Úprava vody


Úprava pitné vody je technologické odvětví, jehož cílem je dosažení takových vlastností, aby byly splněny požadavky na kvalitu vody z hlediska jejího dalšího použití. Využívá poznatků mnoha vědních disciplín, např. hydrochemie, biochemie, koloidní chemie, fyzikální chemie povrchů, hydrodynamiky, stavebního a chemického inženýrství nebo matematického modelování. Zejména úprava vody pro pitné účely je s rostoucí populací stále aktuálním tématem. Úprava vody (z povrchových zdrojů) na vodu pitnou zahrnuje následující technologické procesy: úprava pH, případně předoxidacetvorba suspenze (destabilizace/koagulace a agregace/flokulace znečišťujících příměsí pomocí železitých/hlinitých činidel); separace suspenze (sedimentaceflotacefiltrace) a hygienické zabezpečení. Procesy tvorby a separace suspenze lze také spojit do jednoho technologického kroku s využitím tzv. čiření ve speciálně konstruovaných zařízeních - čiřičích. K odstranění nežádoucích látek (především v nižších koncentracích), které není možné odstranit výše uvedeným způsobem, lze použít proces adsorpce (na aktivním uhlí, organických pryskyřicích, ionexech) nebo membránové procesy (mikro-, ultra-, nanofiltrace, reversní osmóza).

Skupina úpravy vody se zabývá studiem mechanismů odstraňování problematických příměsí z vody. Jsou to jednak tzv. AOM (Algal Organic Matter), organické látky pocházející z metabolické činnosti a rozkladu sinic a řas, odstraňované konvenční technologií, tj. koagulací (tvorba suspenze pomocí železitých/hlinitých koagulačních činidel a její následná separace), případně s použitím tzv. předoxidace (např. manganistanem draselným, ozónem, chlórem nebo UV zářením). Za druhé jsou to mikropolutanty (pesticidy, léčiva atd.), které jsou odstraňovány pomocí adsorpce na aktivním uhlí. Nově se skupina úpravy vody zabývá výskytem a charakterizací mikroplastů v pitné vodě. Jelikož se jedná o mikropolutanty s potenciálním negativním vlivem na lidské zdraví, je jejich přítomnost v pitné vodě nežádoucí. Výzkum v této oblasti se zaměřuje také na přítomnost mikroplastů ve zdrojích surové vody a na účinnost odstranění mikroplastů jednotlivými procesy úpravy, které se při výrobě pitné vody používají. Je velmi důležité zaměřit se právě i na možnosti odstraňování mikroplastů během úpravy vody, protože doposud pro jejich eliminaci není navržena žádná speciální technologie. Dalším předmětem výzkumu je vliv fyzikálně-chemických parametrů (typ a dávka koagulačního činidla, pH, KNK4,5, teplota) a hydrodynamických podmínek (především velikost a distribuce gradientu rychlosti) na vlastnosti vloček (velikost, struktura, porosita, tvar) při konvenční úpravě vody. Vlastnosti vloček (agregátů) zásadně ovlivňují účinnost jejich následné separace. Aby bylo možné tvorbu agregátů optimalizovat pro konkrétní separační procesy, je důležité pochopit mechanismy agregace a vývoj vlastností agregátů v závislosti na zmíněných podmínkách.

Čermáková, L., Fialová, K., Kopecká, I., Barešová, M., Pivokonský, M. (2020). Investigating adsorption of model low-MW AOM components onto different types of activated carbon – influence of temperat­ure and pH valueEnvironmental Technology. (early view)

Pivokonský, M., Vašatová, P., Načeradská, J., Pivokonská, L.: Koagulace při úpravě vody: Teorie a praxe. Praha: Academia, 2020, 323 s.

Barešová, M., Načeradská, J., Novotná, K., Čermáková, L., Pivokonský, M. (2020). The impact of preozonation on the coagulation of cellular organic matter produced by Microcystis aeruginosa and its toxin degradation. Journal of Environmental Sciences. 98(December), 124-133.

Pivokonský, M., Pivokonská, L., Vašatová, P., Načeradská, J.: Sklenicová zkouška pro optimalizaci úpravy vody. Praha: Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i., 2019, 1. elektronické vydání, 56 s.

Novotná, K., Čermáková, L., Pivokonská, L., Cajthaml, T., Pivokonský, M. (2019). Microplastics in drinking water treatment – Current knowledge and research needs. Science of the Total Environment. 667(June), 730-740.

Gonzales-Torres, A., Pivokonský, M., Henderson, R. (2019). The impact of cell morphology and algal organic matter on algal floc properties. Water Research. 163(October), 114887.

Filipenská, M., Vašatová, P., Pivokonská, L., Čermáková, L., Gonzales-Torres, A., Henderson, R. K., Načeradská, J., Pivokonský, M. (2019). Influence of COM–peptides/proteins on the properties of flocs formed at different shear rates. Journal of Environmental Sciences. 80(June), 116-127.

Brányiková, I., Filipenská, M., Urbanová, K., Růžička, M., Pivokonský, M., Brányik, T. (2018). Physicochemical approach to alkaline flocculation of Chlorella vulgaris induced by calcium phosphate precipitates. Colloids and Surfaces B–Biointerfaces. 166(1), 54–60.

Pivokonský, M., Čermáková, L., Novotná, K., Peer, P., Cajthaml, T., Janda, V. (2018). Occurrence of microplastics in raw and treated drinking water. Science of the Total Environment. 643, 1644–1651.

Barešová, M., Pivokonský, M.; Novotná, K.; Načeradská, J.; Brányik, T. (2017). An application of cellular organic matter to coagulation of cyanobacterial cells (Merismopedia tenuissima)Water Research. 122, 70–77. 

Čermáková, L., Kopecká, I., Pivokonský, M., Pivokonská, L., Janda, V. (2017). Removal of cyanobacterial amino acids in water treatment by activated carbon adsorptionSeparation and Purification Technology. 173(1), 330–338.

Načeradská, J., Pivokonský, M., Pivokonská, L., Barešová, M., Henderson, R.K., Zamyadi, A., Janda, V. (2017). The impact of pre-oxidation with potassium permanganate on cyanobacterial organic matter removal by coagulationWater Research. 114, 42–49. 

 

Souhrnná výzkumná zpráva z projektu č. TJ01000169 (2018): Vliv podmínek flokulace (intenzita míchání a doba zdržení) na tvar a strukturu tvořených agregátů a účinnost jejich separace sedimentací a filtrací

Souhrnná výzkumná zpráva z projektu č. TJ01000169 (2019): Optimalizace laboratorních postupů pro efektivní řízení technologie úpravy vody.

 

Nabízená témata diplomových a disertačních prací

  • Vliv organických látek produkovaných fytoplanktonem na koagulaci a flokulaci
  • Adsorpce organických látek produkovaných fytoplanktonem na aktivním uhlí
  • Modelování tvorby agregátů s využitím populačního bilancování

Publikace je určena provozovatelům úpraven vod a slouží jako podklad pro optimalizaci procesu koagulace při úpravě vody. Pro optimalizaci se používají tzv. sklenicové optimalizační zkoušky (angl. jar tests). S jejich využitím je možné určit optimální provozní podmínky koagulace, tedy typ a dávku koagulačního činidla a hodnotu pH, při které musí koagulace probíhat, aby bylo dosaženo co nejvyšší účinnosti úpravy vody. Do určité míry je možné pomocí těchto testů optimalizovat i podmínky míchání, tedy velikost a dobu působení středního gradientu rychlosti potřebného pro přípravu suspenze (vloček) s vlastnostmi vhodnými pro určitý typ separace. Cílem publikace je sjednocení postupu sklenicových zkoušek, který je na úpravnách nekonzistentní, a jehož mnohdy nevhodná podoba může vést ke zkresleným výsledkům.