Stanovení technického stavu úpraven vody

Technický stav úpraven vody je veličina závisející na celé řadě faktorů. Při hodnocení musí být zvážena jak stavebně-technická stránka, tak i provozně-technologická. Článek obsahuje nástin navržené metodiky hodnocení technického stavu úpraven vody, založené na souboru technických ukazatelů. Právě v případě úpraven vody si tvůrci metodiky uvědomují, že lze těžko generalizovat celé hodnocení, jelikož existuje celá řada typů úpraven a potažmo i technologických prvků zde používaných.

Úvod

Základním posláním vodárenských společností je dodávka zdravotně nezávadné pitné vody, která vyhovuje legislativně daným jakostní požadavkům. Nejdůležitější otázkou při řízení a plánování provozu systému rozvodu pitné vody je uspokojování požadavků spotřebitele. Pro spolehlivost distribučního systému je nezbytné zajistit všem spotřebitelům vodu v požadované kvalitě a tlaku v jakýkoliv čas. Za jakýsi bonus pak lze považovat dodávku vody, která se těší důvěře spotřebitelů (Bonn Charter for Safe Drinking Water, 2004). Kromě tohoto prvotního cíle se však vodárenské společnosti zaměřují na to, jak celý systém dodávky vody provozovat nákladově efektivně a udržitelným způsobem. Snaží se zaměřit na návrh a konstrukci nových prvků zásobování vodou, aby docílili lepší účinnosti a efektivního fungování stávajících systémů. Rovněž je potřeba neustále posuzovat aktuální stav jednotlivých součástí systému i jeho chování. Pouze podrobná znalost o současném stavu systému totiž umožňuje smysluplné plánování investic nebo dílčích oprav.

V důsledku snahy o hodnocení těchto systémů byly vyvinuty některé systémy hodnocení založeny například na systému výkonnostních ukazatelů (performance indicators, PI). Z nejvýznamnějších PI systémů lze jmenovat systémy vyvinuté pod hlavičkou International Water Associaton (Alegre et al, 2000, 2006) a Světovou bankou (Světová banka, 1999, 2006), ale i několik jiných jako jsou "Scandinavian Six Cities Group" (Stahre a Adamsson, 2002), Program QualServe z AWWA (Crotty, 2003), schéma UK Ofwat (Ofwat, 2004) a řada jiných projektů (Vieira et al, 2007, Rahman and Zayed, 2009, Karamouz et al. 2008).

Metodika

Hodnocení technického stavu úpraven vody je součástí komplexní metodiky hodnocení systémů zásobování vodou, jsou uvažovány všechny části systému počínaje jímacími objekty, přes úpravny vody, vodojemy a čerpací stanice a po jednotlivé vodovodní řady.

Návrh jednotného konceptu metodiky předběžného hodnocení technického stavu prvků vodovodů vychází z metody FMEA (Failure Mode and Effects Analysis). Metoda FMEA je metodou analýzy spolehlivosti, která umožňuje určení poruch s významnými důsledky ovlivňujícími funkci systému a jeho prvků.

Princip hodnocení

Oproti standardní metodě FMEA je navrhovaná metodika rozšířena o další úroveň – faktory (F). Technické ukazatele se zde nehodnotí přímo, ale pro jejich ohodnocení se využívá sada navržených faktorů pro každý jednotlivý technický ukazatel. Pro každý jednotlivý faktor je navržen jednotný čtyřbodový systém hodnocení se specifikací a doporučením pro konkrétní bodové hodnocení každého faktoru. Každému bodovému hodnocení odpovídá jakýsi výrok, který je platný pro hodnocený prvek. Každému faktoru je navíc stanovena jeho váha v rámci hodnocení příslušného ukazatele. Faktory jsou jediná úroveň, ve které se do hodnocení zadávají data, hodnocení na vyšších úrovních jsou vypočteny z dat zadaných na úrovni faktorů.

Zvolené bodové hodnocení faktorů je následující:

• 0 – faktor není hodnocen, není dostatek informací pro hodnocení tohoto faktoru
• 1, 2 nebo 3 – přičemž hodnota 1 znamená nejpříznivější stav, naopak hodnota 3 stav nejméně příznivý stav v hodnocení faktoru

Celkové hodnocení posuzovaného objektu resp. části posuzovaného vodárenského systému se rozpadá na hodnocení dvou základních části:

• Stavebně technické („ST“) – souhrn stavebních a technických ukazatelů,
• Technologicko provozní („TP“) – souhrn technologických a provozních ukazatelů, které nemají přímou vazbu na stavebně-technologický stav posuzovaného objektu.

Jedná se tedy o multikriteriální hodnocení. Navržená metodika (Tuhovčák et al. 2015, 2016) hodnocení technického stavu vychází z metody váženého součtu. V metodě váženého součtu je zvlášť důležité nastavení vah jednotlivým faktorům a ukazatelům. V navrhované metodice byly stanoveny váhy na základě poznatků a zkušeností řešitelského týmu získaných i z konzultací s pracovníky vodárenských společností.

Přístup k hodnocení úpraven vody

Úpravny vody hrají ve vodárenských systémech důležitou roli pro zásobování vodou, a to jak v aspektu kvantity dodávané vody, tak i její kvality a kvantity. Zatímco u distribučních sítí spíše převažuje význam kvantitativní složky, v případě úpraven vody nabývá na významu rovněž kvalitativní stránka zásobování.

Hodnocení technického stavu je nutno pojmout komplexně, a to jak z pohledu stavebně technického, tak i pohledu provozně technologického, přičemž je nutno zohledňovat jak kvantitu, tak i kvalitu vyráběné vody.

Navržená sada hodnotících ukazatelů vychází z funkce úpravny vody, a tou je výroba pitné vody v požadovaném množství a kvalitě. Při hodnocení technického stavu úpravny vody nelze na tento objekt pohlížet pouze ze stavebního a technického hlediska, nýbrž je zcela nezbytné a daleko důležitější hodnotit jej i z pohledu technologického. Je zřejmé, že výsledný produkt – pitná voda, musí splňovat předepsané hodnoty ukazatelů, avšak efektivita výrobního procesu může být různá.

Ukazatele a faktory týkající se stavebního stavu objektu úpravny vody jsou navrženy tak, aby byl podchycen stav jednotlivých klíčových součástí konstrukce. Hodnotitel se pomocí těchto ukazatelů zaměřuje na stav povrchu nádrží a stěn (betonové a zděné konstrukce), stav okenních a dveřních výplní, odvětrání i tepelnou izolaci apod.

Z technického hlediska je doporučeno na základě navržených hodnotících ukazatelů sledovat jednotlivá trubní vedení (např. pokročilost koroze), funkčnost uzavíracích a regulačních prvků, ale i stáří čerpadel a jiného strojního vybavení. Problematickým místem je určení životnosti těchto prvků.

V technologické části hodnocení je pozornost zaměřena především na efektivitu výroby pitné vody, technický stav je zde hodnocen jednak na úrovni úpravny vody jako celku a dále zvlášť pro klíčové technologické jednotky. Mezi hodnocené ukazatele patří např. využitelnost výkonu úpravny, přičemž je zkoumán poměr mezi skutečným průměrným výkonem úpravny a projektovaným výkonem. Dále je uplatněn ukazatel vlastní spotřeba vody sledující objem vody využívaný k provozu vlastních technologických jednotek (prací vody, odkalení, oplach, atd.).

Kromě ukazatelů kvantitativních, jsou navrženy i ukazatele kvalitativní sledující vyhovění na požadavky na jakost pitné vody či počet překročení limitních hodnot, rovněž je sledována úroveň měřicího a monitorovacího vybavení úpravny a stupně automatizace.

Co se týče ukazatelů přiřazených jednotlivým technologickým stupňům, je hodnocena účinnost odstranění látek, doba zdržení v usazovacích nádržích či filtrační rychlost nebo čistá jednotková výroba. Ohledně účinnosti je značně problematické stanovit hodnotící verdikt a je nutné nechat určitou část rozhodnutí individuálně na každém jednotlivém hodnotiteli. Avšak obecně se doporučuje v navržené metodice považovat za velmi dobrý stav, pokud účinnost odstranění suspendovaných látek při sedimentaci činí více jak 80%. Podobně je doporučeno v případě filtrace hodnotit jako účinnost jako velmi dobrou při dosažení hodnot zákalu na odtoku 1,0 NTU.

Systém navržených ukazatelů pro úpravny vody

Jak již bylo řečeno, systém hodnocení technického stavu je založen na ukazatelích, které se dále rozpadají na faktory. I v případě úpraven vody je připravena část ukazatelů týkajících se části stavebně technické a dále provozně technologické.

Obě tyto části je nutné hodnotit se stejnou mírou úsilí, avšak podle názorů autorů metodiky nabývá na větším významu v případě úpraven vody část provozně technologická. Z tohoto důvodu je v metodice doporučeno přiřadit této část vyšší váhu, a to až 70% oproti 30% pro část stavebně technickou.

V části stavebně-technické jsou hodnoceny jednotlivé části stavebních konstrukcí, jako jsou budovy, ale také části technologických jednotek. Zde mají autoři na mysli zejména betonové, ocelové a jiné nádrže. Hodnocení stavebně technické části probíhá pomocí tří ukazatelů:

• Stav stavební konstrukce
• Stav technologických prvků
• Ochrana objektu proti vnějším vlivům

Co se týká hodnocení budov z tohoto pohledu, uvádíme jako příklad jeden z faktorů pro stěny objektu:

1. Nehodnoceno;
2. Bezprašné provedení, bez viditelných závad (praskliny, plíseň, vlhkost);
3. Prašná úprava, tenké praskliny, místní výskyt plísní a nárostů, ojedinělá vlhkost;
4. Drolící se povrch, výrazné praskliny, větší plochy plísní a nárostů, znatelná vlhkost, průsaky vody.

Jak bylo popsáno výše u principu metodiky, hodnocení probíhá výběrem platného (nejvíce se hodícího) výroku na úrovni jednotlivých faktorů. Faktor pak získá hodnotu uvedenou u zvoleného výroku.

Dále jsou hodnoceny v rámci jednotlivých ukazatelů například také stavební otvory (okna, dveře, poklopy), ale také prostupy vedení stěnami, zábradlí a další prvky.

Z pohledu stavebně technického je také sledován stupeň ochrany objektu proti vnějším vlivům. Do tohoto ukazatele bylo prostřednictví faktorů zapracováno, jak je objekt zabezpečen proti vniku nepovolaných osob (funkčnost zámků, stav okenních mříží, …). V případě úpraven vody lze za nežádoucí považovat i vzdušnou kontaminaci a osvit hladiny vody slunečním svitem – rovněž takové faktory se vyskytují v popisované metodice. Uvádíme zde jeden z faktorů „Větrání“

1. Nehodnoceno;
2. Objekt je odvětrán funkčními průduchy, větrání je osazeno vzduchovým filtrem, zabezpečeno proti vniku živočichů a dešti;
3. Některý z průduchů není funkční, chybí vzduchový filtr, větrání je zabezpečeno proti vniku živočichů nebo průduchy nejsou chráněny proti dešti;
4. Odvětrání objektu má omezenou funkci, chybí vzduchový filtr nebo není zajištěna dostatečná ochrana proti vniku živočichů nebo průduchy nejsou chráněny proti dešti.

Hodnocení z pohledu stavebně technického je nezbytnou součástí metodiky, avšak zde je kladen vyšší význam právě části provozně-technologické, čímž je vyzdvižen kvalitativní aspekt dodávky vody. Do této skupiny ukazatelů byly zařazeny následující položky:

• Rozsah technologie úpravy vody;
• Separační technologie;
• Další procesy;
• Čerpací technika;
• Měření, monitoring a manipulace;
• Efektivita provozu a bezpečnost.

V rámci ukazatele Rozsah technologie úpravy vody je dále sledováno, zda technologická linka svou skladbou odpovídá intenzitě znečištění surové vody, hodnotí se, zda není překročena nebo zda se neočekává v blízké budoucnosti překročení některé z legislativně daných limitních hodnot pro kvalitu pitné vody. Faktor nazvaný legislativa má následující skladbu výroků:

1. Nehodnoceno;
2. Všechny ukazatele jakosti pitné vody jsou standardně pod stanoveným limitem, není udělena žádná výjimka ohledně jakosti pitné vody;
3. Je udělena výjimka ohledně jakosti pitné vody nebo se očekává, že po novelizaci požadavků na jakost pitné vody nebude vyráběná voda vyhovující v ukazateli s MH;
4. Některý z ukazatelů s limitem NMH dosahuje hodnot takových, že po očekávané změně legislativy nebudou tyto hodnoty vyhovující.

Jedním z důležitých sledovaných faktorů je také četnost nevyhovujících výsledků rozborů. Tento faktor je koncipován následovně:

1. Nehodnoceno;
2. Nedochází k překročení limitního hodnot u ukazatelů s NMH, u ukazatelů s MH dochází k překročení max. do 1%;
3. Procento překročení limitních hodnot u ukazatelů s MH činí 1-2%, u ukazatelů s NMH do 1%;
4. Procento překročení limitních hodnot u ukazatelů s MH je vyšší než 2%, u ukazatelů s NMH nad 1%;

Ukazatel s nejvýše nastavenou hodnotou váhy v celé metodice hodnocení se týká separačních technologií. Zde je při hodnocení nutné zajít do hloubky, co se týče znalosti o průběhu separačního procesu. Hodnocení se neobejde bez detailního zkoumání dokumentace a podpůrných výpočtů.

Metodika hodnocení úpraven vody byla pojata jako komplexní, proto lze na seznamu hodnotících faktorů nalézt i takové položka jako využitelnost výkonu úpravny vzhledem k jejím návrhovým hodnotám, plynulost provozu úpravny či úniky chemikálií. Tyto položky se rozhodně podílejí na celkovém hodnocení úpravny vody, avšak mají v menší vliv na výsledek hodnocení.

Závěrem

Popsaná metodika hodnocení technického stavu úpraven vody je součástí komplexního balíčku pro hodnocení celých vodárenských systému (jímací objekty, čerpací stanice, vodojemy, aj.). Konstrukce metodiky právě úpravny vody nebyla příliš snadná, jelikož úpravny vody zahrnující velké množství různorodých prvků od stavebních, přes technologické až po elektronické. Navíc každá z více než 3000 úpraven vody v České republice je unikátní. Těžko se tedy přijímají nějaká univerzální hodnotící pravidla, v rámci kterých lze celou úlohu hodnocení generalizovat. Přesto byla zkonstruována metodika hodnocení, jejíž výstupy mohou posloužit jako podklad pro srovnávací analýzu, plánování oprav, plánování obnovy, zpracování plánů financování obnovy nebo jako podklad pro další podrobný stavebně technologický průzkum atd.

Navržená metodika je schopná interpretovat technický stav posuzované infrastruktury a především poukázat na kritická místa v systému výroby pitné vody. Metodika byla zapracována do podoby on-line webové aplikace TEA Water.

Literatura

Alegre H., Baptista J. M., Cabrera E. Jr., Cubillo F., Duarte P., Hirner W., Merkel W. & Parena R. 2016 Performance Indicators for Water Supply Services: Third Edition (Manual of Best Practice). 3rd Revised Edition. IWA Publishing, London. ISBN 9781780406329.

Al-Barqawi H. & Zayed T. 2006 Assessment model of water main conditions. Int Pipelines Conf. ASCE, Chicago.

Crotty P. A. 2003 Selection and definition of performance indicators for water and wastewater utilities. AWWA Research Foundation and American Water Works Association, Denver Colo. ISBN 978-158-3213-049.

Danilenko A., van den Berg C., Macheve B. & Moffitt L. J. 2014 The IBNET Water Supply and Sanitation Blue Book: The International Benchmarking Network for Water and Sanitation Utilities Databook. World Bank Group, Washington, DC.

Karamouz M., Tavakoli Far H., Nazif S. & Rasouli K. 2008. Development of an algorithm for evaluation of a water treatment plant performance. In: World Environmental and Water Resources Congress 2008: Ahupua'a - Proceedings of the World Environmental and Water Resources Congress 2008, 316. DOI: 10.1061/40976(316)195. ISBN 9780784409763.

Letterman, R. D. (ed.). 1999 Water quality and treatment: a handbook of community water supplies. 5th ed. McGraw-Hill, New York. ISBN 0070016593.

Rahman S. & Zayed T. 2009 Condition assessment of water treatment plant components. Journal of Performance of Constructed Facilities, 23(4), pp. 276-287. DOI: 10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0000011.

Stahre P., Adamson J. & Mellstrom G. 2008 A new approach for assessment of the performance of water distribution and sewerage networks. In Performance Assessment of Urban Infrastructure Services. Drinking water, wastewater and solid waste. IWA Publishing, London. Ed. E. Cabrera Jr, M.A. Pardo, pp. 389-402. ISBN 18-433-9191-0.

Tuhovčák L., Kučera T., Ručka J., Svoboda M. & Sviták Z. 2006 Technical audit of the water distribution network. Water Science and Technology: Water Supply, 6 (5), pp. 129-138. DOI: 10.2166/ws.2006.815.

Vieira P., Alegre H., Rosa M.J. & Lucas H. 2008 Drinking water treatment plant assessment through performance indicators. Water Science and Technology: Water Supply, 8 (3), pp. 245-253. DOI: 10.2166/ws.2008.068.

Poděkování

Příspěvek byl vytvořen v rámci řešení projektu č. LO1408 „AdMaS UP - Pokročilé stavební materiály, konstrukce a technologie“ podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu „Národní program udržitelnosti I“.

Autor

This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí, Žižkova 17, 602 00 Brno.