Načrtovanje cistern za pitno vodo

Čas branja 6 minute

Posodobljeno - december 10, 2025

Načrtovanje cistern za pitno vodo vključuje več fizikalnih dejavnikov, ki jih je treba upoštevati, če želimo s čim manj napora doseči želeno kakovost pitne vode in zmogljivost črpanja.

Analiza vode in mejne vrednosti

Najprej je treba opraviti laboratorijsko analizo vsakega vodnega vira, s katero se vrednosti vode primerjajo z veljavnimi mejnimi vrednostmi, da se lahko po potrebi sprejmejo posebni ukrepi za njihovo upoštevanje:

• Akrilamid 0,10 μg/l
• Antimon 10 μg/l
• Arzen 10 μg/l
• Benzen 1,0 μg/l
• Benzo(a)piren 0,010 μg/l
• Bisfenol A 2,5 μg/l
• Bor 1,5 mg/l
• Bromat 10 μg/l
• Kadmij 5,0 μg/l
• Klorat 0,25 mg/l
• Klorit 0,25 mg/l
• Krom 25 μg/l
• Baker 2,0 mg/l
• Cianid 50 μg/l
• 1,2-dikloroetan 3,0 μg/l
• Epiklorohidrin 0,10 μg/l
• Fluorid 1,5 mg/l
• Haloocetne kisline (HAA) 60 μg/l
• Svinec 5 μg/l
• Živo srebro 1,0 μg/l
• Mikrocistin-LR 1,0 μg/l
• Nikelj 20 μg/l
• Nitrat 50 mg/l
• Nitrit 0,50 mg/l
• Pesticidi 0,10 μg/l
• Skupni pesticidi 0,50 μg/l
• PFAS skupaj 0,50 μg/l
• Vsota PFAS 0,10 μg/l
• Policiklični aromatski ogljikovodiki 0,10 μg/l
• Selen 20 μg/l
• Tetrakloroeten in trikloroeten 10 μg/l
• Skupni trihalometani 100 μg/l
• Uran 30 μg/l
• Vinilklorid 0,50 μg/l

Trdota vode

Trdota vode predstavlja vsebnost kalcijevega karbonata (CaCO₃) v vodi. mmol/l, ppm ali mg/l (1 mmol/l = 1 ppm/l = 1 mg/l) Ioni alkalnih zemljin po mednarodnem sistemu enot SI (Système International d'Unités), ki je bila navedena tudi v °dH (nemška trdota 1 °dH ustreza 0,1783 mml/l).

• mehka voda -> manj kot 8,4 °dH, kar ustreza manj kot 1,5 mmoll
• srednje -> 8.4 ... 14 °dH, kar ustreza 1,5 ... 2,5 mmol/l
• Trda voda -> več kot 14 °dH, kar ustreza več kot 2,5 mmol/l

Trdota vode se med drugim kaže v oblogah vodnega kamna v ceveh in na površinah, ki jih omoči voda, ter v porabi večje količine detergenta, če je voda bolj apnenčasta, tj. trša.

Mehčanje vode

Mehčanje vode je mogoče izvesti na dva načina: 

• ionski izmenjevalnik (pri tem se voda pretaka skozi smolni filter, nasičen z natrijevimi ioni, pri čemer se v vodi raztopljeni kalcijevi in magnezijevi ioni zamenjajo z natrijevimi ioni v smoli.
  Odvisno od hitrosti pretoka se ionski izmenjevalniki prej ali slej nasičijo s kalcijevimi in magnezijevimi ioni, zato jih je treba sprati in regenerirati z zelo koncentrirano raztopino navadne soli (NaCl). Nato lahko ponovno absorbirajo kalcijeve in magnezijeve ione ter ustrezno sproščajo natrijeve ione.
  Odvisno od zmogljivosti takšni sistemi potrebujejo velike količine v enem letu. EN 973 Tip Certificirana, zelo čista sol s čistostjo več kot 99,5 %.
  Slabost je obogatitev vode z natrijem, kar je v nasprotju z idejo o pitni vodi z nizko vsebnostjo natrija. Podobno velja seveda tudi za ponavljajoče se stroške regeneracijske soli in s tem povezane stroške vzdrževanja.
• Obratna osmoza, s stiskanjem vode pod visokim pritiskom skozi 0,00001 µm fine pore filtra. Slabost pa je, da voda, ki nastane, ne vsebuje več mineralov in jo je zato treba ponovno mineralizirati, da bi jo lahko uporabil človeški organizem.
  Slabosti so redno ponavljajoči se stroški za osmozno membrano (filtrski vložek) in „vodo“, ki nastane med reverzno osmozo, kar lahko znaša do 50% dodatne porabe vode.
• Destilacija, ki prav tako povzroča, da voda nima nobene vsebnosti mineralov in je zato neproduktivna za zdravje ljudi.
  Dodatna pomanjkljivost je velika poraba energije.
• Kristalizacija semen, pri katerem katalizator (napolnjen s posebej prevlečenimi keramičnimi ali polimernimi kroglicami, na katere se prilepijo kalcijevi in karbonatni ioni in kristalizirajo) pretvori kalcit, ki povzroča obloge vodnega kamna, v kristale aragonita v obliki iglic, ki se ne prilepijo več.
  Voda še vedno vsebuje vse minerale, tudi „apno“ v obliki kristalov aragonita).
  To vodo lahko organizem v celoti izkoristi.
  Take naprave imajo življenjsko dobo več kot deset let, odvisno od stopnje pretoka in dimenzij. Priključene so na glavni vodovodni cevovod za vodomerom.
  

Tehnologije kristalizacije semen

Trdota vode se ne spremeni z nobeno od naslednjih tehnologij. Vendar pa se močno zmanjšajo obloge vodnega kamna, saj se CaCO₃ je že vezan v stabilne drobne mikro- ali zelo drobne nanokristale.

TAC

Kristalizacija s pomočjo predloge - Nosilec kristalizacijskega jedra je trdni medij, npr. smola ali granulat. Ko voda teče skozi njih, na njih nastanejo kristali kalcijevega karbonata, ki se takoj ločijo od nosilca in se odnesejo z vodo.
Idealno za nizke hitrosti pretoka, saj nastajanje mikrokristalov v postopku NAC traja dlje kot nanokristalov.

NAC

Kristalizacija s pomočjo nukleacije - je v bistvu enak postopku TAC, vendar se pri njem namesto mikrokristalov proizvajajo nanokristali. To pomeni, da je število delcev večje, kristali pa manjši.
To je ugodno, če je potreben velik pretok, saj je zato čas stika z medijem krajši, nastajanje kristalov pa zaradi sistema hitrejše kot pri postopku TAC.

MAC

Kristalizacija s pomočjo medijev - sta oba procesa, TAC in NAC, združena v enem krovnem izrazu. Izraz MAC se običajno uporablja, kadar se uporabljajo lastniške tehnologije, ki se razlikujejo od običajnih tehnologij procesa TAC/NAC.

Dobavitelj sistemov s kristalizacijo semen

Kot vedno je pomembno ločiti zrno od plev, tj. kateri proizvajalec ne samo trdi, ampak tudi dokazuje delovanje svojih izdelkov z ustreznimi certifikati neodvisnih testnih centrov in/ali študij.

Kot je navedeno zgoraj, je čas stika pretočene vode funkcionalno pomemben, zato je treba glede tega merila ločeno oceniti podatkovne liste posameznih izdelkov in ustrezno prilagoditi celoten sistem.

Pri tem pozitivno izstopajo naslednji proizvajalci:

• ScaleStop - support@scalestopplus.com
  Neodvisni testi Državna univerza v Arizoni in DVGW (W512 iz leta 2013) dokazujejo učinkovitost z 99% v vsakem primeru
• Tehnologija za vodo - info@watertechgroup.com
  oglašuje svoj izdelek Varno za razširjanje z 99,9-odstotno učinkovitostjo
• Aqon Pure - info@aqon-pure.com
  dokazuje učinkovitost svojega sistema z dvema študijama: študijo Hohenstein Innovations gGmbH in GSA (Povezava 1, Povezava 2, Povezava 3)
• Watts - info@wattsindustries.it
  ponuja paleto izdelkov pod imenom En pretok na spletni strani .
• Kristalno pranje - clean@crystalwash.fr
  je omejena na eno Specifikacija učinkovitosti od 88 ... 97 % in se nanaša na učinkovitost postopka TAC, ki jo na splošno priznava DVGW-W512
  

Donos vira

V primeru obstoječega ali načrtovanega vrtanja vrtine sta parametra pretok in stopnja črpanja skupaj z drugimi parametri elementarna pri izračunu količine podzemne vode, ki jo je treba načrpati v časovni enoti. Razlago, vključno z izračunom, lahko zelo jasno najdete na tem Spletna stran.

Za odvzem vode iz reke je pogosto treba pridobiti dovoljenje in je količinsko omejen.

Izbira napajalne črpalke

Črpalka za globoke vrtine se uporablja za črpanje podzemne vode iz globine od 8 do 90 metrov. Upoštevati je treba, da se višina črpanja in globina črpalke (sesalna globina) seštejeta v skupno dobavno višino.

AplikacijaPrimer:

Globina črpalke (sesalni filter) 20 m + najvišja točka črpanja 30 m = 50 m je skupna dobavna višina črpalke za globoke vrtine..

Poleg čiste višinske razlike pa je treba upoštevati tudi izgube zaradi trenja v cevi (hrapavost cevi, fitingov itd. = dinamična višina). Te je treba pri izbiri črpalke ustrezno prišteti.

Ob predpostavki, da je zmogljivost črpalke 3000 l/h (Q = 3/3600 m³/s = 0,0008333333333333333 m³/s), z uporabo npr. DN65 (D = 0,0752) PE/HDPE cevi z hrapavostjo po podatkovnem listu ε = 1,5 µm = 1,5 × 10-⁶ m, kinematično viskoznostjo vode ≈ 1-10^-6 m²/s in gostoto ρ = 1000 kg/m³ in hitrost pretoka g = 9,81 m/s², ter upoštevanje ekvivalentov armatur itd. z izračunanim 1,2-kratnikom dolžine cevi 200 m, kar pomeni 240 m in višinsko razliko, ki jo je treba premagati, H_s 50 m (statična višina) pri povprečnem težnostnem pospešku g = 9,81 m/s² (kot konstanta), dobimo naslednji izračun:

• Prečni prerez DN65
  A = ( ( π ⋅ D² ) : 4 = ( π ⋅ 0,0752 ² ) : 4 = 0,004417865 m²
• Hitrost pretoka
  v = Q : A = 0,0008333333333333333 m³/s: 0,004417865 m² = 0,1886280807 m/s
• Reynoldsovo število (karakteristično število, nizko = laminarni, visoko = turbulentni tok)
  Re = υD : v = ( 0,1886280807015056 ⋅ 0,0752 ) : ( 1⋅10-6 m²/s ) = 14147,10605261292 m²/s
• Koeficient trenja cevi (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
• Izguba zaradi trenja v cevi (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
• Ekvivalentna izguba pri oblikovanju
  (enak fommel, namesto L (dolžina cevi) L_eq (komplet z 10 m)
  h_eq = f ⋅ ( L_eq : D ) ⋅ ( v² : 2g ) = ≈0,0068324004 m
• Skupna glava
  H_mrtvi = H_s + h_f  + h_eq
  H_mrtvi = 50,0 m + 0,1639776104 m + 0,0068324004 m = ≈50,1708100 m
• Tlak na izhodu črpalke
  p = ρgH_mrtvi
  p = 1000⋅9,81⋅50,1708100108 = 492175,6462064206 Pa
  p = 492175,6462064206 Pa : 10.000 = 4,921756462064206 bar
• Zmogljivost hidravlične črpalke
  P_h = ρgQH_mrtvi
  P_h = 1000 ⋅ 9,81 ⋅ 0,0008333333333333333 ⋅ 50,1708100108 = 410,1463718386839 W
• Moč električnega motorja P_motor z učinkovitostjo η = 0,65
  P_motor= Ph : η
  P_motor= 410,1463718386839 : 0,65 = 630,9944182133598 W

Nominalno zagotavlja potrebno moč črpalka z močjo približno 630 W. V praksi, z 80-odstotnim povečanjem kot varnostno rezervo, se predpostavlja, da je to približno 1,1 kW.

Ventili

Če je treba vsako cisterno v omrežju ločiti posebej, kar je smiselno v primeru vzdrževalnih del ali puščanja, so za vsako cisterno potrebni zaporni in nepovratni ventil ter izpustni ali izpustni ventil.

Motorizirani ventili morajo imeti možnost ročnega (zasilnega) zagona.

Vsi sestavni deli morajo biti zasnovani v skladu z zahtevami WRAS/DVGW za pitno vodo (sedež iz EPDM in membrana iz NBR). Montažne prirobnice za priključitev pogonov morajo biti izdelane v skladu s standardom ISO 5211, motorne prirobnice pa v skladu s standardom ISO5211 F05/F07.

Stopnja uhajanja mora biti Razred VI kar pomeni absolutno tesnost (brez mehurčkov), tj. stopnja uhajanja nič. To zahtevo izpolnjujejo vsi ventili s (PTFE)/EPDM sedežem.
Kovinski sedeži dosegajo le razred IV: pri preskusnem tlaku je dovoljena hitrost puščanja 10 ml/min.

O tem, ali bodo aktuatorji delovali na 230 V AC ali 24 V DC (baterija), odloča zahteva po samodejnem delovanju tudi v primeru izpada javnega električnega napajanja.
Vse električne komponente v sistemih, ki so izpostavljeni vremenskim vplivom, morajo biti skladne z IP65 (odpornost na prah, zaščita pred vodnimi curki), boljše IP67 (neprodušno, zaščita pred kratkotrajnim potopitvijo).

Motorizirani ventili morajo imeti končna stikala, v idealnem primeru krmiljenje prek 0 ... 10 V ali 4 ... 20 mA, če je treba nadzorovati položaje, ki niso odprti/zaprti.

Merjenje nivoja

Ultrazvočni in tlačni senzorji so primerni za spremljanje nivoja. Medtem ko so tlačni senzorji, nameščeni na dnu cisterne, nenehno izpostavljeni vodi, je ultrazvočno merjenje brezkontaktno: senzor je nameščen na ali pod pokrovom cisterne in je zato hitro dostopen.

Industrijski ultrazvočni senzorji oddajajo tok 4 ... 20 mA, ki prek kalibriranega pretvornika IU (tok v napetost) generira napetost, odvisno od izmerjene vrednosti, ki jo mikrokrmilnik ovrednoti in prikaže kot izmerjeno vrednost, pretvorjeno v litre, kubične metre ali odstotke.

Vendar se cene ultrazvočnih senzorjev zvišujejo v skladu z naraščajočim obsegom in dosegajo štirimestno številko v evrih. Senzorji z merilno razdaljo do 2,2 metra so približno 200 evrov, kar omejuje globino cisterne na približno 2 metra, če ne želimo, da bi bil proračun preveč obremenjen.