Geriamojo vandens cisternų planavimas

Skaitymo laikas 6 minutės

Atnaujinta - gruodžio 10, 2025

Planuojant geriamojo vandens cisternas reikia atsižvelgti į keletą fizinių veiksnių, į kuriuos reikia atsižvelgti, jei norima pasiekti pageidaujamą geriamojo vandens kokybę ir siurbimo pajėgumą dedant kuo mažiau pastangų.

Vandens analizė ir ribinės vertės

Pirmiausia turi būti atlikta kiekvieno vandens šaltinio laboratorinė analizė, kurios metu vandens vertės palyginamos su taikomomis ribinėmis vertėmis, kad prireikus būtų galima imtis konkrečių priemonių joms laikytis:

• Akrilamidas 0,10 μg/l
• Amonis 10 μg/l
• Arsenas 10 μg/l
• Benzenas 1,0 μg/l
• Benzo(a)pirenas 0,010 μg/l
• Bisfenolis A 2,5 μg/l
• Boras 1,5 mg/l
• Bromatai 10 μg/l
• Kadmis 5,0 μg/l
• Chloratas 0,25 mg/l
• Chloritas 0,25 mg/l
• Chromas 25 μg/l
• Varis 2,0 mg/l
• Cianidas 50 μg/l
• 1,2-dichloretanas 3,0 μg/l
• Epichlorhidrinas 0,10 μg/l
• Fluoridas 1,5 mg/l
• Haloacto rūgštys (HAA) 60 μg/l
• Švinas 5 μg/l
• Gyvsidabris 1,0 μg/l
• Mikrocistinas-LR 1,0 μg/l
• Nikelis 20 μg/l
• Nitratai 50 mg/l
• Nitritai 0,50 mg/l
• Pesticidai 0,10 μg/l
• Bendras pesticidų kiekis 0,50 μg/l
• PFAS iš viso 0,50 μg/l
• PFAS suma 0,10 μg/l
• Policikliniai aromatiniai angliavandeniliai 0,10 μg/l
• Selenas 20 μg/l
• Tetrachloretenas ir trichloretenas 10 μg/l
• Bendras trihalometanų kiekis 100 μg/l
• Uranas 30 μg/l
• Vinilchloridas 0,50 μg/l

Vandens kietumas

Vandens kietumas rodo kalcio karbonato (CaCO₃) kiekį vandenyje. mmol/l, ppm arba mg/l (1 mmol/l = 1 ppm/l = 1 mg/l) Šarminių žemių jonai pagal tarptautinę vienetų sistemą SI (Système International d'Unités), taip pat °dH (vokiškas kietumas 1 °dH atitinka 0,1783 mml/l).

• minkštas vanduo -> mažiau nei 8,4 °dH, t. y. mažiau nei 1,5 mmoll
• vidutinis -> 8.4 ... 14 °dH, atitinka 1,5 ... 2,5 mmol/l
• Kietas vanduo -> daugiau kaip 14 °dH, t. y. daugiau kaip 2,5 mmol/l

Vandens kietumas, be kita ko, pasireiškia kalkių nuosėdomis vamzdžiuose, ant vandeniu drėkinamų paviršių ir tuo, kad kuo kalkesnis, t. y. kietesnis vanduo, tuo daugiau ploviklių sunaudojama.

Vandens minkštinimas

Vandenį minkštinti galima dviem būdais: 

• Jonų keitiklis (čia vanduo praleidžiamas per natrio jonais prisotintą dervos filtrą, kuriame vandenyje ištirpę kalcio ir magnio jonai pakeičiami į dervos natrio jonus.
  Priklausomai nuo srauto greičio, jonų mainų įrenginiai anksčiau ar vėliau prisotinami kalcio ir magnio jonais, todėl juos reikia išplauti ir regeneruoti labai koncentruotu paprastosios druskos (NaCl) tirpalu. Tada jie vėl gali sugerti kalcio ir magnio jonus ir atitinkamai išskirti natrio jonus.
  Priklausomai nuo našumo, tokioms sistemoms per metus reikia didelio kiekio. EN 973 tipas Sertifikuota, didelio grynumo druska, kurios grynumas didesnis nei 99,5 %.
  Trūkumas - vandens praturtinimas natriu, o tai prieštarauja „mažo natrio kiekio“ geriamojo vandens idėjai. Taip pat, žinoma, nuolatinės išlaidos regeneravimo druskai ir susijusios priežiūros išlaidos.
• Atvirkštinis osmosas, spaudžiant vandenį dideliu slėgiu per 0,00001 µm plonas filtro poras. Tačiau trūkumas yra tas, kad gautame vandenyje nebėra jokių mineralų, todėl jį reikia iš naujo mineralizuoti, kad jį galėtų naudoti žmogaus organizmas.
  Trūkumai yra nuolatinės osmoso membranos (filtro kasetės) ir atvirkštinio osmoso metu susidarančio „vandens“ sąnaudos, kurios gali siekti iki 50% papildomai sunaudojamo vandens.
• Distiliavimas, dėl to vanduo neturi jokių mineralinių medžiagų, todėl yra žalingas žmonių sveikatai.
  Papildomas trūkumas - didelis energijos suvartojimas.
• Sėklų kristalizacija, kai katalizatorius (pripildytas specialiai dengtų keramikos ar polimero rutuliukų, prie kurių prilimpa ir kristalizuojasi kalcio ir karbonato jonai) kalcitą, dėl kurio susidaro kalkių nuosėdos, paverčia adatos formos aragonito kristalais, kurie nebeprilimpa.
  Vandenyje vis dar yra visų mineralų, įskaitant aragonito kristalų pavidalo kalkes).
  Šį vandenį organizmas gali visiškai panaudoti.
  Priklausomai nuo srauto greičio ir matmenų, tokie prietaisai tarnauja daugiau kaip dešimt metų. Jie įjungiami į pagrindinę buitinio vandentiekio tiekimo liniją už vandens skaitiklio.
  

Sėklų kristalizavimo technologijos

Vandens kietumas nesikeičia naudojant bet kurią iš šių technologijų. Tačiau kalkių nuosėdų labai sumažėja, nes CaCO₃ jau yra susijungęs į stabilius smulkius mikro- arba labai smulkius nanokristalus.

TAC

Kristalizavimas pagal šabloną - Kristalizacijos branduolio nešiklis yra kietoji terpė, pvz., derva arba granulės. Tekant vandeniui ant jų susidaro kalcio karbonato kristalai, kurie tuoj pat atsiskiria nuo laikmenos ir yra nunešami kartu su vandeniu.
Idealiai tinka mažiems srautams, nes mikrokristalų formavimasis NAC procese trunka ilgiau nei nanokristalų.

NAC

Kristalizacija su nukleacijos pagalba - iš esmės yra identiškas TAC procesui, tačiau gaminami ne mikrokristalai, o nanovamzdeliai. Tai reiškia, kad dalelių skaičius yra didesnis, o kristalai mažesni.
Tai naudinga, jei reikalingas didelis srauto greitis, nes dėl to kontakto su terpe laikas yra trumpesnis ir kristalai formuojasi greičiau nei TAC proceso metu dėl sistemos.

MAC

Kristalizavimas su terpės pagalba - apibendrina abu procesus, t. y. TAC ir NAC, vienu bendru terminu. Terminas MAC paprastai vartojamas, kai naudojamos patentuotos technologijos, kurios skiriasi nuo įprastų TAC/NAC procesų technologijų.

Sėklų kristalizavimo sistemų tiekėjas

Kaip visada, svarbu atskirti grūdus nuo pelų, t. y. kuris gamintojas ne tik tvirtina, bet ir įrodo savo gaminių veikimą, pateikdamas atitinkamus nepriklausomų bandymų centrų sertifikatus ir (arba) tyrimus.

Kaip minėta pirmiau, pratekančio vandens kontakto laikas yra labai svarbus funkciniu požiūriu, todėl atskirų gaminių duomenų lapuose šis kriterijus turi būti įvertintas atskirai ir atitinkamai pritaikyta visa sistema.

Teigiamai išsiskiria šie gamintojai:

• ScaleStop - support@scalestopplus.com
  Nepriklausomi testai Arizonos valstybinis universitetas ir DVGW (W512 nuo 2013 m.) įrodyti veiksmingumą su 99% kiekvienu atveju
• "Water Tech - info@watertechgroup.com
  reklamuoja savo produktą Saugus nuo mastelio 99,9 proc. veiksmingumo
• Aqon Pure - info@aqon-pure.com
  savo sistemos veiksmingumą įrodo dviem tyrimais: Hohenstein Innovations gGmbH ir GSA (1 nuoroda, 2 nuoroda, 3 nuoroda)
• Watts - info@wattsindustries.it
  siūlo produktų asortimentą pavadinimu Vieno srauto svetainėje
• Krištolo skalbimas - clean@crystalwash.fr
  yra tik vienas Efektyvumo specifikacija nuo 88 ... 97 % ir nurodo BLS proceso veiksmingumą, kurį paprastai pripažįsta DVGW-W512
  

Šaltinio išeiga

Esamo arba planuojamo gręžinio gręžimo atveju parametrai debitas ir gavybos greitis kartu su kitais parametrais yra elementarūs apskaičiuojant požeminio vandens kiekį, kurį reikia išgauti per laiko vienetą. Paaiškinimą, įskaitant skaičiavimus, galima labai aiškiai rasti šiame Svetainė.

Vandens gavybai iš upės dažnai reikia gauti leidimą, o jos kiekis yra ribotas.

Maitinimo siurblio parinkimas

Giliųjų gręžinių siurbliai naudojami požeminiam vandeniui pumpuoti iš 8-90 metrų gylio. Reikėtų pažymėti, kad gavybos ir siurblio gylis (siurbimo gylis) sumuojasi ir sudaro bendrą tiekimo slėgį.

ParaiškaPavyzdys:

Siurblio gylis (įsiurbimo filtras) 20 m + aukščiausias gavybos taškas 30 m = 50 m - tai bendras giluminio gręžinio siurblio našumas.

Tačiau, be gryno aukščio skirtumo, taip pat reikia atsižvelgti į trinties nuostolius vamzdyno trasoje (vamzdžio, jungiamųjų detalių nelygumai ir t. t. = dinaminis slėgis). Juos reikia atitinkamai pridėti renkantis siurblį.

Darant prielaidą, kad siurblio našumas yra 3000 l/h (Q = 3/3600 m³/s = 0,0008333333333333333 m³/DN65 (D = 0,0752) PE/HDPE vamzdžio, kurio šiurkštumas pagal duomenų lapą yra ε = 1,5 µm = 1,5 × 10-⁶ m, kinematinė vandens klampa ≈ 1-10^-6 m²/s, o tankis ρ = 1000 kg/m³ ir srauto greitis g = 9,81 m/s², taip pat atsižvelgiant į jungiamųjų detalių ir kt. ekvivalentus, apskaičiuotus 1,2 karto viršijant 200 m vamzdžio ilgį, t. y. 240 m, o aukščių skirtumas, kurį reikia įveikti, yra H_s 50 m (statinis aukštis), kai vidutinis sunkio jėgos pagreitis g = 9,81 m/s² (kaip konstantą), gaunami tokie skaičiavimai:

• Skerspjūvis DN65
  A = ( ( π ⋅ D² ) : 4 = ( π ⋅ 0,0752 ² ) : 4 = 0,004417865 m²
• Srauto greitis
  v = Q : A = 0,0008333333333333333 m³/s : 0,004417865 m² = 0,1886280807 m/s
• Reinoldso skaičius (charakteristinis skaičius, mažas = laminarinis, didelis = turbulentinis srautas)
  Re = υD : v = ( 0,1886280807015056 ⋅ 0,0752 ) : ( 1⋅10-6 m²/s ) = 14147,10605261292 m²/s
• Vamzdžio trinties koeficientas (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
• Vamzdžio trinties nuostoliai (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
• Ekvivalentiniai liejimo nuostoliai
  (identiškas fomelis, o ne L (vamzdžio ilgis) L_eq (10 m rinkinys)
  h_eq = f ⋅ ( L_eq : D ) ⋅ ( v² : 2g ) = ≈0,0068324004 m
• Iš viso galva
  H_miręs = H_s + h_f  + h_eq
  H_miręs = 50,0 m + 0,1639776104 m + 0,0068324004 m = ≈50,1708100 m
• Slėgis siurblio išėjime
  p = ρgH_miręs
  p = 1000⋅9,81⋅50,1708100108 = 492175,6462064206 Pa
  p = 492175,6462064206 Pa : 10 000 = 4,921756462064206 bar
• Hidraulinio siurblio talpa
  P_h = ρgQH_miręs
  P_h = 1000 ⋅ 9,81 ⋅ 0,0008333333333333333 ⋅ 50,1708100108 = 410,1463718386839 W
• Elektros variklio galia P_variklis kai naudingumo koeficientas η = 0,65
  P_variklis= Ph : η
  P_variklis= 410,1463718386839 : 0,65 = 630,9944182133598 W

Nominaliai reikiamą galią užtikrina maždaug 630 W galios siurblys. Praktikoje, atsižvelgiant į 80 proc. padidėjimą kaip saugos rezervą, manoma, kad ši galia yra apie 1,1 kW.

Vožtuvai

Jei kiekvieną tinklo cisterną reikia atskirti atskirai, o tai tikslinga atliekant techninės priežiūros darbus arba esant nuotėkiui, kiekvienai cisternai reikia uždaromojo ir atbulinio vožtuvo, taip pat nuleidimo arba išleidimo vožtuvo.

Varikliniai vožtuvai turi turėti rankinio (avarinio) įjungimo galimybę.

Visi komponentai turi būti suprojektuoti pagal WRAS/DVGW geriamojo vandens reikalavimus (EPDM sėdynė ir NBR diafragma). Montavimo flanšai pavaroms prijungti turi būti suprojektuoti pagal ISO 5211, variklių flanšai - pagal ISO5211 F05/F07.

Nuotėkio lygis turėtų būti VI klasė tai reiškia absoliutų (be burbuliukų) sandarumą, t. y. nulinį nuotėkio lygį. Šį reikalavimą atitinka visi vožtuvai su (PTFE) / EPDM lizdu.
Metalinės lizdinės angos pasiekia tik IV klasę: esant bandomajam slėgiui leidžiamas 10 ml/min nuotėkis.

Ar pavaros veiks 230 V kintamosios srovės, ar 24 V nuolatinės srovės (akumuliatoriaus) režimu, sprendžiama atsižvelgiant į reikalavimą, kad jos galėtų veikti automatiškai net ir nutrūkus viešajam elektros energijos tiekimui.
Visi elektros komponentai, esantys oro sąlygų veikiamose sistemose, turi atitikti IP65 (dulkėms nepralaidus, apsauga nuo vandens srovių), geresnė IP67 (dulkėms nepralaidus, apsauga nuo trumpalaikio panardinimo).

Varikliniai vožtuvai turi turėti galinius jungiklius, geriausiai - 0 ... 10 V arba 4 ... 20 mA, jei reikia valdyti ne tik atidarytą / uždarytą padėtį.

Lygio matavimas

Lygiui stebėti tinka ultragarsiniai ir slėgio jutikliai. Slėgio jutikliai, įrengti cisternos dugne, yra nuolat veikiami vandens, o ultragarsinis matavimas yra bekontaktis: jutiklis montuojamas ant cisternos dangčio arba po juo, todėl yra greitai pasiekiamas.

Pramoniniai ultragarso jutikliai išveda 4 ... 20 mA, kuri per kalibruotą IU keitiklį (srovė į įtampą) generuoja nuo išmatuotos vertės priklausančią įtampą, kurią įvertina mikrovaldiklis ir parodo kaip išmatuotą vertę, paverstą litrais, kubiniais metrais arba procentais.

Tačiau ultragarsinių jutiklių kainos didėja kartu su didėjančiu asortimentu ir siekia keturženklį eurų skaičių. Jutikliai, kurių matavimo atstumas yra iki 2,2 m, yra maždaug 200 eurų, dėl to cisternos gylis gali būti ne didesnis kaip 2 metrai, kad nebūtų viršytas biudžetas.