Juomavesisäiliöiden suunnittelu

Lukuaika 6 minuuttia

Päivitetty - joulukuu 10, 2025

Juomavesisäiliöiden suunnitteluun liittyy useita fyysisiä tekijöitä, jotka on otettava huomioon, jos haluttu juomaveden laatu ja pumppauskapasiteetti halutaan saavuttaa mahdollisimman pienellä vaivalla.

Vesianalyysi ja raja-arvot

Ensinnäkin jokaisesta vesilähteestä on tehtävä laboratorioanalyysi, jonka avulla veden arvoja verrataan sovellettaviin raja-arvoihin, jotta tarvittaessa voidaan toteuttaa erityistoimenpiteitä niiden noudattamiseksi:

• Akryyliamidi 0,10 μg/l
• Antimoni 10 μg/l
• Arseeni 10 μg/l
• Bentseeni 1,0 μg/l
• Bentso(a)pyreeni 0,010 μg/l
• Bisfenoli A 2,5 μg/l
• Boori 1,5 mg/l
• Bromaatti 10 μg/l
• Kadmium 5,0 μg/l
• Kloraatti 0,25 mg/l
• Kloriitti 0,25 mg/l
• Kromi 25 μg/l
• Kupari 2,0 mg/l
• Syanidi 50 μg/l
• 1,2-dikloorietaani 3,0 μg/l
• Epikloorihydriini 0,10 μg/l
• Fluoridi 1,5 mg/l
• Haloetikkahapot (HAA) 60 μg/l
• Lyijy 5 μg/l
• Elohopea 1,0 μg/l
• Mikrokystiini-LR 1,0 μg/l
• Nikkeli 20 μg/l
• Nitraatti 50 mg/l
• Nitriitti 0,50 mg/l
• Torjunta-aineet 0,10 μg/l
• Torjunta-aineet yhteensä 0,50 μg/l
• PFAS yhteensä 0,50 μg/l
• PFAS-yhdisteiden summa 0,10 μg/l
• Polysykliset aromaattiset hiilivedyt 0,10 μg/l
• Seleeni 20 μg/l
• Tetrakloorieteeni ja trikloorieteeni 10 μg/l 10 μg/l
• Trihalometaanit yhteensä 100 μg/l
• Uraani 30 μg/l
• Vinyylikloridi 0,50 μg/l

Veden kovuus

Veden kovuus kuvaa kalsiumkarbonaatin (CaCO₃) pitoisuutta veden sisältämässä mmol/l, ppm tai mg/l (1 mmol/l = 1 ppm/l = 1 mg/l) Alkalimetalli-ionit kansainvälisen yksikköjärjestelmän SI mukaan (Système International d'Unités), myös °dH:na (Saksan kovuus 1 °dH vastaa 0,1783 mml/l).

• pehmeä vesi -> alle 8,4 °dH, mikä vastaa alle 1,5 mmoll:aa.
• medium -> 8.4 ... 14 °dH, mikä vastaa 1,5 ... 2,5 mmol/l
• Kova vesi -> yli 14 °dH, mikä vastaa yli 2,5 mmol/l.

Veden kovuus näkyy muun muassa kalkkisaostumina putkissa ja vedellä kostutetuilla pinnoilla sekä pesuaineen kulutuksena sitä enemmän, mitä kalkkipitoisempaa eli kovempaa vesi on.

Veden pehmennys

Veden pehmennys voidaan suorittaa kahdella tavalla: 

• Ioninvaihtaja (tässä vesi johdetaan natriumioneilla kyllästetyn hartsisuodattimen läpi, jolloin veteen liuenneet kalsium- ja magnesiumionit vaihdetaan hartsin natriumioneihin.).
  Virtausnopeudesta riippuen ioninvaihtimet kyllästyvät kalsium- ja magnesiumioneilla ennemmin tai myöhemmin, minkä jälkeen ne on huuhdeltava ja regeneroitava erittäin väkevällä keittosuolaliuoksella (NaCl). Tämän jälkeen ne voivat jälleen absorboida kalsium- ja magnesiumioneja ja luovuttaa vastaavasti natriumioneja.
  Läpimenosta riippuen tällaiset järjestelmät vaativat suuria määriä vuoden aikana. EN 973 Tyyppi Sertifioitu, erittäin puhdas suola, jonka puhtausaste on yli 99,5 %.
  Haittapuolena on veden rikastuminen natriumilla, mikä on vastoin ajatusta „vähän natriumia sisältävästä“ juomavedestä. Samoin tietysti uusiutumissuolasta aiheutuvat toistuvat kustannukset ja niihin liittyvät ylläpitokustannukset.
• Käänteisosmoosi, puristamalla vesi korkeassa paineessa 0,00001 µm:n hienojen suodatinhuokosten läpi. Haittapuolena on kuitenkin se, että näin saatu vesi ei enää sisällä mineraaleja, ja se on näin ollen uudelleenmineralisoitava, jotta se olisi käyttökelpoista ihmisen elimistölle.
  Haittapuolena ovat säännöllisesti toistuvat kustannukset osmoosikalvosta (suodatinpatruuna) ja käänteisosmoosin aikana syntyvästä „vedestä“, joka voi olla jopa 50% lisäveden kulutusta.
• Tislaus, mikä johtaa myös siihen, että vesi ei sisällä lainkaan kivennäisaineita, mikä on haitaksi ihmisten terveydelle.
  Toinen haittapuoli on suuri energiankulutus.
• Siementen kiteytyminen, jossa katalyytti (joka on täytetty erityisesti päällystetyillä keraamisilla tai polymeerihelmillä, joihin kalsium- ja karbonaatti-ionit kiinnittyvät ja kiteytyvät) muuttaa kalkkisaostumia aiheuttavan kalsiitin neulanmuotoisiksi aragoniittikiteiksi, jotka eivät enää tartu kiinni.
  Vesi sisältää edelleen kaikki mineraalit, myös „kalkkia“ aragoniittikiteiden muodossa).
  Elimistö voi hyödyntää tämän veden täysimääräisesti.
  Tällaisten laitteiden käyttöikä on yli kymmenen vuotta virtausnopeudesta ja mitoituksesta riippuen. Ne liitetään talousveden päävesijohtoon vesimittarin jälkeen.
  

Siementen kiteytystekniikat

Veden kovuus ei muutu millään seuraavista tekniikoista. Kalkkisaostumat kuitenkin vähenevät huomattavasti, koska CaCO₃ on jo sitoutunut stabiileihin hienoihin mikro- tai erittäin hienoihin nanokiteisiin.

TAC

Malliavusteinen kiteytys - Kiteytymisytimen kantaja on kiinteä väliaine, esim. hartsi tai granulaatti. Kun vesi virtaa niiden läpi, niihin muodostuu kalsiumkarbonaattikiteitä, jotka irtoavat välittömästi väliaineesta ja kulkeutuvat veden mukana.
Ihanteellinen pienille virtausnopeuksille, koska mikrokiteiden muodostuminen kestää NAC-prosessissa kauemmin kuin nanokiteiden muodostuminen.

NAC

Nukleaatioavusteinen kiteytyminen - on periaatteessa samanlainen kuin TAC-prosessi, mutta tässä tuotetaan nano- eikä mikrokiteitä. Tämä tarkoittaa, että hiukkasten määrä on suurempi ja kiteet pienempiä.
Tämä on edullista, jos tarvitaan suurta virtausnopeutta, koska kosketusaika väliaineen kanssa on näin ollen lyhyempi ja kiteiden muodostuminen on nopeampaa kuin TAC-prosessissa järjestelmän ansiosta.

MAC

Media-avusteinen kiteytys - kiteyttää molemmat prosessit, TAC ja NAC, yhteen sateenvarjotermiin. Termiä MAC käytetään yleensä silloin, kun käytetään omia tekniikoita, jotka poikkeavat tavanomaisista TAC/NAC-prosessitekniikoista.

Siementen kiteyttämiseen tarkoitettujen järjestelmien toimittaja

Kuten aina, on tärkeää erottaa vehnä akanoista, eli mikä valmistaja ei vain väitä vaan myös todistaa tuotteidensa toimivuuden riippumattomien testikeskusten ja/tai tutkimusten vastaavilla todistuksilla.

Kuten edellä mainittiin, läpivirtaavan veden kosketusaika on toiminnallisesti merkittävä, minkä vuoksi yksittäisten tuotteiden tietolomakkeet on arvioitava erikseen tämän kriteerin osalta ja kokonaisjärjestelmä on mukautettava sen mukaisesti.

Seuraavat valmistajat erottuvat tässä myönteisesti:

• ScaleStop - support@scalestopplus.com
  Riippumattomat testit Arizonan osavaltion yliopisto ja DVGW (W512 vuodelta 2013) todistavat tehokkuuden 99%:n kanssa kussakin tapauksessa.
• Water Tech - info@watertechgroup.com
  mainostaa tuotettaan Scale-Safe 99,9 prosentin tehokkuudella
• Aqon Pure - info@aqon-pure.com
  todistaa järjestelmänsä tehokkuuden kahdella tutkimuksella. Hohenstein Innovations gGmbH ja GSA (Linkki 1, Linkki 2, Linkki 3)
• Watts - info@wattsindustries.it
  tarjoaa tuotevalikoimaa nimellä One-Flow osoitteessa
• Crystal Wash - clean@crystalwash.fr
  on rajoitettu yhteen Tehokkuuserittely 88 ... 97 % ja viittaa DVGW-W512 yleisesti tunnustamaan TAC-prosessin tehokkuuteen.
  

Lähteen tuotto

Olemassa olevan tai suunnitellun porakaivon porauksen yhteydessä parametrit virtausnopeus ja ottonopeus ovat muiden parametrien ohella olennaisia laskettaessa aikayksikössä otettavan pohjaveden määrää. Selitys ja laskenta löytyvät hyvin selkeästi tästä linkistä. Verkkosivusto.

Vedenotto joesta on usein luvanvaraista ja määrällisesti rajoitettua.

Syöttöpumpun valinta

Syväkaivopumppua käytetään pohjaveden pumppaamiseen 8-90 metrin syvyydestä. On syytä huomata, että vedenottokorkeus ja pumpun syvyys (imusyvyys) muodostavat yhdessä kokonaiskuljetuskorkeuden.

HakemusEsimerkki:

Pumpun syvyys (imusiivilä) 20 m + korkein poistopiste 30 m = 50 m on syvän kaivon pumpun kokonaistoimituskorkeus..

Pelkän korkeuseron lisäksi on kuitenkin otettava huomioon myös putkireitin kitkahäviöt (putken, liitososien jne. karheus = dynaaminen korkeus). Nämä on lisättävä vastaavasti pumppua valittaessa.

Oletetaan, että pumpun kapasiteetti on 3000 l/h (Q = 3/3600 m).³/s = 0,0008333333333333333 m³/s), kun käytetään esimerkiksi DN65 (D = 0,0752) PE/HDPE-putkea, jonka karheus on tietolehden mukaan ε = 1,5 µm = 1,5 × 10-⁶ m, veden kinemaattinen viskositeetti ≈ 1-10^-6 m²/s ja tiheys ρ = 1000 kg/m²/s.³ ja virtausnopeus g = 9,81 m/s.², sekä ottamalla huomioon liitososien yms. vastaavuudet laskennallisesti 1,2 kertaa 200 m:n putkenpituus, mikä vastaa 240 m:ää, ja korkeusero, joka on voitettava, on H_s 50 m (staattinen vedenkorkeus) keskimääräisellä painovoiman aiheuttamalla kiihtyvyydellä g = 9,81 m/s.² (vakiona), saadaan seuraava laskelma:

• Poikkileikkaus DN65
  A = ( π ⋅ D² ) : 4 = ( π ⋅ 0,0752 ² ) : 4 = 0,004417865 m²
• Virtausnopeus
  v = Q : A = 0,0008333333333333333 m³/s : 0,004417865 m² = 0,1886280807 m/s
• Reynoldsin luku (ominaisluku, alhainen = laminaarinen, korkea = turbulenttinen virtaus)
  Re = υD : v = ( 0.1886280807015056 ⋅ 0.0752 ) : ( 1⋅10-6 m²/s ) = 14147,10605261292 m²/s
• Putken kitkakerroin (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
• Putkien kitkahäviö (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
• Ekvivalenttinen muottihäviö
  (identtinen fommel, eikä L (putken pituus) L_eq (10 m:n sarja)
  h_eq = f ⋅ ( L_eq : D ) ⋅ ( v² : 2g ) = ≈0.0068324004 m
• Kokonaispääluku
  H_kuollut = H_s + h_f  + h_eq
  H_kuollut = 50,0 m + 0,1639776104 m + 0,0068324004 m = ≈50,1708100 m.
• Paine pumpun ulostulossa
  p = ρgH_kuollut
  p = 1000⋅9.81⋅50.1708100108 = 492175.6462064206 Pa.
  p = 492175,6462064206 Pa : 10 000 = 4,921756462064206 baaria.
• Hydraulipumpun kapasiteetti
  P_h = ρgQH_kuollut
  P_h = 1000 ⋅ 9,81 ⋅ 0,0008333333333333333 ⋅ 50,1708100108 = 410,1463718386839 W
• Sähkömoottorin teho P_moottori hyötysuhde η = 0,65
  P_moottori= Ph : η
  P_moottori= 410,1463718386839 : 0,65 = 630,9944182133598 W

Nimellisesti noin 630 W:n pumppu tuottaa tarvittavan tehon. Käytännössä, kun otetaan huomioon 80 prosentin lisäys varmuusvarana, tehon oletetaan olevan noin 1,1 kW.

Venttiilit

Jos verkoston jokaisen säiliön on oltava erikseen erotettavissa, mikä on järkevää huoltotöiden tai vuotojen varalta, jokaiseen säiliöön tarvitaan sulku- ja takaiskuventtiili sekä huuhtelu- tai tyhjennysventtiili.

Moottorikäyttöisissä venttiileissä on oltava mahdollisuus manuaaliseen (hätä)käynnistykseen.

Kaikki osat on suunniteltava WRAS/DVGW:n juomavesivaatimusten mukaisesti (EPDM-istuin ja NBR-kalvo). Toimilaitteiden kiinnityslaipat on suunniteltava ISO 5211 -standardin mukaisesti, moottorilaipat ISO 5211 F05/F07 -standardin mukaisesti.

Vuotonopeuden olisi oltava VI luokka mikä tarkoittaa absoluuttista (kuplatonta) tiiviyttä eli nollavuotoa. Kaikki venttiilit, joissa on (PTFE)/EPDM-istuin, täyttävät tämän vaatimuksen.
Metallipaikat saavuttavat vain luokan IV: vuotonopeus 10 ml/min testipaineessa on sallittu.

Toimilaitteiden 230 V AC- tai 24 V DC- (akku-) toiminta riippuu vaatimuksesta, jonka mukaan niitä on voitava käyttää automaattisesti myös silloin, kun julkinen sähköverkko katkeaa.
Kaikkien säälle alttiiden järjestelmien sähkökomponenttien on täytettävä seuraavat vaatimukset IP65 (pölytiivis, suojaus vesisuihkuja vastaan), parempi IP67 (pölytiivis, suojaus lyhytaikaista upottamista vastaan).

Moottoriventtiileissä on oltava rajakytkimet, mieluiten ohjaus 0 ... 10 V:n tai 4 ... 10 V:n kautta. 20 mA:n kautta, jos halutaan ohjata muita asentoja kuin auki/kiinni.

Tason mittaus

Ultraääni- ja paineanturit soveltuvat tasonvalvontaan. Paineanturit, jotka on sijoitettu säiliön pohjalle, ovat jatkuvasti alttiina vedelle, kun taas ultraäänimittaus on kosketuksetonta: anturi asennetaan säiliön kanteen tai sen alle, joten se on nopeasti saatavilla.

Teollisuuden ultraäänianturit tuottavat 4 ... 20 mA, joka tuottaa mittausarvosta riippuvan jännitteen kalibroidun IU-muuntimen kautta (virta-jännite), jonka mikrokontrolleri arvioi ja näyttää mittausarvona, joka muunnetaan litroiksi, kuutiometreiksi tai prosentteina.

Ultraäänianturien hinnat nousevat kuitenkin valikoiman kasvun myötä ja ovat jopa nelinumeroisia euroja. Anturit, joiden mittausetäisyys on jopa 2,2 metriä, ovat noin 2,2 metrin luokkaa. 200 euroa, mikä rajoittaa säiliön syvyyden noin 2 metriin, jos talousarviota ei haluta venyttää liian suureksi.