Planering av cisterner för dricksvatten

Lästid 6 minuter

Uppdaterad - 10 december 2025

Planeringen av dricksvattencisterner omfattar flera fysiska faktorer som måste beaktas för att önskad dricksvattenkvalitet och pumpkapacitet ska kunna uppnås med så liten ansträngning som möjligt.

Vattenanalys och gränsvärden

För det första måste en laboratorieanalys av varje vattenkälla utföras, varvid vattenvärdena jämförs med de tillämpliga gränsvärdena för att vid behov kunna vidta särskilda åtgärder för att uppfylla dem:

• Akrylamid 0,10 μg/l
• Antimon 10 μg/l
• Arsenik 10 μg/l
• Bensen 1,0 μg/l
• Bens(a)pyren 0,010 μg/l
• Bisfenol A 2,5 μg/l
• Bor 1,5 mg/l
• Bromat 10 μg/l
• Kadmium 5,0 μg/l
• Klorat 0,25 mg/l
• Klorit 0,25 mg/l
• Krom 25 μg/l
• Koppar 2,0 mg/l
• Cyanid 50 μg/l
• 1,2-dikloretan 3,0 μg/l
• Epiklorhydrin 0,10 μg/l
• Fluorid 1,5 mg/l
• Haloättiksyror (HAA) 60 μg/l
• Bly 5 μg/l
• Kvicksilver 1,0 μg/l
• Mikrocystin-LR 1,0 μg/l
• Nickel 20 μg/l
• Nitrat 50 mg/l
• Nitrit 0,50 mg/l
• Pesticider 0,10 μg/l
• Total mängd bekämpningsmedel 0,50 μg/l
• PFAS totalt 0,50 μg/l
• Summan av PFAS 0,10 μg/l
• Polycykliska aromatiska kolväten 0,10 μg/l
• Selen 20 μg/l
• Tetrakloreten och trikloreten 10 μg/l
• Totalt trihalometaner 100 μg/l
• Uran 30 μg/l
• Vinylklorid 0,50 μg/l

Vattnets hårdhet

Vattnets hårdhet representerar innehållet av kalciumkarbonat (CaCO₃) i mmol/l, ppm eller mg/l (1 mmol/l = 1 ppm/l = 1 mg/l) Jordalkalijoner enligt det internationella enhetssystemet SI (Système International d'Unités), föråldrad även i °dH (tysk hårdhet 1 °dH motsvarar 0,1783 mml/l).

• mjukt vatten -> mindre än 8,4 °dH, vilket motsvarar mindre än 1,5 mmoll
• medium -> 8,4 ... 14 ° dH, motsvarande 1,5 ... 2,5 mmol/l
• Hårt vatten -> mer än 14 °dH, vilket motsvarar mer än 2,5 mmol/l

Vattnets hårdhet återspeglas bland annat i kalkavlagringar i rör, på ytor som fuktas av vatten och i förbrukningen av mer tvättmedel ju mer kalkhaltigt, dvs. hårdare, vattnet är.

Avhärdning av vatten

Avhärdning av vatten kan utföras på två sätt: 

• Jonbytare (Här leds vattnet genom ett hartsfilter som är mättat med natriumjoner, varvid kalcium- och magnesiumjoner som är lösta i vattnet byts ut mot natriumjonerna i hartset.
  Beroende på flödeshastigheten blir jonbytarna förr eller senare mättade med kalcium- och magnesiumjoner och måste då sköljas och regenereras med en högkoncentrerad vanlig saltlösning (NaCl). Därefter kan de åter absorbera kalcium- och magnesiumjoner och avge natriumjoner i motsvarande grad.
  Beroende på genomströmningen kräver sådana system stora mängder under ett år. EN 973 Typ Ett certifierat salt med hög renhet med en renhet på över 99,5 %.
  Nackdelen är att vattnet berikas med natrium, vilket motverkar idén om ett „natriumfattigt“ dricksvatten. Likaså naturligtvis de återkommande kostnaderna för regenereringssaltet och de tillhörande underhållskostnaderna.
• Omvänd osmos, genom att vattnet pressas under högt tryck genom 0,00001 µm fina filterporer. Nackdelen är dock att det resulterande vattnet inte längre innehåller några mineraler och därför måste återmineraliseras för att kunna användas av den mänskliga organismen.
  Nackdelarna är de regelbundet återkommande kostnaderna för osmosmembranet (filterpatron) och det „vatten“ som produceras vid omvänd osmos, vilket kan uppgå till upp till 50% extra vattenförbrukning.
• destillering, vilket också resulterar i vatten utan något mineralinnehåll och därför är kontraproduktivt för människors hälsa.
  En ytterligare nackdel är den höga energiförbrukningen.
• Kristallisering av frö, där en katalysator (fylld med specialbelagda keramik- eller polymerpärlor till vilka kalcium- och karbonatjoner dockar och kristalliserar) omvandlar kalciten som orsakar kalkavlagringar till nålformade aragonitkristaller som inte längre fäster.
  Vattnet innehåller fortfarande alla mineraler, inklusive „kalk“ i form av aragonitkristaller).
  Detta vatten kan utnyttjas fullt ut av organismen.
  Sådana anordningar har en livslängd på över tio år, beroende på flödeshastighet och dimensionering. De slingas in i huvudledningen för hushållsvattenförsörjningen efter vattenmätaren.
  

Tekniker för kristallisering av utsäde

Vattnets hårdhet förändras inte med någon av de följande teknikerna. Kalkavlagringar minskar dock kraftigt, eftersom CaCO₃ är redan bundet i stabila fina mikro- eller mycket fina nanokristaller.

TAC

Mallassisterad kristallisation - Bäraren av kristallisationskärnan är ett fast medium, t.ex. harts eller granulat. På dessa bildas kalciumkarbonatkristaller när vattnet strömmar igenom, som omedelbart lossnar från mediet och förs bort med vattnet.
Idealisk för låga flödeshastigheter, eftersom bildandet av mikrokristaller tar längre tid än nanokristaller i NAC-processen.

NAC

Kristallisering med hjälp av kärnbildning - är i princip identisk med TAC-processen, men här framställs nano- istället för mikrokristaller. Detta innebär att antalet partiklar är större och kristallerna mindre.
Detta är fördelaktigt om en hög flödeshastighet krävs, eftersom kontakttiden med mediet därför blir kortare och kristallbildningen går snabbare än med TAC-processen på grund av systemet.

MAC

Mediaassisterad kristallisation - sammanfattar båda processerna, TAC och NAC, under ett paraplybegrepp. Termen MAC används vanligen när egenutvecklade tekniker används som skiljer sig från de vanliga processteknikerna för TAC/NAC.

Leverantör av system med frökristallisering

Som alltid är det viktigt att skilja agnarna från vetet, dvs. vilken tillverkare som inte bara hävdar, utan också bevisar funktionen hos sina produkter med motsvarande certifikat från oberoende testcenter och / eller studier.

Som nämnts ovan är kontakttiden för det genomströmmande vattnet funktionellt betydelsefull, varför databladen för de enskilda produkterna måste utvärderas separat med avseende på detta kriterium och det övergripande systemet måste anpassas därefter.

Följande tillverkare utmärker sig positivt här:

• SkalaStop - support@scalestopplus.com
  Oberoende tester av Arizona State University och DVGW (W512 från 2013) bevisar effektiviteten med 99% i varje enskilt fall
• Vattenteknik - info@watertechgroup.com
  gör reklam för sin produkt Skal-säker med 99,9 procents effektivitet
• Aqon Pure - info@aqon-pure.com
  bevisar effektiviteten i sitt system med två studier: den Hohenstein Innovations gGmbH och GSA (Länk 1, Länk 2, Länk 3)
• Watts - info@wattsindustries.it
  erbjuder ett produktsortiment under namnet Ett flöde på
• Kristalltvätt - clean@crystalwash.fr
  är begränsad till en Effektivitetsspecifikation från 88 ... 97 % och hänvisar till TAC-processens effektivitet som allmänt erkänns av DVGW-W512
  

Avkastning av källan

Vid en befintlig eller planerad brunnsborrning är parametrarna flödeshastighet och uttagshastighet elementära, tillsammans med andra parametrar, vid beräkningen av den mängd grundvatten som ska utvinnas under tidsenheten. Förklaringen, inklusive beräkningen, kan hittas mycket tydligt på detta webbplats.

Uttag av vatten från en flod är ofta föremål för tillstånd och är begränsat i fråga om kvantitet.

Val av matarpump

En djupbrunnspump används för att pumpa grundvatten från ett djup på mellan 8 och 90 meter. Det bör noteras att uttagshöjden och pumpdjupet (sugdjupet) tillsammans ger den totala tryckhöjden.

TillämpningExempel:

Pumpdjup (sugfilter) 20 m + högsta uttagspunkt 30 m = 50 m är djupbrunnspumpens totala transporthöjd.

Förutom den rena höjdskillnaden måste dock även friktionsförluster i rördragningen (rörets grovhet, kopplingar etc. = dynamisk höjd) tas med i beräkningen. Dessa måste läggas till när pumpen väljs.

Om man antar en pumpkapacitet på 3.000 l/h (Q = 3/3600 m³/s = 0,0008333333333333333 m³/s), med användning av t.ex. DN65 (D = 0,0752) PE/HDPE-rör med en grovhet enligt databladet på ε = 1,5 µm = 1,5 × 10-⁶ m, vattnets kinematiska viskositet på ≈ 1-10^-6 m²/s, och en densitet ρ = 1000 kg/m³ och flödeshastigheten g = 9,81 m/s², samt beaktande av ekvivalenter för rördelar etc. med den beräknade 1,2 gånger rörlängden på 200 m, vilket motsvarar 240 m och en höjdskillnad som måste övervinnas på H_s 50 m (statiskt fallhöjd) vid en genomsnittlig tyngdacceleration på g = 9,81 m/s² (som en konstant), ger följande beräkning resultat:

• Tvärsnitt DN65
  A = ( π ⋅ D² ) : 4 = ( π ⋅ 0,0752 ² ) : 4 = 0,004417865 m²
• Flödeshastighet
  v = Q : A = 0,0008333333333333333 m³/s : 0,004417865 m² = 0,1886280807 m/s
• Reynolds tal (karakteristiskt tal, lågt = laminärt, högt = turbulent flöde)
  Re = υD : v = ( 0,1886280807015056 ⋅ 0,0752 ) : ( 1⋅10-6 m²/s ) = 14147,10605261292 m²/s
• Rörets friktionskoefficient (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
• Rörets friktionsförlust (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
• Ekvivalent gjutförlust
  (identisk fommel, i stället för L (rörlängd) L_eq (set med 10 m)
  h_eq = f ⋅ ( L_eq : D ) ⋅ ( v² : 2g ) = ≈0,0068324004 m
• Totalt huvud
  H_död = H_s + h_f  + h_eq
  H_död = 50,0 m + 0,1639776104 m + 0,0068324004 m = ≈50,1708100 m
• Tryck vid pumpens utlopp
  p = ρgH_död
  p = 1000⋅9,81⋅50,1708100108 = 492175,6462064206 Pa
  p = 492175,6462064206 Pa : 10 000 = 4,921756462064206 bar
• Hydraulisk pumpkapacitet
  P_h = ρgQH_död
  P_h = 1000 ⋅ 9,81 ⋅ 0,0008333333333333333 ⋅ 50,1708100108 = 410,1463718386839 W
• Elektrisk motoreffekt P_motor med verkningsgrad η = 0,65
  P_motor= Ph : η
  P_motor= 410,1463718386839 : 0,65 = 630,9944182133598 W

Nominellt ger en pump på cirka 630 W den effekt som krävs. I praktiken, med en 80-procentig ökning som säkerhetsreserv, antas detta vara cirka 1,1 kW.

Ventiler

Om varje cistern i nätverket ska kunna separeras individuellt, vilket är meningsfullt vid underhållsarbete eller läckage, krävs en avstängnings- och backventil samt en spol- eller dräneringsventil för varje cistern.

Motoriserade ventiler bör ha möjlighet till manuell (nöd)manövrering.

Alla komponenter måste vara utformade i enlighet med WRAS/DVGW för dricksvattenkrav (EPDM-säte och NBR-membran). Monteringsflänsar för anslutning av ställdon måste utformas i enlighet med ISO 5211, motorflänsar i enlighet med ISO 5211 F05/F07.

Läckagehastigheten bör vara Klass VI vilket innebär absolut (bubbelfri) täthet, d.v.s. ett läckage på noll. Alla ventiler med (PTFE)/EPDM-säte uppfyller detta krav.
Metallsäten når endast klass IV: ett läckage på 10 ml/min under provtryck är tillåtet.

Om ställdonen ska drivas med 230 V AC eller 24 V DC (batteri) avgörs av kravet på automatiserad drift även om den allmänna strömförsörjningen fallerar.
Alla elektriska komponenter i system som utsätts för väder och vind måste uppfylla följande krav IP65 (dammtät, skydd mot vattenstrålar), bättre IP67 (dammtät, skydd mot kortvarig nedsänkning i vatten).

Motoriserade ventiler måste ha gränslägesbrytare, helst en styrning via 0 ... 10 V, eller 4 ... 20 mA om andra positioner än öppen/stängd ska styras.

Nivåmätning

Ultraljuds- och trycksensorer är lämpliga för nivåövervakning. Medan trycksensorer, som är placerade i botten av cisternen, ständigt utsätts för vatten, är ultraljudsmätning kontaktlös: sensorn monteras på eller under cisternlocket och är därför snabbt åtkomlig.

Industriella ultraljudssensorer matar ut en ström på 4 ... 20 mA, som genererar en mätvärdesberoende spänning via en kalibrerad IU-omvandlare (ström till spänning), som utvärderas av en mikrokontroller och visas som ett mätvärde, omräknat till liter, kubikmeter eller procent.

Priserna på ultraljudssensorer stiger dock i takt med det ökande utbudet och når upp till ett fyrsiffrigt eurobelopp. Sensorer med ett mätavstånd på upp till 2,2 meter ligger runt 200 euro, vilket begränsar cisterndjupet till cirka 2 meter om budgeten inte ska överskridas.