Podtatranská vodárenská spoločnosť, a. s., (PVS) vznikla v roku 2003 rozdelením štátneho podniku Východoslovenské vodárne a kanalizácie. PVS spravuje majetok siete vodovodov a kanalizácií v okresoch Poprad, Kežmarok, Stará Ľubovňa, Spišská Nová Ves, Gelnica a Levoča. Prevádzku od roku 2004 zabezpečuje dcérska spoločnosť Podtatranská vodárenská prevádzková spoločnosť, a. s., (PVPS), ktorá je vlastníkom vodárenskej infraštruktúry.

V zmysle platnej legislatívy je zodpovedná za obnovu a rozvoj verejných vodovodov a kanalizácií. V jej vlastníctve bolo v roku 2023 1 712 km vodovodov, 24 úpravní vôd, 165 vodojemov a 39 čerpacích staníc pitnej vody. Počet pripojených obyvateľov bol 301 000 a napojenosť na vodovody vo vlastníctve PVS bola 95,1 %. Na verejné kanalizácie bolo napojených 184 491 obyvateľov, čo predstavuje napojenosť na kanalizáciu 94,31 %. Vo vlastníctve PVS je 20 ČOV a 530 km kanalizácií.

Ambíciou vodárenskej spoločnosti je zlepšovať kvalitu života obyvateľov v regióne poskytovaním kvalitnej pitnej vody prostredníctvom verejných vodovodov a zabezpečovaním odvádzania odpadových vôd cez verejné kanalizácie. Cieľom je rozšíriť tieto služby pre čo najväčší počet obyvateľov a ostatných odberateľov napojených na vodovodnú a kanalizačnú sieť.

Vodári stavili na moderné systémy merania a automatizácie

„V oblasti zásobovania pitnou vodou sa PVS snaží implementovať do svojich prevádzok moderné, efektívnejšie a ekonomicky výhodnejšie technológie – moderné dávkovacie zariadenia chemikálií, systémy na dávkovanie kvapalného chlóru, UV lampy či systémy s diaľkovými ovládaním,“ hovorí na úvod nášho stretnutia Ing. Peter Ďuroška, generálny riaditeľ Podtatranskej vodárenskej spoločnosti, a. s. Na jednotlivých čistiarňach odpadových vôd (ČOV) bolo zavedené automatické riadenie dodávky kyslíka, kontinuálne meranie, regulácia a automatizácia procesov čistenia vody.

Aby sa zabezpečila optimálna prevádzka vodovodnej a kanalizačnej siete, pristúpila PVS v priebehu posledných rokov k modernizácii centrálneho dispečingu a zabezpečeniu telemetrického prenosu dát z jednotlivých sledovaných objektov, ako sú úpravne vôd (ÚV), automatické tlakové stanice, redukčné šachty, čerpacie stanice a ČOV. Za účelom identifikácie a znižovania strát v súčasnosti prebieha analýza a projektová príprava na realizáciu nových zariadení, hlavne na meranie prietoku vody, rýchlosti prúdenia a tlaku v potrubí. V nasledujúcej časti reportáže predstavíme moderné riešenia merania, regulácie a automatizácie, ktoré boli zrealizované na dvoch úpravniach vody v pôsobnosti PVS v Perlovej doline a na Štrbskom Plese.

Úpravňa vody Perlová dolina

Úpravňa vody v Perlovej doline sa nachádza v okrese Gelnica. Bola rekonštruovaná z klasickej úpravne s tlakovou pieskovou filtráciou na nový typ úpravne s viacstupňovou úpravou vody v novej budove úpravne. Cieľom rekonštrukcie bolo zvýšiť jej kapacitu, zlepšiť úpravu vody pri zvýšenom vstupnom zákale vody, zvýšiť kvalitu upravenej vody a znížiť potrebu ľudských zásahov do procesu úpravy vody.

Projektovaná kapacita úpravne je 25 l/s (90m3/hod) upravenej vody. Úprava surovej vody prebieha do zákalu 70 NTU. S rastúcim zákalom surovej vody je produkcia znižovaná až na 18,5 l/s (66,6 m3/hod) a pri dosiahnutí zákalu 70 NTU je úprava automaticky pozastavená. Po opätovnom poklese zákalu surovej vody pod 70 NTU je úprava vody opäť automaticky spustená. Kvalita surovej vody spĺňa požiadavky na pitnú vodu bez nutnosti riešiť odstraňovanie kovov. Upravená voda na výstupe z ÚV štandardne dosahuje výstupný zákal 0,01 NTU v celom spracovávanom rozsahu surovej vody.

Proces úpravy vody bol riešený od úpravy odberu vody z toku potoka cez jednotlivé stupne úpravy vrátane merania procesných parametrov pre automatické riadenie procesu úpravy vody:

  • hrubá predfiltrácia v samočistiacom vtokovom koši (filtračný stupeň 2 250 µm),
  • čerpanie a koagulácia,
  • predfiltrácia v automatických samočistiacich sitových filtroch (filtračný stupeň 100 µm),
  • hlavný filtračný stupeň tvorený ultrafiltračnými membránovými modulmi vrátane procesu ich regenerácie (filtračný stupeň 0,02 µm),
  • hygienické zabezpečenie – dezinfekcia vody.

Riadenie úpravne je automatické a pozostáva s nadradeného riadiaceho systému s PLC Siemens, ktorý komunikuje s autonómnymi riadiacimi systémami sitových filtrov a membránových vetiev a riadi jednotlivé procesy, aby sa dosiahla požadovaná kvality upravenej vody. Autonómne procesy sú:

  • oplachovanie vtokového koša,
  • filtrácia a čistenie sitového filtra (systém autonómne riadi činnosť sitového filtra, ale nadradený systém ho v nastavených situáciách zaradí do stavu pauza),
  • filtrácia a preplachovanie membránových vetiev – vykonáva riadenie pneumaticky ovládaných armatúr v určených sekvenciách.

Nadradený riadiaci systém má algoritmus na koordináciu činnosti jednotlivých zariadení a aktivuje všetky podprocesy s ohľadom na ich správnu činnosť: čas filtrácie, aktivuje procesy spätných preplachovaní, počíta filtračné cykly a spúšťa CEB pranie (z angl. chemical enhanced backwash) vrátane dávkovania chemikálií, riadi neutralizáciu vypúšťaných vôd, dávkovanie koagulantu a dezinfekčné procesy.

Pri riadení sa využívajú:

  • vstupné signály: snímače tlaku, prietokomery, zákalomery, analógové a digitálne signály stavu jednotlivých akčných členov – ovládaných armatúr,
  • výstupné signály: koordinačné pokyny pre autonómne riadiace systémy,
  • rozhranie človek – stroj (HMI): na zobrazovanie procesných stavov s viacúrovňovou možnosťou zmeny nastavenia jednotlivých parametrov pri riadení úpravne miestne.

Prístup k zobrazovaným údajom je aj na vzdialenom dispečingu vodárenskej spoločnosti. Hrubá predfiltrácia je tvorená antikorovým košom s otáčajúcimi sa dýzami, ktoré tlakom pretekajúcej vody čistia vnútorný povrch koša od hrubých nečistôt. Voda preteká cez sito do prívodného potrubia surovej vody pre úpravňu. Proces oplachu koša je riadený nastaviteľným časovým harmonogramom. Oplach plne automatického sitového koša neovplyvňuje prietok vody do úpravne. Proces oplachovania je autonómny, riadený systémom na mieste odberu vody z toku a hrubej predfiltrácie vody. Tento systém komunikuje s nadradeným riadiacim systémom úpravne vody.

Voda gravitačne privádzaná do úpravne je akumulovaná v nádrži surovej vody, ktorej hladina je automaticky udržiavaná v nastavenom rozsahu. Na vstupe surovej vody do nádrže je inštalovaný prietokomer na bilančné hodnotenie odberu vody a zákalomer, ktorý odstaví napúšťanie surovej vody pri limitnom zákale 70 NTU. Voda je čerpaná z nádrže do procesu úpravy. Ak vstupný zákal surovej vody presiahne hodnotu 5 NTU, je do nasávania čerpadla proporcionálne dávkovaný koagulant (polyalumínium chlorid). Koaguláciou sa vytvárajú vločky z častíc, ktoré by ináč nebolo možné pre ich veľkosť zachytiť (napr. koloidné častice). Dávka koagulantu je progresívne upravovaná podľa zákalu surovej vody na vstupe do akumulačnej nádrže surovej vody.

Čerpaná surová voda je filtrovaná v automatických samočistiacich sitových filtroch, kde je zachytávanie nerozpustených častíc na vnútornom povrchu sita 100 µm. S rastúcim množstvom zachytených častíc stúpa snímaná tlaková strata medzi vstupom a výstupom filtra, ktorá je riadiacim signálom pre proces automatického čistenia filtra. Počas čistenia sú z vnútorného povrchu odsaté zachytené nerozpustené látky s malým množstvom vody, ale proces filtrácie pokračuje bez prerušenia prietoku vody do ďalšieho procesu úpravy vody. Čistenie je aktivované nastaveným časovým intervalom a/alebo nastavenou tlakovou stratou na site. Navyše možno kedykoľvek aktivovať proces čistenia manuálne. Na výstupe zo sitových filtrov je osadený kontrolný zákalomer a prietokomer. Na základe prietoku vody do membránových vetiev je riadená elektricky ovládaná armatúra zabezpečujúca nastavený prietok vody.

Hlavný stupeň filtrácie je tvorený štyrmi membránovými vetvami s membránovými modulmi. Dve membránové vetvy tvoria membránovú linku a každá membránová linka má vlastný autonómny riadiaci systém. Každá membránová vetva má samostatné meranie tlaku na vstupe a výstupe a samostatne meraný prietok vody cez vetvu. Tieto údaje slúžia na výpočet kontrolných parametrov membránových vetiev. Pre automatické riadenie sú na každej vetve všetky hlavné armatúry ovládané pneumaticky.

Prevádzka modulov je s plným prietokom vody cez membrány (Dead End). Regenerácia je riadená automaticky. Zákal surovej vody určuje čas filtrácie medzi jednotlivými regeneračnými preplachmi (z angl. back wash, BW), teda s rastúcim zákalom sa skracuje čas filtrácie a naopak. Regenerácia sa vykonáva postupne vždy na jednej membránovej vetve. Počas regenerácie sa preruší prietok vody cez membránovú vetvu a časť upravenej vody je s nastaveným tlakom a prietokom vpustená do membránových modulov v opačnom smere prúdenia ako pri filtrácii (spätné preplachovanie). V nastavených intervaloch sa zaradí spätné alkalické a kyslé preplachovanie (CEB). Voda z CEB preplachovania je pred vypustením skontrolovaná a upravená tak, aby bolo pH v požadovanom rozsahu.

Upravená voda z výstupu hlavného filtračného stupňa (membránových vetiev) preteká prietokomerom (bilančné meranie) a je hygienicky zabezpečená pomocou chlórnanu sodného, dávkovaného automaticky proporcionálne na udržanie požadovaného zvyškového chlóru vo vodojeme pred dodávkou do spotrebiska. Vo vodojeme je voda kontinuálne monitorovaná na zvyškový chlór a pH. Pri dosiahnutí maximálnej (nastavenej) hladiny vody v akumulačnom vodojeme upravenej vody sa činnosť úpravne pozastaví a opätovne sa spustí po poklese hladiny pod nastavenú minimálnu hladinu.

Modernizácia a prestavba úpravne vody Štrbské Pleso

Spoločnosť PRAKTIKPUMP, s. r. o., navrhla, vyhotovila a uviedla do prevádzky najprogresívnejšiu technológiu na trhu na odstraňovanie zákalu, mikroorganizmov a nerozpustených a koloidných častíc pomocou ultrafiltrácie. Úlohou technológie úpravy vody je zabezpečiť vysokú kvalitu dodávanej pitnej vody pri čo najvyššej miere automatizácie. Tieto parametre sú dosiahnuté použitím najmodernejších technológií v oblasti vodného hospodárstva, preto bola ako hlavný technologický prvok navrhnutá ultrafiltrácia kvôli svojim bezkonkurenčným separačným vlastnostiam opísaným vyššie.

Technológia úpravy vody je umiestnená do zrekonštruovaného objektu existujúcej úpravne vody. Je navrhnutá na nominálny výkon 10,0 l/s. Skladá sa z ôsmich identických membránových modulov spojených paralelne do UF jednotky s maximálnym výkonom 11,3 l/s. Výkon úpravne vody je riadený podľa spotreby vo vodojeme. Riadiaci systém prepína prevádzkový mód vždy podľa aktuálnej hladiny vody vo vodojeme, aktuálnej spotreby vody a turbidity surovej vody.

Technológia je plne automatická. Jednotlivé prevádzkové stavy (filtrácia, regenerácia, test integrity membrán) sú vykonávané automaticky pomocou riadiaceho systému (PLC) na základe monitorovaných veličín: tlaku, teploty, prietoku a pod.

Vďaka modernizácii boli dosiahnuté aj tieto prínosy:

  • zabezpečenie stabilnej kvality upravenej vody nezávislej od kvality surovej vody,
  • vysoká miera retencie baktérií >99,9999 % a vírusov >99,99 %, čím sa zabezpečuje kompletná bariéra proti baktériám, vírusom a suspendovaným časticiam,
  • redukcia zákalu na hodnoty nižšie ako 0,2 NTU – bežne úpravňa dosahuje zákal v upravenej vode <0,1 NTU,
  • jednoduché rozširovanie kapacity úpravne vďaka modulárnemu systému.

Rekonštrukcia úpravne vody pomocou ultrafiltrácie je najvhodnejším riešením vďaka tomu, že kvalita vyprodukovanej vody dosahuje súčasné, ale aj predpokladané budúce požiadavky na pitnú vodu. Napriek tomu, že sa na trhu ponúka široké spektrum polymérnych UF membrán, hydrifilizovaný polyvinylidénfluorid (H-PVDF) vykazuje bezkonkurenčné fyzikálno-chemické vlastnosti, ktoré zvyšujú životnosť zariadenia a zároveň znižujú frekvenciu a náročnosť prania ultrafiltra. Zrekonštruovaná úpravňa vody je k dnešnému dňu v prevádzke 8,5 roka a dosiaľ nebolo potrebné vymeniť ani jeden UF modul, pričom sa nepredpokladá, že to bude potrebné najbližších 5 rokov.

Riadenie spotreby energií

Z pohľadu energetického manažmentu je kľúčové znižovať spotrebu a zvyšovať výrobu elektrickej energie na ČOV. Každá ČOV je špecifická, ale dá sa povedať, že vo väčšine prípadov najviac energie spotrebujú dúchadlá. V prípade menších ČOV sa veľká časť elektrickej energie spotrebúva na čerpacej stanici. PVS má spracovaný návrh na zníženie energetickej náročnosti, ktorý počíta s využitím biometánu a s realizáciou fotovoltických panelov a tepelných čerpadiel s tepelnými výmenníkmi na výtoku z ČOV.

Prínosy nasadenia moderných technológií

„Procesy nasadených technológií sme nastavili s prihliadnutím na čo najväčšiu energetickú hospodárnosť a technickú efektivitu. Automatizácia umožnila zrušenie nočnej práce v objektoch úpravne vody, pretože všetky procesy prebiehajú autonómne a zároveň sú diaľkovo monitorované. Výsledkom je významné zefektívnenie riadenia prevádzky a zníženie nákladov,“ konštatuje P. Ďuroška.

Ako ďalej?

Vedenie PVS očakáva, že digitalizácia vodárenského sektora bude napredovať minimálne súčasným tempom a jednotlivé časti infraštruktúry sa postupne stanú inteligentnými, čo prinesie plynulejšiu a bezpečnejšiu prevádzku, no zvýši sa náročnosť na investície a údržbu.

Ďakujeme spoločnosti PVS, a. s., za možnosť realizácie reportáže a Petrovi Ďuroškovi za poskytnuté technické informácie.

Anton Gérer