Voda z veřejného vodovodu versus voda ze studny – 1. část

Článek pojednává o různých zdrojích vody pro zásobování budov. Jsou v něm porovnány výhody a nevýhody zásobování vodou z vodovodu pro veřejnou potřebu a vlastní studny, je naznačena možnost využívání srážkové vody. Článek popisuje požadavky na kvalitu vody a možnosti její úpravy. Dále jsou v něm popsána různá provedení studní, náklady na vybudování studny, postup při povolování studní a provoz a údržba studní.

Recenzent: Jakub Vrána

Úvod

Při nákupu veškerého zboží lidé přemýšlí o kvalitě a o ceně. Stejně je to i s vodou, kterou může mít odběratel z vodovodu pro veřejnou potřebu nebo z vlastní studny. Využívat v ­domácnostech, či jinde, je možné i vodu srážkovou. Článek informuje o získávání vody všemi těmito způsoby, u každé z variant pak poukazuje na výhody, nevýhody, reflektuje související náklady a povinnosti.

Odborné pojmy

V článku byly použity následující odborné pojmy:

• akreditovaná laboratoř – laboratoř, která má platné osvědčení Státní akreditační inspekce o správné činnosti laboratoře;
• čerpací zkouška – hydrodynamická zkouška na ověření vydatnosti studny;
• jímací území – území vyhodnocené geologickým průzkumem jako vhodné k využití zdrojů podzemní vody pro vodárenské využití;
• mezná hodnota – limitní hodnota ukazatele jakosti pitné vody, při jejím překročení ztrácí pitná voda vyhovující jakost v ukazateli, jehož hodnota byla překročena;
• organické látky – chemické látky obsahující uhlík a vodík, případně kyslík, fosfor, dusík, síru, případně jiné látky;
• zárubnice – potrubí z PVC nebo PE trvale zajištující stabilitu horniny nebo obsypu u vrtané studny;
• pažnice – plnostěnné pracovní potrubí, zabraňující u vrtané studny sesutí stěn vrtu;
• pH faktor – záporný dekadický logaritmus aktivity vodíkových iontů;
• rozpuštěné látky – součet koncentrací tuhých látek rozpuštěných ve vodě;
• surová voda – voda povrchová získaná z nádrže nebo podzemní z vrtu, která je určená k úpravě;
• těsnění studny – nepropustná vrstva bránící průniku povrchové vody do studny;
• ukazatel jakosti vody – hodnota charakterizující vlastnosti nebo složení vody;
• vydatnost studny – maximální množství vody, které může studna vydat za časovou jednotku v daném okamžiku.

Možnosti odebírání vody

Vodu je možné odebírat z vodovodu pro veřejnou potřebu, ze studny, nebo je možné jímat vodu srážkovou. Voda z kteréhokoliv zdroje musí splňovat požadavky pro účel, ke kterému má být používána. Její vlastnosti a způsob úpravy závisí na druhu a množství látek, které obsahuje. Značný rozdíl je při úpravě vody povrchové z vodárenských nádrží a vody podzemní, která se při průsaku zeminou nasytí různými látkami nebo se naopak částečně filtruje.

Každý odběratel vody z vodovodu pro veřejnou potřebu má možnost si zjistit, která organizace mu vodu dodává, zda dostává upravenou povrchovou vodu z nádrže nebo ze studní, kde se nalézá úpravna vody a kde vodní zdroje, jak velké území je zásobováno a další údaje. Většina vodáren na svých webových stránkách tyto údaje zveřejňuje, a to včetně mapy – obr. 1.

Tvrdost vody

Má značný vliv na vlastnosti vody a na její úpravu z vody surové na kvalitu vody pitné. Obsah různých minerálů, prvků a sloučenin ve vodě má velký význam z hlediska úpravy vody. Množství různých druhů rozpuštěných látek ve vodě negativně nebo pozitivně ovlivňuje proces úpravy, a tím i ekonomické náklady a konečnou cenu za vodu.

Kvalita upravené vody

Voda upravená se vyrábí z vody surové. Pokud je voda upravená určena k pití, musí splňovat požadované ukazatele fyzikální, chemické, mikrobiologické, biologické a organoleptické. Kvalita vody se zajišťuje úpravou, přičemž nezáleží, zda se jedná o vodu z vodovodu pro veřejnou potřebu nebo z vlastní studny. V současnosti se používá pitná voda zejména v domácnostech ke všem účelům – pitnou vodou se také splachuje WC. Provozní, užitková či jiná voda se využívá ve výrobě a ve službách. Tím se může uspořit velké množství finančních prostředků, protože její cena je mnohem nižší než cena vody pitné.

Státní zdravotní ústav – Národní referenční centrum pro pitnou vodu vydalo 27. prosince 2008 aktualizovanou verzi požadavků na kvalitu pitné vody pod názvem Biologická (biogenní) hodnota pitné vody. Jde o upřesnění jednoho bodu Vyhlášky č. 252/2004 Sb., kterou se stanoví hygienické požadavky na pitnou a teplou vodu a četnost a rozsah kontroly pitné vody. Vyhláška nově stanovila jejich doporučené (optimální) hodnoty v souladu s odbornými poznatky: hořčík 20 – 30 mg·l^–1, vápník 40 – 80 mg·l^–1.

Další dotčenou je vyhláška č. 409/ 2005 Sb., o hygienických požadavcích na výrobky přicházející do přímého styku s vodou a na úpravu vody. Vyhláška je rozšířena o tuto důležitou informaci: Použití technologie snižující obsah rozpuštěných látek, vápníku a hořčíku je možné jen tehdy, je-li obsah vápníku a hořčíku v upravované vodě výrazně vyšší než jejich doporučená hodnota, a že v upravené vodě by měl být vedle minimálního obsahu vápníku a hořčíku zachován rovněž minimální obsah rozpuštěných látek 150 mg·l^–1.

Jednotlivé prvky a vlastnosti upravené vody se musí pohybovat v předepsaném rozmezí od minimální hodnoty do maximální hodnoty. Dosažení požadovaných hodnot není vždy jednoduché. Aby voda splňovala parametry pitné vody, musí tyto parametry mít bez ohledu na zdroj surové vody. Pitná voda splňuje tak přísné požadavky, že se může používat i pro kojence.

Aktuální kvalitu pitné vody zveřejňují dodavatelé vody na svých we­bových stránkách. Například Pražské vodovody a kanalizace zveřejňují každý měsíc téměř 80 ukazatelů pitné vody – viz www.pvk.cz [2].

Živý indikátor ve vodě – je známo, že pstruh duhový patří mezi „kontrolory pitné vody“, a proto jej po­užívají některé vodárny. Pstruzi plující v akváriích úpraven bezpečně reagují na jakékoliv znečištění vody. Jsou velmi citliví k toxikantům ve vodním prostředí. Jejich chování monitorují kamery, které při úhynu sledovaných ryb zalarmují obsluhu. Na základě tohoto zjištění se pak provoz v úpravně zastaví, zjišťují se příčiny a sjednává náprava.

Pstruzi nesmí být staří, ideální jsou tříměsíční až půlroční ryby, které kontrolují vodu asi rok. Po této době ztrácejí citlivost na toxické látky a musí být vyměněni. Některé z ryb jsou následně testované výzkumným ústavem na potencionální škodliviny. Pstruzi duhoví se k tomuto účelu používají už více než dvacet let.

Domovní úprava vody

Některé vlastnosti vody lze upravit pomocí různých zařízení určených k úpravě vody. Nejčastěji se jedná o reverzní osmózu, odstraňování některých látek nebo naopak přidávání minerálních látek do vody. Domovní úpravny jsou určené buď pro jednotlivé zařizovací předměty, nebo pro celou budovu. Nabídka úpravy vody je velmi široká: kuchyňské filtry, změkčování vody, odstraňování dusičnanů, mechanická a písková filtrace železa, manganu, odstraňování chloru a radonu, UV lampy, ozonizace, filtry multifunkční, dezinfekce vody atd. Podrobnosti viz [3].

Místo těchto domovních úpraven vody dává mnoho lidí přednost instalaci rozvodného potrubí z mědi pro její baktericidní vlastnost. Voda v měděném potrubí je během několika hodin zbavena bakterií až z 90 %. Z hlediska hygienického je toto opatření zbytečné. Přísná norma na kvalitu vody zajišťuje, že voda z veřejného zdroje je nezávadná a vhodná na trvalé pití bez omezení.

Mobilní úpravna vody

V rámci cvičení „Voda 2016“ Magistrát hl. m. Prahy ve spolupráci s Ministerstvem zemědělství ČR, a dalšími subjekty, vyzkoušel v září 2016 dvě mobilní úpravny vody, které mají v případě krizových situací a znemožnění fungování stávajícího systému distribuce pitné vody zajistit její nouzovou dodávku v požadované kvalitě. Podrobnosti viz [4].

Voda z vodovodu pro veřejnou potřebu

Většina vody používaná v domácnostech, v průmyslu, ve veřejném i soukromém sektoru pochází z vodovodu pro veřejnou potřebu. Mnoho odběratelů naříká, že se voda neustále zdražuje. Je však třeba si uvědomit, že proces úpravy vody surové na vodu splňující přísné parametry vody pitné je náročný a náklady nejsou zanedbatelné. Na konci této kapitoly jsou uvedena konkrétní čísla vztahující se k technickým a ekonomickým údajům jedné úpravny vody na Moravě. Složitost uspořádání úpravny, a z toho vyplývající náročnost procesu úpravy vody, je vidět z obr. 5.

Úpravny vody musí pracovat nepřetržitě. Jsou proto většinou stavěny se 100% rezervou, tedy dvě stejná zařízení propojená společným potrubím. Většina úpraven vody má své agregáty na výrobu elektrické energie pro případ, že by byla dodávka elektřiny ze sítě přerušena.

Výhody a nevýhody odebíraní vody z vodovodu pro veřejnou potřebu

Výhody:

• odpadají starosti s budováním studny a její údržbou;
• voda je dodávána se zaručenou kvalitou podle platných norem a dalších předpisů;
• při výpadku dodávky vody (např. poruše vodovodní sítě) vodárna dodává vodu v cisternách;
• teplota vody kolísá jen výjimečně (u dlouhých rozvodů neizolovaného potrubí ve velkých domech);
• za dodávku (dopravu) vody odpovídá vodárenská společnost.

Nevýhody:

• relativně vysoká cena;
• pokud praskne staré potrubí v zemi, může se následná oprava pohybovat v řádu hodin ale i dnů;
• odběratelé platí i ztráty vody v poškozeném (netěsnicím) potrubí.

Únik vody při dopravě z vodárny do míst spotřeby byl a je stále problémem. Staré a málo udržované vodovodní sítě v některých místech a spojích propouští upravenou vodu do půdy. Tuto „ztracenou“ vodu musí odběratelé bohužel také platit. Díky propracovanému systému průzkumu vodovodní sítě a vyhledávání skrytých úniků vody, které tvoří největší část objemu ztrát, se akciové společnosti Pražské vodovody a kanalizace (PVK) podařilo za posledních 15 let snížit ztráty vody na polovinu. Zatímco v roce 1997 se ještě ztrácelo přes 43 % vody, dnes je to jen okolo 17 %. V roce 2015 PVK prověřily 2 742 km vodovodní sítě a nalezly 327 skrytých úniků vody – viz [2].

Úprava vody

Než se voda dostane do úpravny, musí se tam dopravit ze zdroje. Tím jsou vodárenské nádrže (přehrady) nebo studny či vrty. Vzdálenost od zdrojů vody k úpravně je často několik kilometrů. Vodárenské nádrže musí být opatřeny na břehu označením, že se jedná o nádrž s ochranným pásmem a zákazem vstupu od určitých míst. Vodárenské studny a vrty musí být oploceny a zabezpečeny proti poškození atd. Rovněž tyto objekty jsou opatřeny označením „Zákaz vstupu“. Přečerpání vody ze studní vyžaduje většinou výkonnou čerpací stanici. Je třeba si uvědomit, že již toto jsou první náklady a nemusí být malé.

Příklad procesu úpravy vody je níže ve stručnosti popsán v takovém pořadí, jak probíhá v úpravně:

1. Aerace (provzdušnění); provádí se na kaskádách. Voda padá po schodech, kterých bývá nejčastěji 5 až 7 (podle potřeby provzdušnění). Schody jsou vysoké přibližně 1 metr a dlouhé 5 – 10 metrů. Při provzdušňování se voda zbaví volného oxidu uhličitého (CO₂) a nasytí kyslíkem (O₂). Rozpuštěné dvojmocné formy iontů železa a manganu se změní na nerozpustnou trojmocnou formu. Tak vzniknou kvalitní vločky nerozpustných sloučenin potřebné pro další úpravu surové vody.

2. Flokulace (dávkování vápna); jedná se o fyzikálně-chemický proces. Spočívá v napouštění vápenného mléka do surové vody. Tím se z vody vylučuje nadbytečný nerozpustný hydroxid železitý (FeOH₃). Flokulace probíhá obvykle ve dvou nebo více nádržích. Objemy nádrží jsou v jednotkách tisíců m³. V každé je umístěno míchací čerpadlo. V první nádrži dochází k rychlému míchání, aby se suspendovaný hydrát dobře rozmíchal.

Ve druhé nádrži pracuje pomalejší míchadlo. Vločky se neusazují, ale plavou na povrchu. Při dlouhodobém používání vápna dochází k narušování některých částí čerpadel a dalších technických zařízení úpravny vody. Některé úpravny proto nahrazují vápno ozonem, kterým lze hydroxid rovněž odstranit.

3. Sedimentace (usazování látek z vody); přes sedimentační nádrž dlouhou 20–25 metrů protéká voda velmi pomalu po dobu přibližně 2 hodin. Během této doby se z vody usadí téměř veškerý vysrážený hydroxid železitý (FeOH₃), uhličitan vápenatý (CaCO₃), hydráty, organické a další látky. Usazené látky na dně (kal) se shrabují do jímky a po jejím naplnění přečerpávají do kaliště (kalové laguny).

4. Filtrace (zachycování rozptýlených látek); vrstva křemičitého písku slouží k zachycování jemných látek, které se neoddělily od upravované vody sedimentací. V úpravně je v provozu vždy filtrů více (6 až 10 podle jejich velikosti). Vrstva písku je podle velikosti filtru různě vysoká, většinou v rozmezí 100 až 150 cm. Na dně filtračních nádrží jsou umístěny tlakové trysky. Pokud je filtrační písek zanesený nečistotami, musí tlakem vody z trysek vyčistit (regenerovat). Tato regenerace se provádí přibližně jednou za 3 až 4 týdny podle rozsahu znečištění upravované vody.

5. Dezinfekce (hygienické zabezpečení kvality); chlorováním se voda chrání proti mikrobiologickému oživení organizmů ve vodě. Chlor musí být bezpečně skladován a kontrolováno jeho správné uložení a přesné dávkování do vody. Jiné možnosti dezinfekce jsou ozonizace, UV záření nebo membránová filtrace, všechny jsou však finančně náročnější než chlorování vody.

6. Akumulace (vytvoření zásoby); v akumulačních nádržích úpravny vody se shromažďuje upravená, hygienicky zabezpečená voda. Velikost a počet nádrží záleží na požadavku množství dodávané vody. Každá nádrž má obvykle objem několik tisíc až desítek tisíc m³. Voda se v nádržích nezdržuje, každý den se její obsah přečerpá podle potřeby odebraného množství dvakrát až třikrát. Z akumulačních nádrží se voda čerpá do vodojemů, kterých obvykle bývá více v závislosti na počtu vyvýšených míst v dané lokalitě.

7. Přečerpávání; strojovna v úpravně vody je vybavena čerpadly, tlakovými nádobami a dalším technickým zařízením, pomocí kterého se voda čerpá do vodojemů. Množství vody může být podle potřeby několik stovek, ve velkých úpravnách až tisíc litrů za sekundu. Aby se přečerpalo tak velké množství vody, používají se čerpadla o příkonu i několik stovek kW. Čerpadel je vždy více, pro případ poruchy a nutné opravy některého z nich.

8. Ukládání kalu; ze sedimentace a filtrace se nečistoty (kal) shromažďují v kalové jímce umístěné v úpravně vody. Odtud se odvádí do kalové laguny. Je to venkovní prostor o velikosti několika stovek m². Laguna se zaplní za několik desítek let. Kal se z ní potom vytěží a převáží na skládku.

9. Řízení procesu výroby pitné vody; provádí se nepřetržitě pracovníky pracujícími v 8 nebo 12hodinových směnách. Vedoucí směny kontroluje provoz z řídicího centra (velínu). Úpravny jsou většinou napojeny na dispečink řídicího závodu, který se často nachází v jiném místě než samotná úpravna vody.

10. Kontrolní měření; zjišťování kvality vody zahrnuje obvykle kontinuální měření obsahu volného chloru a kontrolní měření určených ukazatelů kvality procesu úpravy. Podle výsledků kontrolního měření se případně provádí regulace dávkování a dále odběr vzorků pro komplexní rozbor kvality vody v laboratoři dle harmonogramu.

11. Komplexní rozbor upravené vody; provádí se mimo úpravnu ve specializované akreditované laboratoři. Rozbor surové i upravené vody se provádí denně.

12. Bezpečnost provozu; zahrnuje nejen běžné BOZP a PO, ale také ochranu objektu před cizími osobami. Proto je objekt hlídán nepřetržitě kamerami, které musí zabírat všechny vchody a další důležitá místa úpravny vody.

Úpravna vody – technické údaje a náklady

Níže jsou uvedeny nejdůležitější technické údaje a náklady provozu úpravny vody, která upravuje surovou vodu z podzemních zdrojů na vodu pitnou. Tyto konkrétní údaje poskytla úpravnou fungující na východě Moravy. Úpravna byla uvedena do provozu v roce 1952.

Velká rekonstrukce a modernizace proběhla v letech 1995 až 1997. Bezpečnost provozu, vybavení kamerami a další technická zařízení se postupně doplňují a modernizují v průběhu provozu.

Tato úpravna zpracovává výhradně podzemní vodu získávanou ze studní. Počet studní, ze kterých se odebírá voda – 17, hloubka studní – 35 až 40 metrů, vzdálenost studní od úpravny vody – cca 3,5 km, průměr potrubí vedoucího od studní do úpravny vody – 600 mm, spotřeba vápenného hydrátu – 200 t·a^–1, spotřeba prací vody na regeneraci filtrů – cca 240 000 m³·a^–1, spotřeba chloru – 7 000 kg·a^–1, maximální výkon úpravny 400 l·s^–1, průměrné využití kapacity úpravny – cca 50 %, množství vyrobené (upravené) vody za rok – cca 3,5 mil. m³, spotřeba elektrické energie – cca 2,7 MWh·a^–1. Cena vody pro konečného spotřebitele, dodávané touto úpravnou, ­činila v listopadu 2016 s daní 86,46 Kč·m^–3.

Pro porovnání: podzemní pitná voda pro Prahu je získávána ze zdrojů břehové infiltrace, ze soustavy 680 vrtaných studní. Vydatnost všech zdrojů úpravny vody Káraný je cca 1750 l·s^–1. Doprava pitné vody pro Prahu z úpravny vody Želivka je zajištěna štolovým přivaděčem o délce 51,97 km. Množství vyrobené vody za rok – cca 18,6 mil. m³. Cena vody v Praze v listopadu 2016 činila s daní 85,18 Kč·m^–3 – viz [2].

Cena pitné vody se odvíjí ve všech úpravnách zejména od nákladů na její výrobu, distribuci a další služby. Při rekonstrukcích úpraven vody vycházejí náklady podle rozsahu prací řádově okolo 100 milionů Kč. Tak velké náklady může málokterá vodárenská organizace uhradit bez problémů. Operační program životní prostředí (OPŽP) pomáhá vodárnám finančně při rekonstrukcích a modernizaci provozu. Přesto po každé velké rekonstrukci musí vodárna odběratelům vody cenu navýšit.

Proces úpravy vody získané z vodárenských nádrží (povrchová voda) nebo ze studní čerpajících podzemní vodu probíhá podobně. Kyselé deště, prach v ovzduší a další nečistoty obsažené ve vzduchu jsou příčinou mnohem náročnější úpravy vody na parametry vody pitné. Úprava vody z vodárenských nádrží je téměř vždy pracnější než ze studní. Povrchovou vodu norma ČSN 75 7221 rozděluje podle 46 kritérií do 5 jakostních tříd: voda velmi čistá, čistá, znečištěná, silně znečištěná a velmi silně znečištěná. Úpravna, která z povrchové vody velmi čisté vyrábí vodu pitnou, má značnou výhodu proti úpravně, která dostává vodu silně znečištěnou. Bohužel povrchových vod čistých a velmi čistých je málo.

Podzemní voda téměř vždy projde několika metry zeminy. Částečně je pročištěná a náklady na úpravu jsou proto nižší. Množství upravované vody z nádrží je větší než podzemní ze studní. Objemy vodárenských nádrží s povrchovou vodou určenou pro úpravu jsou v desítkách milionů m³; studny tak velký objem vody nemají.

---

Public water supply system versus water well

The article discusses several water sources for building supply. It compares advantages and disadvantages of public water supply and private water well, also implies rainwater utilization. The article describes water quality requirements and its treatment possibilities. Furthermore, it describes various well constructions, costs, legalization process, operation and maintenance.

Keywords: Public water supply system, water quality, water treatment, groundwater, water well, rainwater

• Dokončení příště