Technická a provozní opatření pro úsporu vody

Energetické provozy jsou zařízení na produkci tepla, elektřiny nebo obojího (tzv. kogenerace). Pracovním médiem je voda, která se v kotli ohřívá, nebo mění v páru, slouží jako teplonosné médium, nebo expanzí v turbíně přeměňuje tepelnou energii v mechanickou, která se dále mění v generátoru elektřiny na energii elektrickou.

Zcela zásadní je pro energetické provozy (horkovodní, parovodní, paroplynové, chladící vody) kvalita přídavné vody. Nároky na kvalitu vody a tím na úpravu přídavné vody jsou prioritně zaměřeny na minimalizaci koroze, tvorby úsad a mikrobiálního oživení. Zcela zásadní je i důraz na kvalitu a množství vypouštěných odpadních vod. Není výjimkou upřednostnění použití technologie, která je provozně méně výhodná, ale vyhovující z hlediska vlivu na životní prostředí, tj. z pohledu dodržení daného vodoprávního rozhodnutí a vodoprávních limitů.

Kvalita přídavné vody

Pro výrobu demineralizované vody se v energetice využívá povrchová voda (přímo z toku, z přírodní nádrže), pitná voda se využívá z ekonomických důvodů minimálně, podzemní jen výjimečně (vyšší koncentrace solí, nedostatečné množství) např. v mikroelektronice (výhodou jsou minimální změny ve složení a zjednodušená předúprava). Snížení spotřeby vody do parovodních okruhů je tedy založeno na zvýšení kvality vyráběné páry, především zaváděním úpravy přídavné vody membránovými procesy, mikrofiltrace, ultrafiltrace, nanofiltrace a zejména reverzní osmóza, která postupně nahrazuje klasický způsob demineralizace na ionexech.

Výběr technologie na výrobu demineralizované vody a také předřazené předúpravě povrchové vody závisí na zdroji (v ČR je většina energetických zařízení na Vltavě, Ohři a Labi), vlivu přítoků a případného průmyslového znečištění. Kvalita povrchové vody v řece se také mění během roku podle klimatických podmínek (při deštích a tání sněhu se obsah nerozpuštěných, koloidních a organických látek zvyšuje, při nízkém množství srážek stoupá obsah solí).

Před demineralizací je nutné odstranění suspendovaných a koloidních látek předúpravou fyzikálním (filtrace zrnitým ložem, nejčastěji písková filtrace) nebo chemickým procesem (koagulace a čiření). Obdobnou technologií k čiření (sedimentace kalu, čistá voda odtéká horem) je flotace (do suspenze dávkován vzduch, kal vynášen na povrch, čistá voda odtéká spodem). Pro demineralizaci je předúprava pouze filtrací nevhodná, je nutno odstranit suspendované, organické a koloidní látky, což lze řešit koagulační filtrací předřazeným dávkováním anorganického koagulantu (chlorid nebo síran železitý), případně část nahradit polymerním koagulantem. Koagulační filtraci lze úspěšně použít jen pro menší výkony a relativně čisté vody. Volba vhodné technologie předúpravy závisí na charakteru znečištění, množství organických, koloidních látek a velikosti odstraňovaných částic. Pro úpravu vody s vyšším obsahem suspendovaných látek je používáno čiření v reaktorech (srážecí reakce, sedimentace) a následná filtrace čiřené vody. Pro výběr technologie předúpravy koagulací a čiřením je důležitá alkalita surové vody, pH a obsah vápníku. Při kyselém čiření je použit anorganický koagulant na bázi Fe³⁺ solí, pro optimalizaci dávky (snížení produkce kalu a při nízké alkalitě surové vody lze část anorganického koagulantu nahradit organickým koagulantem na bázi polyaluminiumchlorid. Při alkalickém čiření je kromě koagulantu dávkován alkalizační prostředek (obvykle vápno) a probíhá současně dekarbonizace (odstranění uhličitanu vápenatého a hořečnatého, tzv. změkčování vody). Kyselé čiření je používáno pro energetické zařízení na řece Vltavě. Na Labi a moravských řekách je typické alkalické čiření. Na Ohři je rozhraní, ale většinou kyselé čiření.

Další fází předúpravy po čiření je filtrace standardně na pískových filtrech, zde existuje optimalizace pro spotřebu energie, pracích vod a množství odpadních pracích vod až na 50 % záměnou filtrační hmoty.

K dosažení požadované kvality přídavné vody do parovodních, horkovodních a paroplynových provozů je deminarizace. Klasická úprava ionexovými technologiemi je prováděna v několika stupních katex k odstranění kationtů, anex k odstranění aniontů včetně oxidu křemičitého (SiO₂), konečnou kvalitu zajišťuje většinou mixbed (směs silně kyselého katexu a silně bazického anexu). Způsob úpravy vody je dán požadavky provozu. Při úpravě přídavné vody pro napájení parních nebo horkovodních kotlů je dostačující úprava změkčením na silně kyselé ionexové koloně. Podle charakteru upravované vody, a hlavně pro využití vratného kondenzátu je zařazována dekarbonizace (odstraňování hydrogenuhličitanu vápenatého) na slabě kyselém katexu.

Staré ionexové technologie lze modernizovat, např. souproudá regenerace (regenerační roztok protéká ionexem stejným směrem jako upravená voda během pracovního cyklu) má vysoké nároky na regeneraci, modernizace na protiproudou regeneraci (regenerační roztok protéká opačným směrem) by znamenala snížení spotřeby regenerantu a množství odpadních agresivních vod. 

K výraznému snížení spotřeby chemikálií a minimalizaci solnosti v odpadních vodách lze modernizovat provozy úpravu vody membránovými procesy. Klasické metody čiření a filtrace lze nahradit zařízením s ultrafiltračními membránami. Pro demineralizaci je to reverzní osmóza RO nebo elektrodeionizace EDI (příprava vody pro makroelektroniku). Pro odstranění rozpuštěných solí použitím membránových technologií je však podmínka kvalitní předúprava vody (kombinace čiření a filtrace na požadovaný “koloidní index”, odstranění mikroorganismů, ochrana před vylučováním uhličitanu vápenatého (CaCO₃) dávkováním antiskalantů, zvýšení pH dávkováním hydroxidu sodného (NaOH) k odstraňování oxidu uhličitého (CO₂), atd.). Provoz s reverzní osmózou snižuje nároky na obsluhu, mírně zvyšuje nároky na spotřebu energie a spotřebu surové vody, objem neagresivních odpadcích vod stoupá, ale výrazně “řádově” se snižuje solnost v odpaní vodě a odstraňuje organické látky téměř kompletně. Volba vhodné technologie (ionexové demineralizace x reverzní osmóza) na požadovanou kvalitu je však vždy závislá na kvalitě dostupné povrchové vody.

Technologie EDI spolu s mikrofiltrací nebo ultrafiltrací a RO umožňuje výrobu demineralizované vody nejvyšší čistoty bez použití chemikálií a bez produkce agresivních odpadních vod. Nanofiltrace by mohla nahradit změkčení a odsolení při úpravě napájecí vody pro kotle nízkých parametrů, současně by se snížila spotřeba regenerantu a množství odluhu.