Rekarbonizácia vody ako účinné kontrolné opatrenie

Výskumný ústav vodného hospodárstva Rekarbonizácia vody ako účinné kontrolné opatrenie Karol Munka Stanislav Varga Záverečný workshop k projektu SK-0135 30.3.2011, VÚVH Bratislava

Legislatívne požiadavky na obsah Ca a Mg v pitnej vode v SR ČSN 75 7111 Pitná voda Ca + Mg: 0,9 5,0 mmol/l Ca: viac ako 20 mg/l Mg: max. 125 mg/l Vyhl.č.29/2002 Z.z. Ca: viac ako 30 mg/l (OH) Mg: 10 30 mg/l (OH), 125 mg/l (MH) Ca + Mg: 1,1 5,0 mmol/l Vyhl.č.151/2004 Z.z. rovnaké limity ako vo vyhl.č.29/2002 Z.z.

Legislatívne požiadavky na obsah Ca a Mg v pitnej vode v SR Nariadenie vlády č.354/2006 Z.z. rovnaké limity ako vo vyhl.č.151/2004 Z.z. Nariadenie vlády č.496/2010 Z.z. rovnaké limity ako v NV č.354/2006 Z.z. STN 75 7151 Požiadavky na kvalitu vody dopravovanej potrubím oceľové, liatinové a betónové potrubie Ca: viac ako 0,5 mmol/l KNK 4,5 : viac ako 0,8 mmol/l

Zdravotný význam mineralizácie vody Kardiovaskulárne ochorenia tvrdosť vody Schroeder H.A. (1960) preukázal vzťah medzi úmrtnosťou na kardiovaskulárne ochorenia a tvrdosťou vody u mužov vo veku 45-64 rokov v 163 najväčších mestách USA Bírová A. (1985) okres Michalovce korelácia medzi tvrdosťou vody a výskytom mozgovocievnych ochorení Ekologické štúdie zo Švédska (90-te roky) - vzťah medzi tvrdosťou vody a úmrtnosťou na kardiovaskulárne ochorenia pre obidve pohlavia; - u mužov významný vzťah medzi obsahom Mg vo vode a úmrtnosťou na kardiovaskulárne ochorenia; - v lokalitách s obsahom Mg vyšším ako 8 mg/l bola úmrtnosť nižšia

Rubenowitz E., Axelsson G., Rylander R. (1999) - v oblastiach s vodou s obsahom Mg väčším ako 9,9 mg/l bola úmrtnosť nižšia o 30% ako v oblastiach s vodou s obsahom Mg nižším ako 3,4 mg/l Rubenowitz E., Axelsson G., Rylander R. (1996) - ochranný účinok Mg vo vode proti úmrtnosti na kardiovaskulárne ochorenia má prahový účinok alebo sa uplatňuje až pri obsahu asi nad 8 mg/l Tejtge J.E. (1990) - v oblastiach s veľmi tvrdou vodou (Mg takmer 30 mg/l) bola incidencia infarktu srdca 20,6 (na 10 000 obyvateľov); oblasti s mäkkou vodou (Mg asi 3 mg/l) bola už incidencia 32,7 Erb B.D. (1997), štát Tennessee - o 19% nižšia úmrtnosť na kardiovaskulárne ochorenia v oblastiach s tvrdou vodou (161 mg CaCO 3 /l) oproti oblastiam s mäkkou vodou (39 mg CaCO 3 /l)

Ochranný účinok vápnika vo vode - pozitívny účinok na vznik niektorých neurologických porúch v starobe (francúzska štúdia) - zabraňuje vstrebávaniu niektorých toxických kovov ako olovo a kadmium - nedostatok vápnika môže spôsobiť hypertenziu Rubenowitz E., Axelsson G., Rylander R. (1996) nízky obsah Ca vo vode je jedným z rizikových faktorov úmrtia na infarkt myokardu u žien; u mužov nebol preukázaný Yang Ch. Y., Chiu H.F. - štúdia z Taiwanu (2002) vápnik v pitnej vode je účinným ochranným faktorom, ktorý štatisticky významne znižuje riziko predčasného pôrodu a narodenie dieťaťa s veľmi nízkou pôrodnou hmotnosťou

Ochranný účinok horčíka vo vode Iwami O. a kol. (1994), Melles Z. a kol. (1992) nízky obsah Mg vo vode je jeden z rizikových faktorov pre vznik ochorenia motorického neurónu a tehotenských komplikácií Rubenowitz E., Molin I. (2000) zvýšenie obsahu Mg vo vode o 8 mg/l viedlo k zníženiu úmrtnosti na všetky kardiovaskulárne ochorenia asi o 10% Marier J.R., Neri L.C. (1985) zvýšenie obsahu Mg vo vode o 6 mg/l viedlo k zníženiu úmrtnosti na ischemickú chorobu srdca o 10%

Pomer vápnika a horčíka vo vode ČSN 75 7111 Pitná voda - uvádzala doporučovaný pomer medzi obsahom Ca a Mg 2:1 (optimálne pre vstrebávanie horčíka) - so vzrastajúcim podielom Ca sa znižuje vstrebávanie Mg Optimálna tvrdosť pitnej vody zo zdravotného hľadiska Kožíšek F. (1992), Rachmanin J.A. a kol. (1990), Plitman S.I. a kol. (1989) Mg: 20-30 mg/l Ca: 40-80 mg/l, optimum okolo 50 mg/l Ca + Mg: 2-4 mmol/l Pitná voda v tomto rozmedzí tvrdosti sa spájala s najnižším výskytom rôznych druhov ochorení.

Význam mineralizácie vody z hľadiska protikoróznych opatrení Agresivita vody s nízkou mineralizáciou, nízkou tlmivou kapacitou a obsahom agresívneho CO 2 Korózne procesy - zvyšovanie koncentrácie Fe, zákalu a farby - vyluhovanie ťažkých kovov (Pb, Cd, Cu) Obmedzenie korózie - úprava vody: - zvyšovanie obsahu Ca 2+, Mg 2+, HCO 3 - - znižovanie obsahu agres. CO 2 - použitie potrubia z odolnejšieho materiálu (nerez, plasty) - účinná ochrana vnútorného povrchu potrubia (cementová alebo epoxidová výstelka)

Využitie rekarbonizácie vody Aplikácia technológie pre úpravu vôd Ca 2+ < 15 20 mg/l Mg 2+ < 5 8 mg/l KNK 4,5 < 0,5 0,6 mmol/l (< 0,8 mmol/l) Zvýšenie obsahu biogénnych prvkov Ca 2+ > 30 mg/l Mg 2+ > 10 mg/l KNK 4,5 > 1,0 1,2 mmol/l

Technológie rekarbonizácie vody Nepriama rekarbonizácia - CaCO 3 + H 2 SO 4 alebo HCl - CaCO 3 + chlór - CaCO 3 + koagulant - CaSO 4 + NaHCO 3 Priama rekarbonizácia - PVD + CO 2 MgO + 2 CO 2 + H 2 O = Mg(HCO 3 ) 2 CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3 ) 2 - vápno + CO 2 Ca(OH) 2 + 2 CO 2 = Ca(HCO 3 ) 2

Laboratórne skúšky rekarbonizácie vody v ÚV Hriňová Zameranie skúšok - kvalita surovej a upravenej vody - zaradenie rekarbonizácie v technologickej linke: - rekarbonizácia surovej vody - rekarbonizácia upravenej vody

Overované technologické postupy rekarbonizácie vody v ÚV Hriňová Technologický postup - rekarbonizácia surovej vody: Ca(OH) 2 + CO 2 - rekarbonizácia upravenej vody: Ca(OH) 2 + CO 2 Princíp úpravy - prípravy rekarbonizačného koncentrátu: - sýtenie surovej resp. upravenej vody CO 2 - pridávanie 2-5 % vápenného mlieka - zmiešavanie rekarbonizačného koncentrátu so surovou vodou alebo upravenou vodou vo vhodnom pomere (dosiahnutie KNK 4,5 1,0-1,2 mmol/l, Ca > 30 mg/l)

Koncentrácia Ca a Mg [mg/l] ÚV Hriňová Koncentrácie Ca a Mg v závislosti od hodnoty ph v surovej a upravenej vode Ca (SV) Mg (SV) Ca (UV) Mg (UV) 25 20 15 10 5 0 4 5 6 7 8 9 Hodnota ph

ÚV Hriňová Koagulačné skúšky so surovou vodou a rekarbonizovanou surovou vodou Podmienky koagulačných skúšok rýchle miešanie: doba miešania: 1 min. frekvencia miešania: 160 ot/min. pomalé miešania: doba miešania: 30 min. frekvencia miešania: 30 ot/min. sedimentácia: 30 min. filtrácia: filtračný papier

ÚV Hriňová Koagulačné skúšky so surovou a rekarbonizovanou surovou vodou surová voda, KNK 4,5 = 0,40 mmol/l; rekarb. sur. voda, KNK 4,5 = 1,50 mmol/l Koagulač. D(Fe 3+ ) D[Ca(OH) 2 ] D(Škrob) Sediment. Filtrácia Filtrácia skúška [mg/l] [mg/l] [mg/l] c(fe) ph c(fe) [mg/l] [mg/l] K1 Surová voda K2 Rekar. sur. voda K3 Rekar. sur. voda K4 Rekar. sur. voda K5 Rekar. sur. voda K6 Rekar. sur. voda 5,5 20,0 0,40 1,40 7,40 < 0,05 5,5 20,0 0,40 4,80 7,90 < 0,05 5,5-0,40 5,20 7,30 0,35 11,0 10,0 0,40 0,77 7,20 < 0,05 22,0 20,0 0,40 0,82 6,80 < 0,05 5,5 - - 3,60 7,45 0,42

ÚV Hriňová Koagulačné skúšky so surovou a rekarbonizovanou surovou vodou surová voda, KNK 4,5 = 0,40 mmol/l; rekarb. sur. voda, KNK 4,5 = 1,20 mmol/l Koagulač. D(Fe 3+ ) D[Ca(OH) 2 ] D(Škrob) Sediment. Filtrácia Filtrácia skúška [mg/l] [mg/l] [mg/l] c(fe) ph c(fe) [mg/l] [mg/l] K7 Surová voda K10 Rekar. sur. voda K8 Surová voda K11 Rekar. sur. voda K9 Surová voda K12 Rekar. sur. voda 5,5 20,0 0,40 0,94 8,80 0,12 5,5 20,0 0,40 1,52 9,00 0,25 5,5 20,0-0,94 8,95 0,27 5,5 20,0-1,70 8,60 0,16 5,5 20,0 1) 0,40 1) 0,60 9,50 0,06 5,5 20,0 1) 0,40 1) 5,60 9,10 0,12

Ca [mmol/l], KNK4,5 [mmol/l] ÚV Hriňová Koncentrácie vápnika a hodnoty KNK 4,5 v surovej vode a rekarbonizovanej surovej vode Ca KNK4,5 1,40 1,32 1,20 1,21 1,18 1,00 0,80 0,86 0,80 0,95 0,60 0,40 0,52 0,43 0,46 0,51 0,53 0,60 0,20 0,00 K7 SV K10 R-SV K8 SV K11 R-SV K9 SV Surová voda, rekarbonizovaná surová voda K12 R-SV

Tlmivá kapacita vody Schopnosť vody tlmiť zmeny hodnoty ph po prídavku kyseliny alebo zásady: β = dc Z / dph = - dc K / dph STN 75 7151 Požiadavky na kvalitu vody dopravovanej potrubím Oceľové a liatinové potrubie Tlmivá kapacita vody: väčšia ako 0,10 mmol/l

Tlmivá kapacita [mmol/l] ÚV Hriňová Porovnanie tlmivej kapacity surovej a upravenej vody v závislosti od hodnoty ph 0,350 Surová voda Upravená voda Doporuč. limit 0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,000 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 Hodnota ph

Tlmivá kapacita [mmol/l] ÚV Hriňová Porovnanie tlmivej kapacity surovej a rekarbonizovanej surovej vody v závislosti od hodnoty ph Rekarbonizovaná surová voda: KNK 4,5 = 1,25 mmol/l Surová voda: KNK 4,5 = 0,40 mmol/l 0,800 Rekarbonizovaná surová voda Surová voda Doporuč. limit 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 Hodnota ph

Hodnota ph ÚV Hriňová Závislosť hodnoty ph od prídavku preflocu (Fe 3+ ) do surovej vody a rekarbonizovanej surovej vody KNK 4,5 Surová voda = 0,40 mmol/l; Rekarbonizovaná surová voda = 1,25 mmol/l SV rekarboniz. SV optim. ph 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Dávka Fe 3+ [mg/l]

Tlmivá kapacita [mmol/l] ÚV Hriňová Porovnanie tlmivej kapacity surovej a upravenej vody v závislosti od hodnoty ph Upravená voda Surová voda Doporuč. limit 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 Hodnota ph

Ca 2+ [mg/l] ÚV Hriňová Koncentrácie vápnika a hodnoty KNK 4,5 v rekarbonizovanej upravenej vode v závislosti od zmiešavacieho pomeru upravenej vody s rekarbonizačným koncentrátom KNK4,5, Rekarb-UV Ca2+, Rekarb-UV KNK4,5, UV Ca2+, UV 1,60 60 1,40 50 KNK4,5 [mmol/l] 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 40 30 20 10 0,00 0 5 10 15 20 Zmiešavací pomer upravenej vody s rekarbonizačným koncentrátom 0

Presýtenie vody CaCO 3 [mmol/l] ÚV Hriňová Presýtenie vody CaCO 3 a hodnoty KNK 4,5 v rekarbonizovanej upravenej vode v závislosti od zmiešavacieho pomeru upravenej vody s rekarbonizačným koncentrátom Rekarb-UV-P(CaCO3) UV-P(CaCO3) P(CaCO3)-dolný limit P(CaCO3)-horný limit Rekarb-UV-KNK4,5 0,50 1,60 0,40 1,40 1,20 0,30 0,20 0,10 1,00 0,80 0,60 KNK4,5 [mmol/l] 0,40 0,00 0 5 10 15 20 0,20-0,10 Zmiešavací pomer upravenej vody s rekarbonizačným koncentrátom 0,00

Tlmivá kapacita [mmol/l ÚV Hriňová Závislosť tlmivej kapacity surovej, upravenej a rekarbonizovanej upravenej vody od hodnoty ph KNK 4,5 : SV = 0,40 mmol/l, UV = 0,45 mmol/l, R-UV = 1,25 mmol/l Upravená voda Rekarbonizovaná upravená voda Surová voda Doporuč. limit 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 Hodnota ph

Odporúčania pre úpravu vody rekarbonizáciou v ÚV Hriňová Rekarbonizácia upravenej vody - Ca(OH) 2 a CO 2 možné doplnenie technológie: - PVD a CO 2 (zvýšenie aj koncentrácie Mg) Rekarbonizácia upravenej vody Ca(OH) 2 a CO 2 - dosiahnutie požadovanej KNK 4,5 (1,0 1,2 mmol/l) za súčasného zvyšovania presýtenia vody CaCO 3 - obohatenie rekarbonizovanej upravenej vody iba o Ca - obsah Mg zostane nezmenený (2-5 mg/l)

Korózna rýchlosť (μm/rok) ÚV Hriňová Porovnanie agresívnych vlastností surovej a upravenej vody Vzájomná závislosť koróznych rýchlostí v surovej a upravenej vody v ÚV Hriňová surová voda upravená voda 350 300 303,9 250 200 150 100 50 0 155,2 43,5 10 17,8 02. - 04.2001 04. - 06.2001 104,2 141,6 06. - 08.2001 143,5 08. - 10.2001 65,9 186,4 10. - 12.2001 12,6 61,9 12.2001-02.2002 Obdobie koróznej skúšky

priemerná korózna rýchlosť (1 rok) [mm/rok] Agresivita vody Porovnanie koróznych rýchlostí (expozícia 1 rok) pre SKV Nová Bystrica-Čadca-Žilina a SKV Hriňová-Lučenec-Fiľakovo 130 120 110 SKV Nová Bystrica SKV Hriňová 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 vzdialenosť [km]

Rekarbonizácia upravenej vody Záver - výrazné zníženie agresívnych vlastností vody (prekategorizovanie z II.-III. stupňa agresivity na I.-II. stupeň) - obmedzenie prejavov korózie a s tým súvisiacich problémov so zhoršenou kvalitou vody najmä v senzorických vlastnostiach - pozitívny účinok rekarbonizovanej vody na zdravotný stav zásobovaných obyvateľov

Ďakujem Vám za pozornosť