, závadou v technologii ÚV nebo kontaminací v distribuční síti [3].
Zhoršený pach je způsoben pachotvornými látkami. Pach se rozděluje dle zdroje jeho vzniku na primární a sekundární. V případě primárního původu pachu jsou pachotvorné látky tvořeny při formování složení surové vody nebo jsou vneseny do vodního ekosystému různými odpady. V případě sekundárního původu pachu jsou pachotvorné látky tvořeny v průběhu úpravy vody, například při dezinfekci vody chlorem. Mezi látky způsobující primární zápach řadíme látky přirozené (například H2S v minerálních vodách), biologického původu (produkty rozkladu nebo činnosti mikroorganismů) nebo látky vnesené odpadními vodami. Pachotvorné látky, které vznikají až sekundární příčinou, jsou především deriváty organických látek s obsahem chloru. Právě tyto látky mají velice nízkou prahovou koncentraci pro zaznamenání změny senzorických vlastností vody odběratelem [3].
Mezi známé látky negativně ovlivňující senzorické vlastnosti pitné vody jsou řazeny především organické látky jako geosmin (GSM), 2-methylisoborneol (MIB) nebo chlorované organické látky. Mezi známé zástupce chlorovaných organických látek, které negativně ovlivňují senzorické vlastnosti již při velmi nízkých koncentracích, patří např. chlorfenoly a chloranizoly [4, 5]. GSM a MIB jsou produkty biologické činnosti mikroorganismů, které do pitné vody mohou proniknout z důvodu jejich nedostatečného odstranění. Ohrožené jsou především stojaté povrchové vody v teplých měsících (vodní nádrže), avšak není pravidlem, že jejich přítomnost je vázána na letní období. Zároveň byla zjištěna koncentrace GSM a MIB i v nutričně chudých nádržích [6].
MIB a GSM jsou produkovány sinicemi, aktinomycetami, myxobakteriemi a mikromycetami [7]. Dalším o opomíjeným zdrojem nežádoucí chuti a zápachu zemitého charakteru pitné vody jsou mikromycety, které produkují trichloranisol [8, 9]. Tento druh mikroorganismů je obzvláště odolný vůči dezinfekci sloučeninami na bázi chloru ve srovnání s bakteriemi a viry. Jejich odolnost může představovat riziko kontaminace vody spory a následný růst těchto mikroorganismů v distribuční síti [10, 11].
Chlorované organické látky jsou tvořeny hlavně v posledním stupni úpravy pitné vody, kterým je dezinfekce. Cílem tohoto stupně je především zabránit sekundární mikrobiologické kontaminaci pitné vody, a to na většině ÚV dávkováním dezinfekčního činidla. Hojně využívaným dezinfekčním činidlem jsou sloučeniny na bázi chloru nebo samotný elementární chlor (v podobě chlorové vody). V tomto případě proces nazýváme chlorace [12]. Právě při chloraci mohou vznikat již zmíněné chlorované organické látky jako jsou chlorfenoly a chloranizoly, nebo trihalometany (THM). THM kvůli zdravotním účinkům patří mezi sledované vedlejší produkty dezinfekce, ale v koncentracích v pitné vodě se vyskytujících nemají potenciál ohrozit pach nebo chuť vody. Naopak chlorfenoly nebo chloranisoly (haloanisoly) jsou pachově detekovatelné i při nízkých koncentracích [13]. Například pro chloranizoly jsou obvyklé hodnoty prahové koncentrace pachu 0,03 až 10 ng/l a často mají zápach plísně [11]. Proto i metody pro stanovení těchto pachových látek musí být mimořádně citlivé a selektivní.
Mezi THM řadíme trichlormethan (chloroform), bromdichlormethan, dibromchlormethan a tribrommethan (bromoform). Jejich zastoupení a vznik závisí na několika faktorech: teplota vody, hodnota pH, koncentrace organických látek v upravené vodě, koncentrace chloru a reakční doba. Reakce je poměrně pomalá, tudíž zjištěné koncentrace THM závisí na době odběru po chloraci a mohou se značně lišit. Proto je obvyklé, že koncentrace THM mohou růst s dobou zdržení v distribuční síti a dosáhnout tak svého vrcholu u spotřebitele. Tvorbu lze minimalizovat snížením množství organických látek v upravované vodě a snížením zbytkové koncentrace chloru v pitné vodě na nezbytně nutnou [3].
Chlorfenoly v pitné vodě vznikají chlorací fenolů, a to i v případě jejich velmi nízkých koncentracích v upravované vodě. Z chloranizolů je pak významný 2,4,6-trichloranizol (2,4,6-TCA), který vzniká buď mikrobiálním působením z 2,4,6-trichlorfenolu, nebo chlorací samotných anizolů. Pravděpodobným důvodem, proč je zaznamenána přítomnost 2,4,6-TCA až v distribuční síti pitné vody, je právě vznik mikrobiálním působením (o-methylace 2,4,6-trichlorfenolu). Tento závěr vyplývá i ze studie, která ukázala, že hladina 2,4,6-TCA stále rostla i před chlorací, což naznačuje, že tato látka může vznikat i bez použití chloru [9]. Simultánní tvorba 2,4,6-TCA však není vyloučena [4].
Vliv technologie na senzorické vlastnosti upravené vody
V případě látek vzniklých biologickou cestou v povrchové vodě je možno aplikovat přímou separaci,a tím zamezit přestupu těchto látek do pitné vody. Obvykle jsou konvenční technologie (koagulace, písková filtrace a chlorace) pro separaci látek jako MIB a GSM neúčinné [15] a v případě jejich přítomnosti v surové vodě přecházejí v určitém množství do vody pitné. Mezi účinné technologie se řadí pokročilé oxidační procesy, sorpce na granulovaném aktivním uhlí (GAU), sorpce na práškové aktivní uhlí (PAC), membránová filtrace nebo kombinace zmíněných technologií. Z pohledu pokročilých oxidačních procesů se často využívá ozon, který je schopen zoxidovat GSM i MIB [16]. Nevýhodou ozonizace je tvorba vedlejších produktů jako jsou ketony, které opět mají negativní vliv na senzorické vlastnosti vody. Proto se doporučuje s ozonizací implementovat i sorpční stupeň, který zabrání průniku těchto látek do pitné vody. Ozonizaci je možno aplikovat i před stupněm koagulace, ale pouze s dávkou do 1 mg/l. Při dávce menší než 1 mg/l ozonu v ozonizaci výrazně napomáhá k účinnosti koagulace. Ovšem při překročení této hranice dochází k degradaci algogenní organické hmoty, která je potřebná pro tvorbu karboxylových kyselin se schopností stabilizovat koloidní částice. Obecný přehled, zda jsou nebo nejsou zmíněné technologie dostatečně účinné pro odstranění látek vzniklých biologickým působením, je uveden v Tab. 2. [6].
| Odstraňovaná látka | Neúčinné technologie | Účinné technologie |
|---|---|---|
| GSM a MIB | Koagulace, filtrace, flotace, sedimentace, oxidační činidla (Cl2, ClO4, KMnO4, NH2Cl) | Pokročilé oxidační procesy, GAU, PAU, membránová filtrace |
V případě látek vzniklých sekundárním způsobem až v průběhu úpravy surové vody na vodu pitnou je nutno nastavit v technologii takové podmínky, aby bylo minimalizováno riziko jejich tvorby. Ke způsobům, jak snížit riziko vzniku těchto sekundárních produktů, patří optimalizace či doplnění technologie. Jak již bylo zmíněno výše, tak záleží na kontrole dávky chloru, reakční době (odvíjí se od doby zdržení v distribuční síti), hodnotě pH, teplotě a koncentraci organických látek v pitné vodě. Nejúčinnějším opatřením je doplnění technologií pro odstranění organických látek, které jsou prekurzory pro tvorbu vedlejších chloračních produktů, a optimalizace dávkování dezinfekčních činidel na bázi chloru [3], popř. přechod na bezchlorovou distribuci pitné vody. Vyšší účinností odstranění organických látek je výrazně snížena pravděpodobnost tvorby vedlejších produktů chlorace. K jejich odstranění dochází i v konvenčních procesech ÚV jako je koagulace, ale bohužel ne s dostatečnou účinností. V případě konvenčních procesů není dosaženo odstranění prekurzorů na takovou míru, aby nedocházelo k tvorbě vedlejších chloračních produktů. K dosažení dostatečných účinností odstranění těchto látek jsou voleny procesy jako pokročilé oxidační procesy, sorpce na aktivním uhlí (v praxi v granulované nebo práškové formě) nebo jejich kombinace [14].
ÚV Želivka
Vliv technologie na senzorické vlastnosti pitné vody jsme měli možnost sledovat nejen v odborné literatuře, ale i v praxi. ÚV Želivka upravuje vodu povrchovou z vodárenské nádrže Švihov na řece Želivce a je největší ÚV v České republice. ÚV zásobuje část Středočeského kraje, kraje Vysočina a hl. m. Prahu. Technologie se skládá z jednostupňové úpravy (koagulační filtrace) s následnou ozonizací a filtrací přes granulované aktivní uhlí (GAU). Posledním stupněm úpravy je desinfekce chlornanem sodným. V letním období roku 2023 došlo nejdříve k plánované odstávce ozonizace (20. 6. 2023) a následně se přidala plánovaná odstávka filtrace přes GAU filtrace (5. 7. 2023). Krátce poté došlo k nárůstu stížností odběratelů v Praze na kvalitu pitné vody z důvodu změny jejích senzorických vlastností (viz Obr. 1.). U odběratelů přímo z ÚV Želivka a po trase štolového přivaděče nebyly žádné stížnosti odběratelů zaznamenány.
Obr. 1. Počty reklamací na kvalitu pitné vody v distribuční síti hl. m. Prahy v průběhu odstávky ozonizace a GAU filtrace na ÚV Želivka za červenec až listopad 2023
Kvalita surové vody ve vodárenské nádrži Švihov na řece Želivce je poměrně stabilní, s pravidelným jarním oživením nádrže (viz Obr. 2.). Koncentrace organických látek v surové vodě je v rámci roku téměř konstantní. V období odstávky nebyly ani z pohledu jiných ukazatelů v surové vodě zaznamenány výkyvy od normálu.
Obr. 2. Biologické oživení v surové vodě z vodárenské nádrže Švihov na Želivce v období 2021 až 2024
S ohledem na objem pitné vody produkované ÚV Želivka je kvalita upravené vody kontrolována každý den, mikrobiologické a biologické ukazatele jsou stanovovány 2× denně. Během odstávky ozonizace a filtrace přes GAU vyhovovaly všechny sledované ukazatele na výstupu z úpravny limitům stanoveným v příloze č. 1 vyhlášky č. 252/2004 Sb. ve znění pozdějších předpisů, a to včetně pachu a chuti.
Obr. 3. Vývoj koncentrace trihalomethanů v upravené vodě na výstupu z úpravny vody Želivka v průběhu roku 2023
Vyšší koncentrace THM byly potvrzeny a odpovídaly změnám v technologii. Vývoj koncentrace THM na výstupu z úpravny (Obr. 3.) a na výstupu z VDJ Jesenice (Obr. 4.) ilustruje vliv doby zdržení. Distribuovaná pitná voda se mění po celou cestu štolovým přivaděčem, ve vodojemu Jesenice I. a i dále v distribučním systému sítě hl. m. Prahy a koncentrace THM dále roste. Proto je při každé (a to i krátkodobější) odstávce velice důležitá komunikace mezi provozovateli jednotlivých částí distribuční sítě, která je účinným nástrojem pro optimalizaci na všech uzlech a může omezit vznik THM.
Obr. 4. Vývoj koncentrace trihalomethanů v upravené vodě na výstupu z VDJ Jesenice I. v profilu Libuš I. v průběhu roku 2023
Zjištění, jaké látky zhoršení pachu a chuti způsobily, nebylo jednoduché. Přítomnost 2,4,6-TCA nebyla pomocí kvantitativních analytických metod prokázána. Všechny výsledky byly pod mezí stanovitelnosti, která byla v případě měření na Technické univerzitě Mnichov na velmi nízké úrovni (200 pg/l). Přesto zásadní podíl této látky byl velmi pravděpodobný. Byla totiž opakovaně zjištěna pomocí metody plynové chromatografie s olfaktometrickou detekcí (obr. 5.). Spolu s ní v menší míře i další látky (4-bromo-2,6-dichloroanisol, GSM) které mají podobný zemitý / zatuchlý charakter pachu. Lze tak uvažovat o synergickém působení těchto látek.
O možnosti jeho tvorby v síti svědčí také úbytek jeho prekurzoru 2,4,6-trichlorfenolu v distribuční síti. Analýzy fenolů a chlorovaných fenolů jsou nyní pravidelně prováděny 1× měsíčně v surové vodě, upravené vodě a v distribučním sytému hl. m. Prahy. V upravené vodě na výstupu z úpravny z ÚV Želivka a v distribučním systému hl. m. Prahy byla zaznamenána přítomnost 2,4,6-trichlorfenolu nad mezí stanovitelnosti pouze v době odstávky linky ozonizace a filtrace přes GAU. Nicméně případy, kdy je koncentrace 2,4,6-trichlorfenolu v pražském distribučním systému nad mezí stanovitelnosti, jsou nyní ojedinělé.
Obr. 5. Pokus o identifikaci látek způsobujících pach metodou plynové chromatografie ve spojení s olfaktometrickou detekcí (GC-O). A a B systém na Ústavu konzervace potravin VŠCHT v Praze, C a D na Mnichovské technické univerzitě
Provedená opatření
S ohledem na počty stížností bylo po vzájemné dohodě ŽePro a PVK zavedeno technologické havarijní opatření v podobě nepřetržitého dávkování práškového aktivního uhlí (PAU) do surové vody před flokulační kanál na ÚV Želivka. První dávky PAU byly aplikovány dne 21. 8. 2023. Celkem bylo do upravované vody nadávkováno 76 tun PAU. Technologie na dávkování PAU na ÚV Želivka je určena pro případy závažných havárií a není uzpůsobena pro dlouhodobé dávkování. Nicméně data ukazují, že mělo pozitivní vliv na kvalitu upravované vody. S ohledem na dobu zdržení v distribuční síti byl zaznamenán snižující se trend stížností na senzorické závady pitné vody u odběratelů hl. m. Prahy, i když na snižující se počet stížností mohly mít vliv také další faktory. Například to, že informace o příčině senzorické závady a o tom, že není z hlediska lidského zdraví riziková, proběhla v masmédiích, což mohlo část stěžovatelů uklidnit. Následně po uvedení linky ozonizace a filtrace přes GAU zpět do provozu dne 9. 11. 2023 se počet zaznamenaných stížností významně snížil. Pravděpodobnou příčinou vzniku pachových a chuťových závad byla tvorba výše zmíněných chlorovaných látek z důvodu vyššího průniku organický látek na technologický stupeň hygienického zabezpečení.
Závěr
Organoleptické vlastnosti pitné vody nelze brát na lehkou váhu. Ačkoliv jejich změna nemusí nutně znamenat, že pitná voda je škodlivá pro lidské zdraví, může být pro odběratele nepřijatelná a významně poškodit reputaci výrobce a dodavatele vody. Zhoršené organoleptické vlastnosti mohou být způsobeny kombinací několika faktorů, jako jsou změna zdroje pitné vody, úpravy v technologii úpravy vody, delší doba zdržení v distribuční síti, teplotní podmínky, přítomnost organických látek, hygienické zabezpečení vody, a také přítomnost mikroorganismů nebo jejich metabolických produktů. Pozitivní roli při ovlivnění senzorických vlastností pitné vody je začlenění pokročilých oxidačních a sorpčních procesů, membránové filtrace nebo změna dávky a druhu dezinfekčního činidla.
Seznam literatury
- ČSN EN 1622. Jakost vod – Stanovení prahového čísla pachu (TON) a prahového čísla chuti (TFN). Praha: Český normalizační institut, 2007. 26 p.
- ČSN 75 7340. Kvalita vod – Metody orientační senzorické analýzy. Praha: Český normalizační institut, 2019. 16 p.
- Pitter, P.; Hydrochemie. 3. ed. Praha: Vydavatelství VŠCHT, 1999. ISBN 80-7080-340-1.
- Zhang, K.; et al. Pilot investigation on formation of 2,4,6-trichloroanisole via microbial O-methylation of 2,4,6-trichlorophenol in drinking water distribution system: An insight into microbial mechanism. Water Res. [Online] 2018, 131, 11–21.
- He, H.; et al. Effects of dissolved organic matter removal and molecular transformation in different water treatment processes on formation of disinfection byproducts. Water Res. [Online] 2023, 245, Article 120626.
- Říhová Ambrožová, J.; Organoleptické závady pitné vody vyvolané přítomností geosminu a 2-MIB v surových vodách. SOVAK, 2016, 10(3): 290–293.
- Watson S., Jüttner F.; Chapter 3. Biological production of taste and odour compounds. In: Lin T.-F., Watson S., Dietrich A. M., Suffet I. H. (Mel) (eds.): Taste and Odour in Source and Drinking Water. IWA Publishing, 2019, 63–99.
- Nyström A., Grimvall A., Krantz-Rüilcker C., Sävenhed R., Åkerstrand K.; Drinking Water Off-Flavour Caused by 2,4,6-Trichloroanisole. Water Sci Technol 1 January 1992; 25 (2): 241–249.
- Xiuzhi B.; et al. Contribution of filamentous fungi to the musty odorant 2,4,6-trichloroanisole in water supply reservoirs and associated drinking water treatment plants. Chemosphere 2017, 182: 223–230.
- Heng-Xuan Z.; et al. Occurrence of fungal spores in drinking water: A review of pathogenicity, odor, chlorine resistance and control strategies. Science of The Total Environment, 2022, 853: 158626.
- Grabińska-Łoniewska, A. & Koniłłowicz-Kowalska, T. & Wardzyńska, G. & Boryn, K.; Occurrence of fungi in water distribution system. Polish Journal of Environmental Studies. 2007, 16. 539–547.
- He, H.; et al. Effects of dissolved organic matter removal and molecular transformation in different water treatment processes on formation of disinfection byproducts. Water Res. [Online] 2023, 245, Article 120626.
- Chen, T.; et al. Advances in the analysis of odorous substances derived from drinking water disinfection. TrAC Trends in Analytical Chemistry [Online] 2023, 167, Article 117224.
- Arman, N.Z.; et al. Review on Emerging Pollutants in the Water Environment: Existences, Health Effects and Treatment Processes. Water 2021, 13, 3258.
- Bruce, D., Westerhoff, P., & Brawley-Chesworth, A.; Removal of 2-methylisoborneol and geosmin in surface water treatment plants in Arizona. Journal of Water Supply: Research and Technology – AQUA, 2002, 51(4), 183–198.
- Jung, S. W., Baek, K. H., & Yu, M. J.; Treatment of taste and odor material by oxidation and adsorption. Water Science and Technology, 2004, 49(9): 289–295.
Téma organoleptických vlastností upravené vody bylo jedním z hlavních témat konference Pitná voda v Táboře 2024. Článek se poprvé objevil ve sborníku konference, dále pak byl upraven pro čtenáře TZB-info autory a redakcí.
At the conference in Tábor, among other things, the issues of water treatment were addressed, including operational experience. The quality of water that passes through treatment plants must comply with the requirements of the relevant legislation, while hygienic limits are very strict in the Czech Republic. Among the limited elements of drinking water quality are indicators that define organoleptic properties. However, revealing the causes is not always easy due to the possible influence of several factors.
