Porovnání stavu polypropylenového potrubí s teplou vodou – bez a s dávkováním biocidu DUOZON 100L

Článek doc. Dr. Ing. Zdeňka Pospíchala se zabývá aktuální a potřebnou problematikou vlivu biocidního prostředku DUOZON 100L na integritu vnitřního povrchu potrubí při plném respektování kvality pitné vody, dané Vyhláškou MZd ČR č. 252/2004 Sb. v platném znění. Pro praxi je přínosné, že jsou diskutovány i výsledky dlouhodobých praktických zkoušek a zkušenosti autora, získané i s úpravou použitých technologických zařízení, s vlivem upravované vody na polypropylenové potrubí i potrubí z různých dalších materiálů atd. Tyto zkušenosti autora článku pokládám za hodnotné a vhodné k publikaci, protože ve svých důsledcích mohou pozitivně působit i na snižování nákladů na vynucenou obměnu potrubních systémů.

Recenzent: Vladimír Pavlíček

Úvod

Připravovaná teplá voda (jak v nemocnicích, kde jsou náročnější požadavky dle typu zdravotnického zařízení, tak v ubytovacích zařízeních atd.) musí splňovat požadavky Vyhlášky MZd č. 252/2004 Sb., příloha 2 [3] v platném znění, a to jak požadavky chemické, tak zejména mikrobiologické.

Stejně i dávkovaný biocid musí být v ČR registrován na MZd, a schválen pro toto použití – pro dávkování do pitné vody (teplá voda může být připravována jen ze studené vody pitné).

Zabezpečení mikrobiologické nezávadnosti pitné vody má nesporně prvořadý význam. Použitý biocid v potřebné koncentraci, která musí odpovídat požadavkům výše citované Vyhlášky MZd, by však neměl, a to ani při trvalém provozu, poškozovat vnitřní povrch potrubí celého systému a snižovat jeho životnost.

Jde o náročný úkol dosáhnout přijatelné rovnováhy mezi požadavky Vyhlášky MZd a reálnými možnostmi praxe pro dlouhodobé dosahování žádoucích výsledků, tzn. zajistit trvale vyhovující kvalitu teplé vody při minimálním ovlivnění životnosti potrubí.

V průběhu provedené čtyřleté zkoušky provozu vnitřního vodovodu byly odebírány vzorky vody na chemická a mikrobiologická ­vyšetření, a sledovalo se dodržování požadavků Vyhlášky MZd č. 252/ 2004 Sb. v platném znění. Vyhodnocení mikrobiologických ukazatelů kvality teplé vody bylo, v návaznosti na termíny zasílaných výsledků laboratorních rozborů, možné cca do 10 dnů po odběru vzorků vody. Materiál potrubí by, podle požadavků ČSN 75 5409 [4] a ČSN EN 806-2 [5], měl mít předpokládanou životnost 50 let. Je evidentní, že při vynucené předčasné výměně systému vnitřního vodovodu by to vždy znamenalo nejen náklady na materiál nového potrubí a na jeho instalaci, ale i další podstatné související náklady, které vyplývají z nuceného přerušení provozu v zásobovaném objektu. V neposlední řadě jde o náklady na stavební práce atd., což souhrnně znamená, jak lze doložit z několika akcí, že tyto související náklady mohou cca 10x převyšovat cenu samotných nákladů na potrubí!!!

Předpokládaná životnost potrubí je dána správnou volbou více parametrů – materiál potrubí, tlaková řada, technologický postup instalace a jeho dodržení, závislost na provozních parametrech distri­buo­vané teplé vody, ale i doložené zprovoznění po instalaci s dezinfekčním protokolem. To vše nastavuje projektant, měl by také připravit provozní řád i další parametry, tzn. navrhnout hygienické zabezpečení provozu, tedy „hygienický komfort“ pro uživatele teplé vody na výtoku ze zařizovacích předmětů. V projektu musí projektant uvést, jak si hygienické zabezpečení teplé vody představuje, zda jako „termodezinfekci“ nebo dávkování vhodného jím vybraného biocidu. Tato fáze projektování však předpokládá zkušenost a znalosti projektanta právě s různými možnostmi dezinfekce teplé vody, tedy eliminace mikrobiomu v distribuované vodě, na vnitřních stěnách potrubí atd.

Protože v současné době není k dispozici žádný vhodný neoxidační biocid pro hygienické zabezpečení kvality teplé pitné vody, je třeba počítat i s možností, že při dlouhodobém kontaktu může docházet i k poškozování integrity materiálu vnitřního povrchu potrubí. Jde nejen o plastové potrubí, ale také o potrubí kovová – měděná i z korozivzdorné oceli. Výrobci mají v těchto směrech řadu požadavků, které téměř vylučují trvalé dávkování oxidačního biocidu. Je skutečností, že provozní podmínky pro plastová potrubí lépe uvádí mezní požadavky z hlediska teploty (a možné délky provozní doby s touto teplotou), než z hlediska používání oxidačních biocidů. Studená voda, která je přiváděna do zařízení ohřevu, by měla být upravována, „standardizována" a vyhovovat platným požadavkům, stanoveným pro pitnou vodu. (Což dříve bylo – nelze nevzpomenout na úpravny vody ČKD DUKLA, které byly v každé výměníkové stanici. O životnosti pozinkovaného potrubí se vlastně ani neuvažovalo – prostě vydrželo několik desetiletí. V dnešních podmínkách jsme málokdy svědky, kdy projektant navrhne chemickou úpravnu k ohřevu přiváděné studené vody. Zato nacházíme zcela inkrusty zanešená plastová potrubí.)

Předpoklady zkoušky

Systém přípravy teplé vody v námi sledované nemocnici byl realizován dvěma akumulačními ohřívači a distribučním systémem vnitřního vodovodu z polypropylenového potrubí v roce 2003. Vzhledem k mikrobiologickým problémům v distribučních bodech nemocnice realizovala hygienické zabezpečení v roce 2007, a to dávkováním oxidu chloričitého „in situ“ generátorem. Po cca třech letech se ukazovaly problémy s celkovým stavem: nedařilo se plně zajistit mikrobiologickou kvalitu teplé vody i přesto, že bylo dávkování proporcionálně dle vodoměru zvýšeno až na několikanásobek limitu dle Vyhlášky MZd č. 252/2004 Sb. v platném znění (limit je pro oxid chloričitý 0,80 mg na litr, dávkovalo se až 3,5 mg na litr!, přesto nebyla zajištěna eliminace bakterie legionela, tedy mikrobiologická kvalita vody pro uživatele – nejen pacienty).

Odezvou byla postupná degradace vnitřního povrchu plastového potrubí a začalo docházet k havarijním stavům, praskání potrubí. V roce 2011 byly vzorky z havarovaných polypropylenových potrubí předány na vyšetření na elektronový mikroskop. image:

Výsledky vyšetření havarovaných PPR potrubí dokládají snímky (obr. 2, 3 a 4): Potrubí PPR DN 32 po 40 měsících provozu (teplá voda byla hygienicky zabezpečována oxidem chloričitým vyráběným „in situ“). Jak je vidět na snímcích, vnitřní povrch potrubí nemá žádnou „ochrannou“ minerální úsadu, z protékající teplé vody se nic neusazuje, protékající voda byla agresivní vůči vnitřnímu povrchu plastového potrubí.

Provozní problémy s častými haváriemi potrubí bylo nutné řešit. Na základě jednání a doložených zkušeností z jiné nemocnice jsme byli osloveni a navrhli přechod na hygienické zabezpečení stabilizovaným oxidem chloričitým, obchodní název DUOZON 100L, výrobce firma CEALIN, SRN. V jednom litru tohoto kapalného biocidního prostředku je cca 110 g účinné látky. Je dodáván v kanystrech, s bezpečným používáním, a tedy i provozem (což je zásadní rozdíl oproti generátoru na výrobu oxidu chloričitého, kde může dojít k úniku tohoto plynu do ovzduší v místě přípravy ClO_2).

Dávkovací čerpadlo dávkuje do teplé vody dle nastavení, zejména dle mikrobiologického ověření a kontroly koncentrace biocidu v distribučních bodech vnitřního vodovodu mezi 10–15 ml DUOZONU 100L na 1000 litrů. Limitní hodnota koncentrace biocidu 0,80 mg oxidu chloričitého v litru teplé vody dle Vyhl. MZd č. 252/2004 Sb., příloha 2 (v platném znění) byla dodržována a mikrobiologická kvalita této teplé vody – eliminace bakterií legionela i ostatních bakterií – tedy minimalizace mikrobiomu – byla trvale zajišťována (je nutno brát v úvahu, že část biocidu se vyreagovávala – zejména teplotou. Pro info a porovnání – dávka DUOZONU 100L pro hygienické zabezpečení studené pitné vody je 3 ml na 1000 litrů (což odpovídá koncentraci cca 0,25 mg ClO₂ na litr).

Po několika měsících provozu bylo po dohodě s provozovatelem – nemocnicí, po opakovaném doložení plného hygienického zabezpečení teplé vody v distribučních bodech, námi navrženo další uplatnění našich znalostí a zkušeností. Pro zlepšení přípravy teplé vody, snížení energetické náročnosti, zajištění dostatečné špičkové potřeby a stabilizaci teploty teplé vody jsme navrhli změnu zapojení dvou akumulačních ohřívačů teplé vody, každý o objemu 1000 litrů (s denní přípravou cca 7–10 m³) za sebou, do kaskády, což bylo realizováno ke spokojenosti provozovatele (zajišťována stabilní teplota teplé vody, došlo postupně ke snížení teploty ohřevu tak, aby v distribučních bodech byla teplota nad 45 °C místo na dřívějších až 56 °C). Ohřev – požadovaná teplota na obou ohřívačích je shodná.

V průběhu čtyř let se teplota teplé vody v obou ohřívačích – dodávaná do systému distribuce – pohybovala v rozmezí 56–52 °C. Vyšší teplota byla na začátku – za provozu se následně ukázalo, že se teploty v distribučních bodech pohybovaly nad 50 °C, a to za plného hygienického zabezpečení, tzn., že z hlediska uživatelů – pacientů, postačuje teplota nižší (samozřejmě bez dopadu na mikrobiologickou kvalitu, při dávkování DUOZONU 100L). Od druhého roku zkoušky byla proto teplota ohřevu nastavena na 52 °C. Teploty cirkulace byly trvale o cca 4 °C nižší než teplá voda, dodávaná do distribučního systému vnitřního vodovodu. Přikládáme graf teploty teplé vody do distribučního systému a cirkulace, v prvním roce zkoušky.

Následně jsme došli k poznatku, že právě tady, při tomto způsobu ohřevu, můžeme zřejmě jednoznačně prokázat nám již známé výhody používání biocidního prostředku DUOZON 100L, tedy minimalizace ovlivnění vnitřního povrchu PPR potrubí. Předpoklad byl, že po delším čase, 48 měsících, když se dají tyto „nové“ vzorky PPR potrubí na shodný rozbor (EDA – elektronová disperzní analýza na elektronovém mikroskopu), získáme informaci k porovnání s předchozím havarijním stavem potrubí za dávkování oxidu chloričitého „in situ“. Uvažovali jsme, že souhrnný stav teplé vody bude za každým z obou ohřívačů rozdílný (i když se shodnou teplotou), a bude tak i rozdílný dopad na ovlivnění vnitřního povrchu PPR potrubí.

Do prvního ohřívače Z1 přichází jen studená pitná voda k ohřevu, odchází do Z2 o požadované teplotě, je bez chemického ovlivnění, takže PPR potrubí bude v běžném stavu. Do ohřívače Z2 – kam je přiváděna teplá voda z prvního ohřívače je také, a jen sem, přivedena voda z cirkulace vnitřního vodovodu pro dohřev, do které je v blízkosti zaústění tohoto cirkulačního potrubí do ohřívače Z2 dávkován DUOZON 100L. V objemu ohřívače dojde k promíchání, pak z tohoto druhého ohřívače do systému distribuce odchází teplá voda, která je DUOZONEM 100L ošetřena, hygienicky zabezpečena.

Takže za prvním ohřívačem Z1 je vnitřní povrch potrubí ovlivněn jen teplotou a úsadami z ohřevu, zatímco za ohřívačem Z2 je chemizmus teplé vody ovlivněn (zdůrazněno: za shodné teploty) dávkovaným biocidem a úsady budou, jak jsme uvažovali, nepochybně rozdílné. Je však třeba vzít do úvahy i celkové průtoky v každém z ohřívačů. Objem PWH (Potable Water Hot, teplá voda) za dobu zkoušky byl 15 000 m³ (objem vody, který prošel zásobníkovým ohřívačem Z1 a potrubím vzorku 1). Cirkulace byla trvale v chodu s monitorovaným výkonem 1,72 m³ za hodinu, (tj. denně cca 41 m³), za sledovanou dobu prošlo zásobníkovým ohřívačem Z2 a potrubím vzorku 2 cca 90 000 m³.

Dávkování DUOZONU 100L bylo proporcionálně na spotřebovávaný objem teplé vody, tj. na 15 000 m³. Za dobu celé zkoušky se nadávkovalo cca 21 kg oxidu chloričitého. V distribučních bodech u uživatelů (v koncových distribučních bodech, dle monitorovacího plánu zásobovaných objektů) byly kontrolovány a měřeny hodnoty cca 0,8 mg ClO₂ na litr, za eliminace baterií le­gionela (mikrobiologická vyšetření se prováděla 2x ročně). Jak mikrobiologickévýsledky vyšetřených vzorků teplé vody, tak i kontrolní měření koncentrace oxidu chlori­čitého při odběru těchto vzorků ­vyhovovaly požadavkům Vyhlášky MZd č. 252/2004 Sb., příloha 2, v platném znění.

Je doložitelné, že dávkovaný biocid do cirkulace před opětovným ohřevem se částečně spotřebovává – z rozsáhlé distribuční sítě vnitřního vodovodu se vrací zcela určitě bakterie (uvolňující se z mikrobiomu na stěnách potrubí), dochází také k tepelné degradaci. Proto je dávka vyšší, až 1,4 mg ClO₂ na litr, nastavená dle kontrolního monitoringu ve vzdálených distribučních bodech.

Po 48 měsících byl odebrán vzorek za Z1 a o tři měsíce později (odloženo z hlediska provozu), i vzorek za Z2 a předány na vyšetření. Výsledek chemického složení úsad na vnitřním povrchu potrubí, vzorku 1 a 2, překonal naše očekávání, stejně jako zjištěný stav vnitřního povrchu potrubí u obou vzorků.

Předané vzorky byly v laboratoři vyšetřeny – zjištěny úsady na vnitřním povrchu (tab. 1), zachycen stav povrchu na snímcích a následně odstraněny úsady a znovu zachycen stav vnitřního povrchu polypropylenového potrubí, kontrolně i vnějšího povrchu potrubí.

Zatímco úsady za ohřívačem Z1 byly minimální, za ohřívačem Z2 byla vrstva tloušťky cca 0,8 mm (obr. 7). Vrstva minerálních úsad chránila vlastní povrch potrubí, po jejím odstranění se ukázalo, že povrch je prakticky neporušený – teplá voda s dávkovaným oxidačním biocidem se nedostane na vlastní povrch potrubí. Jak je patrné ze snímků z elektronového mikroskopu, je tento „očištěný“ povrch za ohřívačem Z2 (obr. 8) v podstatně lepším stavu než za ohřívačem Z1, kde bylo jen působení shodné teploty (obr. 6). Vnitřní povrch PPR potrubí za ohřívačem Z2 je srovnatelný se stavem vnějšího povrchu (obr. 5) tohoto potrubí.

Závěr

Cílená opatření – v tomto případě snaha po eliminaci bakteriální kolonizace, kdy vnitřní vodovod je zhotoven z polypropylenového potrubí, musí být komplexní a musí být zvažována nejen razantní eliminace bakterií, ale i celek, dlouhodobá životnost a bezproblémový provoz vnitřního vodovodu. Sice zde uvádíme PPR potrubí, ale obdobné havarijní situace se ukazují i na potrubí měděném (dávkováním oxidu chloričitého „in situ“ dochází také ke snížení pH ošetřované teplé vody). Požadavky, aby pH vody pro měděná potrubí bylo nad 7,5, obvykle není uvažováno.

Víceletá provozní zkouška ovlivnění PPR potrubí při používání biocidu DUOZON 100L ukázala možnosti jeho trvalého provozu. Zásadní a důležité jsou zejména provozní výsledky: eliminace bakterií legionela – probíhá zcela a nedochází k poškozování potrubí, tedy ke zkrácení jeho životnosti. Současně je třeba uvést, že byla vícekrát vyšetřována teplá voda v distribučních bodech také z hlediska chemizmu. Je možno uvést, že výsledky chemického vyšetření všech vzorků teplé vody splňovaly požadavky Vyhlášky MZd č. 252/2004 Sb., příloha 2, v platném znění.

Tyto výsledky – zde jen s PPR – nás vedly k úvaze takto ověřit, posoudit a zhodnotit více potrubních mate­riá­lů, používaných na vnitřní vodovody s dávkováním biocidů, v našem případě s námi úspěšně používaným DUOZONEM 100L. Dlouhodobé ověření (na dobu čtyř roků) ve shodných podmínkách jako výše předložené zkoušení PPR bylo 13. 9. 2017 zahájeno (s denní spotřebou cca 7 m³ PWH). Za každým z ohřívačů jsou zde jako součást vnitřního vodovodu vzorky potrubí z několika materiálů – z korozivzdorné oceli, polypropylenové potrubí, potrubí se síťovaným polyetylenem a vlnovec z korozivzdorné oceli. Jsme toho názoru, že jedna zkouška nemusí být průkazná – proto v prosinci 2017 byla zprovozněna v jiné nemocnici druhá shodná zkouška na zcela jiné vstupní studené vodě, s denní spotřebou kolem 15 m³ teplé vody. Podmínky jsou v obou případech shodné – ohřívače jsou zařazeny za sebou, je zde dávkování DUOZONU 100L (první stupeň jen vliv teploty a ve druhém stupni se shodnou teplotou dávkování DUOZONU 100L do cirkulace). Od všech potrubních materiálů jsou uchovány vzorky v původním, „novém“ stavu. Také ohřev je nastaven na obou ohřívačích na shodnou teplotu 52 °C. Předpokládáme, že po 4 letech, koncem roku 2021, výsledky uveřejníme.

Literatura

• [1] BAJGAR, Miloš: Teplá užitková voda včera, dnes a zítra, Topenářství instalace, 2000, roč. 34, č. 1, s. 42–44. ISSN 1211-0906.
• [2] ŽABIČKA, Zdeněk: Potrubí vnitřního vodovodu a mikrobiologické riziko, Sborník konference SANHYGA, Piešťany, 2016.
• [3] Vyhláška MZd č. 252/2004 Sb., kterou se stanoví hygienické požadavky na pitnou a teplou vodu a četnost a rozsah kontroly pitné vody,In: Sbírka zákonů České republiky, 2004, částka 82/2004.
• [4] ČSN 75 5409 Vnitřní vodovody, ÚNMZ, 2013-2.
• [5] ČSN EN 806 Vnitřní vodovod pro rozvod vody určené k lidské spotřebě, Část 1 až 5, ČNI, 2002-7 až 2012-7.

---

Comparison of Polypropylene Hot Water Pipeline – Without and With Dosing of The DUOZON 100L Biocide

The article deals with the current and necessary issue – biocide DUOZON 100L influence on the integrity of the internal surface of the pipeline while fully respecting drinking water quality, given by Decree of the Ministry of Agriculture of the Czech Republic No. 252/2004 Coll. as amended. It is beneficial for practice to discuss the results of long-term practical tests and experience of the author, obtained also with modification of used technological equipment, with the influence of treated water on polypropylene pipes and pipes from other various materials etc.

Keywords: hot water piping, polypropylene, DUOZON 100L biocide, potable water quality, tests, pipe surface, costs