Plánování cisteren na pitnou vodu

Doba čtení 6 minuty

Aktualizováno - Prosinec 10, 2025

Plánování cisteren na pitnou vodu zahrnuje několik fyzikálních faktorů, které je třeba vzít v úvahu, má-li být dosaženo požadované kvality pitné vody a čerpacího výkonu s co nejmenším úsilím.

Analýza vody a mezní hodnoty

Nejprve musí být provedena laboratorní analýza každého zdroje vody, pomocí níž se hodnoty vody porovnají s platnými mezními hodnotami, aby bylo možné v případě potřeby přijmout konkrétní opatření k jejich dodržení:

• Akrylamid 0,10 μg/l
• Antimon 10 μg/l
• Arzen 10 μg/l
• Benzen 1,0 μg/l
• Benzo(a)pyren 0,010 μg/l
• Bisfenol A 2,5 μg/l
• Bór 1,5 mg/l
• Bromičnany 10 μg/l
• Kadmium 5,0 μg/l
• Chlorečnany 0,25 mg/l
• Chloritan 0,25 mg/l
• Chrom 25 μg/l
• Měď 2,0 mg/l
• Kyanid 50 μg/l
• 1,2-dichlorethan 3,0 μg/l
• Epichlorhydrin 0,10 μg/l
• Fluorid 1,5 mg/l
• Halooctové kyseliny (HAA) 60 μg/l
• Olovo 5 μg/l
• Rtuť 1,0 μg/l
• Microcystin-LR 1,0 μg/l
• Nikl 20 μg/l
• Dusičnany 50 mg/l
• Dusitany 0,50 mg/l
• Pesticidy 0,10 μg/l
• Celkový pesticid 0,50 μg/l
• PFAS celkem 0,50 μg/l
• Součet PFAS 0,10 μg/l
• Polycyklické aromatické uhlovodíky 0,10 μg/l
• Selen 20 μg/l
• Tetrachlorethen a trichlorethen 10 μg/l
• Trihalomethany celkem 100 μg/l
• Uran 30 μg/l
• Vinylchlorid 0,50 μg/l

Tvrdost vody

Tvrdost vody vyjadřuje obsah uhličitanu vápenatého (CaCO₃) ve vodě. mmol/l, ppm nebo mg/l (1 mmol/l = 1 ppm/l = 1 mg/l) Ionty alkalických zemin podle mezinárodní soustavy jednotek SI (Système International d'Unités), zastaralé také ve °dH (německá tvrdost 1 °dH odpovídá 0,1783 mml/l).

• měkká voda -> méně než 8,4 °dH, což odpovídá méně než 1,5 mmoll
• střední -> 8.4 ... 14 °dH, což odpovídá 1,5 ... 2,5 mmol/l
• Tvrdá voda -> více než 14 °dH, což odpovídá více než 2,5 mmol/l.

Tvrdost vody se projevuje mimo jiné usazováním vodního kamene v potrubí, na površích smáčených vodou a spotřebou tím většího množství mycích prostředků, čím je voda vápenitější, tj. tvrdší.

Změkčování vody

Změkčování vody lze provádět dvěma způsoby: 

• Iontový výměník (zde voda prochází filtrem z pryskyřice nasyceným sodnými ionty, přičemž ionty vápníku a hořčíku rozpuštěné ve vodě se vyměňují za sodné ionty pryskyřice.
  V závislosti na průtoku se iontoměniče dříve nebo později nasytí ionty vápníku a hořčíku a musí se pak propláchnout a regenerovat vysoce koncentrovaným roztokem kuchyňské soli (NaCl). Poté mohou opět absorbovat ionty vápníku a hořčíku a odpovídajícím způsobem uvolňovat ionty sodíku.
  V závislosti na kapacitě potřebují takové systémy v průběhu roku velké množství. EN 973 Typ Certifikovaná vysoce čistá sůl s čistotou vyšší než 99,5 %.
  Nevýhodou je obohacení vody sodíkem, což je v rozporu s myšlenkou „nízkosodné“ pitné vody. Stejně tak samozřejmě opakující se náklady na regenerační sůl a s tím spojené náklady na údržbu.
• Reverzní osmóza, protlačením vody pod vysokým tlakem přes jemné filtrační póry o velikosti 0,00001 µm. Nevýhodou však je, že výsledná voda již neobsahuje žádné minerály, a proto musí být znovu mineralizována, aby byla pro lidský organismus použitelná.
  Nevýhodou jsou pravidelně se opakující náklady na osmózní membránu (filtrační vložku) a „vodu“, která vzniká při reverzní osmóze, což může činit až 50% dodatečné spotřeby vody.
• Destilace, což má za následek, že voda neobsahuje žádné minerální látky, a je tedy pro lidské zdraví kontraproduktivní.
  Další nevýhodou je vysoká spotřeba energie.
• Krystalizace semen, při kterém katalyzátor (naplněný speciálně potaženými keramickými nebo polymerními kuličkami, na které se vápenaté a uhličitanové ionty přichytí a vykrystalizují) přemění kalcit, který způsobuje usazování vodního kamene, na jehličkovité krystaly aragonitu, které již nepřilnou.
  Voda stále obsahuje všechny minerály, včetně „vápna“ v podobě krystalů aragonitu).
  Tuto vodu může organismus plně využít.
  Životnost těchto zařízení je v závislosti na průtoku a rozměrech více než deset let. Za vodoměrem se zapojují do hlavního přívodního potrubí domácího vodovodu.
  

Technologie krystalizace osiva

Tvrdost vody se nemění při použití žádné z následujících technologií. Výrazně se však sníží usazování vodního kamene, protože CaCO₃ je již vázán ve stabilních jemných mikro- nebo velmi jemných nanokrystalech.

TAC

Krystalizace s asistencí šablony - Nosičem krystalizačního jádra je pevné médium, např. pryskyřice nebo granulát. Na nich se při průtoku vody vytvoří krystaly uhličitanu vápenatého, které se okamžitě oddělí od nosiče a jsou odneseny vodou.
Ideální pro nízké průtoky, protože tvorba mikrokrystalů trvá déle než nanokrystalů v procesu NAC.

NAC

Krystalizace s asistencí nukleace - je v podstatě totožný s procesem TAC, ale místo mikrokrystalů se zde vyrábějí nanokrystaly. To znamená, že počet částic je větší a krystaly menší.
To je výhodné, pokud je požadován vysoký průtok, protože doba kontaktu s médiem je proto kratší a tvorba krystalů je díky systému rychlejší než u procesu TAC.

MAC

Krystalizace s asistencí médií - shrnuje oba procesy, TAC i NAC, pod jeden zastřešující pojem. Termín MAC se obvykle používá v případě, že se používají proprietární technologie, které se liší od obvyklých technologií procesů TAC/NAC.

Dodavatel systémů s krystalizací osiva

Jako vždy je důležité oddělit zrno od plev, tj. který výrobce nejen tvrdí, ale také dokládá funkci svých výrobků odpovídajícími certifikáty z nezávislých zkušeben a/nebo studiemi.

Jak bylo uvedeno výše, doba kontaktu protékající vody je funkčně významná, a proto je třeba s ohledem na toto kritérium posuzovat technické listy jednotlivých výrobků odděleně a podle toho upravit celkový systém.

Pozitivně se zde vyjímají následující výrobci:

• ScaleStop - support@scalestopplus.com
  Nezávislé testy Arizona State University a DVGW (W512 z roku 2013) dokazují účinnost s 99% v každém případě
• Vodní technika - info@watertechgroup.com
  propaguje svůj produkt Bezpečné měřítko s účinností 99,9 %
• Aqon Pure - info@aqon-pure.com
  dokládá účinnost svého systému dvěma studiemi: studií Hohenstein Innovations gGmbH a GSA (Odkaz 1, Odkaz 2, Odkaz 3)
• Watts - info@wattsindustries.it
  nabízí řadu výrobků pod názvem One-Flow na adrese
• Crystal Wash - clean@crystalwash.fr
  je omezena na jeden Specifikace účinnosti od 88 ... 97 % a odkazuje na účinnost procesu TAC, kterou obecně uznává DVGW-W512.
  

Výtěžnost zdroje

V případě stávajícího nebo plánovaného vrtu jsou parametry průtok a odběrová rychlost spolu s dalšími parametry elementární při výpočtu množství podzemní vody, které má být odebráno za časovou jednotku. Vysvětlení, včetně výpočtu, lze velmi přehledně nalézt na této stránce Webové stránky.

Odběr vody z řeky často podléhá povolení a je omezen z hlediska množství.

Výběr napájecího čerpadla

Čerpadlo do hlubokých vrtů se používá k čerpání podzemní vody z hloubky 8 až 90 metrů. Je třeba poznamenat, že těžební výška a hloubka čerpadla (sací hloubka) se sčítají do celkové výtlačné výšky.

AplikacePříklad:

Hloubka čerpadla (sací sítko) 20 m + nejvyšší odběrné místo 30 m = 50 m je celková výtlačná výška čerpadla v hlubokém vrtu..

Kromě čistého výškového rozdílu je však třeba vzít v úvahu také ztráty třením v trase potrubí (drsnost potrubí, tvarovek atd. = dynamická výška). Ty je třeba při výběru čerpadla odpovídajícím způsobem připočítat.

Za předpokladu výkonu čerpadla 3000 l/h (Q = 3/3600 m³/s = 0,0008333333333333333 m³/s), při použití např. trubky DN65 (D = 0,0752) z PE/HDPE s drsností podle datového listu ε = 1,5 µm = 1,5 × 10-⁶ m, kinematické viskozitě vody ≈ 1-10.^-6 m²/s a hustotě ρ = 1000 kg/m³ a rychlost proudění g = 9,81 m/s², jakož i zohlednění ekvivalentů tvarovek atd. vypočteným 1,2násobkem délky potrubí 200 m, což odpovídá 240 m a výškovému rozdílu, který je třeba překonat, H_s 50 m (statická výška) při průměrném tíhovém zrychlení g = 9,81 m/s.² (jako konstantu), dostaneme následující výpočet:

• Průřez DN65
  A = ( π ⋅ D² ) : 4 = ( π ⋅ 0,0752 ² ) : 4 = 0,004417865 m²
• Rychlost proudění
  v = Q : A = 0,0008333333333333333 m³/s : 0,004417865 m² = 0,1886280807 m/s
• Reynoldsovo číslo (charakteristické číslo, nízké = laminární, vysoké = turbulentní proudění)
  Re = υD : v = ( 0,1886280807015056 ⋅ 0,0752 ) : ( 1⋅10-6 m²/s ) = 14147,10605261292 m²/s
• Součinitel tření v potrubí (Swamee-Jain)
  f = 0,25 : [ log₁₀ ( (ε : ( 3,7 ⋅ D )) + ( 5,74 : Re^0,9 ) ) ]²
  f = 0,25 : [ log₁₀ ( 5,405405405405405 × 10^-6 + 0,000728728 ) ]²
  f = 0,25 : [ log₁₀ ( 0,0007341334054054 ) ]²
  f = 0,25 : [ -3,134490 ]²
  f = 0,25 : 9,825866 = 0,028256663933258565
• Ztráty třením v potrubí (Darcy-Weisbach)
  h_f  = f ⋅ ( L : D ) ⋅ ( v² : 2g )
  h_f  = f ⋅ ( 240 : 0,075 ) ⋅ ( 0,1886280807015056² : 2 ⋅ 9,81 )
  h_f  = f ⋅ ( 3,200 ) ⋅ ( 0,001813634 m )
  h_f  = 0,028256663933258565 ⋅ 5,803629 = ≈ 0,1639776104 m
• Ekvivalentní ztráta při tvarování
  (identický fommel, místo L (délka potrubí) L_eq (sada s 10 m)
  h_eq = f ⋅ ( L_eq : D ) ⋅ ( v² : 2g ) = ≈0,0068324004 m
• Hlava celkem
  H_mrtvý = H_s + h_f  + h_eq
  H_mrtvý = 50,0 m + 0,1639776104 m + 0,0068324004 m = ≈50,1708100 m
• Tlak na výstupu z čerpadla
  p = ρgH_mrtvý
  p = 1000⋅9,81⋅50,1708100108 = 492175,6462064206 Pa
  p = 492175,6462064206 Pa : 10 000 = 4,921756462064206 bar
• Kapacita hydraulického čerpadla
  P_h = ρgQH_mrtvý
  P_h = 1000 ⋅ 9,81 ⋅ 0,0008333333333333333 ⋅ 50,1708100108 = 410,1463718386839 W
• Výkon elektromotoru P_motor s účinností η = 0,65
  P_motor= Ph : η
  P_motor= 410,1463718386839 : 0,65 = 630,9944182133598 W

Potřebný výkon zajišťuje čerpadlo o výkonu přibližně 630 W. V praxi se předpokládá, že s 80 % navýšením jako bezpečnostní rezerva to bude přibližně 1,1 kW.

Ventily

Pokud má být každá nádržka v síti samostatně oddělitelná, což má smysl v případě údržby nebo úniku vody, je pro každou nádržku nutný uzavírací a zpětný ventil a také splachovací nebo vypouštěcí ventil.

Motorizované ventily by měly mít možnost ručního (nouzového) ovládání.

Všechny součásti musí být navrženy v souladu s požadavky WRAS/DVGW pro pitnou vodu (sedlo z EPDM a membrána z NBR). Montážní příruby pro připojení pohonů musí být navrženy v souladu s normou ISO 5211, příruby motorů v souladu s normou ISO5211 F05/F07.

Míra úniku by měla být Třída VI což znamená absolutní (bezbublinkovou) těsnost, tj. nulovou míru netěsnosti. Tento požadavek splňují všechny ventily se sedlem z (PTFE) / EPDM.
Kovová sedla dosahují pouze třídy IV: je povolena rychlost úniku 10 ml/min při zkušebním tlaku.

O tom, zda budou pohony pracovat na střídavé napětí 230 V nebo na stejnosměrné napětí 24 V (baterie), rozhoduje požadavek na automatickou provozuschopnost i v případě výpadku veřejného napájení.
Všechny elektrické součásti v systémech vystavených povětrnostním vlivům musí splňovat požadavky na IP65 (prachotěsnost, ochrana proti proudu vody), lepší IP67 (prachotěsnost, ochrana proti krátkodobému ponoření).

Motorizované ventily musí mít koncové spínače, ideálně ovládání přes 0 ... 10 V nebo 4 ... 20 mA, pokud mají být ovládány jiné polohy než otevřeno/zavřeno.

Měření hladiny

Ultrazvukové a tlakové senzory jsou vhodné pro sledování hladiny. Zatímco tlakové snímače, umístěné na dně nádrže, jsou neustále vystaveny působení vody, ultrazvukové měření je bezkontaktní: snímač je namontován na víku nádrže nebo pod ním, a je tedy rychle přístupný.

Průmyslové ultrazvukové senzory mají výstupní proud 4 ... 20 mA, který přes kalibrovaný převodník IU (proud na napětí) generuje napětí závislé na naměřené hodnotě, které je vyhodnoceno mikrokontrolérem a zobrazeno jako naměřená hodnota přepočtená na litry, metry krychlové nebo procenta.

Ceny ultrazvukových senzorů však rostou v souladu s rostoucím rozsahem a dosahují čtyřmístných hodnot v eurech. Senzory s měřicí vzdáleností do 2,2 metru se pohybují kolem hranice 2,5 metru. 200 Euro, což omezuje hloubku cisterny na přibližně 2 metry, pokud nemá být rozpočet překročen.