Při dvoustupňové úpravě vody se jako druhý separační stupeň v současnosti využívá především rychlofiltrace, která se vyvinula z filtrace pomalé. První pomalé filtry byly navrženy v roce 1829 v Anglii.

Úvod

Úprava vody pomalou (biologickou) filtrací je analogií čistících procesů povrchových vod v přírodě. Při pomalé filtraci je technologicky nejúčinnější horní vrstva písku v tloušťce 1 až 2 cm, tzv. biologická blána, s intenzivním oživením aerobními mikroorganismy a řasami.

První rychlofiltry byly uvedeny do provozu v Somerville (New Jersey, USA) v roce 1885, v Evropě v úpravně vody pro město Curych (Švýcarsko) v roce 1895. Tyto rychlofiltry měly uspořádání průtoku stejné jako pomalé filtry, tj. voda protékala zatopenou vrstvou písku směrem shora dolů gravitací. Převážná většina současných konstrukcí je založena na stejném principu. Od pomalých filtrů se rychlofiltry liší vyšší filtrační rychlostí, hrubší zrnitostí náplně a menší potřebnou plochou.

Podle konstrukce rozlišujeme dvě základní varianty rychlofiltrů, a to evropské a americké. Rozšířenější jsou evropské rychlofiltry, staví se s mezidnem nebo bez mezidna a jsou prány vzduchem a vodou zpravidla zdola. Americké rychlofiltry jsou vývojově starší, bez mezidna a jsou prány shora i zdola. Jako náplň filtrů se používá nejčastěji křemičitý písek.

U starších otevřených rychlofiltrů je možné přistoupit k jejich inovaci. Pokud jsou nádrže filtrů v dobrém stavebním stavu, je jednoduchou inovací zavedení vícevrstvé filtrace, která zvýší kalovou kapacitu filtru a prodlouží filtrační cyklus. Vrstev může být více, ale již dvě vrstvy významně zlepší funkci filtru. V úvahu přichází rovněž zavedení jiného materiálu do filtrační náplně než je klasický křemičitý písek. Lze využít antracit, který se hodí jako horní vrstva nebo zvážit použití zrněného aktivního uhlí, které má kromě filtračního i sorpční účinek. Provoz filtru s aktivním uhlím je však výrazně dražší, neboť po poklesu sorpčního efektu je třeba náplň vyměnit, k čemuž dochází v závislosti na kvalitě filtrované vody po několika letech. Přesto je filtrace přes aktivní uhlí oblíbená, protože dokáže snížit koncentrace i těch druhů znečištění, které projdou klasickým filtrem.

Kromě nahrazení či doplnění náplní filtrů je vhodné uvažovat i o konstrukčních zlepšeních, a to směrem ke konstrukcím bez mezidna, avšak se zachováním principu používání pracího vzduchu (obvyklého u evropských filtrů), což umožňuje nižší spotřebu prací vody. V úvahu přicházejí systémy Novák, Leopold a v současné době i Triton [1].

Drenážní systém Triton

Konstrukce drenážního systému Triton patentovaná společností Johnson Screens (Francie) sestává ze dvou samostatných ploch, které plní funkci gravitační drenáže dna filtru. Vnější drenážní povrch parabolického tvaru s navinutými dráty ve tvaru „V“, které zabraňují ucpávání štěrbin mezi dráty mechanickými nečistotami, se může v případě potřeby velice snadno očistit zpětným tokem filtrátu. Vnitřní povrch drenáže vyrobený z patentovaného U-profilu poskytuje nutnou podpěru vnějšímu povrchu [2].

Velmi pevná konstrukce montážních částí filtračních segmentů a různé průměry průtočných otvorů na vnitřních U-profilech mají následující výhody: 

• rovnoměrnou distribuci toku kapaliny v režimu filtrace i během fáze zpětného praní, 
• rovnoměrné rozdělení vzduchu během fáze zpětného praní, 
• vysokou mechanickou pevnost konstrukce filtru.

Veškerý materiál je vyroben z nerez oceli (kromě těsnících podložek), čímž je zajištěna lepší odolnost proti korozi, mechanická pevnost a delší životnost filtračního systému. Systém je převážně dodáván v nerez oceli 304 L nebo 316 L [2].

Spodní vrstva hrubozrnného štěrku není nutná, neboť lze vyrobit filtr, který se bude hodit pro jakoukoli zrnitost filtračního media. Segmenty Tritonu mají nízkou výšku (cca 120 mm), takže se může zvýšit hloubka filtračního media a náklady na instalaci a údržbu tohoto drenážního systému se tak mohou snížit. Pokrytí vnější filtrační plochy filtračním mediem je větší (cca o 25 %) než je tomu u plochého filtru s tryskami, čímž jsou redukovány mrtvé zóny.

Drenážní systémy Triton mohou rovněž odolávat větším tlakům vody a vzduchu než ploché drenážní systémy tryskového typu, takže je možné použít menší rozměr filtračních segmentů a tím snížit stavební náklady.

Samonosná konstrukce jednotlivých filtračních modulů umožňuje snadnou a rychlou instalaci. Během filtrační i prací fáze je zajištěna rovnoměrná distribuce toku vzduchu a vody [2].

Příklady použití drenážního systému Triton na úpravnách vody v ČR

Drenážní systém Triton splňuje hygienické požadavky na výrobky přicházející do styku s pitnou vodou a má certifikát Státního zdravotního ústavu Praha pro použití k trvalému styku s pitnou vodou v rámci České republiky ve smyslu zákona 258/2000 Sb. a vyhlášky MZ ČR 409/2005 Sb.

V naší republice byl systém Triton poprvé použit v roce 2010 při rekonstrukci úpravny vody Štítná nad Vláří, a to na dvou filtrech o celkové ploše cca 32 m². Tato úpravna vody byla v době rekonstrukce v provozu již 35 let a stav strojního zařízení i vybavení byl úměrný stáří stavby.

Zdrojem surové vody zmíněné úpravny jsou potoky Zelenský a Vápenický, jako rezerva slouží blízká umělá sypaná přehrada.

Původní drenážní systém pískových filtrů byl tryskový s plastovými hlavicemi na železobetonových mezidnech. Při provozu staré úpravny dosahoval průtok filtrátu až 14 l.s^-1. S ohledem na předpokládanou zvýšenou spotřebu při zásobování dalších obcí pitnou vodou se počítalo po rekonstrukci úpravny se zvýšením produkce filtrátu na max. průtok 24 až 26 l. s^-1.

V lednu 2010 byly zahájeny stavební práce, bylo provedeno odtěžení starého filtračního písku FP2 a po té zahájena demolice mezidna v první komoře, druhý filtr byl v chodu v normálním provozu. Počátkem února byly zaměřeny délkové a šířkové rozměry první filtrační komory a výkresová dokumentace byla upravena na skutečné rozměry. Podle projektové dokumentace byly provedeny potřebné prostupy pro odtok filtrátu a přívod prací vody a vzduchu, vyspraveny stěny komory a vybetonován centrální kanál.

Montáž prvního filtru na ploše 16 m² včetně bublinkového testu byla provedena během 3 dnů. Bublinkový test proběhl při hladině vody cca 30-40 cm nad drenážními segmenty Triton při výkonu dmychadla cca 50% a 90% při výstupním tlaku na dmychadle asi 16 kPa. Tento test ověřil propustnost drenážního systému v celé ploše filtru a bylo nutno ho opakovat při zatížení filtračním mediem.

Po dokončení rozvodu prací vody a vzduchu byl drenážní systém Triton se standardní šířkou štěrbiny 0,3 mm překryt vrstvou původního filtračního písku FP2 (0,80 m) a PR 1-2 (0,60 m) o celkové výšce 1,40 m nad drenážními segmenty.

Praní prvního filtru proběhlo v květnu až červnu 2010 za plného provozu stavby a při ručním seřizování parametrů dmychadla a pracích čerpadel. Po vyhodnocení výsledků byl stanoven režim filtrace a praní filtru. Tento režim byl dlouhodobě sledován a aplikován provozovatelem. Opravené optimální parametry dmychadla, čerpadel a hladin vody před praním byly zafixovány do SW automatického řídicího systému ovládání provozu úpravny [3].

V červnu roku 2012 byla zahájena rekonstrukce úpravny vody Kroměříž. Úpravna je v provozu od roku 1978, takže již bylo nutné modernizovat strojní a technické zařízení, přičemž při inovaci filtrů byl využit systém Triton.

Úpravna je největším zásobovatelem pitné vody na Kroměřížsku, jejím zdrojem je převážně podzemní voda z pramenišť Hradisko, Postoupky, Miňuvky, Podzámecká zahrada, Břest, Břestský les, Plešovec a Hulín.

Původní úpravna vody byla vybudována na výkon 200 l.s^-1. Jednalo se o dvoustupňovou úpravnu vody, kde jednotlivé stupně separace tvořila sedimentace a rychlofiltrace na otevřených pískových filtrech s mezidny s tryskovým drenážním systémem.

Technologie úpravny po rekonstrukci sestává z oxidace Fe a Mn ozonem a dále z flokulace, sedimentace, filtrace, odkyselení filtrované vody na aeračních věžích a desinfekce plynným chlorem. Voda je po úpravě čerpána do zemního vodojemu Barbořina. Maximální výkon rekonstruované úpravny je 170 l.s^-1.

Drenážní systém Triton byl navržen pro čtyři filtrační jednotky, jejichž rekonstrukce byla rozdělena do dvou etap: I. linka (2 filtry) – dokončení v listopadu 2012, II. linka (2 filtry) – dokončení do poloviny roku 2013.

V srpnu 2012 byly zahájeny stavební práce na fitrech, provedeno odvodnění komor a odtěžení starého filtračního písku FP2. Následně byla zahájena demolice mezidna v prvních dvou komorách I. linky, přičemž II. linka byla v provozu. Stěny komor byly vyspraveny betonovou mazaninou a koncem srpna 2012 mohla být zaměřena délka a šířka hotových komor I. linky. Výkresová dokumentace byla upravena na skutečné rozměry filtrů a podle ní byly provedeny potřebné prostupy pro odtok filtrátu, přívod prací vody a vzduchu, vyspraveny stěny komory a zhotoven centrální kanál.

Koncem října 2012 byla na úpravně vody Kroměříž zahájena montáž drenážního systému Triton na prvních dvou filtrech. Celková doba této montáže trvala 8 dnů včetně bublinkových testů. V polovině listopadu pak bylo zahájeno plnění filtrů původním filtračním materiálem. Po zavodnění filtrů a ošetření filtrační náplně manganistanem draselným byly v prosinci 2012 oba filtry vyprány v sedmi pracích cyklech s vynikajícími výsledky, co se týká rovnoměrného rozdělení pracího media po celé ploše filtru. V roce 2013 byl drenážní systém Triton namontován i do dalších dvou filtrů.

Průměrná filtrační plocha původních filtrů s plastovými tryskami byla cca 36,97 m², filtrační plocha jednoho filtru s Tritonem je 40,81 m², což je o 11,2% víc než u předchozího plochého tryskového systému. Použita byla standardní šířka štěrbiny 0,3 mm, překrytí segmentů bylo provedeno původním pískem FP2. Celková vrstva filtračního lože dosahuje cca 1,50 m [4].

Úpravna vody Kroměříž byla po celkové rekonstrukci slavnostně otevřena v říjnu 2013.

Závěr

Drenážní systém Triton patří k nejmodernějším a nejkvalitnějším drenážním systémům instalovaným v současné době v úpravnách vod ve světě. Vzhledem k samonosné konstrukci drenážních segmentů je montáž tohoto systému velmi snadná a rychlá, stavební úpravy pro montáž segmentů jsou přitom minimální. Fungování drenážního systému Triton je ve světě více než desetileté a nyní si tento systém našel uplatnění i u nás. 

Příspěvek byl zpracován v rámci řešení grantového projektu specifického výzkumu VUT v Brně číslo FAST-S-12-36/1713.