VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN - lences.czlences.cz/domains/lences.cz/skola/subory/Skripta/BC03-Chemie a... · 4,5 platí pesn jen za pedpokladu, že voda neobsahuje ve . Úprava

- 1 (58) -

VYSOKÉ U�ENÍ TECHNICKÉ V BRN� FAKULTA STAVEBNÍ

CHEMIE A TECHNOLOGIE VODY MODUL M02

VODÁRENSTVÍ

STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

- 2 (58) -

© …

Obsah

- 3 (58) -

OBSAH

1 Úvod ...............................................................................................................5 1.1 Cíle ........................................................................................................5 1.2 Požadované znalosti ..............................................................................5 1.3 Doba pot�ebná ke studiu .......................................................................5 1.4 Klí�ová slova.........................................................................................5

2 Úprava podzemní vody na pitnou ...............................................................6 2.1 Formy oxidu uhli�itého ve vod� a odkyselování vody .........................6

2.1.1 Formy oxidu uhli�itého ve vod� .............................................6 2.1.2 Vápenato-uhli�itanová rovnováha ..........................................9 2.1.3 Metody odkyselování vody...................................................11

2.2 Železo ve vodách a odželezování vody...............................................13 2.2.1 Slou�eniny železa ve vodách ................................................13 2.2.2 Procesy odželezování vody...................................................16

2.3 Mangan ve vodách a odmanganování vody........................................17 2.3.1 Slou�eniny manganu ve vodách............................................17 2.3.2 Odmanganování vody ...........................................................19

2.4 Autotest ...............................................................................................21 2.5 Shrnutí .................................................................................................21

3 Úprava povrchové vody na pitnou............................................................22 3.1 �i�ení vody..........................................................................................22

3.1.1 Chemická podstata �i�icích proces�......................................22 3.1.2 Koagulanty............................................................................23 3.1.3 Hydrofobní koloidní disperze a jejich stabilita.....................23 3.1.4 Destabilizace koloidních sol� ...............................................25 3.1.5 Koagula�ní proces.................................................................27

3.2 Pomalá filtrace ....................................................................................30 3.3 Filtrace s využitím horninového prost�edí ..........................................31 3.4 Kvalita povrchové vody využívané pro úpravu na pitnou vodu ........32 3.5 Autotest ...............................................................................................33 3.6 Shrnutí .................................................................................................34

4 Separa�ní postupy ve vodárenství.............................................................35 4.1 Mikrosíta .............................................................................................35 4.2 Filtrace vrstvou zrnitého materiálu .....................................................35

4.2.1 Základní pojmy .....................................................................36 4.2.2 Otev�ené rychlofitry..............................................................36 4.2.3 Uzav�ené rychlofiltry a kontaktní filtrace.............................38 4.2.4 Dvouvrstevná filtrace............................................................38 4.2.5 K�emelinové a perlitové filtry..............................................39 4.2.6 Filtry s plovoucí náplní .........................................................39

4.3 Autotest ...............................................................................................39 4.4 Shrnutí .................................................................................................39

Kliknete-li myší do volného prostoru vpravo od obsahu, ten se Vám vybere (šed� podbarví). Zmá�knutím funk�ní klávesy F9 se pak celý obsah zaktua-lizuje dle skute�ných dat.

Modul 2 - Vodárenství

- 4 (58) -

5 Zušlech�ování pitné vody.......................................................................... 40 5.1 Oxida�ní postupy zušlech�ování vody ............................................... 40 5.2 Adsorpce z vodných roztok� .............................................................. 40

5.2.1 Vlastnosti sorbent� ............................................................... 40 5.2.2 Použití aktivního uhlí ve vodárenství................................... 42 5.2.3 Fluorizace vody .................................................................... 44 5.2.4 Domácí filtry ........................................................................ 44

5.3 Autotest............................................................................................... 45 5.4 Shrnutí ................................................................................................ 45

6 Dezinfekce vody.......................................................................................... 46 6.1 Dezinfekce chlorem a jeho slou�eninami........................................... 46

6.1.1 Vlastnosti chloru a jeho slou�enin ....................................... 46 6.1.2 Ú�inky chloru a jeho slou�enin............................................ 48 6.1.3 Chlorování vody................................................................... 49 6.1.4 Dezinfekce chlornany a chloraminem B a T ........................ 51

6.2 Dezinfekce oxidem chlori�itým ......................................................... 51 6.3 Dezinfekce ozonem ............................................................................ 52 6.4 Oligodynamické metody dezinfekce vody ......................................... 53 6.5 Fyzikální metody dezinfekce vody..................................................... 53 6.6 Autotest............................................................................................... 54 6.7 Shrnutí ................................................................................................ 55

7 Záv�r ........................................................................................................... 56 8 Studijní prameny ....................................................................................... 57

8.1 Seznam použité literatury ................................................................... 57 8.2 Odkazy na další studijní zdroje a prameny......................................... 57

9 Klí� .............................................................................................................. 58

Úvod

- 5 (58) -

1 Úvod

1.1 Cíle

Modul �.2 studijní opory k p�edm�tu Chemie a technologie vody, který nese název Vodárenství se zabývá výrobou pitné vody. Dozvíte se o procesech úpravy vody p�i využití podzemních i povrchových zdroj�, o jejím zušlech�o-vání i hygienickém zabezpe�ení. Krom� toho je probrána hydrochemie látek, které se t�mito procesy z vody odstra�ují.

1.2 Požadované znalosti

P�edpokladem k porozum�ní probírané látce je znalost základ� hydrochemie, tak jak byly probrány v modulu �.1 této studijní opory „Chemie p�írodních a pitných vod“.

1.3 Doba pot�ebná ke studiu

Se znalostí základ� hydrochemie, shrnutých v modulu �.1, p�edpokládám, že ke studiu tohoto modulu budete pot�ebovat p�ibližn� 2 dny.

1.4 Klí�ová slova

oxid uhli�itý, vápenato-uhli�itanová rovnováha, odkyselování, železo, odžele-zování, mangan, odmanganování, �i�ení, pomalá filtrace, filtrace s využitím horninového prost�edí, separace suspenzí, adsorpce, fluorizace, dezinfekce


- 6 (58) -

2 Úprava podzemní vody na pitnou

Oproti povrchovým vodám neobsahují nekontaminované podzemní vody orga-nické zne�ist�ní. Zato v n�kterých p�ípadech obsahují minerální slou�eniny, které je nutno odstranit pro jejich korozívní ú�inek na materiál rozvodné vodo-vodní sít� (CO2) nebo naopak pro nebezpe�í jejího zanášení a z d�vodu dosa-žení lepší kvality pro pitné ú�ely (soli Fe a Mn). Technologické procesy pro odstran�ní t�chto nežádoucích složek jsou odkyselování, odželezování a od-manganování.

2.1 Formy oxidu uhli�itého ve vod� a odkyselování vody

2.1.1 Formy oxidu uhli�itého ve vod�

Oxid uhli�itý vzniká jako produkt metabolizmu mnoha zejména organotrofních organizm� i p�i spalování fosilních paliv. Nezne�išt�ný vzduch obsahuje 0,03 % obj. CO2. Ve vod� se CO2 dob�e rozpouští, p�i 10 oC a 100 kPa je jeho roz-pustnost 2360 mg.l-1. Ve vod� rozpušt�ný oxid uhli�itý se nazývá volný oxid uhli�itý. Pod tímto názvem se rozumí sou�et voln� hydratovaných molekul CO2.nH2O a kyseliny uhli�ité H2CO3, vznikající reakcí:

CO2 + H2O = H2CO3 [2.1]

Podíl takto vzniklých molekul H2CO3 z celkového množství CO2 je pom�rn� malý (necelé 1 %). V chemických rovnicích a p�i výpo�tech se obvykle píše jen CO2 nebo H2CO3, p�i �emž se tím rozumí celé množství CO2.nH2O + H2CO3, nebo� ani b�žnými analytickými metodami ob� tyto formy nelze rozli-šit, ale stanovuje se jejich suma.

Kyselina uhli�itá disociuje do dvou stup��:

H2CO3 = H+ + HCO3- [2.2]

HCO3- = H+ + CO3

2- [2.3]

Rovnováha vystupujících a vstupujících látek podílejících se na disociaci je vyjád�ena rovnicemi, v nichž K1 a K2 jsou disocia�ní konstanty:

c H c HCO

c H COK

( ). ( )( )

,+ −

−= =3

2 31

6 410 (p�i 25 oC) [2.4]

c H c CO

c HCOK

( ). ( )

( ),

+ −

−−= =3

2

3

210 310 (p�i 25 oC) [2.5]

Výskyt jednotlivých forem oxidu uhli�itého, volného CO2 (resp. H2CO3) a vá-zaného - HCO3

- a CO32- je dle rovnic [2.4] a [2.5] závislý na koncentraci vodí-

kových iont�, a tedy na pH roztoku. Ve vod� neobsahující žádné jiné látky je pH ur�eno koncentrací CO2. P�ídavkem kyselých nebo alkalických látek se

Úprava podzemní vody na pitnou

- 7 (58) -

naopak m�ní pom�r mezi formami CO2 p�i zachování výše uvedených rovno-vážných vztah�.

Pom�r mezi formami oxidu uhli�itého ve vod� lze stanovit z neutraliza�ní k�ivky kyseliny uhli�ité. Tato k�ivka se získá jako závislost pH na p�ídavku silné zásady (NaOH), to je iont� OH- v mmol.l-1 k roztoku H2CO3. D�j je vrat-ný, což znamená, že p�ídavkem HCl, neboli iont� H+ k roztoku odpovídajícímu kterémukoliv bodu neutraliza�ní k�ivky se získá stejná závislost pH na p�ídav-ku H+ v mmol.l-1. P�ídavkem OH- se ovšem pH zvyšuje a p�ídavkem H+ se naopak snižuje.

Obr.2.1: Neutraliza�ní k�ivka kyseliny uhli�ité, c(H2CO3) = 0,01 mol.l-1

Obr.2.2: Distribu�ní diagram soustavy H2CO3 , HCO3- a CO3

2-

456789

10111213

0 5 10 15 20

pH

5101520

p�ídavek H+ (mmol.l-1)

p�ídavek OH- (mmol.l-1)

0

20

40

60

80

100

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

pH

proc

entic

ký p

odíl

%

H2CO3HCO3

- CO32-


- 8 (58) -

Na neutraliza�ní k�ivce lze rozlišit dva inflexní body, p�i pH = cca 4,5 a p�i pH = 8,3, které ji rozd�lují na t�i �ásti. Zjišt�ním množství silné jednosytné kyseli-ny (mmol.l-1 HCl) nebo silné jednosytné zásady (mmol.l-1 NaOH), které se mu-sí p�idat k 1 litru analyzované vody, aby byla dosažena požadovaná hodnota pH (tento pracovní postup se nazývá titrace), se získají údaje, jejichž názvy jsou uvedeny v Tab.2.1.

Tab.2.1: Oxida�n� reduk�ní potenciál

Titrace k pH Ozna�ení Název

silnou zásadou 4,5 ZNK4,5 zásadová neutraliza�ní kapacita k pH 4,5

silnou zásadou 8,3 ZNK8,3 zásadová neutraliza�ní kapacita k pH 8,3

silnou kyselinou 8,3 KNK8,3 kyselinová neutraliza�ní kapaci-ta k pH 8,3

silnou kyselinou 4,5 KNK4,5 kyselinová neutraliza�ní kapaci-ta k pH 4,5

Z distribu�ního diagramu, v n�mž je znázorn�na závislost koncentrace jednot-livých forem CO2 na hodnot� pH, vyplývá, že p�i pH = cca 4,5 a menším je prakticky jedinou formou oxidu uhli�itého volný CO2 (resp.H2CO3). V oblasti pH < 4,5 je nutno p�edpokládat H+ ionty, pocházející ze silných kyselin, což u p�írodních vod nep�ichází tém�� v úvahu, snad s výjimkou kyselých deš��.

V rozmezí pH od 4,5 do 8,3, v n�mž se vyskytuje v�tšina p�írodních vod, exis-tují vedle sebe CO2 a HCO3

-. P�i pH = 8,3 vysoce p�evažuje HCO3-. Nad pH

8,3 existuje rovnováha mezi HCO3- a CO3

2-. Nad pH 10 je nutno p�edpokládat nezanedbatelné koncentrace OH-, jejichž p�vod je v silných zásadách.

Reakce, ke kterým dochází p�i neutralizaci vody silnou zásadou nebo silnou kyselinou p�i titraci, jsou následující:

P�ídavkem NaOH k vod� o pH ≥ 4,5 probíhá v oblasti do pH � 8,3 reakce:

CO2 + OH- = HCO3- [2.6]

Z rovnice [2.6] vyplývá, že c(CO2) = ZNK8,3 v mmol.l-1.

P�ídavkem HCl k vod� o pH � 11 (p�i tomto pH lze zanedbat koncentraci OH-) probíhá v oblasti do pH ≥ 8,3 reakce:

CO32- + H+ = HCO3

- [2.7]

Pokra�uje-li se v p�ídavku HCl, probíhá až k hodnot� pH ≥ 4,5 reakce:

HCO3- + H+ = H2CO3 = H2O + CO2 [2.8]

Pro vodu s výchozím pH ≤ 8,3 platí, že c(HCO3-) = KNK4,5 v mmol.l-1.

Výpo�et koncentrace CO2 a HCO3- v p�írodních vodách o pH mezi 4,5 až 8,3

ze ZNK8,3 a KNK4,5 platí p�esn� jen za p�edpokladu, že voda neobsahuje ve


- 9 (58) -

srovnatelné koncentraci další slabé kyseliny (nap�.huminové) a kationty, hyd-rolyzující za uvoln�ní iont� H+ (nap�.NH4

+).

Volný oxid uhli�itý je obsažen tém�� ve všech p�írodních vodách, zejména podzemních, a zvyšuje podstatn� rozpustnost n�kterých minerál� ve vod�, zejména uhli�itan� (CaCO3, MgCO3), ale i k�emi�itan�. Nap�. rozpoušt�ní vá-pence probíhá podle rovnice:

H2CO3 + CaCO3 ⇔ Ca(HCO3)2 [2.9]

T�mito d�ji se podzemní vody obohacují rozpustnými solemi, z nichž význam-ný podíl tvo�í hydrogenuhli�itany HCO3

-. P�írodní vody obsahují obvykle de-sítky až stovky mg.l-1 HCO3

-, v minerálních vodách se vyskytují stovky až tisí-ce mg.l- HCO3

-.

2.1.2 Vápenato-uhli�itanová rovnováha

Uhli�itan vápenatý CaCO3 se v p�írod� vyskytuje ve form� vápence a s p�í-rodními vodami p�ichází �asto do styku. Ve vod� je málo rozpustný, což je dáno jeho sou�inem rozpustnosti, odvozeným z Guldberg-Waageova zákona:

c(Ca2+).c(CO32-) = Ks = 10-8,22 (p�i 25 oC) [2.10]

V p�ítomnosti CO2 se rozpustnost CaCO3 podstatn� zvyšuje, nebo� probíhá reakce [2.9]. Z rovnic [2.4] a [2.5], vyjad�ujících rovnováhu forem kyseliny uhli�ité, a z rovnice [2.10] získáme eliminováním n�kterých �len� vztah:

c(H2CO3)r = c(CO2 )r = K

K Kc Ca c HCO

s

2

1

23

2

.. ( ). ( )+ − [2.11]

Za zjednodušujícího p�edpokladu: 2.c(Ca2+) = c(HCO3- ) platí rovnice Tillman-

sova:

c(CO2)r = konst. . c(HCO3-)3 [2.12]

Výše uvedený vztah mezi koncentrací volného CO2 a HCO3- , které jsou v rov-

nováze mezi sebou a také s CO32- a Ca2+, je znázorn�n na Obr.2.3. Skute�-

nost, že se jedná o rovnovážnou koncentraci CO2, se vyjad�uje ozna�ením (CO2)r. Tato rovnováha znamená, že p�idáním CaCO3 do vodného roztoku, v n�mž je ustavena, nedochází v n�m ke koncentra�ní zm�n� žádné ze složek na rovnováze zú�astn�ných.

Plocha nad k�ivkou vyjad�ující vápenato-uhli�itanovou rovnováhu zobrazuje stav, u n�hož dochází p�i styku vody s CaCO3 k rozpoušt�ní uhli�itanu dle rov-nice [2.9]. P�íkladem je stav znázorn�ný na Obr.2.3 bodem A. Volný oxid uhli-�itý reaguje s CaCO3, p�i�emž jeho koncentrace ubývá, ale roste koncentrace HCO3

-. Po dosažení rovnováhy je stav zobrazen bodem D na rovnovážné k�iv-ce. Oxid uhli�itý, který takto reagoval, se nazývá CO2 agresivní v��i betonu. Oxid uhli�itý, který je v rovnováze vyjád�ené rovnicí [2.11] resp. [2.12], se nazývá rovnovážný a diference mezi celkovým volným CO2 a rovnovážným CO2 se nazývá oxid uhli�itý agresivní v��i železu. Agresivitu CO2 v��i betonu, který obsahuje CaCO3, vyjad�uje rovnice [2.9]. Plocha pod k�ivkou uhli�itano-vé rovnováhy zobrazuje nerovnovážný stav, p�i n�mž dochází k vylu�ování CaCO3 ve smyslu rovnice [2.9], avšak d�jem, probíhajícím zprava doleva, až je


- 10 (58) -

dosaženo stavu rovnováhy. Voda, která má tyto vlastnosti, se nazývá inkrus-tující.

Obr.2.3: Zobrazení vápenato - uhli�itanové rovnováhy

Oxid uhli�itý agresivní v��i betonu (CO2)agr se stanoví Heyerovou zkouškou, spo�ívají v p�ídavku CaCO3 do zkoušené vody a stanovením koncentrace HCO3

- (KNK4,5) p�ed tímto p�ídavkem a po p�ídavku a ustavení rovnováhy. Agresivní CO2 reaguje s CaCO3 dle rovnice [2.9]. P�ír�stek látkové koncentra-ce HCO3

- tedy odpovídá látkové koncentraci agresivního oxidu uhli�itého: c(CO2)agr = ∆ (KNK4,5) [mmol.l-1].

Z rovnice [2.5] a [2.12] vyplývá:

c HKK

c Ca c HCOs

( ) ( ). ( )+ + −= 2 23 [2.13]

Logaritmováním rovnice [2.13] se získá vztah:

pHs = - log c(H+) = logKKs

2 - log c(Ca2+) - log c(HCO3-) [2.14]

Rovnicí [2.14] je definováno tzv. satura�ní pH (ozna�ení pHs). Je to pH, které odpovídá koncentraci H2CO3, která je v rovnováze s reálnou koncentrací HCO3

- ve vod� (bod B na rovnovážné k�ivce). Prakticky se pHs stanovuje p�i Heyerov� zkoušce zm��ením pH po dosažení rovnováhy. Takto zjišt�né pHs není p�esn� identické s pHs dle výše uvedené definice, nebo� p�i rozpoušt�ní CaCO3 dle rovnice [2.9] se zvyšuje koncentrace HCO3

- a dostáváme se do bo-du D na rovnovážné k�ivce. V hodnot� pH je však tato diference zanedbatelná.

Korozívní ú�inek vody se hodnotí i podle Langelierova indexu Is definovaného jako rozdíl pH p�vodního vzorku vody a pHs:

Is = pH - pHs [2.15]

pHs se vypo�te dle rovnice [2.14] nebo se stanoví Heyerovou zkouškou. Je-li Is > 0, došlo k poklesu pH produkcí H2CO3 za sou�asného vylu�ování CaCO3

reakcí probíhající ve smyslu rovnice [2.9] zprava doleva - voda je inkrustující. Je-li Is < 0, došlo ke zvýšení pH úbytkem H2CO3 její reakcí s CaCO3 ve smyslu rovnice [2.9] probíhající zleva doprava – voda je tedy agresivní.

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15c(HCO3

-) mmol.l-1

c(C

O2)

mm

ol.l-1

A

ED

B

C C*


- 11 (58) -

2.1.3 Metody odkyselování vody

Volný oxid uhli�itý v koncentraci vyšší, než odpovídá rovnovážnému stavu, je p�í�inou agresivity vody v��i betonu, p�íp. železu. Metody, kterými je CO2 z vody odstra�ován se nazývají odkyselováním, které se provádí bu provzduš-�ováním nebo chemickými zp�soby.

A. Odkyselování provzduš�ováním

Tento zp�sob, p�i kterém se z vody vyhání plynný CO2, je vhodný pro úpravu vody s rovnovážnou koncentrací CO2 v�tší než 5 až 7 mg.l-1 a pro st�edn� tvr-dé vody, obsahující >1,3 mmol.l-1 (Ca+Mg) a > 2,6 mmol.l-1 HCO3

-. P�i tomto postupu nedochází ke zvýšení koncentrace Ca2+ a Mg2+, což je zvlášt� výhodné p�i úprav� tvrdých vod. U nich je naopak t�eba zabránit tomu, aby nedošlo p�i provzdušn�ní k porušení uhli�itanové rovnováhy a k vylu�ování CaCO3. P�i aeraci dochází n�kdy i k odstran�ní pachových látek z vody. R�st koncentrace rozpušt�ného O2 p�i aeraci vytvá�í podmínky pro vylu�ování hydroxidu železi-tého, p�íp. mangani�itého (viz kap. 2.2 a 2.3).

a) Rozprašování vody

Voda se rozprašuje na drobné kapi�ky tryskami zasazenými do trubních rošt� v rozprašovacích komorách. U nás se nej�ast�ji užívá trysek Plasgurových z bronzu nebo novoduru. Voda se rozprašuje vertikáln� (u menších výkon�) ne-bo horizontáln�. Plyny uvoln�né z vody se z aera�ní komory odsávají. Na vý-kon l l.s-1 se po�ítá s plochou 3 až 3,5 m2 . Spot�eba energie na rozprašování je pom�rn� zna�ná. Ú�inek aerace bývá snižován vysokým obsahem železa ve vod� (nad 6 mg.l-1).

b) Skráp�ní a sprchování

Postup je vhodný pro vody s v�tší tvrdostí a menším obsahem železa. Výhodou je menší nárok na prostor. Pro výkon l l.s-1 je pot�ebná plocha 0,1 až 0,15 m2 . Upravovaná voda protéká d�rovanými síty, plechy, lískami nebo p�epady a dopadá z výše 2 až 3 m na porézní materiál (koks, porcelánové st�epy, cihly, antracit), na n�mž se t�íští a tím aeruje. Ú�inek se zlepší vhán�ním vzduchu. Podobné, ale ne tak dobré ú�inky má sprchování. Voda p�i n�m vytéká cedníky nebo d�rovaným potrubím a z výšky 3 až 5 m dopadá na dlaždice.

c) Vhán�ní vzduchu do vody

Z �etných variant tohoto zp�sobu lze uvést nap�. provzduš�ovací v�že, užíva-né také v chemickém pr�myslu. Jsou to válcové nádrže, v nichž je na d�rova-ném mezidn� uložena vrstva prstenc� z porcelánu nebo jiných materiál� (Raschigovy kroužky). Výška vrstvy se volí podle složení vody od 1,5 do 4 m. Na tuto vrstvu p�itéká p�es rozd�lovací za�ízení voda a proti ní se vede silný proud vzduchu. Provzduš�ovací v�že jsou vhodné pro aeraci tvrdších vod s obsahem železa pod 2 mg.l-1.

K provzduš�ování vody za ú�elem jejího odkyselování nebo odželezování lze použít pneumatickou nebo mechanickou aeraci, které jsou užívány p�i �išt�ní odpadních vod, a proto o nich bude více pojednáno v této souvislosti v Modulu �.3.


- 12 (58) -

B. Chemické odkyselování vody

Chemické odkyselování spo�ívá v reakci oxidu uhli�itého s n�kterými látkami, které jsou bu ve vod� nerozpustné – v tom p�ípad� se užívá postupu v kolon�, nebo jsou vícemén� rozpustné – pak se do upravované vody dávkují. U v�tšiny chemických postup� dochází p�i odkyselování k nár�stu tvrdosti vody.

a) Postup v kolon�

P�i postupu v kolon�, nazývaném také ne zcela výstižn� filtra�ní postup, se užívá otev�ených nebo uzav�ených kolon (filtr� - viz níže), které jsou pln�ny p�íslušným materiálem, reagujícím s CO2. Tento zp�sob je mén� náro�ný na obsluhu a p�izp�sobuje se samo�inn� p�ípadnému kolísání koncentrace CO2 ve vod�. Hodí se p�edevším pro malé zdroje. Jeho nevýhodou je nestejnom�rné odkyselování, nebo� povrch použitého materiálu bývá n�kdy zanášen látkami suspendovanými ve vod�.

Nejb�žn�jším materiálem pro odkyselování v kolon� je mramor – uhli�itan vápenatý. Odkyselování lze popsat rovnicí [2.9]. Z ní vyplývá, že odstran�ním 1 mmolu CO2 se zvýší koncentrace Ca (tvrdost) rovn�ž o 1 mmol, tedy pom�r-n� zna�n�. To je jedna z nevýhod uvedeného postupu. Další jeho nevýhodou je omezení na vody s c(Ca+Mg) = 0,4 - 1,4 mmol.l-1 a c(HCO3

-) = 0,8 - 2,8 mmol.l-1. Pod touto hranicí je odstran�ní CO2 nedokonalé, nad ní je rovnováž-ný stav dle rovnice [2.9] posunut siln� doleva, takže rychlost reakce je malá.

Pr�m�r zrn mramoru bývá zpo�átku asi 4 mm, postupn� se však zmenšuje. Mramor nemá být p�íliš tvrdý, nebo� tvrdé druhy reagují pomalu. Pot�ebná reak�ní doba závisí na jakosti mramoru, na složení vody (hlavn� koncentraci Ca a Mg) a na teplot�. Obvykle bývá doporu�ována doba kontaktu 30 až 60 minut. Kolony se navrhují o výšce nápln� 2 až 3 m a pro výpo�et se uvažuje, že objem pór� filtra�ní nápln� je 35 až 40 % z jejího celkového objemu.

Jiným materiálem pro odkyselování je �áste�n� pálený dolomit CaCO3.MgO, který je reaktivn�jší než mramor. Reakce p�i odkyselování probíhá dle rovnice:

CaCO3.MgO + 3 CO2 + 2 H2O = Ca2+ + Mg2+ + 4 HCO3- [2.16]

Na rozdíl od mramoru se pálený dolomit hodí i pro odkyselování m�kkých vod.

Z odkyselovacích materiál� na principu �áste�n� páleného dolomitu je možno uvést magno a decarbolit, což jsou obchodní názvy. U magna se volí zrnitost od l do 3 mm i více a vrstva nápln� kolony o výšce až 3 m. Za t�chto podmínek m�že být rychlost pr�toku kolonou až 20 m3/ m2. h. Decarbolit bývá používán bu v otev�ených filtrech o výšce nápln� 0,8 až 1,3 m a filtra�ní rychlosti od 5 do 8 m.h-1 nebo v uzav�ených kolonách o výšce nápln� 1,5 až 2,5 m a filtra�ní rychlosti 10 - 15 m.h-1.

�áste�n� páleným dolomitem se vedle odkyselení dosáhne i odželezování p�íp. odmanganování vody, nebo� vylu�ování hydroxidu železa a manganu je pod-porováno alkalickou reakcí oxidu ho�e�natého, který je sou�ástí filtra�ního materiálu. Kolony však musí být v tomto p�ípad� p�izp�sobeny pro možnost praní vodou a vzduchem, aby se odstranily vysrážené hydroxidy.


- 13 (58) -

b) Odkyselování dávkováním chemikálií

Tato metoda vyžaduje p�esné dávkování chemikálie podle obsahu CO2 v upra-vované vod�, dovoluje však dosáhnout jakýkoliv stupe� odkyselení. Nejobvyk-lejší je dávkování hydroxidu vápenatého, obvykle ve form� vápenného mléka - suspenze Ca(OH)2. P�itom probíhá reakce:

Ca(OH)2 + 2 CO2 = Ca(HCO3)2 [2.17]

P�idá-li se p�ebytek vápna, tvo�í se nerozpustný uhli�itan vápenatý:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2 CaCO3 + 2 H2O [2.18]

Z rovnice [2.17] vyplývá, že p�i odstran�ní 1 mmol.l-1 CO2 se zvýší tvrdost (koncentrace Ca) o 0,5 mmol.l-1 , tj. o polovinu mén� než p�i odstra�ování CO2 mramorem, což je výhodné u st�edn� tvrdých vod. Další výhodou je nízká cena vápna, možnost p�esného dávkování a sou�asné odstran�ní železa a manganu. Proto se tento zp�sob hodí pro v�tší zdroje a dále pro m�kké a st�edn� tvrdé vody.

Jiné alkalicky reagující chemikálie, které tvo�í s CO2 hydrogenuhli�itany, jako je NaOH nebo Na2CO3 , se pro jejich vysokou cenu používají p�i odkyselování jen výjime�n�.

2.2 Železo ve vodách a odželezování vody

2.2.1 Slou�eniny železa ve vodách

V bezkyslíkatém prost�edí, které je obvyklé v podzemních vodách, p�íp. v pro-st�edí, které je navíc ješt� reduk�ní, jak je tomu u dna vodních nádrží, je železo stálé v oxida�ním stupni II a vyskytuje se tedy v železnatých slou�eninách. V rozpustné form� se vyskytuje jako železnaté ionty Fe2+. K málo rozpustným slou�eninám pat�í hydroxid železnatý Fe(OH)2 a uhli�itan železnatý FeCO3. O rozpustnosti železnatých slou�enin rozhoduje p�edevším pH prost�edí. Tuto závislost zobrazuje diagram rozpustnosti (Obr.2.4), který vychází ze sou�in� rozpustnosti zobrazených slou�enin. P�i vysokém pH dochází k �áste�nému rozpoušt�ní hydroxidu železnatého za tvorby hydroxokomplexu, a proto se od pH > 12 koncentrace Fe2+ v roztoku s r�stem hodnoty pH op�t zvyšuje.

V�tšina p�írodních vod obsahuje hydrogenuhli�itany. V tomto p�ípad� je roz-pustnost FeII limitována p�edevším rozpustností FeCO3 (Obr.2.5) a teprve v siln� alkalické oblasti se uplat�uje srážení Fe(OH)2. P�ibližn� do hodnoty pH 10 až 11 se rozpustnost FeII s rostoucí koncentrací sumy všech forem oxidu uhli�itého [cT(CO2)] zmenšuje. P�i pH obvyklém v p�írodních vodách, tj. v rozsahu pH od 6,0 do 8,0, jsou koncentrace rozpustných forem železnatých slou�enin, které lze udržet v roztoku, pom�rn� vysoké - cca od 0,5 do 5,0 mg.l-1 Fe2+.

Ve vodách obsahujících rozpušt�ný kyslík je nejstabiln�jší formou železo v oxida�ním stupni III. Železité soli hydrolyzují za vzniku hydroxidu železitého podle rovnice:

Fe3+ + 3 H2O = Fe(OH)3 + 3 H+ [2.19]


- 14 (58) -

Obr.2.4: Diagram rozpustnosti amorfního Fe(OH)2,, Fe(OH)3 , Al(OH)3

Obr.2.5: Diagram oblastí p�evažující existence systému Fe - CO2 - H2O pro c(Fe) = 0,01 mol.l-1, cT(CO2) = 1 mmol.l-1, T = 25°C

Sraženin� hydroxidu železitého odpovídá vedle vzorce uvedeného v rovnici [2.19] lépe výraz Fe2O3.nH2O, jímž je vyjád�en nestechiometrický pom�r mezi Fe2O3 a H2O. Rozpustnost FeIII je ur�ena rozpustností hydroxidu železitého a hodnotou pH. Tato závislost je znázorn�na na Obr.2.4. Z ní vyplývá malá roz-pustnost solí železa v prokysli�ené p�írodní vod� o pH > 6. V této oblasti je koncentrace FeIII v rozpustné form� �ádov� v µg.l-1.

Železo tvo�í vedle jednoduchých i komplexní slou�eniny. Nap�. s k�emi�itany tvo�í FeIII v alkalickém prost�edí komplexy složení [FeSiO(OH)4]2+ nebo [Fe(OH)3.O.Si(OH)3]-. Z vod obsahujících vyšší koncentrace kyseliny k�emi�i-té (15 až 20 mg.l-1 Si) se proto sráží Fe(OH)3 obtížn�.

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

4 6 8 10 12 14pH

log

c (c

mol

.l-1)

Fe(OH)2

Fe(OH)3

Al(OH)3

-0,4

-0,2

0

0,20,4

0,6

0,8

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

pH

E (V

)

Fe(OH)3 (s)

Fe3+

Fe2+

FeCO3 (s)

Fe(OH)2


- 15 (58) -

Z organických komplexotvorných slou�enin mají v chemii p�írodních vod vý-znam p�edevším huminové kyseliny, tvo�ící rozpustné komplexní slou�eniny s FeIII i s FeII. Železo se proto z vod obsahujících tyto látky vylu�uje obtížn�.

Železo v oxida�ním stupni II m�že být oxidováno na železo v oxida�ním stupni III a naopak:

Fe 2+ = Fe3+ + e - [2.20]

O tom, kterým sm�rem bude oxida�n�-reduk�ní d�j probíhat, rozhoduje p�í-tomnost oxida�ních látek (schopných p�ijímat elektrony) nebo reduk�ních látek (schopných elektrony uvol�ovat). Mírou této schopnosti je oxida�n�-reduk�ní potenciál E. Uvedené vztahy vyplývají z diagramu, znázor�ujícího oblasti p�e-važující existence forem železitých a železnatých slou�enin v roztoku, který obsahuje i formy CO2 (Obr.2.5). Z tohoto diagramu vyplývá i význam pH pro pr�b�h oxida�n�-reduk�ních d�j�. �ím je pH roztoku vyšší, tím je oxidace FeII na FeIII snadn�jší.

Ve vodárenské praxi se požaduje �asto p�evedení FeII na FeIII, �ehož lze dosáh-nout p�sobením oxida�ními látkami, jako je molekulární (vzdušný) kyslík, chlor, ozon, peroxid vodíku, manganistan draselný apod. Oxidaci Fe2+ vzduš-ným kyslíkem, popisuje souhrnná rovnice:

4 Fe2+ + O2 + 10 H2O = 4 Fe(OH)3 + 8 H+ [2.21]

Z výše uvedené rovnice vyplývá, že na oxidaci 4 mmol Fe2+ je pot�eba 1 mmol O2, neboli v p�epo�tu na hmotnostní jednotky vyžaduje oxidace 1 mg Fe2+ 0,14 mg O2. Rychlost oxidace vzdušným kyslíkem v rozmezí hodnot pH 5,0 až 7,5 lze vyjád�it diferenciální rovnicí:

- d c(Fe2+) / d t = k.c(FeII).[c(OH-)]2.pO2 [2.22]

v níž t je �as, pO2 je parciální tlak kyslíku, k je konstanta.

�asový pr�b�h oxidace FeII je patrný z Obr.2.6. Z n�ho je z�ejmá zna�ná závis-lost rychlosti oxidace na pH. Se zvyšující se hodnotou pH se rychlost oxidace výrazn� zv�tšuje.

Obr.2.6: �asový pr�b�h rychlosti oxidace FeII vzdušným kyslíkem p�i r�zných hodno-tách pH (za normálního tlaku vzduchu).

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0 10 20 30 40�as t min

log

c t/c

o

7,25 7,0

6,95

6,8

6,0


- 16 (58) -

Rychlost oxidace FeII je ovliv�ována i složením vody. Nap�. vysoké koncentra-ce Cl- a SO4

2- oxidaci zpomalují, kdežto vysoké koncentrace HCO3- ji naopak

zrychlují. Oxidaci výrazn� brzdí látky tvo�ící se železem komplexní slou�eni-ny, jako jsou nap�. huminové kyseliny.

V povrchových vodách se vyskytuje železo obvykle v setinách až desetinách mg.l-1. V�tší koncentrace se nacházejí ve vodách z rašeliniš�, kde je železo vázáno do komplexních slou�enin s huminovými látkami a jeho koncentrace bývá �ádov� v jednotkách mg.l-1.

V podzemních vodách neobsahujících kyslík bývá železo p�ítomno v oxida�-ním stupni II v koncentracích prom�nlivých podle geologického složení horni-ny, ve výjime�ných p�ípadech až v desítkách mg.l-1. Ve vodách z rudných na-leziš� však m�že obsah železa dostoupit výše stovek mg.l-1.

V pitné vod� je koncentrace železa limitována meznou hodnotou 0,2 mg.l-1 jednak z d�vod� chu�ových, ale zejména pro nebezpe�í ucpání vodovodního potrubí, i proto, že vylou�ené železo ve form� suspenze hydroxidu železitého dává vod� hn�dé zbarvení a vylu�uje její použití pro praní, textilní pr�mysl, zpracování fotografického materiálu apod. I nízké koncentrace FeII ve vod� mohou být p�í�inou nadm�rného rozvoje železitých bakterií, které jsou schop-ny využívat energii uvoln�nou p�i oxidaci FeII, a to za podmínek (pH), p�i nichž oxidace molekulárním kyslíkem neprobíhá nebo probíhá jen velice po-malu. Železité bakterie, v nichž se ukládá produkt oxidace, jímž je Fe(OH)3, ucpávají potrubí rozvodu vody a p�i odumírání bakterií zp�sobují ve vod� pa-chové závady.

Velký obsah železa bývá zjiš�ován v n�kterých pr�myslových odpadních vo-dách. Nap�. odpadní vody z mo�íren obsahují desítky g.l-1 a oplachové vody až stovky mg.l-1 Fe. V m�stských odpadních vodách bývá obsaženo železo v jed-notkách mg.l-1 , v nich je však jeho p�ítomnost málo významná.

2.2.2 Procesy odželezování vody

Procesy odželezování vody lze rozd�lit na oxida�ní a ty, které využívají ionto-m�ni��.

A. Oxida�ní procesy

Principem oxida�ních postup� je oxidace FeII na FeIII a následná hydrolýza železité soli na málo rozpustný hydroxid železitý (viz rovnice [2.21]), který se pak odstraní filtrací, p�íp. s p�ed�azenou sedimentací. K oxidaci se používá vzdušný kyslík nebo jiná oxida�ní látka.

a) Oxidace vzdušným kyslíkem

Pro ú�innou oxidaci FeII vzdušným kyslíkem je t�eba, aby voda m�la pH ale-spo� 7 až 8. Vzniká-li v pr�b�hu hydrolýzy FeIII následkem snížení pH oxid uhli�itý nebo je-li p�ítomen v p�vodní neupravené vod�, odstraní se provzduš-�ováním. Tím se zárove� zvýší hodnota pH a vytvo�í se vhodné podmínky pro vylou�ení železa ve form� Fe(OH)3. Vznikají-li hydrolýzou silné kyseliny (p�i nízké KNK), je nutný p�ídavek Ca(OH)2 nebo jiného hydroxidu.


- 17 (58) -

Provzduš�ování vody se provádí bu jejím rozprašováním v komorách nebo vhán�ním vzduchu, a to bu v otev�ených nebo v uzav�ených odželezova�ích. Otev�ené odželezova�e jsou budovány podobn� jako koagula�ní nádrže p�i chemickém �i�ení. Za nimi jsou za�azeny pískové filtry s hrubším zrn�ním než u filtrace za koagula�ním procesem. Filtra�ní rychlost bývá 5 až 10 m.h-1 . Vý-hodou otev�ených odželezova�� je proti uzav�eným v�tší odolnost v��i p�etí-žení, možnost pr�b�žného odstra�ování uvoln�ného CO2 a zpravidla v�tší ú�innost. Nevýhodou je v�tší prostorová náro�nost, vyšší investi�ní náklady a v�tší možnost zne�išt�ní vody z ovzduší.

Uzav�ené odželezova�e jsou v podstat� ocelové nádrže, v jejichž horní �ásti se provádí provzduš�ování vody, p�íp. i dávkování Ca(OH)2 a v �ásti spodní je filtra�ní vrstva. Vzduch je do vody vhán�n kompresorem a je odvád�n od-vzduš�ovacím ventilem. U n�kterých typ� se užívá mísi�� vzduch - voda. Fil-tra�ní vrstvu tvo�í k�emi�itý písek zrn�ní 1 až 2 mm. Filtra�ní rychlost bývá až 15 m.h-1, a proto musí být filtra�ní vrstva dostate�n� vysoká. P�i vyšším obsahu železa se odželezování provádí ve dvou stupních. V tlakových za�ízeních není odstra�ování CO2 dokonalé, a proto bývá n�kdy nutné dodate�né odkyselení vápnem nebo odkyselovacími p�ípravky, které lze p�idávat p�ímo do koagula�-ní �ásti odželezova�e.

b) Oxidace jinými oxidovadly

Z jiných oxida�ních látek p�ichází v úvahu nej�ast�ji chlor. Používá se zejména tam, kde je železo vázáno do komplex� s organickými látkami (huminovými kyselinami), které jsou p�sobením chloru rozkládány. Pot�ebná dávka chloru se v tomto p�ípad� �ídí hodnotou CHSK nebo barvy vody. Oxidace probíhá dosta-te�n� rychle již p�i pH = 5 a tím spíše p�i pH vyšším. Brzdí ji p�ítomnost NH4

+, s nímž chlor reaguje za vzniku chloramin�. Má-li železo vázané v komplexech oxida�ní �íslo II, dochází po uvoln�ní FeII k jejich oxidaci na FeIII se sou�asnou hydrolýzou za vzniku Fe(OH)3. Nevýhodou postupu je chlorace št�pných pro-dukt� huminových látek a tvorba trihalomethan�.

V p�ítomnosti organických látek je pro odželezování ú�inný i ozon, který nemá výše uvedené negativní vlastnosti jako chlor. Reakce vyžaduje mírn� kyselé až neutrální prost�edí.

B. Odželezování na iontom�ni�ích

Princip iontom�ni�ové techniky je popsán v p�íslušné kapitole Modulu �.4. Na tomto míst� jen uvádím, že p�i odstra�ování železa na katexu se pracuje v so-díkovém nebo vápníkovém cyklu. Odželezování v Ca2+ - cyklu je vhodné p�i pom�ru železa k celkové tvrdostí c(Fe) : c(Ca+Mg) ≥ 1 : 20.

2.3 Mangan ve vodách a odmanganování vody

2.3.1 Slou�eniny manganu ve vodách

V p�írodních vodách se vyskytuje mangan ve slou�eninách s oxida�ním stup-n�m Mn II, III a IV. V bezkyslíkatém prost�edí, které je obvyklé ve vodách podzemních a ve vodách u dna nádrží, je mangan stálý v oxida�ním stupni II,


- 18 (58) -

tj. ve form� manganatých slou�enin. V rozpustné form� se vyskytuje p�evážn� jako manganaté ionty Mn2+. K málo rozpustným slou�eninám MnII pat�í Mn(OH)2 a MnCO3. Forma výskytu manganatých slou�enin závisí na pH pro-st�edí, p�íp. na obsahu dalších látek, nap�. hydrogenuhli�itan� (obvyklých v p�írodních vodách).

Ve vodných roztocích, obsahujících rozpušt�ný kyslík nebo jinou oxidující látku, jsou manganaté slou�eniny p�i dostate�n� vysokém pH nestálé a oxidují se na slou�eniny oxida�ního stupn� III nebo IV.

Mn2+ = Mn3+ + e- [2.23]

Mn2+ = Mn4+ + 2e- [2.24]

Manganité a mangani�ité slou�eniny hydrolyzují podle rovnic:

Mn3+ + 2 H2O = MnO(OH) + 3 H+ [2.25]

Mn4+ + 2 H2O = MnO2 + 4 H+ [2.26]

Produkty hydrolýzy jsou hydratované oxidy MnO(OH), Mn3O4 a MnO2. Slo-žení sraženiny nerozpustných slou�enin manganu, která vzniká oxidací MnII není zpravidla jednotné a závisí na pH, teplot� a oxida�n�-reduk�ním potenciá-lu prost�edí (E). Oblasti p�evažující existence slou�enin manganu v závislosti na pH a E jsou uvedeny v diagramu na Obr.2.7.

Obr.2.7: Diagram p�evažující existence systému Mn - CO2 -H2O, cT(CO2) = 2 mmol.l-1

Koloidní hydratovaný MnO2, ozna�ovaný také MnO(OH)2 má schopnost ad-sorbovat ionty Mn2+. Touto adsorpcí se n�kdy vysv�tluje nestechiometrické složení produkt� oxidace MnII.

Kinetika oxidace MnII vzdušným kyslíkem je vyjád�ena rovnicí:

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

pH

E (

V)

Mn2+

MnCO3 (s)

Mn(OH)2

(s)

MnO4-

MnO2 (s)

MnO(OH) (s)

Mn3O4 (s)

Mn(OH)3-


- 19 (58) -

- d c(MnII) / d t =

k1.c(MnII) + k2.c(MnII).c(MnO2). c2(OH-).pO2 [2.27]

kde k1 a k2 jsou konstanty, pO2 je parciální tlak kyslíku, c(MnII), c(MnO2) a c(OH-) jsou molární koncentrace p�íslušných látek.

Z rovnice [2.27] vyplývá, že rychlost oxidace MnII závisí vedle parciálního tlaku kyslíku, který je v normálních podmínkách p�ibližn� konstantní, na kon-centraci manganaté slou�eniny, na koncentraci hydratovaného MnO2 a na pH. Jde o autokatalytickou reakci, zpo�átku probíhající pomalu, ale po vytvo�ení produktu oxidace - hydratovaného MnO2 - se podstatn� urychlující. Proto p�i odstra�ování manganu z vody na „manganových filtrech“ musí být tyto nejprve zapracovány, tj. vytvo�ena vrstva hydratovaného MnO2.nH2O.

Narozdíl od FeII se MnII oxiduje mnohem obtížn�ji. Není-li p�ítomen MnO2, probíhá tato oxidace teprve p�i pH > cca 9. Naopak redukce MnIII a MnIV na MnII probíhá snadn�ji než redukce FeIII na FeII. K redukci MnIII a MnIV dochází v bezkyslíkatém anaerobním prost�edí, nap�. v hnijícím listí, v bahn� �ek a ná-drží.

V p�ítomnosti lithotrofních manganových bakterií probíhá biochemická oxida-ce MnII na MnIII a MnIV i za podmínek, které jsou pro chemickou oxidaci nedo-state�né. Uvedené bakterie využívají energii uvol�ovanou p�i této oxidaci, p�i-�emž produkty oxidace ukládají ve svých bu�kách. To je významné p�i rozvo-du vody, obsahující MnII, u níž dochází k postupnému vylu�ování oxid� man-ganu a zanášení rozvodných potrubí.

Mangan doprovází v p�írod� obvykle železo. V povrchových vodách je zpravi-dla obsažen v koncentracích pod 0,1 mg.1-1. V n�kterých obdobích se však m�že tato koncentrace podstatn� zvýšit. Nap�. mangan akumulovaný v rostli-nách se uvol�uje p�i jejich hnití a je vyplavován vodou, v níž pak m�že dosáh-nout koncentrací i n�kolika mg.l-1. K tomuto jevu dochází v n�kterých p�ípa-dech sezónn�, obvykle na podzim. V podzemních vodách bývá mangan obsa-žen ve vyšších koncentracích než ve vodách povrchových. V n�kterých lokali-tách m�že dosáhnout i n�kolika mg.l-1 (nap�. v Tluma�ov� 2,5 mg.l-1 , v No-vém Bohumín� 2 mg.l-1).

Ve Vyhlášce 252/2004 Sb., stanovující požadavky na kvalitu pitné vody, je mezná hodnota pro mangan 0,05 mg.l-1 . P�i vyšších koncentracích se zhoršují chu�ové vlastnosti vody. Vyšší koncentrace Mn nejsou žádoucí ani p�i užití vody v pr�myslu z d�vodu tvorby hn�dých sraženin vyšších oxid�.. Vedle toho zp�sobuje mangan zanášení rozvodných potrubí.

2.3.2 Odmanganování vody

Postupy pro odstra�ování manganu z vody lze rozd�lit podobn� jako u železa na oxida�ní a iontom�ni�ové.


- 20 (58) -

A. Oxida�ní postupy odmanganování

Principem oxida�ních postup� je oxidace manganatých slou�enin na hydrato-vané oxidy a hydroxidy manganu vyšších oxida�ních stup��, které jsou ve vo-d� málo rozpustné a lze je proto z ní odlou�it.

a) Oxidace vzdušným kyslíkem

Tato oxidace probíhá podle rovnice:

2 Mn2+ + O2 + 2 H2O = 2 MnO2 + 4 H+ [2.28]

Oxidace MnII vzdušným kyslíkem probíhá p�ijatelnou rychlostí p�i pH obvyk-lém v p�írodních vodách jen za katalytického p�sobení MnO2.nH2O. Proto je pot�ebné vytvo�it nosi�, na n�mž se oxid mangani�itý uchytí a z�stane v sys-tému. Takovým nosi�em je pískový filtr, který však musí být p�edem zapraco-ván, tj. vytvo�ena na n�m vrstva MnO2.nH2O. Zapracování filtru lze provést také p�ídavkem KMnO4 , který reaguje na Mn2+ prakticky okamžit� podle rov-nice:

3 Mn2+ + 2 MnO4- + 2 H2O = 5 MnO2 + 4 H+ [2.29]

Tato reakce probíhá rychle i v neutrální oblasti pH. Jiným zp�sobem urychle-ného zapracování filtru je p�ídavek písku již zapracovaného v množství cca 20 až 30 % z celkového objemu. Produkty oxidace MnII jsou na filtru zachyceny a tvo�í pom�rn� kompaktní vrstvu na povrchu zrn nápln� filtru. Nápln� filtr� pro odmanganování a sou�asné odželezování bývají také dodávány.

Koagula�ní prostor není u odmanganovacích filtr� nutný. V�tšinou m�že od-padnout i provzduš�ování vody, nebo� k oxidaci sta�í kyslík rozpušt�ný ve vod�. P�i spole�ném odželezování a odmanganování se vrstva MnO2 vytvo�í i na zrnech odželezovacích filtr�. Pro odstran�ní Mn z vody je �asto nutno zvýšit pH, obvykle p�ídavkem Ca(OH)2 . Povrchové zatížení odmanganovacích filtr�, neboli filtra�ní rychlost bývá cca 5 m.h-1.

b) Oxidace vzdušným kyslíkem za sou�innosti manganových bakterií

P�i tomto zp�sobu je využit k oxidaci MnII vzdušný kyslík v p�ítomnosti man-ganových bakterií. Tyto chemolithotrofní bakterie využívají oxida�ní reakci k získání energie. Proces probíhá v p�ítomnosti rozpušt�ného kyslíku i v neutrál-ní oblasti. Prakticky je realizován na pískovém filtru, jehož povrch nápln� je osídlen manganovými bakteriemi. P�i výšce filtra�ní vrstvy 1,4 m a p�i pr�m�-ru zrn 3 mm lze pracovat s filtra�ní rychlostí až 30 m.h-1. K rychlejšímu zapra-cování se p�idává u nových filtr� cca 25 % „biologicky aktivního písku“.

c) Oxidace jinými oxidovadly

Z oxida�ních látek se používá pro oxidaci MnII manganistan draselný KMnO4, který reaguje dle rovnice [2.29]. Použití KMnO4 je vhodné p�i náhlém (sezón-ním) výskytu MnII ve vod�. KMnO4 se používá také pro zapracování odman-ganovacích filtr�, jak bylo uvedeno výše.


- 21 (58) -

B. Odmanganování na iontom�ni�ích

U vod, které se obtížn� odmanganují, lze použít pro tento ú�el m�ni� iont�. Vhodný je manganový permutit,což je iontom�ni�, který má na svém velkém specifickém povrchu vrstvu oxid� manganu. Vedle iontové vým�ny se u n�j uplat�uje adsorp�ní a kontaktn� oxida�ní proces, �ímž je zvýšena jeho ú�in-nost. P�ipraví se p�sobením roztoku MnCl2 na sodíkový permutit (katex v Na-cyklu). Aktivace se provádí manganistanem draselným.

2.4 Autotest

1. Které látky se podílejí na vápenato-uhli�itanové rovnováze?

a) Ca a všechny formy oxidu uhli�itého ve vod�

b) Ca a uhli�itany

c) Ca, CO2, HCO3- a CO3

2-

d) rovnováha se správn� nazývá „vápenato-uhli�itá“

2. Co je principem odkyselování vody provzduš�ováním?

a) taková metoda neexistuje

b) vyhnání volného CO2 z vody

c) oxidace látek, zp�sobujících kyselost vody, vzdušným kyslíkem

d) reakce vzdušného kyslíku se silnými kyselinami

3. Jaký je princip oxida�ních postup� odželezování vody?

e) oxidace FeII na FeIII a jeho odstran�ní z vody filtrací

f) oxidace FeII na FeIII, hydrolýza na železitou s�l a její odstran�ní z vody filtrací

g) k odželezování se používá reduk�ních, nikoliv oxida�ních proces�

h) oxidace FeII na FeIII, hydrolýza na Fe(OH)3 a jeho odstran�ní z vody fil-trací

4. Jaká látka p�sobí jako katalyzátor p�i oxidaci MnII na vyšší oxida�ní stup-n�?

a) MnO2

b) Pt nebo Cu

c) reakce probíhá dostate�nou rychlostí i bez katalyzátoru

d) KMnO4

2.5 Shrnutí

Hlavní vodárenské technologie, používané pro úpravu podzemních vod pro pitné ú�ely, jsou odkyselování, odželezování a odmanganování.


- 22 (58) -

3 Úprava povrchové vody na pitnou

Povrchové vody obsahují v�tší koncentrace organických látek než podzemní vody. Ty jsou živným substrátem pro bakterie, jichž nacházíme v tomto prost�edí podstatn� v�tší množství. Kvalita povrchových vod je také více a bezprost�edn�ji ovliv�ována odpadními vodami, pro n�ž je �asto jejich recipientem. Hlavní složkou organického zne�išt�ní jsou v povrchových vodách huminové látky. B�žnou technologií úpravy povrchové vody na pitnou je proces �i�ení, p�i n�mž jsou p�edevším koloidní a jemn� suspendované látky p�evád�ny do separovatelné suspenze. Nedílnou sou�ástí �i�ení je separace této suspenze, obvykle procesy filtra�ními, p�ípadn� i sedimenta�ními. Jinými zp�soby �išt�ní povrchové vody jsou pomalá filtrace a metody využívající horninové prost�edí.

3.1 �i�ení vody

�i�ení je základním technologickým procesem p�i úprav� povrchových vod na vodu pitnou. N�kdy se tohoto postupu užívá i p�i �išt�ní vod odpadních (pr�-myslových). �i�ení spo�ívá v dávkování solí hliníku nebo železa do vody, p�i-�emž se tvo�í ve vod� tém�� nerozpustný hydroxid hlinitý nebo železitý (podle dávkované chemikálie). �ástice t�chto hydroxid� se shlukují (agregují) do hru-bé disperze, p�i �emž do sebe strhávají, p�ípadn� na svém povrchu adsorbují látky obsažené ve vod�, zejména �ástice koloidních rozm�r� a v�tší, ale i n�-které látky rozpušt�né. Hydroxidy a s nimi látky v nich zachycené se odd�lí od vody usazováním a filtrací. Proces agregace se nazývá koagulace, zbavení vo-dy agregovaných suspendovaných �ástí �i�ení. V praxi se �asto oba procesy nazývají zkrácen� jedním z obou názv�.

3.1.1 Chemická podstata �i�icích proces�

Hydrolýzou solí železa nebo hliníku, dávkovaných do vody v pr�b�hu �i�ení, vznikají p�íslušné hydroxidy podle rovnic:

Fe3+ + 3 H2O = Fe(OH)3 + 3 H+ [3.1]

Al3+ + 3 H2O = Al(OH)3 + 3 H+ [3.2]

Uvoln�né vodíkové ionty reagují s HCO3- obsaženými ve vod�:

H+ + HCO3- = H2O + CO2 [3.3]

Snížení hodnoty pH v tomto p�ípad� není tak výrazné jako v nep�ítomnosti HCO3

-. �ím v�tší je dávka koagulantu, tím více iont� H+ vznikne, a tím v�tší koncentrace HCO3

- (KNK4,5) bude t�eba k jejich neutralizaci. Pokud je koncen-trace HCO3

- p�íliš nízká nebo dávky koagulantu p�íliš vysoké, použije se k ne-utralizaci uvoln�ných H+ iont� hydroxid vápenatý:

Ca(OH)2 + 2 H+ = 2 H2O + Ca2+ [3.4]

Hydroxid vápenatý váže také CO2 vzniklý dle rovnice [3.3]:

Ca(OH)2 + 2 CO2 = Ca(HCO3)2 [3.5]

Úprava povrchové vody na pitnou

- 23 (58) -

Reakcemi [3.4] a [3.5] se zvyšuje koncentrace Ca ve vod� (tvrdost). Má-li se tomu zabránit, použije se místo Ca(OH)2 bu NaOH nebo Na2CO3.

3.1.2 Koagulanty

Síran hlinitý Al2(SO4)3.18H2O. Technický produkt obsahuje cca 4% volné H2SO4, je agresivní v��i betonu a kov�m, a proto musí být nádrže pro jeho skladování opat�eny ochrannými povlaky. Skladovací výška má být menší než 2,5 m.

Hlinitan sodný bezvodý Na2Al2O4. Jeho roztok reaguje alkalicky. Užívá se v kombinaci se síranem hlinitým. Hydrolyzuje podle rovnice:

AlO2- + 2 H2O = Al(OH)3 + OH- [3.6]

Polyaluminiumchlorid (PAC), což je �áste�n� neutralizovaný AlCl3. Kom-plexní polymer obsahuje ionty OH-, Cl- a SO4

2- vázané na hliníkové atomy a tvo�ící s nimi makromolekulu. Její složení není jednotné, ale závisí na podmín-kách p�ípravy. Použití polyaluminiumchloridu má n�které p�ednosti p�ed síra-nem hlinitým, pon�vadž je slou�eninou, která se p�i použití hlinité soli teprve tvo�í jako mezistupe� koagulace. Optimální dávka je p�i použití PAC pon�kud širší, koagulace probíhá lépe i p�i nižších teplotách a v n�kterých p�ípadech lze dosáhnout nižší zbytkové koncentrace Al v �i�ené vod�.

Síran železitý Fe2(SO4)3, dodávaný v roztoku pod názvem Ferrifloc, je nej�as-t�ji používanou solí železa.

Chlorid železitý - jeho použití je mén� obvyklé. Bezvodý FeCl3 není navlhavý oproti hydratované soli FeCl3.6H2O, která je siln� hygroskopická (p�ijímá vzdušnou vlhkost) a na vzduchu se roztéká. Bývá dodávána jako 40 %ní siln� korozívní roztok.

Rozpustnost uvedených koagulant� ve vod� je velice dobrá. Dávkují se ve vodných roztocích nebo pomocí tzv. suchých dávkova�� v tuhém stavu.

Pro úpravu pH se nej�ast�ji užívá hydroxid vápenatý Ca(OH)2, dodávaný jako tzv.vápenný hydrát. Jeho suspenzi lze p�ipravit hašením oxidu vápenatého (pá-leného neboli vzdušného vápna) jeho reakcí s vodou: CaO + H2O = Ca(OH)2. Rozpustnost hydroxidu vápenatého ve vod� není velká a klesá s rostoucí teplo-tou. Roztok Ca(OH)2 se nazývá vápenná voda. V technologii vody se �asto užívá 1 %ní suspenze Ca(OH)2 , tzv. vápenné mléko.

3.1.3 Hydrofobní koloidní disperze a jejich stabilita

V procesu koagulace se tvo�í makromolekuly komplexních polymer� hliníku nebo železa, které se dále spojují a zv�tšují svoji velikost až dosáhnou velikosti koloidních nebo jemn� dispergovaných �ástic. Koloidní disperze, u nichž ko-loidní �ástice jsou tvo�eny tuhými látkami, jakými jsou hydroxidy hlinitý nebo železitý, se nazývají soly.

Na povrchu koloidních �ástic hydroxidu železitého, p�ípadn� hlinitého, vznik-lých hydrolýzou Fe3+ nebo Al3+ - solí, se adsorbují Fe3+, p�íp. Al3+ ionty (dle p�íslušné soli) a ud�lují t�mto �ásticím kladný elektrický náboj, který brání jejich spojení, tj. agregaci, nebo� stejn� nabité �ástice se odpuzují. Tato vrstva iont�, nazývaná vnit�ní, p�itahuje elektrostatickými silami z roztoku �ástice


- 24 (58) -

nabité opa�nými náboji, které vytvá�ejí vn�jší vrstvu.V daném p�ípad� se jedná o anionty, u nichž je míra tohoto p�sobení tím v�tší, �ím mají v�tší náboj. Více se tedy na tvorb� vn�jší vrstvy podílejí ionty SO4

2- než Cl- a HCO3-. Závisí

ovšem i na jejich koncentraci v roztoku. Celý útvar, který je složen ze dvou vrstev opa�n� nabitých, se nazývá elektrická dvojvrstva.

Ionty z vnit�ní vrstvy a �áste�n� i opa�n� nabité ionty z vn�jší vrstvy ulpívají na koloidní �ástici pom�rn� pevn� a s ní se také pohybují. Tvo�í tzv. adsorp�ní vrstvu. Ionty z vn�jší vrstvy, které nejsou k �ástici vázány tak pevn�, se pohy-bují s kapalinou a tvo�í tzv. difúzní vrstvu. Mezi povrchem �ástice a roztokem vzniká elektrický potenciál (U). V adsorp�ní �ásti se p�edpokládá jeho tém�� lineární a pom�rn� prudký pokles, v �ásti difúzní je spád voln�jší a nelineární (Obr.3.1).

Fe3+ SO42- HCO3

-

Fe3+ HCO3- SO4

2-

Fe(OH)3 Fe3+ SO42- Cl-

Fe3+ Cl- SO42-

Fe3+ SO42- HCO3

-

vrstva: vnit�ní vn�jší

adsorp�ní dvojvrstva difúzní vrstva

Obr.3.1: Elektrická dvojvrstva

Elektrické náboje iont� vnit�ní vrstvy nejsou pln� kompenzovány opa�n� nabi-tými náboji iont� vn�jší vrstvy a na pohybovém rozhraní mezi adsorp�ní a di-fúzní vrstvou vzniká potenciálový rozdíl, nazývaný potenciál zeta ()� .

Obr.3.2: Potenciálový spád elektrické dvojvrstvy

l - vzdálenost od povrchu �ástice

U[mV]

ζ


- 25 (58) -

Hodnota potenciálu zeta se obvykle pohybuje v rozmezí od 50 do 100 mV. P�i hodnot� v�tší než 40 mV je koloidní �ástice stálá. P�i jeho poklesu pod 30 mV (kritický potenciál) nastává pomalu koagulace a p�i hodnotách kolem nuly je koagula�ní proces velice rychlý.

Náboj koloidní �ástice závisí na podmínkách vzniku koloidního solu. Hydrolý-zou hlinitých a železitých solí jsou koloidní �ástice Al(OH)3 a Fe(OH)3 nabity kladn�, jak je uvedeno výše. Naproti tomu jsou koloidní �ástice vzniklé hydro-lýzou hlinitan� nabity záporn� (vnit�ní iontová vrstva). Vn�jší iontovou vrstvu tvo�í v tomto p�ípad� kationty, nap�. Na+, Ca2+ aj.

Elektrická dvojvrstva m�že vzniknout nejen adsorpcí iont� p�i vzniku hydro-fobní koloidní �ástice, ale i disociací vysokomolekulárních látek. Mnohé látky (jílového charakteru) vyplavované z p�dy do povrchových vod nesou záporný elektrický náboj, vzniklý disociací jejich makromolekul. Záporné elektrické náboje nesou i huminové látky. Jsou to složité organické slou�eniny vznikající humifika�ním procesem v p�d�, z níž jsou vyplavovány do povrchových vod, kde p�edstavují hlavní podíl organického zne�išt�ní.

3.1.4 Destabilizace koloidních sol�

Pro �išt�ní vody koagulací je d�ležité p�ivést koloidní disperzi hydrolyzované-ho koagulantu k agregaci do v�tších �ástic, které lze odd�lit od vody sedimen-tací nebo filtrací. Tento proces je podmín�n destabilizací koloidní disperze.

Destabilizace pomocí sol� nabitých opa�ným nábojem

V koloidní disperzi se �ástice s opa�ným nábojem p�itahují, což snižuje stabili-tu systému a dochází k agregaci t�chto �ástic. P�itom �ástice ztrácejí sv�j náboj a shlukují se do v�tších celk�. Proto p�ítomnost záporn� nabitých koloidních �ástic p�ítomných v povrchové vod� p�ispívá ke koagulaci kladn� nabitých hydroxid� Al(OH)3 p�íp. Fe(OH)3. Spolu s látkami obsaženými ve vod� tvo�í tyto hydroxidy shluky, p�esahující svojí velikostí koloidní disperzi. V �isté vod� (destilované) probíhá proces koagulace Al(OH)3, p�íp. Fe(OH)3 mnohem obtížn�ji než ve vod� povrchové.

Ú�innost �i�ení závisí na hodnot� pH roztoku i na použitém koagulantu. Dob�e sedimentující vlo�ky Fe(OH)3 se tvo�í v pom�rn� širokém rozmezí pH od 4 do 11. Rozsah vhodného pH p�i tvorb� hydroxidu hlinitého je užší. Srážení Al(OH)3 za�íná p�i vyšším pH než srážení Fe(OH)3 a p�i pH p�íliš vysokém se Al(OH)3 rozpouští za vzniku hlinitan�.

Všeobecn� platí, že látky kyselého charakteru se koagulací odstra�ují lépe p�i nižším pH, kdežto látky zásadité povahy se odstra�ují lépe v prost�edí o pH vyšším.

Na principu destabilizace koloidních hydroxid� opa�n� nabitým solem spo�ívá p�sobení aktivovaného hydrosolu oxidu k�emi�itého, který se p�ipravuje p�so-bením kyseliny (H2SO4, HCl) na vodní sklo (k�emi�itan sodný):

Na2Si2O5 + 2 H+ = 2 Na+ + 2 SiO2 + H2O [3.7]

Koagula�ní ú�inek hydratovaného oxidu k�emi�itého spo�ívá v záporném ná-boji jeho koloidních �ástic. P�ispívá tedy ke koagulaci kladn� nabitých koloid-ních disperzí. Vlo�ky hydroxidu hlinitého, p�íp. železitého v jeho p�ítomnosti


- 26 (58) -

snadn�ji koagulují a lépe se usazují. Koagulace probíhá i p�i nižších teplotách, rozši�uje se oblast pH p�i srážení Al(OH)3 a snižují se dávky primárního koa-gulantu. Dávky kyseliny k�emi�ité, vyjád�ené jako SiO2 bývají 1 až 15 mg.l-1 , molární pom�r SiO2 : Al2(SO4)3 má být menší než 1:2. V n�kterých p�ípadech se p�i dávkování oxidu k�emi�itého tvo�í vlo�ky mazlavé konsistence, ucpáva-jící filtry. V tomto p�ípad� je vhodné použít k filtraci hrubší písek. Dávkování kyseliny k�emi�ité se doporu�uje zvlášt� p�i technologii úpravy vlo�kovým mrakem. Pro podobný ú�el bývá používán také bentonit, což je k�emi�itan hli-nitý Al2O3.4SiO2.nH2O.

Destabilizace pomocí hydrofilních koloid�

Hydrofilní koloidy jsou tvo�eny polymerními makromolekulami vláknitých, p�íp. sí�ovitých struktur, obklopených molekulami vody. Jejich koagula�ní p�sobení na hydrofobní koloidní �ástice lze vysv�tlit pomocí m�stkové teorie (bridging theory), p�edpokládající vazbu mezi �ásticemi solu a molekulami polymeru. Aby byla molekula polymeru ú�inným destabilizátorem, musí obsa-hovat chemické skupiny, schopné interakce s ur�itými místy povrchu �ástice solu. P�i kontaktu se �ástice solu adsorbují na molekuly polymeru a tím dochá-zí k destabilizaci disperze a posléze k její koagulaci. P�edávkování polymeru má však naopak stabilizující ú�inek na disperzi a vede ke zhoršení koagula�-ních podmínek. To lze vysv�tlit vytvo�ením ochranného obalu kolem �ástic solu molekulami polymeru, který brání spojení t�chto �ástic.

polymer + �ástice = aglomerované �ástice �ástice stabilizovaná destabilizovaná �ástice p�ebytkem polymeru

Obr.3.3: Destabilizace disperzí pomocí hydrofilních koloid�

Vhodnými polymery k výše uvedeným ú�el�m jsou p�edevším organické slou-�eniny p�írodního, �ast�ji však um�lého p�vodu. Nazývají se také organické flokulanty. Základní složkou mnoha syntetických flokulant� je kyselina akry-lová CH2=CH.COOH, p�íp.amid této kyseliny CH2=CH.CO.NH2. Obsahuje-li polymer disociovatelné skupiny, nazývá se polyelektrolyt. Podle chemického složení rozeznáváme organické flokulanty kationtové, aniontové a neiontové. Destabiliza�ní mechanizmus kationtových polymer� pro záporn� nabité ko-loidní �ástice, stejn� a jako aniontových polymer� pro destabilizaci kladn� nabitých �ásti, spo�ívá jak v tvorb� m�stk� a sí�ových struktur, tak v neutrali-zaci elektrických náboj�. Tato okolnost má za následek, že velikost molekuly nemusí být pro destabilizaci rozhodující.

Organické polymery jsou ve vodárenství nej�ast�ji používány jako flokulanty, neboli pomocné koagulanty spolu s železitými a hlinitými solemi. Urychlují


- 27 (58) -

koagulaci a pomáhají vytvo�it lépe usaditelné vlo�ky hydroxid� t�chto kov�. Mén� obvyklé je jejich použití samostatn� jako primárních koagulant�. Opti-mální dávky se stanovují experimentáln� (pozor na p�edávkování). P�i použití jako pomocný flokulant bývají dávky obvykle v množství kolem 1 mg.l-1 .

Také p�i �išt�ní odpadních vod lze použít flokulanty ke zlepšení sedimenta�-ních vlastností suspendovaných látek. Kationtové flokulanty jsou nezbytné pro p�edúpravu kal� z m�stských �istíren p�i jejich strojním odvod�ování na páso-vých lisech nebo v odst�edivkách. V t�chto p�ípadech se používají dávky 2 až 5 g flokulantu na 1 kg sušiny kalu.

Destabilizace pomocí elektrolyt�

Mechanizmus tohoto zp�sobu destabilizace je �ist� elektrostatický. P�ídavek elektrolyt� (rozpustných solí) snižuje absolutní hodnotu potenciálu zeta. Stav, p�i kterém ζ = 0, se nazývá izoelektrický bod. P�sobení elektrolyt� lze vysv�t-lit p�echodem iont� z difúzní vrstvy p�es pohybové rozhraní do vrstvy ad-sorp�ní. �íká se tomu stla�ování dvojvrstvy. P�i kladné hodnot� potenciálu zeta se takto uplat�ují p�edevším anionty, p�i záporné hodnot� naopak kationty. Ú�innost iont� p�i tom vzr�stá s jejich mocenstvím. Uvedený zp�sob destabili-zace koloid� se v technologii úpravy vody prakticky nepoužívá pro jeho menší ú�innost i z d�vodu nežádoucího zasolování vody. Je o n�m pojednáno proto, aby bylo poukázáno na vliv rozpustných solí na flokulaci, což se m�že uplatnit p�i �išt�ní odpadních vod koagulací.

3.1.5 Koagula�ní proces

Dávkování koagulantu

Z ekonomických d�vod� se požaduje, aby dávka koagulantu byla co nejmenší. P�itom ale musí posta�ovat k vyhovujícímu vy�išt�ní vody. Dávka koagulantu je závislá na zne�išt�ní vody. �ím je v�tší zne�išt�ní, tím v�tší musí být dávka. P�ídavkem železitých a hlinitých solí dochází ke snížení alkality vody a hodno-ty pH. Není-li p�ídavkem koagulantu dosaženo optimálního pH, provede se jeho úprava p�ídavkem kyseliny sírové nebo hydroxidu vápenatého. Prvý p�í-pad (snížení pH) lze �ešit také zvýšením p�ídavku koagulantu, který reaguje kysele. Ke druhému p�ípadu, kdy je pH p�íliš nízké, dochází u siln� zne�ist�-ných vod, u nichž je nutno volit vysoké dávky koagulantu, p�i �emž H+ ionty uvoln�né jejich hydrolýzou nesta�í být tlumeny reakcí s HCO3

-.

P�i stanovení dávek koagulantu je rozhodující obsah kovu (Fe, Al), který tvo�í p�íslušný hydroxid. Pro orienta�ní stanovení dávky se vychází z hodnot CHSKCr nebo z barvy vody:

Dávka železité nebo hlinité soli D [mmol.l-1 Fe3+ nebo Al3+] =

(0,3 až 0,4).CHSKCr (CHSKCr v mg/l) [3.8]

nebo

(2,5 až 3,0). B (B je barva v mg/l Pt) [3.9]

Stanovení p�esné dávky koagulantu se provádí experimentáln� koagula�ní zkouškou: pro vypo�tenou orienta�ní dávku koagulantu se stanoví optimální


- 28 (58) -

pH a pro n� pak s odstup�ovanými dávkami koagulantu se provede koagula�ní pokus. Dosažený výsledek se hodnotí podle kvality upravené vody. Optimální je nejmenší dávka koagulantu, p�i níž je dosaženo požadované kvality. V praxi bývají pro pom�rn� �isté povrchové vody dávky koagulant�, odpovídající 0,15 až 0,3 mmol.l-1 Fe3+ nebo Al3+, pro zne�ist�né povrchové vody bývají dávky p�ibližn� dvojnásobné.

Pot�ebné koagulanty jsou dávkovány ze zásobník� bu v pevném stavu (suché dávkování) nebo v p�edem p�ipravených roztocích (dávkování za mokra) au-tomatickými dávkova�i rozmanitých konstrukcí. Suché dávkova�e jsou kon-struovány na principu objemovém nebo váhovém. Pro dávkování roztok� se používá nej�ast�ji dávkovacích pístových �erpadel, u nichž se dávkované množství reguluje nastavením zdvihu pístu. N�kdy jsou užívána i jiná za�ízení, nap�. s regulací na plovákovém principu.

Kinetika koagula�ního procesu

Pr�b�h vlastní koagulace, která prob�hne po nadávkování koagulant� a jejich promísení s vodou a která je výsledkem hydrolýzy solí železa nebo hliníku, lze rozd�lit do dvou �asových etap: perikinetické a ortokinetické.

V perikinetické fázi vznikají mikrovlo�ky agregací koloidních �ástic vlivem Brownova pohybu (tepelný pohyb r�znými sm�ry). Kinetiku tohoto d�je lze vyjád�it rovnicí Smoluchowského:

NN

k T N to

o

=+1 . . .

[3.10]

kde N je po�et �ástic v dob� t, No je po�et �ástic v �ase nula (p�ídavek koagu-lantu), T je termodynamická teplota (K) a k je konstanta, závislá na viskozit� prost�edí a polom�ru �ástic. Koagulace agregujících �ástic je provázena snižo-váním jejich zeta potenciálu.

V ortokinetické neboli proudové fázi koagula�ního procesu se tepelný pohyb �ástic, které dosahují velikosti nad 1 m, již neuplat�uje. Agregace �ástic za vzniku makrovlo�ek však pokra�uje a je výsledkem srážek vyvolaných vn�jším p�sobením, jako jsou gravita�ní síly a pohyb kapaliny. Tento pohyb však ne-smí být p�íliš intenzivní, aby nedocházelo k rozbití vlo�ek. P�echod mezi ob�-ma �asovými etapami je plynulý.

Realizace koagula�ního procesu

Úplný proces koagulace se skládá z t�chto operací:

1. dávkování koagulantu a jeho promíchání s upravovanou vodou - �aso-vá fáze rychlého míchání,

2. �asová fáze pomalého míchání, b�hem níž dochází k vlo�kování (koa-gulaci),

3. separace vlo�ek usazováním a filtrací.

�asová fáze rychlého míchání, p�i níž bývá rychlostní gradient G roven 100 až 1000 s-1, se volí �ádov� v jednotkách minut. D�ležité je dokonalé promíchání


- 29 (58) -

koagulantu s upravovanou vodou. B�hem této doby prob�hne perikinetická koagulace.

Rychlé míchání se �eší:

• mechanicky pomocí míchadel r�zné konstrukce,

• hydraulicky, nap�. umíst�ním p�epážek v proudící kapalin� nebo již v p�ívodním potrubí, do jehož zúženého profilu je zaúst�n p�ívod koagu-lant�,

• ve fluidní vrstv� zrnitého materiálu, v níž dochází k silné turbulenci. K tomuto ú�elu lze použít písek o velikosti zrn 0,3 až 0,4 mm.

V pr�b�hu následujícího pomalého míchání prob�hne ortokinetická koagulace za tvorby makrovlo�ek. P�i pomalém míchání má být rychlostní gradient G pod 100 s-1. Optimum se volí podle modelového pokusu. Pro železitá srážedla bývá G < 65 s-1, pro hlinitá bývá G < 25 s-1. Doba pomalého míchání se volí 20 až 30 minut. �ím je voda chladn�jší, tím je tato doba delší.

Pomalé míchání se provádí:

• mechanickými míchadly,

• hydraulickým �ešením nádrže,

• provzduš�ováním.

P�íkladem �i�ícího za�ízení je flokulátor, sestávající z �ásti, v níž probíhá rych-lé míchání, a z �ásti, jejíž prostor je míchán pomalu. Vodní suspenze je pak vedena do usazovací nádrže, kde se usadí p�evážná �ást vlo�ek hydroxid� žele-za, p�íp. hliníku a potom na rychlofiltry, na nichž se odstraní jejich zbytek. V n�kterých p�ípadech se sedimentace vynechává a separace hydroxidu se d�je pouze filtrací, což vyžaduje �ast�jší propírání filtra�ní nápln�. �etnost praní závisí ovšem i na dávkách koagulantu.

p�ítok vody a koagulantu

odtok vody prostor kalového mraku št�rbina kal koagula�ní prostor

Obr.3.4: Schéma �i�i�e s vlo�kovým mrakem


- 30 (58) -

Intenzifikace �i�icího procesu byla docílena v �i�i�ích s vlo�kovým mrakem. Je to za�ízení, v n�mž probíhá proces flokulace i separace vlo�ek sedimentací (Obr.3.4). Po prob�hnuté koagulaci protéká sm�s p�es št�rbinu vertikáln� vrst-vou suspenze hydroxidu železitého nebo hlinitého, vznášející se v proudící kapalin�. P�i tom se mikrovlo�ky zachycují na makrovlo�kách suspenze, nebo� proces ortokinetické koagulace je podporován stykem nových vlo�ek s vlo�-kami p�edem vytvo�enými. Vzhledem k tomu, že prostor s vlo�kovým mrakem se sm�rem vzh�ru rozši�uje, klesá i vzestupná rychlost (která bývá v horní �ásti kolem 1 mm.s-1), takže se vytvo�í pom�rn� ostré rozhraní mezi suspenzí vlo�-kového mraku a �irou vodou nad ním. �ást suspenze se z vlo�kového mraku pr�b�žn� odvádí k zahušt�ní a likvidaci. Voda odtékající z �i�i�e se zbaví zbyt-k� vlo�ek hydroxid� na rychlofiltru. Provoz �i�i�� s vlo�kovým mrakem je pom�rn� choulostivý, nebo� je zna�n� závislý na hydraulických podmínkách, použitém koagulantu i teplot� vody.

Zvláštním typem �i�i�e je pulzátor (fy Degremont, Francie), u n�hož je vlo�ko-vý mrak udržován v rytmickém pohybu pravideln� se opakujícími nárazy p�i-vád�né vody. V dob� klidu se mrak zmenšuje, nárazem vody naopak expandu-je. Tato pulzace má p�íznivý vliv na funkci �i�i�e.

Uvádí se, že u dob�e fungujícího �i�ícího procesu se dosahuje odstran�ní sus-pendovaných a koloidních látek (zákalu) 90 až 95 %, snížení barvy o 80 až 90 % a snížení po�tu bakterií o 95 až 98 %. Z rozpušt�ných látek se p�i koagulaci zachytí jen n�které. Více nebo mén� se zachytí ionty t�žkých kov�, �áste�n� také rozpušt�né organické látky s dostate�n� velkými molekulami na hranici koloid�. Neadsorbují se však nízkomolekulární organické slou�eniny, alkalické kovy a kovy alkalických zemin (Na, K, Ca, Mg) i b�žn� se ve vodách vyskytu-jící anionty: HCO3

-, Cl-, SO42- a NO3

-.

3.2 Pomalá filtrace

Pomalá filtrace je proces úpravy povrchové vody na pitnou, p�i n�mž se uplat-�uje vedle filtra�ního ú�inku p�edevším ú�inek biologického oživení nápln�. Jedná se tedy v prvé �ad� o proces biologický, podmín�ný �inností aerobních mikroorganizm�, které na filtra�ní pískové náplni vytvo�ily biologickou blánu, p�sobící i jako filtra�ní prost�edí. Na biologickou blánu se také látky, p�ede-vším koloidní a suspendované, adsorbují. Substrátem mikroorganizm� je orga-nická hmota obsažená ve vod�, která je tímto procesem mineralizována.

Pomalé biologické filtry (anglické) sestávají z filtra�ní vrstvy vysoké 100 až 120 cm, vytvo�ené pískem o velikosti zrn 0,4 až 0,7 mm. Podkladní vrstvy mají výšku 40 až 60 cm a tvo�í plynulý p�echod od zrn pr�m�ru 1 mm až k zrn�m o pr�m�ru 30 mm na dn� filtru, kde je umíst�n drenážní systém odvád�jící profil-trovanou vodu. Výška vody nad náplní bývá 50 - 150 cm.

Biologická blána siln� oživená mikroorganizmy se vytvo�í na povrchu jemného písku do hloubky 1 až 2 cm. Po ur�ité provozní dob�, když se odpor filtru ná-r�stem biologické blány zna�n� zvýší, je nutno provést regeneraci, a to sejmu-tím vrchní vrstvy písku do hloubky 1,5 až 3 cm (pokryté biologickou blanou) a nakyp�ením povrchu. Pak se filtr zapracuje, což spo�ívá v op�tovném vytvo�e-ní biologické blány. Doba zapracování i doba pracovního cyklu závisí na teplo-t� vody. Po n�kolika cyklech se písek dopl�uje.


- 31 (58) -

Tab.3.1: Pracovní cyklus anglického filtru

letní období zimní období

zapracování 1 -2 týdny 3 - 6 týdn�

filtra�ní cyklus 3 - 6 týdn� 7 - 12 týdn�

Povrchové zatížení pomalých filtr� se volí v rozmezí od 0,1 do 0,2 m.h-1. Po-malé biologické filtry se požívají k úprav� málo zne�išt�ných povrchových vod s obsahem suspendovaných látek do 50 mg/l, s CHSKMn do 6 mg.l-1 o zákalu do 100 ZF. Dosahovaná �istící ú�innost bývá pro bakterie 99 %, pro CHSKMn 20 až 40 %. Výhodou pomalých filtr� je jednoduchý provoz, nevýhodou jsou velké nároky na plochu.

3.3 Filtrace s využitím horninového prost�edí

U tohoto zp�sobu úpravy povrchové vody na pitnou je využito procesu, který probíhá v p�írod� p�i tvorb� zásob podzemní vody z vod povrchových. Prostu-pem vody p�dou a horninovými vrstvami, zejména sedimenta�ního p�vodu, probíhají v ní procesy fyzikální (filtrace), fyzikáln� chemické (adsorpce) i bio-chemické (mikrobiální rozklad organických látek, nitrifikace aj.), které jsou analogií samo�isticích proces�, probíhajících v povrchových vodách, od nichž se však odlišují mimo jiné obvykle delším �asovým p�sobením a p�ítomností pevného nosi�e, tvo�eného horninou. Uvedený proces se nazývá p�irozenou infiltrací. Na jejím principu je založen odb�r vody ze studní, navrtaných v blíz-kosti koryta �eky (zpravidla n�kolik desítek až stovek metr�), jejíž voda infil-tra�ním procesem tyto studny napájí. V bezprost�ední blízkosti velkých �ek je podloží obvykle tvo�eno sedimentovanými horninami, které je svojí prostup-ností pro infiltraci p�íznivé.

P�i um�lé infiltraci se využívá jako filtra�ní médium rovn�ž horninové prost�e-dí, p�i�emž se buduje vedle jímacího objektu i objekt vsakovací. Mezi nimi se vytvá�í spád hladiny podzemní vody jejím od�erpáváním z jímací studny, za-tímco do vsakovací studny je upravovaná voda p�ivád�na. Um�lá infiltrace se používá k odstran�ní t�chto látek z vody: organických slou�enin v�etn� rop-ných látek, železa, manganu, amoniaku, t�žkých kov� aj. V n�kterých p�ípa-dech se voda p�ivád�ná do vsakovacího objektu upravuje. Nap�. p�i odželezo-vání a odmanganování se voda p�ed p�ívodem do vsakovací studny pro-vzduš�uje, aby v ní byl dostatek kyslíku pro mikrobiální oxidaci Fe2+ a Mn2+ železitými a manganovými bakteriemi, jejichž populace se v horninovém pro-st�edí p�i pr�chodu vodou obsahující uvedené kovy rozmnoží. Produkty oxida-ce vylou�ené z vody , jimiž jsou hydroxidy s vyššími oxida�ními �ísly, se za-chytí v horninovém prost�edí jako na filtru. Tento systém se nazývá Vyredox a je vhodný pro úpravu menších zdroj� vody. Z výše uvedeného vyplývá, že um�lá infiltrace je použitelná nejen pro úpravu povrchové, ale i podzemní vo-dy, pro odželezování a odmanganování.

Obsah látek ve vod� upravované um�lou infiltrací nesmí p�ekro�it ur�itou hra-nici, jinak nastává nadm�rná kolmatace (zanesení) filtra�ní horninové vrstvy.


- 32 (58) -

Doporu�ené limitní hodnoty jsou tyto: CHSKMn < 12 mg.l-1 , rozpušt�né látky < 1000 mg.l-1, nerozpušt�né látky < 2 mg.l-1, Fe < 1 mg.l-1, Mn < 1 mg.l-1, celkový po�et mikroorganizm� v l ml < 10 000.

3.4 Kvalita povrchové vody využívané pro úpravu na pitnou vodu

P�ípustné a cílové standardy zne�išt�ní povrchových vod, které jsou využívány nebo u kterých se p�edpokládá jejich využití jako zdroje vody pitné, jsou uve-deny v Na�ízení vlády �R �.61/2003 Sb. (Tab.3.2). Vody se rozd�lují do t�í kategorií podle pot�ebné technologie jejich úpravy na vodu pitnou:

A1 – jednoduchá fyzikální úprava, nap�íklad rychlá filtrace.

A2 – b�žná fyzikální úprava, chemická úprava, srážení, vlo�kování, usazová-ní, filtrace.

A3 – intenzivní fyzikální a chemická úprava, srážení, vlo�kování, usazování, filtrace, adsorpce (aktivní uhlí).

U všech zp�sob� úpravy se po�ítá s dezinfekcí.

Imisní standardy ukazatel� p�ípustného zne�išt�ní jsou stanoveny pro sou�as-nou dobu a cílové s platností od r.2012. Standardy se vztahují k nejmén� p�íz-nivým hydraulickým podmínkám v toku, to je pro pr�tok Q355.

Oproti cílovým standard�m jsou sou�asné v�tšinou mírn�jší, p�ípadn� chybí, jako nap�. ukazatele bakteriálního zne�išt�ní. Nutno však upozornit na platnost imisních standard� pro všechny povrchové vody již v sou�asné dob� (viz Mo-dul 1). N�které ukazatele je nutno limitovat s ohledem na požadovanou kvalitu pitné vody, p�i�emž je t�eba po�ítat s tím, že standardními vodárenskými tech-nologiemi se tyto látky neodstraní, naopak m�že dojít k zvýšení jejich koncent-race v d�sledku dávkování chemikálií (koagulanty).


- 33 (58) -

Tab.3.2: Cílové imisní standardy vybraných ukazatel� pro povrchovou vodu využíva-nou jako zdroj vody pitné

ukazatel rozm�r A1 A2 A3

BSK5 mg.l-1 3 4 5

CHSKCr mg.l-1 2 5 10

TOC mg.l-1 5 8 8

NC mg.l-1 1 2 3

NH4+ mg.l-1 0,05 0,5 1,0

extrahovatelné látky mg.l-1 0,1 0,2 0,5

huminové látky mg.l-1 2 3,5 6

tenzidy aniontové. mg.l-1 0,2 0,2 0,5

Fe mg.l-1 0,1 1 1

Mn mg.l-1 0,05 0,1 0,5

koliformní bakterie KTJ/100 ml 50 5 000 50 000

termotolerantní kolif. bakt. KTJ/100 ml 20 2 000 20 000

intestinální enterokoky KTJ/100 ml 20 1 000 10 000

salmonely v 5000 ml 0 0

teplota oC < 15 < 22 < 22

3.5 Autotest

1. K jaké zm�n� pH dochází v pr�b�hu procesu �i�ení?

a) žádné

b) pH se zvyšuje

c) pH se snižuje

d) nemá-li upravovaná voda dostate�nou tlumivou kapacitu, pH se snižuje

2. Jaký je princip pomalé filtrace?

a) filtrace vrstvou písku o velmi malé zrnitosti

b) filtrace + rozklad organických látek �inností mikroorganizm� biologic-ké blány na povrchu nápln� filtru

c) jedná se o b�žnou filtraci s malým zatížením filtra�ní kolony

d) filtrace p�es filtr s keramickou náplní, pokrytou málo rozpustnou slou-�eninou st�íbra

3. Co je to kolmatace?

a) zanesení filtra�ní horninové vrstvy

b) filtrace horninovým prost�edím


- 34 (58) -

c) zp�sob odstran�ní Fe a Mn p�i filtraci horninovým prost�edím

d) um�lá infiltrace

3.6 Shrnutí

Hlavní složkou organického zne�išt�ní jsou v povrchových vodách huminové látky. B�žnou technologií úpravy povrchové vody na pitnou je proces �i�ení, p�i n�mž jsou p�edevším koloidní a jemn� suspendované látky p�evád�ny do separovatelné suspenze. Jinými zp�soby �išt�ní povrchové vody jsou pomalá filtrace a metody využívající horninové prost�edí.

Separa�ní postupy ve vodárenství

- 35 (58) -

4 Separa�ní postupy ve vodárenství

P�i úprav� vody na pitnou procesy koagulace, odželezování, odmanganování a n�kdy i odkyselování vznikají suspenze, které je nutno z vody odstranit p�ed-tím, než je distribuována spot�ebitel�m. Nejobvyklejší separa�ní procesy jsou sedimentace a filtrace. Sedimentace, realizovaná v usazovacích nádržích, je používána i p�i �išt�ní odpadních vod a bude o ní pojednáno v Modulu �.3. Z filtra�ních postup� je v této kapitole pojednáno jen o t�ch, které jsou používány ve vodárenství, a také pro separaci suspendovaných látek z povrchové vody p�ed její další úpravou.

4.1 Mikrosíta

Mikrosíta jsou za�ízením, které slouží pro zachycení �ástic �ádov� v�tších než desítky m, výjime�n� až 10 m, což jsou látky suspendované. Konstruk�n� jsou mikrosíta zpravidla �ešena jako otá�ivé bubny potažené velmi jemným drát�ným nebo um�lohmotným pletivem s oky výše uvedené velikosti. Voda je obvykle p�ivád�na dovnit� pomalu se otá�ejícího bubnu a pr�chodem filtra�-ním pletivem je zbavena suspendovaných látek, které se z povrchu filtra�ní plochy ost�ikují proudem vody v horní �ásti za�ízení. Mikrosíta jsou vhodná pro zachycení jemných suspenzí, nap�. �as. Pro tento ú�el jsou n�kdy za�azová-na jako první stupe� úpravy povrchové vody nebo do okruh� chladící vody a p�i úprav� vody pro plavecké bazény.

4.2 Filtrace vrstvou zrnitého materiálu

Filtrace vrstvou zrnitého materiálu se uplat�uje ve vodárenství nej�ast�ji, nap�. pro zachycení hydroxid� železa a hliníku, tedy produkt� koagulace nebo v pr-vém p�ípad� i odželezování. Filtrace se používá po p�edchozí sedimentaci, kte-rou se zachytí v�tší �ást suspendovaných látek, nebo jako jediný separa�ní pro-ces. Filtra�ní prost�edí tvo�í v tomto p�ípad� vrstva zrnitého materiálu, kterou protéká suspenze. Suspendované �ástice jsou v ní zachycovány, p�i�emž k se-paraci dochází v celé vrstv� nebo alespo� v její �ásti. Suspendované látky pro-nikají do nápln� filtru tím hloub�ji, �ím je v�tší filtra�ní rychlost a zrnitost ma-teriálu. Záchytem t�chto �ástic se zmenšují volné prostory mezi zrny filtra�ní-ho materiálu, a tím se vytvá�í jemn�jší filtra�ní prost�edí. Po ur�ité dob� vzros-te vlivem zanášení pór� filtra�ní odpor natolik, že je nutno filtr regenerovat. D�je se tak zp�tným proudem vody, p�ípadn� vodou a vzduchem. P�i posledn� uvedeném zp�sobu praní se p�ivádí pod filtra�ní vrstvu nejd�íve vzduch, kte-rým se vytvo�í ve vrstv� kanálky, pak se p�ivádí se vzduchem voda a nakonec samotná voda. V pr�b�hu praní je uvedena filtra�ní vrstva do vznosu, což umož�uje vyplavení zachycených suspendovaných látek. Délka filtra�ního cyklu závisí na zne�ist�ní upravované vody, na kapacit� filtru a na filtra�ní rychlosti. Filtra�ní materiál spo�ívá na filtra�ním dn� s filtra�ními hlavicemi (tryskami, cední�ky), které umož�ují pr�tok vody, ale zabra�ují jeho vyplave-ní.


- 36 (58) -

Nejobvyklejším filtra�ním materiálem používaným ve vodárenství je k�emenný písek

Faktory ovliv�ující výsledek filtrace ve vrstv� zrnitého materiálu jsou následu-jící:

• obsah �ástic ve filtrované vod� a jejich charakter, zejména velikost,

• vlastnosti filtra�ního materiálu,

• hloubka filtra�ní vrstvy,

• zp�sob filtrace - zatížení filtru, tlakové pom�ry, provozní režim aj.

P�i použití obvyklých filtra�ních materiál� se zachytí �ástice v�tší než cca 1 µm. Vzhledem k filtra�ním rychlostem, které bývají �ádov� v m.h-1, se tento proces nazývá také rychlofiltrací a filtra�ní za�ízení rychlofiltry. Podle kon-strukce se rozlišují rychlofiltry otev�ené (beztlakové) a uzav�ené (tlakové).

4.2.1 Základní pojmy

Mezerovitost ε je pom�r mezi objemem volného prostoru ve filtra�ní vrstv� a celkovým objemem této filtra�ní vrstvy.

Rozsah zrnitosti vyjad�uje velikost �ástic (d) v tomto rozsahu, jejichž hmot-nostní podíl z celkového množství musí p�evýšit stanovený limit. Obvykle se stanovuje pro d10 a pro d90, což je velikost ok síta, kterým projde více než 10 %, resp. 90 % materiálu.

K�ivka zrnitosti vystihuje zastoupení zrn ur�ité velikosti ve sm�si. Zobrazuje závislost hmotnostních procent zrn (p - %) na velikosti ok síta (d - mm), kte-rým tento podíl p�i p�esívání prošel.

Koeficient stejnozrnnosti k je pom�r d60/d10. Je to pom�r velikosti ok síta, jimiž projde 60 % resp. 10 % materiálu.

Filtra�ní rychlost v:

v = Q/F (m3/ m2.h ∼ m/h) [4.1]

kde Q je pr�tok vody [m3.h-1 ] filtrem o ploše F [m2] .

4.2.2 Otev�ené rychlofitry

Tyto rychlofiltry se budují jako otev�ené, betonové, pravoúhlé nádrže. V praxi byly vyvinuty dva základní typy otev�ených rychlofiltr�: americké a evropské (Švédské). Jejich rozdíl vyplývá z následujících provozn� technických parame-tr�:


- 37 (58) -

Tab.4.1: Parametry rychlofiltr�

rychlofiltry rozm�r americké evropské koagula�ní

výška filtra�ní nápln� m 0,8 1,1 – 1,3 1,4 - 2,0

zrn�ní mm 0,4 - 0,7 0,7 - 1,1 1,1 - 1,6

filtra�ní rychlost m.h-1 4,5 - 7,0 4,5 - 7,0 4,0 - 6,0

prací voda litr�/m2.s 10 -12 4 - 5 6 - 8

prací vzduch litr�/m2.s - 12 - 16 15 - 18

Z výše uvedeného vyplývá, že evropské rychlofiltry mají hrubší zrnitost než americké, a proto u nich pronikají suspendované látky do v�tší hloubky. Vzhledem k v�tší vrstv� filtra�ní nápln� je u evropských rychlofiltr� nutné použít pro jejich uvedení do vznosu i vzduch. U amerických rychlofiltr� se rozrušuje nejprve horní, nejvíce zanesená vrstva písku tlakovou vodou ze Seg-nerových kol, umíst�ných asi 20 cm nad filtra�ní vrstvou. Teprve pak se praní dokon�í vodou p�ivád�nou ze spodu filtru. Spot�eba prací voda bývá u otev�e-ných rychlofiltr� 2 až 5 % z vody vyrobené. Doba, za kterou je nutno filtry proprat, závisí na koncentraci suspendovaných látek a dalších okolnostech. Po �i�ení a sedimentaci bývá obvykle kolem 24 h.

A – p�ítok vody 1 – hladina vody p�i filtraci B – odtok filtrátu 2 – hladina vody p�i praní C – odtok prvního filtrátu 3 – filtra�ní vrstva p�i filtraci D – p�ítok prací vody 4 – filtra�ní vrstva p�i praní E – odtok prací vody 5 – mezidn� s filtra�ními tryskami F – p�ívod pracího vzduchu

Obr.4.1: Schéma otev�eného evropského rychlofiltru

1

A

2

E

F D B

C

3 4

5


- 38 (58) -

4.2.3 Uzav�ené rychlofiltry a kontaktní filtrace

Uzav�ené filtry jsou konstruovány jako válcové nádrže, zhotovené ze sva�ova-ných nebo nýtovaných plech�, nej�ast�ji stojaté, pro v�tší výkony i ležaté. Pr�m�r nádrží bývá od 600 do 3000 mm. Filtra�ní vrstva, obvykle písková o v�tší velikosti zrn než bývá použito u otev�ených rychlofiltr� (do 2 mm), mívá výšku 3 až 4 m. Protože uzav�ené jsou provozovány p�i tlacích 0,4 až 0,6 MPa, bývá filtra�ní rychlost 8 až 10 m.h-1. Praní se provádí nej�ast�ji vodou a vzdu-chem.

Uzav�ené filtry se používají i pro tzv. koagula�ní neboli kontaktní filtraci. Vhodn�jší název pro tento typ filtrace je koagulace se sníženou dávkou koagu-lantu. Využívá se p�i tom zkušenosti, dle níž se vylu�ování vlo�ek hydroxid� p�i chemickém �i�ení vody nebo odželezování a odmanganování zna�n� zrych-luje stykem suspenze s drsnými materiály. Je-li p�ivedena na kontaktní filtr voda s p�ídavkem koagulantu, vytvo�í se nejprve mikrovlo�ky hydroxidu, které se na filtru rychle shlukují ve vlo�ky v�tší (patrn� �áste�n� i vybitím náboj�). Tím se proces flokulace podstatn� urychluje. P�i tom je možné množství použi-tého koagulantu, obvykle síranu hlinitého, výrazn� snížit, a to �asto na cca po-lovinu oproti b�žné koagulaci.

Výhodou koagula�ní filtrace, provád�né v uzav�ených filtrech, je její jednodu-chost, nebo� nevyžaduje zvláštní za�ízení pro koagulaci a sedimentaci. Koagu-lace prob�hne v prostoru nad pískovou filtra�ní vrstvou a je dokon�ena v její náplni. Sedimentace odpadá. Dalšími výhodami jsou rychlost procesu, trvající-ho 15 až 20 minut, úspora koagulant� a menší vliv teploty. Koagula�ní filtrace je vhodná pro úpravu málo zne�ist�ných povrchových vod se zákalem do 30 ZF a barvou do cca 50 mg.l-1 Pt. Provozní parametry koagula�ních filtr� jsou uvedeny v Tab.4.1. K tomu je t�eba jen dodat, že délka filtra�ního cyklu bývá 48 h p�i koncentraci suspendovaných látek (na níž je závislá) 25 mg.l-1. Spot�e-ba prací vody bývá asi 7 % z vody vyrobené.

4.2.4 Dvouvrstevná filtrace

V procesu b�žné filtrace se p�i pr�toku vody shora dol� nejprve zanáší horní vrstva filtra�ního materiálu. Nahradí-li se tato vrstvu hrubším materiálem, vyu-žije se lépe kapacita filtru, nebo� jemn�jší �áste�ky suspenze se dostávají do v�tší hloubky. Tím se prodlouží filtra�ní cyklus. Hrubší filtra�ní materiál v horní �ásti filtru však musí mít menší hustotu než jemn�jší materiál v jeho dol-ní �ásti, aby p�i praní z�stalo toto vrstvení zachováno.

Vhodnou kombinací filtra�ního materiálu ve dvouvrstevných filtrech je nap�. 30 - 40 cm vysoká vrstva drceného antracitu o zrn�ní 1,2 až 1,7 mm a pod ní 40 - 50 cm vrstva k�emi�itého písku o zrnitosti 0,7 až 1,0 mm. Variantn� lze použít místo antracitu levn�jší �ernouhelnou dr�. Filtra�ní rychlost se �ídí záka-lem vody a obvykle bývá 7 - 10 m.h-1. Praní dvouvrstevných filtr� se provádí pouze vodou. Výjime�n� lze použít i vícevrstevné filtry, nap�. sestávající ze 4 vrstev s filtra�ním materiálem: žula - písek - antracit - k�emelina.


- 39 (58) -

4.2.5 K�emelinové a perlitové filtry

K�emelina a perlit jsou p�írodní materiály, obsahující drobné k�emi�ité sko�áp-ky jednobun��ných �as – rozsivek. Pro filtra�ní ú�ely se upravují kalcinací, mletím a t�íd�ním. Jejich sypná hmotnost je velice nízká - 200 až 300 kg.m-3. Filtry s tímto materiálem lze použít nap�. pro �išt�ní jen slab� zakalené vody, nap�. v plaveckých bazénech. V lét� je nutné praní po 2 až 3 dnech, v zim� po 7 dnech.

4.2.6 Filtry s plovoucí náplní

Filtra�ní materiál má u t�chto filtr� menší hustotu než je hustota vody. Tako-vou hmotou je nap�íklad polystyren. Filtra�ní vrstva se vznáší na hladin� vody, která proudí zdola nahoru, p�i �emž musí být zabrán�no úniku filtra�ní nápln� s �išt�nou vodou, nap�íklad pomocí síta. Praní filtru je sm�rem opa�ným. Uve-dené filtry byly využity jako sou�ást malých �i�ících jednotek, v nichž �i�ící proces i separace vyvlo�kovaného koagulantu na filtra�ní vrstv� je realizována v jedné nádrži.

4.3 Autotest

1. Co je to kontaktní filtrace?

a) filtrace vody p�es speciální materiály jako nap�. k�emelina

b) koagulace se sníženou dávkou koagulantu

c) rozklad organických látek mikroorganizmy na povrchu filtra�ní nápln�

d) koagula�ní filtrace

2. Jaké výhody p�ináší vícevrstvá filtrace?

a) lepší využití filtra�ní nápln�

b) možnost použít v dolních vrstvách filtra�ní nápln� levn�jší materiály

c) záchyt r�zného typu zne�iš�ujících látek na jednotlivých vrstvách nápl-n�

d) pomalejší zanášení filtra�ní nápln�

4.4 Shrnutí

Mezi hlavní separa�ní postupy používané ve vodárenství pat�í sedimentace a filtrace. Podle zp�sobu záchytu suspendovaných látek se rozlišuje filtrace na filtra�ní p�epážce (nap�. mikrosíta) a filtrace vrstvou zrnitého materiálu (otev�ené a uzav�ené rychlofiltry).


- 40 (58) -

5 Zušlech�ování pitné vody

D�ležitou, i když chemickou analýzou mnohdy obtížn� postihnutelnou vlast-ností pitné vody jsou její senzorické vlastnosti. N�které látky, p�ítomné i ve stopových koncentracích, ovliv�ují senzorické vlastnosti vody (chu�, pach) velice nep�ízniv�. Dále mohou být ve vod� p�ítomny ve stopových množstvích slou�eniny z hygienického hlediska závadné (karcinogenní, mutagenní), které stejn� jako mnohé látky zp�sobující senzorické závady jsou �asto koagulací odstran�ny nedostate�n� nebo v�bec. Postupy, kterými jsou tyto látky z vody eliminovány, lze rozd�lit na oxida�ní a adsorp�ní.

5.1 Oxida�ní postupy zušlech�ování vody

Oxida�ní látky používané pro zušlech�ování vody jsou totožné s t�mi, které jsou používány k hygienickému zabezpe�ení vody, o n�mž bude pojednáno v následující kapitole. Na tomto míst� je t�eba jen poznamenat, že ne všechny a za všech okolností vedou k požadovanému senzorickému zušlecht�ní pitné vody. Nap�íklad nesprávné použití chloru m�že vést naopak ke zhoršení senzo-rických, ale i hygienických vlastností vody (tvorba chlorfenol� a trihalogen-methan�). V tomto sm�ru bývá vhodn�jší použití ozónu nebo oxidu chlori�ité-ho. Zajímavé je zjišt�ní, že ozón v kombinaci s ultrafialovým zá�ením rozkládá velmi resistentní molekuly chlorovaných aromatických slou�enin (PCB, chlor-benzen� aj.).

5.2 Adsorpce z vodných roztok�

5.2.1 Vlastnosti sorbent�

Adsorpce je jev, ke kterému dochází na mezifázovém rozhraní. V p�ípad� vod-ného prost�edí se n�které látky obsažené ve vod� (adsorbát) hromadí na po-vrchu pevné fáze – adsorbentu (sorbentu). P�í�iny adsorpce jsou:

a) mezimolekulární (van der Waalsovy) síly,

b) chemická vazba mezi adsorbentem a adsorbátem (chemisorpce),

c) p�itažlivost �ástic elektrickými silami v d�sledku jejich opa�ného nábo-je (iontová sorpce).

N�kdy se jedná o kombinaci výše uvedených sil. Principem adsorpce lze vy-sv�tlit i odstran�ní látek z vody �i�ením, u n�hož je sorbent tvo�en v pr�b�hu koagula�ního procesu, který však má vzhledem ke svému významu v techno-logii úpravy vody výjime�né postavení.

Mezi látkou v roztoku (adsorbátem) a jejím adsorbovaným množstvím se po ur�itém �ase vytvo�í dynamická rovnováha. Kvantitativn� ji vyjad�uje ad-sorp�ní izoterma, což je závislost specifické adsorpce na koncentraci adsorbátu v roztoku cr [mg.l-1]. Specifická adsorpce as [mg.g-1] je adsorbované množství adsorbátu na jednotce hmotnosti adsorbentu. Adsorp�ní izotermy odvodili Langmuir a Freundlich níže uvedenými vztahy, které nejsou zcela identické,

Zušlech�ování pitné vody

- 41 (58) -

nebo� vycházejí z pon�kud odlišných p�edpoklad�. Která z obou izoterem p�esn�ji odpovídá konkrétnímu adsorp�nímu procesu lze zjistit empiricky, p�i-�emž vyhovující shoda se dosahuje zpravidla jen v ur�itém koncentra�ním roz-sahu.

Langmuirova adsorp�ní izoterma:

a ab c

b csr

r

=+max .

..1

[5.1]

V uvedené rovnici je b konstanta, amax je maximální adsorpce (to je maximáln� adsorbovatelné množství látky na jednotku hmotnosti adsorbentu), dosažená pro dostate�n� vysokou koncentraci cr, tedy pro b.cr >> 1. Langmuirova izo-terma je odvozena z p�edpokladu, že adsorpcí se vytvá�í na povrchu sorbentu jen jedna (monomolekulární) vrstva, p�i �emž adsorbované �ástice se vzájem-n� neovliv�ují. Pro malé hodnoty cr platí:

as = ama x. b . cr = K . cr [5.2]

kde K je konstanta. P�íklady pr�b�hu Langmuirovy adsorp�ní izotermy jsou uvedeny na Obr.5.1 pro t�i rozdílné hodnoty konstanty b. Na tomto grafu je uvedena závislost pom�ru as/amax na hodnot� cr.

Obr.5.1 Langmuirova adsorp�ní izoterma

Freundlichova izoterma:

as = k.cr 1/n [5.3]

V této rovnici jsou k, n konstanty. Na rozdíl od Langmuirovy izotermy neblíží se u Freaundlichovy izotermy pro velké cr hodnota as asymptoticky k hodnot� amax, ale má trvale vzestupnou tendenci, i když nár�st hodnoty as se s r�stem hodnoty cr snižuje.

D�ležitou vlastností každého sorbentu je jeho specifický povrch, což je plocha, p�ipadající na hmotnostní jednotku sorbentu [m2.g-1] a samoz�ejm� také jeho složení. Rozlišují se sorbenty polární, které obsahují disociovatelné skupiny,

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0 5 10 15cr (mg.l-1)

a s/a

max

b = 0,2

b =1,0

b =0,5


- 42 (58) -

ud�lující jejich povrchu elektrický náboj (kladný nebo záporný) a nepolární sorbenty, které takové náboje neobsahují a p�i adsorpci se u nich uplat�uje p�e-devším jejich velký povrch a síly van der Waalsovy. Na nepolárních sorben-tech se adsorbují p�ednostn� látky nepolárního charakteru, na sorbentech po-lárních se adsorbují naopak p�edevším látky polární. Ne vždy je však funkce sorbentu tak p�esn� vymezena. Nap�. aktivní uhlí, považované za nepolární sorbent, adsorbuje látky nepolární, ale také nap�. t�žké kovy.

Adsorpce látek stejného charakteru na nepolárních sorbentech roste s jejich relativní molekulovou hmotností (Mr), rychlost adsorpce se však s r�stem rela-tivní molekulové hmotnosti snižuje. Maxima adsorptivity je dosaženo p�i ur�ité velikosti Mr, pak op�t klesá, což je zp�sobeno omezením p�ístupu rozm�rn�j-ších molekul do mikropór� sorbentu. Nap�. p�i použití aktivního uhlí je tohoto maxima dosaženo p�i Mr = cca 10 000.

V souladu s výše uvedeným roste nap�. adsorptivita mastných kyselin z vodné-ho prost�edí na aktivním uhlí s rostoucí délkou jejich alifatického �et�zce, což je i v souladu s Lundeliovým pravidlem, dle kterého je adsorpce látek tím v�t-ší, �ím menší je jejich rozpustnost v roztoku, z n�hož jsou adsorbovány (roz-pustnost mastných kyselin ve vod� s r�stem jejich molekuly klesá).

Sorbenty jsou používány ve vodním hospodá�ství pro r�zné ú�ely, zejména p�i �išt�ní pr�myslových odpadních vod a p�i sanaci ropných havárií. V této kapi-tole je však pojednáno jen o jejich využití p�i úprav� pitné vody, p�edevším pro ú�ely uvedené výše, to je pro odstran�ní:

a) senzoricky závadných látek (zhoršujících chu� a pach, p�íp. barevných),

b) hygienicky závadných stopových látek, p�i�emž n�které mohou pat�it zárove� do první skupiny,

c) p�ebyte�ného chloru.

5.2.2 Použití aktivního uhlí ve vodárenství

Ve vodárenství se používá jako sorbent aktivní uhlí, které se vyrábí speciálními termickými a chemicko-termickými postupy z p�írodních organických materiá-l�. Jeho struktura je tvo�ena póry r�zné velikosti, p�i �emž ty nejmenší mají pr�m�r pod 1 nm a zaujímají cca 95 % z celkové plochy, póry v�tší slouží k p�ívodu kapaliny (vody) k mikropór�m. Specifická plocha aktivního uhlí bývá kolem 1 000 m2.g-1 i v�tší. Aktivní uhlí je dodáváno ve form� práškové, zrnité (r�zná zrnitost �ádov� v mm) a granulované (nap�. ve tvaru vále�k� pr�m�ru 0,5 cm a délky až 1,2 cm). R�zné formy aktivního uhlí nesouvisí s jeho speci-fickým povrchem, ale ur�ují zp�sob jeho použití.

V provozech úpraven povrchové vody na pitnou se aktivní uhlí aplikuje dvojím zp�sobem:

a) dávkováním práškového uhlí do upravované vody v pr�to�ném profilu úpravny,

b) v kolon� se zrnitým nebo granulovaným uhlím, p�es kterou upravovaná voda protéká.

Prvý zp�sob, investi�n� mén� náro�ný, spo�ívá v dávkování práškového aktiv-ního uhlí spolu s koagulanty, p�i�emž spole�n� s vysráženými hydroxidy je


- 43 (58) -

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80t1 t2

co

cp

c

t

1 2

také z vody separováno. Tento zp�sob, používaný v�tšinou s �asovým omeze-ním s cílem dosáhnout rychlého zlepšení kvality produkované vody, je eko-nomicky neúsporný, nebo� sorbent je sycen i látkami, které lze odstranit koa-gulací.

U druhého, dynamického zp�sobu, realizovaného v kolon�, je tato umíst�na za �i�ícím procesem v�etn� separace vlo�ek hydroxid�, takže na sorbent je p�ivá-d�na voda, zbavená v�tšiny ne�istot. Za tímto stupn�m následuje již jen hygie-nizace. P�i uvedeném zp�sobu provozu dochází po pr�toku ur�itého množství vody k vysycení adsorp�ních center sorbentu a k pr�niku adsorbátu do upravo-vané vody. P�i konstantním povrchovém zatížení lze zaznamenat závislost koncentrace adsorbátu (látky, která je adsorbována) v odtoku z adsorp�ní kolo-ny na �ase jako tzv. pr�nikovou k�ivku (Obr.5.2). Zbytková koncentrace se zpo�átku jen zvolna zvyšuje, potom však následuje prudký vzestup. P�ed dosa-žením tolerované zbytkové koncentrace cp je nutno filtr regenerovat

k�ivka 1 - pro výšku nápln� kolony h1, k�ivka 2 - pro výšku nápln� kolony h2, c - koncentrace adsorbátu v odtoku, co - koncentrace adsorbátu v p�ítoku, t - doba pr�toku vody

Obr.5.2: Pr�niková k�ivka adsorp�ní kolony

P�i konstantním povrchovém zatížení kolony a konstantní kvalit� vody na p�í-toku jsou pr�nikové k�ivky pro r�znou výšku nápln� posunuty na �asové ose, p�i �emž si zachovávají sv�j tvar nezávisle na výšce kolony. Závislost mezi dobou pr�niku t a výškou kolony h je vyjád�ena vztahem:

u

hhtt 1212

−+= [5.4]

kde t2 resp. t1 jsou doby [h], za které dosáhne zbytková koncentrace adsorbátu na odtoku z kolony o výšce h2 resp. h1 [m] tolerovaného maxima cp, u je rych-lost pohybu pr�nikové k�ivky náplní kolony [m.h-1]. Rychlost pohybu pr�niko-vé k�ivky je t�eba stanovit experimentáln�.


- 44 (58) -

Zrnité a granulované uhlí lze po vy�erpání jeho sorp�ní schopnosti regenero-vat. Není to však proces jednoduchý a provádí se v�tšinou ve výrobním závo-d�, zpravidla termickým zp�sobem, p�íp. v kombinaci s chemickou úpravou.

Senzorické vlastnosti vody jsou ovliv�ovány i p�ítomností chloru, používaného k dezinfekci vody (viz kap. 6). Jeho zvýšené dávky jsou p�íznivé pro spolehlivé usmrcení patogenních zárodk�, zvýšené koncentrace chloru zp�sobují však pachové závady. Pro odstran�ní chloru z vody nebo pro snížení jeho koncent-race na pot�ebnou výši se používá aktivní uhlí, které reaguje s chlorem takto:

C + 2 HClO = CO2 + 2 H+ + 2 Cl- [5.5]

Kolona se zrn�ným nebo granulovaným aktivním uhlím se v tomto p�ípad� za�azuje až za hygienizaci chlorem. Pro distribuci do rozvodné sít� se ješt� voda za kolonou dle pot�eby upraví chlorem na požadovanou koncentraci.

Granulované aktivní uhlí bývá používáno i jako nosi� katalyzátor� - nap�. MnO2 v odmanganovacích filtrech.

5.2.3 Fluorizace vody

K postup�m zušlech�ování vody lze za�adit i její fluorizaci, což je dávkování slou�enin fluoru v množství asi 1 mg.l-1 F. Ú�elem je docílení p�íjmu tohoto prvku prost�ednictvím vody, která je nedílnou složkou potravy. Deficit fluoru, zejména v d�tském v�ku, zp�sobuje kazivost zub� a má další negativní d�sled-ky. Pro fluorizaci vody jsou používány tyto slou�eniny: fluorid sodný NaF ne-bo rozpustn�jší fluorok�emi�itan sodný Na2SiF6, p�íp. kyselina fluorok�emi�itá H2SiF6 (15 % roztok). Vyšší koncentrace než 1,5 mg.l-1 F jsou však již škodlivé (NMH), což vyžaduje p�esné dávkování chemikálie. V sou�asné dob� se tento zp�sob úpravy vody pro jeho nákladnost opouští nahrazuje se p�ídavkem slou-�enin fluoru do zubních past. Z upravené vody slouží totiž k pitným ú�el�m jen její malý zlomek.

5.2.4 Domácí filtry

Pro docílení lepší kvality pitné vody spot�ebované v domácnostech jsou ko-mer�n� nabízeny a využívány filtry, lišící se zejména náplní, která se volí podle funkce za�ízení. Prostý filtr, nap�. pískový, poslouží k odstran�ní zákalu vody. Pro odstran�ní pachu vody se užívá aktivní uhlí, které odstran�ní i chlor, p�so-bící ve zvýšených koncentracích také pachové závady. Pro odstran�ní iont� se používá nápl� iontom�ni�ová - katex pro snížení tvrdosti, anex pro odstran�ní dusi�nan�. N�které nápln� mohou p�sobit dezinfek�n� svým oligodynamickým ú�inkem (kap. 6). Velkým problémem p�i používání filtr�, s výjimkou posled-n� uvedených, je nebezpe�í bakteriální kontaminace vody. Na pevné náplni filtru dochází snadno k pomnožení bakterií, zvlášt� p�i stagnování vody, a� již v d�sledku hydraulického �ešení filtru, v n�mž n�které jeho �ásti nejsou pr�-to�né, nebo p�i p�erušení odb�ru vody, které bývá �ádov� v hodinách i dnech.


- 45 (58) -

5.3 Autotest

1. Co je to adsorp�ní izoterma?

a) závislost specifické adsorpce na koncentraci adsorbentu v roztoku

b) závislost specifické adsorpce na koncentraci adsorbátu v roztoku

c) závislost množství adsorbátu adsorbovaného hmotnostní jednotkou ad-sorbentu na koncentraci adsorbátu v roztoku

d) závislost množství adsorbentu adsorbovaného hmotnostní jednotkou adsorbátu na koncentraci adsorbentu v roztoku

2. Co je to polární sorbent?

a) sorbent vhodný pro použití za nízkých teplot

b) sorbent, který na svém povrchu nenese elektrický náboj

c) sorbent adsorbující p�ednostn� anorganické látky

d) sorbent, který na svém povrchu nese elektrický náboj

3. Jaké riziko s sebou nese použití domácích filtr�?

a) bakteriální kontaminace

b) neodborná montáž

c) použití nevhodné nápln� filtru

d) odstran�ní chloru z vody

5.4 Shrnutí

Látky zhoršující senzorické vlastnosti vody z ní mohou být odtran�ny procesy oxida�ními nebo adsorp�ními. Adsorpce je hromad�ní látek obsažených ve vod� (adsorbát) na povrchu pevné fáze (adsorbent). Hlavním adsorbentem, používaným ve vodárenství, je aktivní uhlí.


- 46 (58) -

6 Dezinfekce vody

I když byly p�írodní vody upraveny procesem �i�ení, mohou obsahovat choroboplodné zárodky a jsou pak zdravotn� závadné. Proto je nutné p�i užití vody k pitným ú�el�m v ní veškeré organizmy (bakterie, viry, prvoky aj.) usmrtit, což se nazývá dezinfekce vody. Ta se provádí po úprav� p�írodních vod na vodu pitnou a preventivn� i u neupravovaných podzemních vod sloužících k hromadnému zásobení obyvatel.

Velké množství choroboplodných zárodk� obsahují odpadní vody. Zvlášt� nebezpe�né jsou po této stránce odpadní vody z nemocnic a z veterinárních za�ízení. Tyto odpadní vody musí být proto dezinfikovány p�ed tím, než jsou vypušt�ny do ve�ejné kanalizace, i když je tato zakon�ena �istírnou odpadních vod.

Nejstarším zp�sobem dezinfekce pitné vody, užívaným dosud p�i náhlých epidemiích nebo p�írodních katastrofách, ale p�echodn� i tehdy, když po�et bakteriálních zárodk� v pitné vod� p�ekro�í normativn� povolené hodnoty, je n�kolikaminutové p�eva�ení vody.

B�žn� užívané zp�soby dezinfekce vody lze rozd�lit podle ú�inku:

d) použití látek siln� oxida�ních a sou�asn� baktericidních (usmrcujících bakterie)

e) použití látek s oligodynamickým ú�inkem,

f) fyzikální metody.

Silná oxidovadla lze vedle toho užít i k jiným technologickým ú�el�m, jako je odstran�ní železa a manganu, sirovodíku a n�kterých organických slou�enin, zejména t�ch, které p�sobí pachové a chu�ové závady.

6.1 Dezinfekce chlorem a jeho slou�eninami

6.1.1 Vlastnosti chloru a jeho slou�enin

Chlor je za normálních podmínek žlutozelený, dusivý plyn siln� porušující sliznici dýchacích orgán�. Jeho hustota je 2,5 krát v�tší než hustota vzduchu. Bod varu je za normálního tlaku - 34,1 oC , bod tuhnutí - 101,5 oC. Tlak chloru v uzav�ené nádob� se zvyšuje s teplotou a je: 0,101 MPa p�i -34,1 oC, 0,369 MPa p�i 0 oC a 0,665 MPa p�i 20 oC. Dodává se v ocelových lahvích (40 - 80 kg) nebo barelech (500 - 600 kg).

Ve vod� je chlor pom�rn� dob�e rozpustný, a to v závislosti na teplot� (p�i 0,101 MPa):

Tab. 6.1: Rozpustnost chloru ve vod�

teplota oC 10 20 30

rozpustnost, g.l-1 9,65 7,3 5,8

Dezinfekce vody

- 47 (58) -

Ve vod� chlor hydrolyzuje podle rovnice:

Cl2 + H2O = HCl + HClO [6.1]

Hydrolýza je za oby�ejné teploty ukon�ena v pr�b�hu n�kolika sekund. Jejími produkty jsou silná (zcela disociovaná) kyselina chlorovodíková a slabá kyse-lina chlorná. Disocia�ní rovnováha kyseliny chlorné je vyjád�ena rovnicí:

57,710)(

)().( −−+

== HClOKHClOc

ClOcHc (p�i 25 oC) [6.2]

Podíl jednotlivých forem chloru - Cl2, HClO, ClO- - závisí na koncentraci H+, tedy na pH prost�edí. P�i pH nižším než 3,0 se musí po�ítat s neúplnou hydro-lýzou molekulárního chloru, p�i�emž podíl nehydrolyzovaného chloru z jeho celkového množství závisí na pH (viz Tab. 6.2)

Tab. 6.2: Závislost podílu nehydrolyzovaného chloru na pH

pH 3,0 2,0 1,0

nehydrolyzovaný podíl Cl2, % 0,3 3,2 25

Podíl disociované formy (ClO-) z celkového množství závisí dle rovnice [6.2] na pH roztoku (Obr. 6.1). P�i pH < 5,0 je koncentrace ClO- zanedbatelná, v rozsahu pH od 5,0 do 10,0 jsou v roztoku p�ítomny ob� formy HClO a ClO-, p�i�emž podíl disociované formy z celkového množství se s r�stem pH zvyšu-je. P�i pH > 10,0 podíl ClO- zdaleka p�evažuje.

Obr.6.1: Distribu�ní diagram: podíl disociované formy z celkového látkového množ-ství kyseliny chlorné v závislosti na pH roztoku

Rozpoušt�ním chloru ve vod� vzniká vedle kyseliny chlorné i kyselina chloro-vodíková (rovnice [6.1]). Tato reaguje s hydrogenuhli�itany. Pokud je však

0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,0

5 6 7 8 9 10pH

c(C

lO- ) /

c(C

lO- +

HC

lO)


- 48 (58) -

jejich koncentrace nízká, je snížení pH roztoku p�i rozpoušt�ní chloru ve vod� výrazné.

D�ležitá je reakce chloru s amoniakem za tvorby chloramin�, probíhající podle rovnic:

monochloramin:

NH3 + HClO = NH2Cl + H2O [6.3]

dichloramin:

NH3 + 2 HClO = NHCl2 + 2 H2O [6.4]

Distribuce jednotlivých chloramin� ve vod� závisí na pH, teplot�, reak�ní dob� a pom�ru koncentrace chloru a amoniaku. P�i pH 4,5 až 8,0 se obvykle tvo�í sm�s mono- a dichloraminu, p�i pH 7 až 10 p�evažuje monochloramin. Je-li p�ebytek chloru v��i amoniaku velký (hmotnostní pom�r Cl : NH3 > 8 : 1) do-chází k úplnému rozkladu amoniaku za tvorby elementárního dusíku:

3 Cl2 +2 NH3 = 6 HCl + 3 N2 [6.5]

6.1.2 Ú�inky chloru a jeho slou�enin

Ú�inky chloru lze rozd�lit následovn�:

A. Oxida�ní ú�inek. Chlor oxiduje anorganické i organické slou�eniny. Reakce s anorganickými látkami (Fe2+, NO2

- ) je zpravidla rychlá, reakce s organic-

kými látkami probíhá obvykle pomaleji (n�kdy trvá i hodiny).

Oxida�ní ú�inek jednotlivých forem chloru lze vyjád�it rovnicemi:

Cl2 + 2 e- = 2 Cl- Eo = 1,36 V [6.6]

HClO + H+ + 2 e- = Cl- + H2O Eo = 1,49 V [6.7]

ClO- + H2O + 2 e- = Cl- + 2 OH- Eo = 0,94 V [6.8]

Z výše uvedených rovnic vyplývá oxida�ní ekvivalent Cl2, HClO a ClO-, který je u všech t�chto látek p�i jejich redukci na chloridy stejný - 1 mol uvedených látek p�ijme ve všech p�ípadech 2 moly elektron� a oxiduje tedy stejné množství reduk�ní látky. Z hodnot standardního elektrodového poten-ciálu Eo redoxních systém� lze však vyvodit, že prvé dv� formy chloru jsou siln�jšími oxidovadly než ClO-, nebo� jejich standardní potenciál Eo je vyšší.

Chlor ve všech svých formách i n�které další slou�eniny chloru (chlorami-ny) oxidují jodidy na jod:

2 I- = I2 + 2 e- [6.9]

Oxida�ní ú�inek chloru a jeho slou�enin se hodnotí také podle p�sobení t�chto látek na o-tolidin, který je jimi oxidován na žlut� zbarvenou slou�e-ninu, �ehož lze využít i pro kvantitativní fotometrické stanovení chloru. Podle rychlosti reakce s o-tolidinem se rozlišuje volný a vázaný aktivní chlor. V prvém p�ípad� je reakce okamžitá. Z forem slou�enin chloru takto reagují Cl2, HClO a ClO-. Slou�eniny s vázaným aktivním chlorem jsou podstatn� slabšími oxidovadly, a proto reagují s o-tolidinem za delší dobu (5

Dezinfekce vody

- 49 (58) -

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

D(Cl) mg.l-1

c m(C

l) m

g.l-1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,0 0,5 1,0 1,5D(Cl) mg.l-1

c m(C

l) m

g.l-1

A B C E

BZ

G

H

minut). K t�mto pat�í p�edevším chloraminy, p�íp. n�které organické chlor-deriváty.

B. Chlora�ní ú�inek. Chlor se váže v molekule, zpravidla organické slou�eni-ny, aniž ji rozloží. P�íkladem je chlorování fenol� za vzniku toxických a sil-n� zapáchajících chlorfenol�.

C. Oxida�n� chlora�ní ú�inek. P�i této reakci se uplat�ují oba výše uvedené d�je, tj. oxidace i chlorace. P�íkladem je reakce s amoniakem nebo št�pení huminových látek za vzniku CHCl3 a dalších trihalogenmetan�.

D. Dezinfek�ní ú�inek. Usmrcení choroboplodných zárodk�, zejména bakterií a vir�, je prioritním požadavkem p�i použití chloru jako dezinfek�ní látky.

6.1.3 Chlorování vody

P�i dezinfekci vody chlorem je významnou veli�inou spot�eba chloru. Rozumí se jí množství chloru nezbytné k dosažení požadovaného p�ebytku aktivního chloru po ur�ité dob� kontaktu chloru s vodou.

Závislost koncentrace zbytkového aktivního chloru cm(Cl) ve vod� na dávce chloru D(Cl) zobrazuje chlora�ní k�ivka. Její pr�b�h je závislý na tom, obsahu-je-li voda amoniak �i nikoliv.

Obr. 6.2: Chlora�ní k�ivka v nep�ítomnosti amoniaku

Obr. 6.3: Chlora�ní k�ivka v p�ítomnosti amoniaku


- 50 (58) -

P�i chlorování vody v nep�ítomnosti amonných iont� odpovídá koncentrace chloru zjišt�ného ve vod� jeho p�idanému množství po ode�tení podílu chloru spot�ebovaného oxida�ními, p�íp. chlora�ními reakcemi s látkami obsaženými ve vod�. Uvedený úbytek se projeví prodlevou na za�átku chlora�ní k�ivky.

P�i chlorování v p�ítomnosti amoniaku (amonných iont�) lze rozlišit na chlo-ra�ní k�ivce následující úseky:

A. V tomto úseku dochází k oxidaci a chloraci látek obsažených ve vod�, stejn� jako u vody bez amoniaku. V p�ítomnosti amoniaku se tato prodleva na chlora�ní k�ivce projeví jen tehdy, když je rychlost oxidace �i chlorace v�tší než rychlost tvorby chloramin�.

B. V této oblasti se tvo�í chloraminy, p�íp. organické chloraminové komplexy. Ve vod� je p�ítomen jen vázaný aktivní chlor. Vrchol na k�ivce odpovídá stavu, kdy je veškerý amoniak p�em�n�n na chloraminy.

C. V tomto úseku dochází p�i velkém pom�ru Cl2 : NH4+ k rozkladu chlorami-

n�. Minimum na k�ivce se nazývá bod zlomu, �i zvratu (BZ). Ve vod� exis-tuje v tomto úseku jen vázaný aktivní chlor.

D. Za bodem BZ z�stává ur�ité množství vázaného aktivního chloru (H) z ne-rozložených chloramin�, p�íp. n�kterých chlorovaných organických slou�e-nin. Úm�rn� s množstvím p�idaného chloru vzr�stá za bodem zlomu zbyt-ková koncentrace volného aktivního chloru (G).

P�i dezinfekci pitné vody chlorem v p�ítomnosti amonné soli se voda chloruje bu do bodu zlomu nebo t�sn� za n�j, aby obsahovala ur�itý p�ebytek volného aktivního chloru. Dle Vyhlášky 252/2004 Sb. je mezní hodnota pro aktivní chlor 0,3 mg.l-1, nad níž již vyvolává chlor nep�íznivé pachové vjemy.

P�i chlorování za ú�elem dezinfekce pitné vody je tento proces za�azen jako poslední stupe� její p�ípadné úpravy. I p�i použití jiných postup� dezinfekce s výjimkou použití ClO2, bývá voda ješt� chlorována malými dávkami Cl2, aby byla hygienicky zabezpe�ena b�hem rozvodu ve vodovodní síti, nebo� je poža-dováno, aby dezinfek�ní látka byla ve vod� p�ítomna až do jejího odb�ru uži-vatelem. I chlor se však z vody �asem vytrácí, a to tím snáze, �ím více zbytko-vého organického zne�ist�ní voda obsahuje, což p�sobí n�kdy potíže p�i pln�ní výše uvedeného požadavku. V takových p�ípadech lze použít dávkování chloru a amonné soli, nebo� vzniklé chloraminy jsou stálejší než chlor, což vyplývá z jejich slabšího oxida�ního ú�inku.

P�i dezinfekci odpadních vod je nutno použít vyšší dávky chloru než u vod pitných, nebo� chlor oxiduje organické látky (jejichž koncentrace je v odpad-ních vodách vysoká) a tím se rychle ztrácí z roztoku. U st�edn� zne�išt�ných odpadních vod bývají dávky chloru �ádov� v mg.l-1.

Ú�innost dezinfekce chlorováním závisí v prvé �ad� na koncentraci chloru a dob� jeho p�sobení, dále na pH , teplot� a chemickém složení vody. Vliv pH vyplývá z toho, že p�i jeho snižování se zvyšuje podíl ú�inn�jší formy (HClO) oproti form� mén� ú�inné (ClO-). Se zvyšováním teploty roste i ú�innost chlo-race, ale naopak se snižuje stálost chloru, a proto výsledný vliv teploty není jednozna�ný. Požadovaná doba p�sobení chloru je udávána minimáln� 10 až 15 minut, v praxi se p�i chlorování pitné vody doporu�ují 1 až 2 hodiny.

Dezinfekce vody

- 51 (58) -

Chlor se do vody dávkuje chlorátory, jejichž princip spo�ívá v p�ívodu plynné-ho chloru do uzav�ené nádrže spolu s �edící vodou, v níž se rozpustí. Teprve vzniklá chlorová voda je dávkována do upravované vody, ve které je dokonale rozmíchána. Chlorátory pro dávkování plynného chloru lze rozd�lit na tlakové a podtlakové. Posledn� uvedené mají výhodu ve v�tší bezpe�nosti provozu - p�i net�snosti neuniká chlor do ovzduší. Plynný chlor je nebezpe�ný pro lidský organizmus. Maximáln� p�ípustná koncentrace chloru v ovzduší je p�i delším pobytu 1 ppm (1 mg v 1 kg vzduchu), z�etelný zápach se objevuje p�i koncent-raci 3,5 ppm, silný kašel je vyvolán p�i 30 ppm a nebezpe�ná koncentrace i p�i krátkém pobytu je 40 až 60 ppm.

6.1.4 Dezinfekce chlornany a chloraminem B a T

U menších zdroj� se používá s výhodou místo plynného chloru roztok chlorna-nu sodného NaClO. Práce s ním je mén� náro�ná na odbornou obsluhu. Chlor-nan sodný se dodává jako cca 50 % vodný roztok ve sklen�ných balonech. Re-aguje siln� alkalicky. P�i pH > 10 je stálý, na sv�tle a v p�ítomnosti katalyzáto-r� (soli Fe, Mn) se rozkládá. Pon�vadž reakce vody po rozpušt�ní NaClO je alkalická, je chlor p�ítomen jako ClO-, a proto je pot�ebná delší doba kontaktu než p�i dezinfekci plynným chlorem. Podobné ú�inky jako chlornan sodný má roztok chlornanu vápenatého Ca(ClO)2. Chlornany se dávkují po z�ed�ní zá-sobního roztoku dávkova�i kapalných látek. �ed�ním se však stálost chlornanu snižuje.

Chloramin B je obchodní název pro sodnou s�l benzensulfochloramidu C6H5.SO2NClNa.3H2O. Podobný je chloramin T - sodná s�l p-toluensulfochloramidu.

O Cl �� chloramin B S --- O-N (-) Na+

Chloramin B a chloramin T se používají výhradn� pro dezinfekci malý zdroj�, nap�íklad studní.

6.2 Dezinfekce oxidem chlori�itým

Oxid chlori�itý (chlordioxid) ClO2 je páchnoucí plyn leptající sliznice, cca stejné hustoty jako chlor. Ve vod� se rozpouští lépe než ozon, ale podstatn� h��e než chlor. Vyrábí se v míst� spot�eby z chloritanu sodného p�sobením kyseliny chlorovodíkové nebo chloru. Reakce chloritanu NaClO2 s chlorem probíhá v mírn� kyselém prost�edí. P�i pH > 5 se proces zastavuje, pon�vadž chloritan je p�ítomen v iontové form�, která nereaguje. Je-li však roztok p�íliš kyselý, je tvorba ClO2 také bržd�na. Chlor musí být v mírném p�ebytku, aby byla záruka, že nez�stal nerozložený chloritan, který je zdravotn� závadný. Z uvedeného vyplývá, výroba ClO2 je pom�rn� choulostivým procesem a provádí se ve speciálním za�ízení.

Oxida�ní reakce ClO2 probíhají ve dvou stupních, v prvém stupni za vzniku chloritanu, ve druhém za vzniku chloridu:


- 52 (58) -

ClO2 + 2 e- = ClO2- Eo = 1,15 V [6.10]

ClO2- + 2 H2O + 2 e- = Cl- + 4 OH- Eo = 0,76 V [6.11]

Oxid chlori�itý je n�kolikanásobn� siln�jší oxida�ní látkou než chlor. Jeho ú�i-nek není tak závislý na pH jako ú�inek chloru. Roztoky ClO2 jsou však zna�n� nestálé, a to i ve tm�, a proto musí být neprodlen� aplikován. Dávky p�i dezin-fekci pitné vody bývají do 1 mg.l-1.

Výhody použití ClO2 k dezinfekci oproti chloru:

a) má v�tší baktericidní (bakterie usmrcující) ú�inky, ni�í i viry a bacily tuberkulózy, které jsou rezistentn�jší než jiné pathogenní bakterie,

b) netvo�í s organickými látkami chlorované deriváty (trihalogenmetany, chlorfenoly),

c) odstra�uje dokonaleji barvu a zápach vody,

d) je ve vod� stálejší než chlor a lze jej použít i pro hygienické zabezpe�e-ní vodovodní sít� (zbytková koncentrace > 0,2 mg.l-1).

Nevýhody použití ClO2 oproti chloru:

a) nutná výroba v míst� použití pro jeho nestálost (naopak �áste�ná úspora za dovoz chemikálií),

b) menší rozpustnost ClO2 ve vod�,

c) obtížn�jší analytická kontrola.

6.3 Dezinfekce ozonem

Ozon je alotropickou modifikací kyslíku s t�íatomovými molekulami. Za nor-málních podmínek je to plyn, pom�rn� nestálý, výrazn� zapáchající, mírn� na-modralé barvy. Je škodlivý pro lidský organizmus. Jeho p�ípustná koncentrace v ovzduší je 0,1 ppm. Koncentrace 0,5 ppm zp�sobuje podrážd�ní o�í a dý-chacích orgán�.Ozon vzniká z kyslíku podle rovnice:

3 O2 = 2 O3 [6.12]

Tato p�em�na vyžaduje zna�né množství energie (114,44 kJ mol-1). V atmo-sfé�e zem� vzniká ozon z kyslíku vlivem ultrafialového zá�ení nebo elektric-kými výboji. Pro technické pot�eby se ozon vyrábí v ozonizátorech ze vzduchu zbaveného vlhkosti (jinak se tvo�í oxidy dusíku, korodující elektrody), vedené-ho do prostoru, v n�mž vzniká p�i nap�tí 8 000 až 15 000 V tichý výboj, p�i kterém dochází k p�em�n� kyslíku na ozon. Výt�žek se zvyšuje s rostoucí frek-vencí st�ídavého proudu, p�i 500 Hz je dvojnásobný oproti 50 Hz. V 1 m3 vzduchu je za normálních podmínek 300 g O2. V ozonizátorech lze získat na výstupu 5 až 10 g ozonu v 1 m3. P�i koncentraci 10 g.m-3 v ovzduší je jeho rozpustnost ve vod� p�i atmosférickém tlaku 3,33 mg.l-1.

Ozon má silné oxida�ní ú�inky. Oxidace ozonem probíhá podle rovnice:

O3 + 2 H+ + 2 e- = O2 + H2O Eo = 1,65 V [6.13]

Míchání vzduchu obohaceného ozonem s vodou se provádí injektorem nebo v tlakových mísi�ích. Prvý zp�sob je vhodný pro menší za�ízení. Injektory jsou

Dezinfekce vody

- 53 (58) -

konstruovány na principu vodní výv�vy. Tlakový mísi� je kontaktní nádrž s míchadlem, do níž je p�ivád�na upravovaná voda a pod tlakem vzduch oboha-cený ozonem. Po dokonalém promísení plynné a kapalné fáze je t�eba, aby byla zajišt�na požadovaná doba kontaktu ozonu s vodou, která má být p�i teplot� 10 oC minimáln� 10 minut, p�i teplot� 20 oC minimáln� 5 minut.

Ozon rozkládá huminové látky, barviva a fenoly bez tvorby slou�enin zhoršují-cích organoleptické vlastnosti vody, p�íp. jinak škodlivých. Oxiduje Fe2+ na Fe3+, Mn2+ na MnO4

-. Jeho dezinfek�ní ú�inek je v�tší než u chloru. Ozon ni�í i viry, nap�. virus d�tské obrny je zni�en p�i dávce 0,45 mg.l-1 již za 2 minuty, kdežto p�i dávce chloru 1 mg.l-1 až za 5 hodin. Jeho výhody, resp. nevýhody ve srovnání s chlorem jsou stejné jako u oxidu chlori�itého.

6.4 Oligodynamické metody dezinfekce vody

Ionty n�kterých kov�, zejména st�íbra a m�di, mají schopnost i v nepatrných koncentracích ni�it mikroorganizmy. Tento ú�inek, zvaný oligodynamický, spo�ívá v blokování enzym� vlivem iont� Ag+, p�íp. Cu2+. Pro dosažení poža-dovaného ú�inku musí být doba kontaktu s vodou pom�rn� dlouhá, obvykle alespo� 3 až 6 hodin. Uvedený zp�sob je vhodný pro dezinfekci nep�íliš kon-taminovaných vod.

Podle zp�sobu aplikace oligodynamického p�ípravku se rozlišuje:

a) Kontaktní katadynace: upravovaná voda se dostává do styku s ele-mentárním st�íbrem, jemn� rozptýleným na velkém povrchu r�zných materiál� (nap�. mikrofiltr�). Koncentrace st�íbra, které se rozpustí ve vod�, je velice nízká, ale pro oligodynamický ú�inek dosta�ující.

b) Elektrokatadynace: ionty Ag+ jsou uvol�ovány do vody ze st�íbrné anody elektrolytickým procesem. P�i expozici stejnosm�rného proudu 1,6 V po dobu 0,5 až 2 minuty se dosáhne koncentrace Ag 0,05 až 0,5 mg.l-1, posta�ující pro oligodynamický ú�inek. P�i tomto zp�sobu dez-infekce je nutno respektovat koncentra�ní limit Ag pro pitnou vodu.

c) Oligodynamické p�ípravky: jedná se o slou�eniny st�íbra, ve vod� málo rozpustné, jako je chlorid st�íbrný AgCl. Jsou vhodné k nárazové dezinfekci malých zdroj� (studny). Obchodní název p�ípravku na bázi AgCl je Sagen. Podle zkušeností dosta�uje pro dezinfekci 1 m3 vody dávka 10 g Sagenu.

Pro potla�ení r�stu �as ve vodách byly d�íve používány soli m�di, p�edevším síran m�natý (modrá skalice), jejíž ú�inek lze považovat rovn�ž za oligody-namický. Imisní limit pro Cu v povrchových vodách 30 g.l-1 však uvedenou aplikaci prakticky vylu�uje.

6.5 Fyzikální metody dezinfekce vody

Z fyzikálních metod dezinfekce pitné vody je nejd�ležit�jší ultrafialové zá�ení (vlnová délka < 350 nm). Ú�inek tohoto zá�ení spo�ívá v p�sobení na disperzní systém protoplazmy mikroorganizm�, v n�mž vyvolává zm�nu struktury, a to vede k jejich usmrcení.


- 54 (58) -

Zdrojem ultrafialového (UV) zá�ení bývají rtu�ové k�emenné lampy, kolem nichž v tenké vrstv� (150 mm) proudí voda, která musí být pr�zra�ná, nebo� zákal snižuje prostupnost zá�ení a tím i jeho ú�innost. Nejú�inn�jší je krátko-vlnné zá�ení o vlnové délce 260 nm. Doba oza�ování bývá pom�rn� krátká, �ádov� do n�kolika minut. Metoda se užívá pro malé zdroje.

Výhody metody:

a) do vody nejsou vnášeny cizorodé látky,

b) odpadá manipulace s chemikáliemi, v�etn� kontroly jejich dávkování.

Nevýhody metody:

a) a) ú�inek dezinfekce není trvalý, v rozvodné síti m�že dojít k druhotné kontaminaci, proto se kombinuje s chlorováním,

b) b) životnost oza�ovacích lamp je pom�rn� krátká (cca 2 000 h),

c) c) nároky na energii jsou pom�rn� vysoké, aparát pro výkon 750 l.h-1 má p�íkon 300 W.

Zajímavé je zjišt�ní, že dusi�nany jsou p�i dlouhodob�jším p�sobení UV zá�ení redukovány na toxické dusitany. V praxi však je doba expozice kratší, než do-ba, p�i níž k tomuto jevu dochází. Velice ú�inná je kombinace UV zá�ení a ozonu, kterou lze rozložit i velice resistentní organické slou�eniny, jako jsou polycyklické aromatické bifenyly, chlorované uhlovodíky aj.

6.6 Autotest

1. Které slou�eniny chloru nepat�í do pojmu „volný aktivní chlor“?

a) chlornany a kyselina chlorná

b) chlornany a chlor

c) chloridy a chloraminy

d) oxid chlori�itý a kyselina chlorná

2. Pro� je na chlora�ní k�ivce v p�ítomnosti amoniaku pr�hyb?

a) chlor reaguje s amoniakem

b) amoniak brání rozpoušt�ní chloru ve vod�

c) amoniak inhibuje baktericidní p�sobení chloru

d) pr�hyb vzniká pouze v p�ítomnosti amonných solí

3. Co rozumíte pod pojmem „oligodynamické p�sobení“?

a) toxické ú�inky na �ervy málošt�tinaté (oligochaeta)

b) snižování obsahu organického zne�išt�ní ve vod�

c) baktericidní ú�inky ozonu

d) mikrobicidní ú�inky nízkých koncentrací iont� n�kterých kov�

Dezinfekce vody

- 55 (58) -

6.7 Shrnutí

Pp�i užití vody k pitným ú�el�m je nutné v ní veškeré organizmy usmrtit, což se nazývá dezinfekce vody. K tomu se používá slou�enin s oxida�ním a baktericidním ú�inkem (chlor a jeho slou�eniny, ozon), látek s oligodynamickým ú�inkem (Ag+) a fyzikálních metod (UV zá�ení).


- 56 (58) -

7 Záv�r

Studiem tohoto modulu jste si rozší�ili znalosti z hydrochemie o problematiku oxidu uhli�itého a jeho iontových forem, neutraliza�ní kapacitu vody, vápena-to-uhli�itanovou rovnováhu, z kov� pak o železo a mangan. Seznámili jste se s chemickou, resp. biochemickou podstatou vybraných proces� používaných ve vodárenství. Zájemc�m o detailn�jší studium této problematiky doporu�u-jeme literaturu uvedenou níže.

Studijní prameny

- 57 (58) -

8 Studijní prameny

8.1 Seznam použité literatury

[1] Malý, J., Malá J. Chemie a technologie vody. NOEL 2000 s.r.o., Brno, 1996.

[2] Pitter, P. Hydrochemie. Vydavatelství VŠCHT, Praha, 1999.

[3] Strnadová, N. Technologie vody I. Vydavatelství VŠCHT, Praha, 1999.

8.2 Odkazy na další studijní zdroje a prameny

[4] http://www.cyber-nook.com/water/Solutions.html

[5] http://www.microbeworld.org/htm/cissues/waterq/wqual_3.htm

[6] http://www.extension.umn.edu/water/drinking_water.html

[7] http://www.awwa.org/Advocacy/learn/info/HistoryofDrinkingWater.cfm

Modul 2 – Vodárenství

- 58 (58) -

9 Klí�

Správné odpov�di k autotest�m:

2.4 1a) a c), 2b) 3d), 4a)

3.5 1d), 2b), 3a)

4.3 1 b) a d), 2a) a d)

5.3 1b) a c), 2d), 3a)

6.6 1c), 2a), 3d)

Documents

VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN - lences.czlences.cz/domains/lences.cz/skola/subory/Skripta/BC03-Chemie a... · 4,5 platí pesn jen za pedpokladu, že voda neobsahuje ve . Úprava