Dzeramā ūdens cisternu plānošana

Lasīšanas laiks 6 protokols

Atjaunināts - 10. decembris, 2025

Dzeramā ūdens cisternu plānošana ir saistīta ar vairākiem fizikāliem faktoriem, kas jāņem vērā, ja vēlamā dzeramā ūdens kvalitāte un sūknēšanas jauda jāsasniedz ar pēc iespējas mazāk pūlēm.

Ūdens analīze un robežvērtības

Vispirms ir jāveic katra ūdens avota laboratoriskā analīze, ar kuras palīdzību ūdens vērtības salīdzina ar piemērojamām robežvērtībām, lai vajadzības gadījumā varētu veikt īpašus pasākumus to ievērošanai:

• Akrilamīds 0,10 μg/l
• Antimons 10 μg/l
• Arsēns 10 μg/l
• Benzols 1,0 μg/l
• Benzo(a)pirēns 0,010 μg/l
• Bisfenols A 2,5 μg/l
• Bors 1,5 mg/l
• Bromāts 10 μg/l
• Kadmijs 5,0 μg/l
• Hlorāts 0,25 mg/l
• Hlorīts 0,25 mg/l
• Hroms 25 μg/l
• Varš 2,0 mg/l
• Cianīds 50 μg/l
• 1,2-dihloretāns 3,0 μg/l
• Epihlorhidrīns 0,10 μg/l
• Fluorīds 1,5 mg/l
• Haloetiķskābes (HAA) 60 μg/l
• Svins 5 μg/l
• Dzīvsudrabs 1,0 μg/l
• Mikrocistīns-LR 1,0 μg/l
• Niķelis 20 μg/l
• Nitrāti 50 mg/l
• Nitrīti 0,50 mg/l
• Pesticīdi 0,10 μg/l
• Kopējais pesticīdu daudzums 0,50 μg/l
• PFAS kopā 0,50 μg/l
• PFAS summa 0,10 μg/l
• Policikliskie aromātiskie ogļūdeņraži 0,10 μg/l
• Selēns 20 μg/l
• Tetrahloretēns un trihloretēns 10 μg/l
• Trihalometāni kopā 100 μg/l
• Urāns 30 μg/l
• Vinilhlorīds 0,50 μg/l

Ūdens cietība

Ūdens cietība ir kalcija karbonāta (CaCO₃) saturs ūdenī. mmol/l, ppm vai mg/l (1 mmol/l = 1 ppm/l = 1 mg/l) Sārmu zemes joni saskaņā ar starptautisko mērvienību sistēmu SI (Système International d'Unités), kas norādīta arī °dH (vācu cietība 1 °dH atbilst 0,1783 mml/l).

• mīksts ūdens -> mazāk nekā 8,4 °dH, kas atbilst mazāk nekā 1,5 mmoll.
• vidēja -> 8,4 ... 14 °dH, kas atbilst 1,5 ... 2,5 mmol/l
• Ciets ūdens -> vairāk nekā 14 °dH, kas atbilst vairāk nekā 2,5 mmol/l.

Ūdens cietība cita starpā izpaužas kā kaļķakmens nogulsnes caurulēs, uz virsmām, ko samitrina ūdens, un jo vairāk mazgāšanas līdzekļu tiek patērēts, jo ūdens ir cietāks, t. i., kaļķotāks.

Ūdens mīkstināšana

Ūdens mīkstināšanu var veikt divējādi: 

• Jonu siltummainis (šajā gadījumā ūdens tiek izvadīts caur sveķu filtru, kas piesātināts ar nātrija joniem, un ūdenī izšķīdušie kalcija un magnija joni tiek apmainīti pret sveķu nātrija joniem.
  Atkarībā no plūsmas ātruma jonu apmaiņas ierīces agrāk vai vēlāk piesātinās ar kalcija un magnija joniem, un pēc tam tās ir jāizskalo un jāreģenerē ar ļoti koncentrētu sāls šķīdumu (NaCl). Pēc tam tie var atkal absorbēt kalcija un magnija jonus un attiecīgi izdalīt nātrija jonus.
  Atkarībā no caurlaides spējas šādām sistēmām gada laikā ir nepieciešami lieli daudzumi. EN 973 tips Sertificēta augstas tīrības pakāpes sāls ar tīrības pakāpi, kas pārsniedz 99,5 %.
  Trūkums ir ūdens bagātināšana ar nātriju, kas ir pretrunā idejai par dzeramo ūdeni ar zemu nātrija saturu. Tāpat, protams, pastāvīgās izmaksas par reģenerācijas sāli un ar to saistītās uzturēšanas izmaksas.
• Reversā osmoze, ūdeni ar augstu spiedienu izspiežot caur 0,00001 µm smalkām filtra porām. Tomēr trūkums ir tas, ka iegūtais ūdens vairs nesatur minerālvielas, un tāpēc tas ir atkārtoti jāmineralizē, lai to varētu izmantot cilvēka organismā.
  Trūkumi ir regulāri atkārtojošās izmaksas par osmozes membrānu (filtra kārtridžu) un reversās osmozes laikā saražoto „ūdeni“, kas var sasniegt līdz pat 50% papildu ūdens patēriņa.
• Destilācija, kā rezultātā ūdens ir bez minerālvielu satura, un tāpēc tas ir kaitīgs cilvēka veselībai.
  Papildu trūkums ir lielais enerģijas patēriņš.
• Sēklu kristalizācija, kurā katalizators (pildīts ar īpaši pārklātām keramikas vai polimēru lodītēm, pie kurām pieķeras un kristalizējas kalcija un karbonāta joni) pārveido kalcītu, kas rada kaļķakmens nogulsnes, par adatveida aragonīta kristāliem, kuri vairs nesalīp.
  Ūdenī joprojām ir visas minerālvielas, tostarp „kaļķis“ aragonīta kristālu veidā).
  Šo ūdeni organisms var pilnībā izmantot.
  Šādu ierīču kalpošanas laiks atkarībā no plūsmas ātruma un izmēriem ir vairāk nekā desmit gadi. Tās tiek pievienotas mājsaimniecības ūdensvada galvenajai padeves līnijai aiz ūdens skaitītāja.
  

Sēklu kristalizācijas tehnoloģijas

Ūdens cietība nemainās, izmantojot kādu no šīm tehnoloģijām. Tomēr kaļķakmens nogulsnes ievērojami samazinās, jo CaCO₃ jau ir saistīts stabilos sīkos mikro- vai ļoti sīkos nanokristālos.

TAC

Kristalizācija ar šablona palīdzību - Kristalizācijas kodola nesējs ir cieta vide, piemēram, sveķi vai granulas. Kad ūdens plūst cauri tām, uz tām veidojas kalcija karbonāta kristāli, kas nekavējoties atdalās no nesēja un tiek aiznesti kopā ar ūdeni.
Ideāli piemērots maziem plūsmas ātrumiem, jo mikrokristālu veidošanās NAC procesā aizņem vairāk laika nekā nanokristālu veidošanās.

NAC

Kristalizācija ar nukleācijas palīdzību - būtībā ir identisks KPN procesam, taču mikrokristālu vietā tiek iegūti nanokristāli. Tas nozīmē, ka daļiņu skaits ir lielāks un kristāli mazāki.
Tas ir izdevīgi, ja ir nepieciešams liels plūsmas ātrums, jo tādējādi kontakta laiks ar vidi ir īsāks un kristālu veidošanās ir ātrāka nekā KPN procesā sistēmas dēļ.

MAC

Mediju atbalstīta kristalizācija - abus procesus - KPN un NAC - apkopo zem viena jumta termina. Terminu MAC parasti lieto, ja tiek izmantotas patentētas tehnoloģijas, kas atšķiras no parastajām TAC/NAC procesa tehnoloģijām.

Sistēmu ar sēklu kristalizāciju piegādātājs

Kā vienmēr, ir svarīgi nošķirt graudus no pelavām, t. i., kurš ražotājs ne tikai apgalvo, bet arī pierāda savu produktu darbību ar atbilstošiem neatkarīgu testēšanas centru sertifikātiem un/vai pētījumiem.

Kā minēts iepriekš, funkcionāli nozīmīgs ir caurplūstošā ūdens kontakta laiks, tāpēc atsevišķu produktu datu lapas ir jāizvērtē atsevišķi attiecībā uz šo kritēriju un attiecīgi jāpielāgo kopējā sistēma.

Pozitīvi izceļas šādi ražotāji:

• ScaleStop - support@scalestopplus.com
  Neatkarīgi testi Arizonas Valsts universitāte un DVGW (W512 no 2013) pierāda efektivitāti ar 99% katrā gadījumā
• Ūdens tehnika - info@watertechgroup.com
  reklamē savu produktu Drošs mērogam ar 99,9 % efektivitāti
• Aqon Pure - info@aqon-pure.com
  savas sistēmas efektivitāti pierāda ar diviem pētījumiem. Hohenstein Innovations gGmbH un GSA (Saite 1, Saite 2, Saite 3)
• Watts - info@wattsindustries.it
  piedāvā produktu klāstu ar nosaukumu Viena plūsma vietnē
• Kristāla mazgāšana - clean@crystalwash.fr
  ir ierobežots līdz vienam Efektivitātes specifikācija no 88 ... 97 % un attiecas uz KPN procesa efektivitāti, kas vispāratzīta DVGW-W512.
  

Avota ražīgums

Esoša vai plānota urbuma gadījumā parametri plūsmas ātrums un ieguves ātrums kopā ar citiem parametriem ir elementāri, aprēķinot laika vienībā iegūstamā pazemes ūdens daudzumu. Skaidrojums, tostarp aprēķins, ir ļoti skaidri atrodams šajā tīmekļa vietnē Tīmekļa vietne.

Ūdens ieguvei no upes bieži vien ir jāsaņem atļauja, un tās daudzums ir ierobežots.

Barošanas sūkņa izvēle

Dziļo aku sūkni izmanto, lai sūknētu gruntsūdeņus no 8 līdz 90 metru dziļuma. Jāatzīmē, ka ieguves un sūkņa dziļums (iesūknēšanas dziļums) summējas, veidojot kopējo piegādes spiedienu.

PieteikumsPiemērs:

Sūkņa dziļums (iesūknēšanas siets) 20 m + augstākais ieguves punkts 30 m = 50 m ir dziļurbuma sūkņa kopējais piegādes spiediens..

Tomēr papildus augstuma starpībai jāņem vērā arī berzes zudumi cauruļvadu trasē (cauruļu, veidgabalu u. c. nelīdzenumi = dinamiskais spiediens). Tie attiecīgi jāpieskaita, izvēloties sūkni.

Pieņemot, ka sūkņa jauda ir 3000 l/h (Q = 3/3600 m³/s = 0,0008333333333333333 m³/s), izmantojot, piemēram, DN65 (D = 0,0752) PE/HDPE cauruli ar nelīdzenumu saskaņā ar datu lapu ε = 1,5 µm = 1,5 × 10-⁶ m, ūdens kinemātisko viskozitāti ≈ 1-10^-6 m²/s un blīvums ρ = 1000 kg/m³ un plūsmas ātrums g = 9,81 m/s², kā arī ņemot vērā armatūras u.c. ekvivalentu, aprēķināto 1,2 reizes lielāku par 200 m caurules garumu, kas atbilst 240 m, un pārvaramo augstumu starpību H_s 50 m (statiskais augstums) pie vidējā gravitācijas paātrinājuma g = 9,81 m/s.² (kā konstanti), iegūst šādu aprēķinu:

• Šķērsgriezums DN65
  A = ( π ⋅ D² ) : 4 = ( π ⋅ 0,0752 ² ) : 4 = 0,004417865 m²
• Plūsmas ātrums
  v = Q : A = 0,0008333333333333333 m³/s : 0,004417865 m² = 0,1886280807 m/s
• Reinoldsa skaitlis (raksturskaitlis, zems = lamināra plūsma, augsts = turbulenta plūsma)
  Re = υD : v = ( 0,1886280807015056 ⋅ 0,0752 ) : ( 1⋅10-6 m²/s ) = 14147,10605261292 m²/s
• Caurules berzes koeficients (Svamee-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
• Cauruļu berzes zudumi (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
• Ekvivalents formēšanas zudumu ekvivalents
  (identisks fommel, nevis L (caurules garums) L_eq (komplekts ar 10 m)
  h_eq = f ⋅ ( L_eq : D ) ⋅ ( v² : 2g ) = ≈0,0068324004 m
• Kopējais galvu skaits
  H_miris = H_s + h_f  + h_eq
  H_miris = 50,0 m + 0,1639776104 m + 0,0068324004 m = ≈50,1708100 m
• Spiediens sūkņa izejā
  p = ρgH_miris
  p = 1000⋅9,81⋅50,1708100108 = 492175,6462064206 Pa
  p = 492175,6462064206 Pa : 10 000 = 4,921756462064206 bar
• Hidrauliskā sūkņa jauda
  P_h = ρgQH_miris
  P_h = 1000 ⋅ 9,81 ⋅ 0,0008333333333333333 ⋅ 50,1708100108 = 410,1463718386839 W
• Elektromotora jauda P_motors ar efektivitāti η = 0,65
  P_motors= Ph : η
  P_motors= 410,1463718386839 : 0,65 = 630,9944182133598 W

Nomināli nepieciešamo jaudu nodrošina sūknis ar aptuveni 630 W jaudu. Praksē, ņemot vērā 80 % palielinājumu kā drošības rezervi, tiek pieņemts, ka tas ir aptuveni 1,1 kW.

Vārsti

Ja katrs rezervuārs tīklā ir atsevišķi atdalāms, kas ir lietderīgi apkopes darbu vai noplūdes gadījumā, katram rezervuāram ir nepieciešams noslēgvārsts un pretvārsts, kā arī skalošanas vai iztukšošanas vārsts.

Motorizētajiem vārstiem jābūt ar manuālas (avārijas) iedarbināšanas iespēju.

Visiem komponentiem jābūt konstruētiem saskaņā ar WRAS/DVGW prasībām attiecībā uz dzeramo ūdeni (EPDM sēdeklis un NBR diafragma). Piedziņas mehānismu pievienošanas montāžas atlokiem jābūt konstruētiem saskaņā ar ISO 5211, motoru atlokiem - saskaņā ar ISO5211 F05/F07.

Noplūdes ātrumam jābūt VI klase kas nozīmē absolūtu (bez burbuļiem) hermētiskumu, t. i., nulles noplūdes līmeni. Šai prasībai atbilst visi vārsti ar (PTFE)/EPDM sēdekli.
Metāla sēdekļi sasniedz tikai IV klasi: pie testa spiediena pieļaujams noplūdes ātrums 10 ml/min.

Par to, vai izpildmehānismiem ir 230 V maiņstrāvas vai 24 V līdzstrāvas (akumulatora) strāvas padeve, lemj prasība pēc automātiskas darbspējas pat tad, ja pārtrūkst publiskā elektroapgāde.
Visām laikapstākļu iedarbībai pakļauto sistēmu elektriskajām sastāvdaļām jāatbilst IP65 (putekļu necaurlaidība, aizsardzība pret ūdens strūklu), labāka IP67 (putekļu necaurlaidīgs, aizsardzība pret īslaicīgu iegremdēšanu).

Motorizētajiem vārstiem jābūt aprīkotiem ar gala slēdžiem, ideālā gadījumā ar 0 ... 10 V vai 4 ... 20 mA, ja jākontrolē pozīcijas, kas nav atvērtas/aizvērtas.

Līmeņa mērīšana

Ultraskaņas un spiediena sensori ir piemēroti līmeņa uzraudzībai. Spiediena sensori, kas novietoti cisternas apakšā, ir pastāvīgi pakļauti ūdens iedarbībai, savukārt ultraskaņas mērījumi ir bezkontakta mērījumi: sensors ir uzstādīts uz cisternas vāka vai zem tā, tāpēc ir ātri pieejams.

Industriālie ultraskaņas sensori izvada 4 ... 20 mA, kas, izmantojot kalibrētu IU pārveidotāju (strāva uz spriegumu), ģenerē no izmērītās vērtības atkarīgu spriegumu, ko mikrokontrolieris izvērtē un parāda kā izmērīto vērtību, kas konvertēta litros, kubikmetros vai procentos.

Tomēr ultraskaņas sensoru cenas pieaug līdz ar pieaugošo diapazonu, sasniedzot četrciparu skaitli euro. Sensori ar mērīšanas attālumu līdz 2,2 metriem ir aptuveni 2,2 metri. 200 eiro, kas ierobežo cisternas dziļumu līdz aptuveni 2 metriem, lai netiktu pārsniegts budžets.