Plánovanie cisterien na pitnú vodu

Čas čítania 6 zápisnice

Aktualizované - december 10, 2025

Plánovanie cisterien na pitnú vodu zahŕňa niekoľko fyzikálnych faktorov, ktoré je potrebné zohľadniť, ak sa má dosiahnuť požadovaná kvalita pitnej vody a čerpací výkon s čo najmenším úsilím.

Analýza vody a limitné hodnoty

Najprv sa musí vykonať laboratórna analýza každého vodného zdroja, pomocou ktorej sa porovnajú hodnoty vody s platnými limitnými hodnotami, aby bolo možné v prípade potreby prijať osobitné opatrenia na ich dodržanie:

• Akrylamid 0,10 μg/l
• Antimón 10 μg/l
• Arzén 10 μg/l
• Benzén 1,0 μg/l
• Benzo(a)pyrén 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
• Chróm 25 μg/l
• Meď 2,0 mg/l
• Kyanid 50 μg/l
• 1,2-dichlóretán 3,0 μg/l
• Epichlórhydrín 0,10 μg/l
• Fluorid 1,5 mg/l
• Kyseliny halóctové (HAA) 60 μg/l
• Olovo 5 μg/l
• Ortuť 1,0 μg/l
• Mikrocystín-LR 1,0 μg/l
• Nikel 20 μg/l
• Dusičnany 50 mg/l
• Dusitany 0,50 mg/l
• Pesticídy 0,10 μg/l
• Celkový pesticíd 0,50 μg/l
• PFAS spolu 0,50 μg/l
• Suma PFAS 0,10 μg/l
• Polycyklické aromatické uhľovodíky 0,10 μg/l
• Selén 20 μg/l
• Tetrachlóretén a trichlóretén 10 μg/l
• Trihalometány celkom 100 μg/l
• Urán 30 μg/l
• Vinylchlorid 0,50 μg/l

Tvrdosť vody

Tvrdosť vody predstavuje obsah uhličitanu vápenatého (CaCO₃) v mmol/l, ppm alebo mg/l (1 mmol/l = 1 ppm/l = 1 mg/l) Ióny alkalických zemín podľa medzinárodnej sústavy jednotiek SI (Système International d'Unités), tiež v °dH (nemecká tvrdosť 1 °dH zodpovedá 0,1783 mml/l).

• mäkká voda -> menej ako 8,4 °dH, čo zodpovedá menej ako 1,5 mmoll
• stredná -> 8,4 ... 14 °dH, čo zodpovedá 1,5 ... 2,5 mmol/l
• Tvrdá voda -> viac ako 14 °dH, čo zodpovedá viac ako 2,5 mmol/l

Tvrdosť vody sa okrem iného prejavuje usadzovaním vodného kameňa v potrubí, na povrchoch zmáčaných vodou a spotrebou tým väčšieho množstva čistiacich prostriedkov, čím je voda vápenitejšia, t. j. tvrdšia.

Zmäkčovanie vody

Zmäkčovanie vody sa môže vykonávať dvoma spôsobmi: 

• Iónový výmenník (tu voda prechádza cez živicový filter nasýtený sodíkovými iónmi, pričom ióny vápnika a horčíka rozpustené vo vode sa vymenia za sodíkové ióny živice.
  V závislosti od prietoku sa iónomeniče skôr alebo neskôr nasýtia iónmi vápnika a horčíka a potom sa musia opláchnuť a regenerovať vysoko koncentrovaným roztokom kuchynskej soli (NaCl). Potom môžu opäť absorbovať ióny vápnika a horčíka a zodpovedajúcim spôsobom uvoľňovať ióny sodíka.
  V závislosti od priepustnosti si takéto systémy vyžadujú veľké množstvá v priebehu roka. EN 973 Typ Certifikovaná soľ vysokej čistoty s čistotou viac ako 99,5 %.
  Nevýhodou je obohatenie vody o sodík, čo je v rozpore s myšlienkou pitnej vody s nízkym obsahom sodíka. Rovnako, samozrejme, aj opakujúce sa náklady na regeneračnú soľ a súvisiace náklady na údržbu.
• Reverzná osmóza, pretláčaním vody pod vysokým tlakom cez jemné póry filtra s veľkosťou 0,00001 µm. Nevýhodou však je, že výsledná voda už neobsahuje žiadne minerálne látky, a preto sa musí opätovne mineralizovať, aby bola použiteľná pre ľudský organizmus.
  Nevýhodou sú pravidelne sa opakujúce náklady na osmóznu membránu (filtračnú vložku) a „vodu“, ktorá vzniká počas reverznej osmózy, čo môže predstavovať až 50% dodatočnej spotreby vody.
• Destilácia, čo má za následok, že voda neobsahuje žiadne minerálne látky, a preto je pre ľudské zdravie kontraproduktívna.
  Ďalšou nevýhodou je vysoká spotreba energie.
• Kryštalizácia semien, pri ktorej katalyzátor (naplnený špeciálne potiahnutými keramickými alebo polymérovými guľôčkami, na ktoré sa prilepia a vykryštalizujú ióny vápnika a uhličitanu) premieňa kalcit, ktorý spôsobuje usadeniny vodného kameňa, na ihličkovité kryštály aragonitu, ktoré sa už neprilepia.
  Voda stále obsahuje všetky minerály vrátane „vápna“ vo forme kryštálov aragonitu).
  Túto vodu môže organizmus plne využiť.
  Takéto zariadenia majú životnosť viac ako desať rokov v závislosti od prietoku a rozmerov. Sú zapojené do hlavného prívodného potrubia domáceho vodovodu za vodomerom.
  

Technológie kryštalizácie osiva

Tvrdosť vody sa nemení pri žiadnej z týchto technológií. Výrazne sa však zníži tvorba vodného kameňa, pretože CaCO₃ je už viazaný v stabilných jemných mikro- alebo veľmi jemných nanokryštáloch.

TAC

Kryštalizácia s asistenciou šablóny - Nosičom kryštalizačného jadra je pevné médium, napr. živica alebo granulát. Pri prietoku vody sa na nich vytvárajú kryštály uhličitanu vápenatého, ktoré sa okamžite oddeľujú od nosiča a sú odnášané spolu s vodou.
Ideálne pre nízke prietoky, pretože tvorba mikrokryštálov trvá dlhšie ako nanokryštálov v procese NAC.

NAC

Kryštalizácia s asistenciou nukleácie - je v podstate totožný s procesom TAC, ale namiesto mikrokryštálov sa tu vyrábajú nanokryštály. To znamená, že počet častíc je väčší a kryštály menšie.
To je výhodné, ak sa vyžaduje vysoká rýchlosť prietoku, pretože čas kontaktu s médiom je preto kratší a tvorba kryštálov je vďaka systému rýchlejšia ako pri procese TAC.

MAC

Kryštalizácia s asistenciou médií - zhrňuje oba procesy, TAC a NAC, pod jeden zastrešujúci pojem. Termín MAC sa zvyčajne používa, keď sa používajú vlastné technológie, ktoré sa líšia od bežných technológií procesov TAC/NAC.

Dodávateľ systémov s kryštalizáciou osiva

Ako vždy je dôležité oddeliť zrno od pliev, t. j. ktorý výrobca nielen tvrdí, ale aj dokazuje funkčnosť svojich výrobkov príslušnými certifikátmi z nezávislých testovacích centier a/alebo štúdiami.

Ako bolo uvedené vyššie, čas kontaktu pretekajúcej vody je funkčne významný, preto je potrebné vyhodnotiť technické listy jednotlivých výrobkov samostatne s ohľadom na toto kritérium a podľa toho prispôsobiť celkový systém.

Pozitívne sa tu prejavujú títo výrobcovia:

• ScaleStop - support@scalestopplus.com
  Nezávislé testy Arizona State University a DVGW (W512 z roku 2013) dokazujú účinnosť s 99% v každom prípade
• Vodné technológie - info@watertechgroup.com
  propaguje svoj produkt Bezpečná škálovateľnosť s 99,9-percentnou účinnosťou
• Aqon Pure - info@aqon-pure.com
  dokazuje účinnosť svojho systému dvoma štúdiami: Hohenstein Innovations gGmbH a GSA (Odkaz 1, Odkaz 2, Odkaz 3)
• Watts - info@wattsindustries.it
  ponúka sortiment výrobkov pod názvom One-Flow na stránke .
• Crystal Wash - clean@crystalwash.fr
  je obmedzená na jeden Špecifikácia účinnosti od 88 ... 97 % a vzťahuje sa na účinnosť procesu TAC, ktorú všeobecne uznáva DVGW-W512
  

Výťažnosť zdroja

V prípade existujúceho alebo plánovaného vrtu sú parametre prietoková rýchlosť a ťažobná rýchlosť spolu s ďalšími parametrami elementárnymi pri výpočte množstva podzemnej vody, ktoré sa má odobrať za časovú jednotku. Vysvetlenie vrátane výpočtu nájdete veľmi prehľadne na tomto Webová lokalita.

Odber vody z rieky často podlieha povoleniu a je obmedzený z hľadiska množstva.

Výber napájacieho čerpadla

Hlbinné čerpadlo sa používa na čerpanie podzemnej vody z hĺbky 8 až 90 metrov. Je potrebné poznamenať, že ťažobná hĺbka a hĺbka čerpadla (sacia hĺbka) sa sčítajú do celkovej výtlačnej výšky.

AplikáciaPríklad:

Hĺbka čerpadla (sací filter) 20 m + najvyšší odberný bod 30 m = 50 m je celková výtlačná výška čerpadla v hĺbkovom vrte.

Okrem čistého výškového rozdielu sa však musia zohľadniť aj straty trením v trase potrubia (drsnosť potrubia, tvaroviek atď. = dynamická výška). Tie sa musia pri výbere čerpadla primerane pripočítať.

Za predpokladu výkonu čerpadla 3000 l/h (Q = 3/3600 m³/s = 0,0008333333333333333 m³/s), pri použití napr. rúrky DN65 (D = 0,0752) z PE/HDPE s drsnosťou podľa technického listu ε = 1,5 µm = 1,5 × 10-⁶ m, kinematickej viskozite vody ≈ 1-10^-6 m²/s a hustota ρ = 1000 kg/m³ a rýchlosť prúdenia g = 9,81 m/s², ako aj zohľadnenie ekvivalentov tvaroviek atď. vypočítaným 1,2-násobkom dĺžky potrubia 200 m, čo zodpovedá 240 m a výškovému rozdielu, ktorý treba prekonať, H_s 50 m (statická výška) pri priemernom gravitačnom zrýchlení g = 9,81 m/s² (ako konštanta), dostaneme nasledujúci výpočet:

• Prierez DN65
  A = ( π ⋅ D² ) : 4 = ( π ⋅ 0,0752 ² ) : 4 = 0,004417865 m²
• Rýchlosť prúdenia
  v = Q : A = 0,0008333333333333333 m³/s : 0,004417865 m² = 0,1886280807 m/s
• Reynoldsovo číslo (charakteristické číslo, nízke = laminárne, vysoké = turbulentné prúdenie)
  Re = υD : v = ( 0,1886280807015056 ⋅ 0,0752 ) : ( 1⋅10-6 m²/s ) = 14147,10605261292 m²/s
• Koeficient trenia potrubia (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
• Strata trením 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
• Ekvivalentná strata pri tvarovaní
  (identický fommel, namiesto L (dĺžka potrubia) L_eq (sada s 10 m)
  h_eq = f ⋅ ( L_eq : D ) ⋅ ( v² : 2g ) = ≈0,0068324004 m
• Celková hlava
  H_mŕtvy = H_s + h_f  + h_eq
  H_mŕtvy = 50,0 m + 0,1639776104 m + 0,0068324004 m = ≈50,1708100 m
• Tlak na výstupe čerpadla
  p = ρgH_mŕtvy
  p = 1000⋅9,81⋅50,1708100108 = 492175,6462064206 Pa
  p = 492175,6462064206 Pa : 10 000 = 4,921756462064206 bar
• Kapacita hydraulického čerpadla
  P_h = ρgQH_mŕtvy
  P_h = 1000 ⋅ 9,81 ⋅ 0,0008333333333333333 ⋅ 50,1708100108 = 410,1463718386839 W
• Elektrický výkon motora P_motor s účinnosťou η = 0,65
  P_motor= Ph : η
  P_motor= 410,1463718386839 : 0,65 = 630,9944182133598 W

Potrebný výkon zabezpečuje čerpadlo s výkonom približne 630 W. V praxi sa predpokladá, že s 80-percentným zvýšením ako bezpečnostnou rezervou to bude približne 1,1 kW.

Ventily

Ak má byť každá nádržka v sieti samostatne oddeliteľná, čo má zmysel v prípade údržby alebo netesností, pre každú nádržku je potrebný uzatvárací a spätný ventil, ako aj splachovací alebo vypúšťací ventil.

Motorizované ventily by mali mať možnosť manuálneho (núdzového) ovládania.

Všetky komponenty musia byť navrhnuté v súlade s požiadavkami WRAS/DVGW na pitnú vodu (sedlo z EPDM a membrána z NBR). Montážne príruby na pripojenie pohonov musia byť navrhnuté v súlade s normou ISO 5211, príruby motorov v súlade s normou ISO5211 F05/F07.

Miera úniku by mala byť Trieda VI čo znamená absolútnu tesnosť (bez bublín), t. j. nulovú mieru úniku. Túto požiadavku spĺňajú všetky ventily so sedlom z (PTFE)/EPDM.
Kovové sedlá dosahujú iba triedu IV: pri skúšobnom tlaku je povolená rýchlosť úniku 10 ml/min.

Požiadavka na automatickú prevádzkyschopnosť aj v prípade výpadku verejného napájania rozhoduje o tom, či pohon bude fungovať na 230 V AC alebo 24 V DC (batéria).
Všetky elektrické komponenty v systémoch vystavených poveternostným vplyvom musia spĺňať IP65 (prachotesnosť, ochrana proti prúdom vody), lepšia IP67 (prachotesné, ochrana proti krátkodobému ponoreniu).

Motorizované ventily musia mať koncové spínače, ideálne ovládanie cez 0 ... 10 V alebo 4 ... 20 mA, ak sa majú ovládať iné polohy ako otvorené/zatvorené.

Meranie hladiny

Na monitorovanie hladiny sú vhodné ultrazvukové a tlakové snímače. Zatiaľ čo tlakové snímače umiestnené na dne cisterny sú neustále vystavené pôsobeniu vody, ultrazvukové meranie je bezkontaktné: snímač je namontovaný na veku cisterny alebo pod ním, a preto je rýchlo prístupný.

Priemyselné ultrazvukové senzory majú výstupný prúd 4 ... 20 mA, ktorý prostredníctvom kalibrovaného prevodníka IU (prúd na napätie) generuje napätie závislé od nameranej hodnoty, ktoré sa vyhodnocuje mikrokontrolérom a zobrazuje sa ako nameraná hodnota prepočítaná na litre, metre kubické alebo percentá.

Ceny ultrazvukových senzorov však rastú spolu s rastúcim rozsahom a dosahujú štvorciferné hodnoty v eurách. Senzory s meracou vzdialenosťou do 2,2 metra sa pohybujú okolo 200 eur, čo obmedzuje hĺbku cisterny na približne 2 metre, ak sa nemá prekročiť rozpočet.