Vědci z Ústavu pro hydrodynamiku AV ČR popsali, jak ovlivňuje přítomnost organických látek uvolňovaných do vody při odumírání sinic a řas (COM) vlastnosti vloček vznikajících při úpravě vody. Výsledky výzkumu byly publikovány v prestižním časopisu Journal of Environmental Sciences.
Vlivem eutrofizace (obohacování vod o živiny – především o dusík a fosfor ze zemědělské činnosti, odpadních vod apod.) dochází každoročně v nádržích využívaných jako zdroj pitné vody ke zvýšenému nárůstu sinic a řas. Kromě buněk sinic a řas však voda obsahuje i organické látky, které zmíněné mikroorganismy vylučují během života (EOM = Extracellular Organic Matter) a které se do vody uvolní z buněk po jejich odumření (COM = Extracellular Organic Matter). Souhrnně se tyto látky označují termínem Algal Organic Matter (AOM). Jedná se o poměrně složitou směs látek (proteiny, peptidy, sacharidy, organické kyseliny atd.), která zahrnuje molekuly s velmi odlišnou velikostí i dalšími vlastnostmi.
Koagulace – základní technologie úpravy vody
Principem technologie nejčastěji využívané při úpravě vody – tzv. koagulace – je vytvoření suspenze (nerozpuštěných částic) z nežádoucích látek, které jsou ve vodě obvykle přítomny v rozpuštěné, případně koloidní formě. Do vody je dávkováno koagulační činidlo (hlinitá nebo železitá sůl), které ve vodě hydrolyzuje (reaguje s vodou). Prostřednictvím míchání se produkty hydrolýzy činidla a částice nežádoucích látek setkávají, interagují spolu a dochází k tvorbě tzv. vloček – tedy suspenze, kterou je následně možné odstranit sedimentací, nebo flotací, a filtrací přes pískové filtry. O tom, jak budou tyto separační procesy účinné, rozhodují vlastnosti tvořených vloček (velikost, struktura/hustota).
Co a jak ovlivňuje vlastnosti vloček?
Velikost vloček je v první řadě ovlivněna intenzitou míchání vyjadřovanou zpravidla tzv. rychlostním gradientem G. Aplikací vysokých intenzit míchání jsou tvořeny malé husté vločky a naopak. Míra poklesu velikosti vloček se zvyšující se intenzitou míchání je nicméně různá pro vločky tvořené různými složkami, tedy nečistotami i činidly. Konkrétně to znamená, že vločky vytvořené železitým činidlem (ze stejné surové vody při stejné intenzitě míchání) budou mít jiné vlastnosti než vločky vytvořené s použitím činidla hlinitého. Rovněž vločky vytvořené z různých typů vod (např. huminových, obsahujících řasy/sinice a jejich produkty, nebo obsahujících jílové minerály) budou mít různou velikost i hustotu, přestože k jejich tvorbě použijeme stejné činidlo i intenzitu míchání.
COM zvětšují vločky a mění jejich strukturu
Publikovaná studie porovnává vločky obsahující kaolinit (zástupce jílových minerálů běžně přítomných ve zdrojích surové vody), proteinovou část COM sinice Microcystis aeruginosa a obě zmíněné složky současně. K jejich koagulaci bylo použito hlinité (Al) nebo železité (Fe) činidlo. Celkem tedy bylo hodnoceno 6 různých typů vloček. Jejich velikost roste v pořadí: kaolinit+Al < kaolinit+Fe < COM+Al < kaolinit+COM+Al < COM+Fe < kaolinit+COM+Fe. Z toho vyplývá, že obsah COM značně zvyšuje velikost vloček a zároveň železité vločky jsou větší než jejich hlinité ekvivalenty. Důvodem větších rozměrů COM-vloček není jen vyšší velikost molekul COM-proteinů oproti kaolinitu, ale také slabé vazebné interakce (poutají jednotlivé složky vloček k sobě), které při nízkých intenzitách míchání způsobují tvorbu vloček s porézní/rozvětvenou strukturou (a tedy i větší velikostí). Při vyšších intenzitách míchání se tyto slabé interakce už nemohou uplatnit a rozdíl velikostí COM-vloček a vloček tvořených kaolinitem už není tak výrazný.
Důsledky pro separaci
Na základě zjištěných vlastností různých typů vloček připravených při různých intenzitách míchání byly navrženy vhodné separační procesy. Přímá filtrace je vhodná pro všechny typy vloček produkovaných při vysokých intenzitách míchání (cca G > 80 s-1) kromě vloček obsahujících současně COM a Fe. Ty jsou již příliš velké a porézní, tudíž nepronikají do celého filtračního lože, ale zůstávají pouze na povrchu pískových filtrů. Pro všechny vločky obsahující COM+Fe a kaolinit+COM+Fe a pro ostatní vločky produkované při nízkých intenzitách míchání (cca G < 80 s-1) je tedy nutné zařadit jako první separační stupeň sedimentaci, kde se tyto velké vločky odstraní, a tudíž už nadměrně nezatěžují pískové filtry.
