Jana Říhová Ambrožová

Abstract

From the point of view of air contamination are critical points the water reservoirs, namely the ventilation vents and the ventilation system of the accumulation space. For this reason, the vents should be fitted with filter cartridges. Requirements for their properties and material composition are addressed in the technical recommendation document I-D-48 and the standard ČSN 75 5355 Water tanks (new revision of this document is preparing this year, 2021). It is useful for the distribution system operator to have an idea of the microbial contamination and of the overall condition of these inserts, given their exposure time and environmental load. It is therefore necessary to develop a monitoring methodology for such cases. An integral part of the monitoring is also the experience from the implementation of the installation of filter assemblies in the ventilation ducts at water reservoirs.

Keywords

water tanks, ventilation system, installation of filters, revision of the standard, the standard CSN 75 7355

 

Úvod do problematiky

Vodojemy jsou nedílnou a důležitou součástí distribuční sítě, na něž jsou směrovány legislativní předpisy respektující Water Safety Plans a Evropskou směrnici 2020/2184/ES o jakosti vody určené k lidské spotřebě (nahradila verzi 98/83/ES). O jejich negativním vlivu, na jakost dopravované vody spojené s nevhodnou konstrukcí a provozováním, disponuje naše české vodárenství ucelenými projekty a publikacemi, z nichž lze zmínit např. obecnou publikaci s názvem Hygienické minimum pro pracovníky ve vodárenství (Kožíšek a kol., 2006 [1]), dále pak studii reflektující rizikovou analýzu u malých vodních zdrojů (Kožíšek a kol., 2013 [2]) a nakonec detailnější dokument Technické doporučení I-D-48 Konstrukční uspořádání, provoz a údržba vodojemů (Říhová Ambrožová a kol., 2008 [3]). V roce 2011 byla vypracována norma ČSN 75 5355 Vodojemy, která platí pro navrhování a provoz vodojemů [4]).

Proč revize normy?

V době platnosti nově zavedené normy ČSN 75 5355 probíhaly ve vodárenských společnostech v následujících 10 letech rekonstrukce objektů vodojemů a současně i biologické audity zaměřené na kvalitu akumulované pitné vody v objektech (stav smáčených stěn akumulačních nádržích s ohledem na tvorbu biofilmů, úroveň kontaminace vzduchu v akumulačním prostoru a optimalizaci skladby filtračních vložek filtrační jednotky). Díky této soustavné spolupráci s provozovateli vodojemů a distribuční sítě bylo možné získat mnoho cenných dat, zkušeností a případně i doporučení potřebných pro revizi stávající normy. Této revizi významně napomohla nově vzniklá povinnost výrobcům a dodavatelům pitné vody a provozovatelům veřejných vodovodů zpracovat posouzení rizik. Tato rizika se musí adekvátně promítnout do provozního řádu a monitorovacího programu. Nejedním provozem bylo potvrzeno, že vodojemy jsou kritická místa distribuční sítě a je zapotřebí důkladně posoudit jejich stav ze všech hledisek, stavebně-technických, konstrukčních a provozních.

Čeho se hlavně revize týká?

Návrh normy se revizemi zaměřil na souvisící a citované ČSN, předpisy a dokumenty a zásadně byl zrevidován čl. 2. Dále byly upraveny a doplněny některé články specifikující vybavení nádrží okny a okenními prostupy s odkazem na TD-I-48 (čl. 6.1.17), umístění a skladbu větracího zařízení (čl. 6.1.20.1, čl. 6.1.20.2), umístění a skladbu vzduchových filtrů podle ČSN EN ISO 16890-1 včetně požadavků na přístupnost a možnost pravidelné kontroly a monitoringu stavu filtračních vložek, osazení zábran sekundární kontaminace (čl. 6.1.22) a charakteristiku vodního uzávěru (čl. 6.5.7). Upraven byl čl. 8.8 s ohledem na zajištění objektu v době kosení trav. Zrevidován byl čl. 11, významně pak čl. 11.4 specifikující filtrační zařízení včetně jeho sklady a optimalizace provozu.

Co se do textu normy už nedostalo?

Nové a kvalitnější zabezpečení filtrace vzduchu na vodojemech přináší další posun k udržení kvality dodávané vody v celém systému zásobování pitnou vodou. Vzhledem k únosným investičním a provozním nákladům je jednoznačně smysluplné věnovat významnou péči zajištění a kontrole stavu objektu vodojemů. Tato péče se vyplatí! Jako podklad (seriózní) pro investice může sloužit riziková analýza stejně jako správně provedený biologický audit. Revize normy je v současné době v připomínkovacím řízení.

V souvislosti se zajištěním objektů vodojemů před sekundární kontaminací byla významně řešená problematika monitoringu funkčního stavu filtračních vložek s cílem vhodné koncepce jejich provozu a návrhu na četnost jejich výměny. Plný text této přílohy, pojatý jako informativní návrh (nikoliv závazný dokument), je k dispozici v dále uvedeném textu.

Problematika vzdušné kontaminace - obecně

Jemné částice organického i anorganického charakteru jsou běžnou součástí ovzduší, jsou přírodního nebo antropogenního původu, často vázané na aerosoly, kapénky a vzduchem unášené partikule. Jejich výskyt ve vodě (příhladinová vrstva) nebo v biofilmech (na stěnách) je indikací sekundární kontaminace ovzduším. Koncentrace těchto částic v proudícím vzduchu v průběhu roku kolísá, s ohledem na povětrnostní podmínky a zátěž okolního prostředí (doprava, průmysl, zemědělství, využití terénu apod.). Kritickými místy jsou akumulační nádrže vodojemů, ve kterých je volná hladina vody vystavena kontaminaci vlivem čerpání vody a tlakových změn, se kterými souvisí následně proudění vzduchu mezi akumulačním prostorem a prostředím vně budovy (popř. manipulačním prostorem).

Obr. 1. Účinnost eliminace vzdušné kontaminace metodou měření spadu na Petriho misky po kultivaci mikromycet (metoda spadu, expozice v objektu po dobu 15 min a 30 min); měření proběhlo před osazením FV a následně po jejím osazení po cca 4 měsících

Obr. 1 Účinnost eliminace vzdušné kontaminace metodou měření spadu na Petriho misky po kultivaci mikromycet (metoda spadu, expozice v objektu po dobu 15 min a 30 min); měření proběhlo před osazením filtrační vložky a následně po jejím osazení po cca 4 měsících

Úroveň vzdušné kontaminace provozuschopného objektu vodojemu není legislativou stanovena, přesto je důležité zabývat se její eliminací v souvislosti s udržitelnou mikrobiologickou kvalitou pitné vody. Biologickými audity, které se zaměřovaly na posouzení stavu objektu vodojemů s ohledem na případná rizika sekundární kontaminace akumulované pitné vody, byly zjištěny zásadní poznatky týkající se negativního dopadu zejména nezajištěných objektů (nezajištěné větrací průduchy, rozbitá okna, netěsnící dveře apod.) na biologickou stabilitu vody (biofilmy) a následnou degradaci kvality vody (výskyt částic abiosestonu a biosestonu; pylová a škrobová zrna, štětiny máloštětinatců, zvířecí chlupy, ptačí peří, motýlí šupiny, rostlinné zbytky, chitin hmyzu; živé a metabolizující organismy, hyfy a konidie mikromycet), viz obr. 1. Sekundární vzdušnou kontaminací dochází ke změnám nejen mikrobiální kvality vody, ale také organoleptických vlastností. Příhladinová vrstva vody je ideálním prostředím pro masivní rozvoj biofilmů, ve kterých jsou zastoupeny částice/organismy autochtonního i alochtonního původu. Rizikové jsou mikromycety (hyfy, konidie) a některé patogenní a podmíněně patogenní organismy vázané na bioaerosoly a uváděné v souvislosti s antibiotickou rezistencí a nozokomiálními infekcemi. Z historie sice nejsou známy časté případy akutních onemocnění v souvislosti s výskytem mikromycet v pitné vodě, mikromycety však mohou být původci chronických onemocnění a jsou zdravotním rizikem pro osoby se sníženou imunitou.

Filtrační sestava a monitoring stavu ovzduší

Hodnocení úrovně mikrobiální kontaminace ovzduší v objektech zemních vodojemů při prováděných biologických auditech výrazně poukázala na stupeň ochrany před sekundární kontaminací ovzduší v akumulačním prostoru, účinnost eliminace, a také na nutnost pravidelné výměny filtračních vložek. Osazením vhodné filtrační sestavy do větracího průduchu se výrazně sníží stupeň kontaminace ovzduší, a tím se ovlivní i případný negativní dopad na biologickou stabilitu akumulované pitné vody. Je nezbytné věnovat pozornost nejen skladbě filtrační sestavy, ale i optimální době jejího osazení v objektu.

Filtrační vložky ve filtrační sestavě jsou v prostředí se zvýšenou vlhkostí zatížené a jejich provozuschopnost se snižuje kvůli pronikajícím aerosolům a bioaerosolům, které s prodlužující se dobou provozu (osazení ve větracím průduchu) zanášejí filtrační póry a průliny a často umožňují nárůst a tvorbu aktivního biofilmu přímo v sestavě. Z výsledků prováděných biologických auditů, zaměřených na odběry vzorků stěrů ze smáčených stěn akumulačních nádrží v místě kulminace vodní hladiny, vyplynula skutečnost snižování kapacity filtračních sestav osazených ve větracích průduších po dobu několika let. Filtrační zařízení se tak stává neúčinné a nefunkční.

Obr. 2. Spady na misky s SBA médiem exponované v akumulačním prostoru objektu vodojemu (pravá i levá komora) po dobu 15 a 30 minut

Obr. 2 Spady na misky s SBA médiem exponované v akumulačním prostoru objektu vodojemu (pravá i levá komora) po dobu 15 a 30 minut

Monitoring stavu ovzduší v akumulačním prostoru vodojemu s osazenými větracími průduchy různého stupně zajištění vůči samovolnému průniku vzduchu je možné provádět tzv. spadovou metodou, která spočívá v umístění Petriho misek se živným kultivačním médiem in situ na vhodné místo (viz obr. 2). Doporučená doba spadu na plochu živného média v Petriho miskách je 15 minut a 30 minut. Z výsledků (počtu vykultivovaných kolonií plísní a kvasinek) se určí mikrobiální zatížení ovzduší prostoru s ohledem na jeho velikost a konstrukci větracích průduchů (např. přepočtem velikosti plochy Petriho misky na velikost prostoru a zohledněním limitu 1 KTJ až 10 KTJ mikromycet (plísní a kvasinek) na misku, tj. 160 KTJ až 1 600 KTJ na 1 m2 plochy akumulačního prostoru; v případě nasávání vzduchu aeroskopem je možné vycházet z limitu 500 KTJ na 1 m3 objemu vzduchu).

Filtrační sestava - výluhové zkoušky z osazených filtračních vložek

Účinnost a životnost filtračních vložek je významně ovlivněna zachycenými životaschopnými bioaerosoly. Přítomné mikroorganismy se mohou ve filtračních vložkách dlouhodoběji osazených ve větracím průduchu pomnožovat, což bylo zjištěno výluhovými zkouškami filtračních vložek za definovaných podmínek. Výluhové zkoušky podávají informace o stavu filtrační vložky, o míře jejího vyčerpání, a nepřímo také o kvalitě odvětrání akumulačního prostoru [5, 6].

Pro potřeby analýzy byl z vložek vždy vystřižen čtverec s definovanou plochou (např. 25 cm2), ze kterého byl získán výluh vložením tohoto čtverce do sterilního fyziologického roztoku (např. 100 ml). U vícevrstvých filtrů (např. dvouvrstvých až čtyřvrstvých) byly kvůli zjištění odlučivosti jednotlivých vrstev vyluhovány a analyzovány tyto vrstvy zvlášť. Za účelem uvolnění mikroorganismů, zachycených ve vyluhovaném materiálu, a případně i oživení stresovaných mikroorganismů byly výluhy ponechány v chladu a bez přístupu světla po dobu 72 hodin (úprava metodiky postupu podle příslušného právního předpisu, kterým je Vyhláška č. 409/2005 Sb., příloha č. 1) viz obr. 3.

Rihova 01 F03

Obr. 3 Hodnocení separační schopnosti jednotlivých filtračních vrstev proběhlo na základě výluhových zkoušek z jednotlivých filtračních vrstev za definovaných podmínek

Tento výluh byl následně podroben mikroskopickému a mikrobiologickému rozboru. Součástí mikroskopického rozboru bylo hodnocení charakteru částic zachycených filtrem a stanovení procenta pokryvnosti. Z mikrobiologických ukazatelů byly stanoveny kultivovatelné mikroorganismy při 22 °C a 36 °C a mikromycety (plísně a kvasinky). Podle charakteru zachycených částic ve vrstvách filtrační sestavy není možno jednoznačně určit míru mikrobiální kontaminace vzorku. Výsledky kultivací neposkytují informace o množství ani charakteru zachycených částic. Obě části rozboru jsou tedy pro úplné hodnocení kontaminace filtračních vložek nezbytné.

Filtrační vložky byly testovány jako celek, a zároveň jako jednotlivé separované vrstvy. Výluhovými zkouškami bylo zjištěno 60% až 80% zachycení částic organického i anorganického původu v první separační vrstvě filtrační sestavy. Záchyt částic byl zjištěn i ve výluzích z dalších vrstev vyjmutých z filtrační sestavy. Z toho jasně vyplývá důležitost zajištění několika bariér pro záchyt částic a mikroorganismů z ovzduší v akumulačním prostoru (viz obr. 4).

Rihova 01 F04

Obr. 4 V grafu jsou na ose y počty KTJ (kolonií tvořících jednotek) mikromycet (plísní a kvasinek); na ose x pak doba (1 rok), po kterou probíhalo měření úrovně spadu na misky (expozice vždy na 15 a 30 minut)

Výluhy z filtračních vložek prokázaly vliv způsobu větrání (nucené a přirozené) v akumulačním prostoru na charakter zachycených částic a mikroorganismů. Tyto informace následně přispívají k vhodnému výběru typu filtrační sestavy. U filtračních vložek aplikovaných v průduchách s nuceným větráním byla zjišťována vyšší abundance částic organického a anorganického původu. Tento fakt reflektuje rychlost proudění vzduchu filtrační sestavou, a to je možné regulovat skladbou a charakterem filtračních vložek, velikostí nebo počtem větracích průduchů.

Analýzami výluhu z filtračních vložek bylo zjištěno, že významný vliv na charakter zachycených částic má místo vyústění větracího zařízení. Přítomný abioseston je ukazatel, který významně závisí na blízkém okolí vodojemu, proto lze do jisté míry predikovat nižší/vyšší záchyt částic v městské zástavbě nebo v přírodě. Používané hodnocení množství zachyceného abiosestonu mikroskopicky pomocí procenta pokryvnosti nelze adekvátně použít pro interpretaci účinnosti filtrační sestavy. Přítomnost a početnost kultivovatelných mikroorganismů ve výluzích indikuje schopnost filtračních vložek zachycovat částice z proudícího vzduchu, a současně nedostatečné, nebo špatně fungující odvětrání objektu [5].

Modelové testy s různě koncipovanými filtračními sestavami

Vhodná koncepce sestavy filtračních vložek vychází ze znalosti výskytu částic v ovzduší, a tedy i z potřeby zajistit jejich odstranění z proudícího vzduchu (částice ze spalování o velikosti ≤ 1 µm; bakterie a mikromycety o velikosti do ≤ 2,5 µm; pyl, prach a velké částice o velikosti ≤ 10 µm).

Pro potřeby testování účinnosti záchytu částic a optimálního provozu filtrační sestavy bylo sestrojeno mobilní zařízení pro nasávání vzduchu, aby bylo možné simulovat proudění vzduchu přes filtrační vložky, např. při odběru vody z vodojemu. Vzduch byl do mobilního zařízení nasáván pomocí zabudovaného sacího ventilátoru s výkonem 30 m3 za hodinu. Nasávaný vzduch proudil přes filtrační vložku v horní části zařízení, nad kterou byly dva kovové nástavce pro současné umístění maximálně dvou Petriho misek s médiem pro záchyt mikromycet. Tímto mobilním zařízením se zkoušela účinnost eliminace částic dvouvrstvých až čtyřvrstvých filtračních vložek řízeným prouděním vzduchu. Ve filtrační sestavě byly testovány nejen různé filtrační vrstvy (materiál, tloušťka), ale i jejich skladba. Testováním několika typů filtračních vložek byla zjištěna významná eliminace mikrobiální kontaminace ovzduší mikromycetami (až 85 %), dále byl zjištěn nejen vliv používaných filtračních materiálů (rounová netkaná textilie), ale i pořadí jednotlivých vrstev ve filtrační vložce.

Zvýšení účinnosti eliminace mikroorganismů z ovzduší bylo zkoušeno za použití různých typů dezinfekčních přípravků na bázi mědi a stříbra nebo sycené aktivním uhlím. Dezinfekční přípravky byly aplikovány rozprašovačem vždy na svrchní část filtračních vložek. Vzduch byl nasáván (filtrován) skrze testované filtrační materiály osazené ve větracím průduchu mobilního zařízení vždy po určitou dobu (např. 15 minut, 30 minut až 120 minut). U všech impregnovaných vložek bylo znatelné zlepšení eliminačních schopností oproti vzorkům bez impregnace. V některých případech byla zjištěna eliminace plísní a kvasinek více než 85 % v porovnání s filtračními vložkami bez impregnace [6].

Optimalizace provozu filtračních vložek

Hodnocení úrovně mikrobiální kontaminace ovzduší v zemních vodojemech při prováděných biologických auditech výrazně poukázala na stupeň ochrany před sekundární kontaminací ovzduší. Abioseston zachycený ve filtračních vložkách může být zdrojem substrátu pro přítomné mikroorganismy a může podporovat jejich sekundární nárůst a množení. S množstvím zachycených částic ve filtračních vložkách rostou tlakové ztráty; tento jev může být navíc umocněn typickým vlhkým prostředím ve vodojemu a v jeho důsledku může dojít ke snížení účinnosti větracího zařízení.

Filtrační vložka má omezenou životnost. Po uplynutí této doby dochází k výraznému vyčerpání filtrační kapacity filtrační náplně, a proto je nutné ji vyměnit za novou. Při výměně filtračních vložek (filtračních náplní) se před jejich osazením doporučuje důkladně (např. průmyslovým vysavačem) vyčistit ulpělé úsady nebo prach v trubním rozvodu. Výměnu filtračních vložek (filtračních náplní) je vhodné provádět v době pravidelného (plánovaného) čištění akumulačních nádrží vodojemu [7].

Proces výměny filtračních vložek a postup ošetřování vzduchotechnického zařízení je vhodné uvést v harmonogramu pravidelné údržby a kontroly stavu objektu vodojemu (s ohledem na rizikovou analýzu, viz Vyhláška č. 252/2004 Sb., příloha č. 7).

Literatura/References

  1. Kožíšek, F., Kos, J., Pumann, P. Hygienické minimum pro pracovníky ve vodárenství, SOVAK, Praha 2006.
  2. Kožíšek F., Paul J., Datel J.V., 2013: Zajištění kvality pitné vody při zásobování obyvatelstva malými vodárenskými systémy. Výzkum pro praxi, sešit 62, VÚV T.G.M. Praha, 1-112.
  3. Říhová Ambrožová J., Hubáčková J., Čiháková I. 2008. Konstrukční uspořádání, provoz a údržba vodojemů. Technické doporučení I-D-48, Hydroprojekt CZ, a.s.
  4. ČSN 75 5355 Vodojemy. Vydal Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, Praha, 2011, 20 str.
  5. Říhová Ambrožová J., Říha J., Martínek R. 2011. Kapacita filtračních náplní vzduchových filtrů. Sborník konference Pitná voda 2011, Trenčianske Teplice 4.-6.10.2011, XV. ročník, 83-90.
  6. Šimůnková A., Říhová Ambrožová J., Říha J. st., Říha J. ml., Hloušek T. 2020: Metodika a přístup k monitoringu stavu filtračních sestav osazovaných do větracích průduchů vodojemů. Sborník konference Vodárenská biologie 2020, Praha 5.-7.2. 2020, s.157-164, ISBN 978-80-88238-18-8
  7. Hloušek T., Říhová Ambrožová J., Říha J. ml., Říha J. st. 2020: Aktuální novinky v oblasti zabezpečení a ochrany akumulací pitné vody. Sborník web konference Provoz vodovodů a kanalizací, 3.11., 5.11. a 10. 11. 2020, 188-202

Autoři/Autors

This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Fakulta technologie ochrany prostředí, Ústav technologie vody a prostředí, Technická 5, 166 28 Praha 6, tel.: 220 445 123.

Citace/Citation

Říhová Ambrožová, J. (2021). Návrh na monitoring funkčního stavu filtračních vložek větracích průduchů vodojemů. Vodovod.info - vodárenský informační portál [online], 2021(4). Dostupný z WWW: http://vodovod.info. ISSN 1804-7157.