Очистка воды и водоподготовка. Оборудование для очистки воды

СИСТЕМЫ ВОДООЧИСТКИ ДЛЯ ЗАГОРОДНЫХ КОТТЕДЖНЫХ ПОСЕЛКОВ

В отличие от городского централизованного водоснабжения коттеджные поселки, как правило, обеспечиваются водой из артезианских скважин, расположенных в непосредственной близости от самого поселка. Основные возникающие при этом проблемы связаны с тем, что исходная вода, как правило, по нескольким показателям не соответствует нормативам (Сан ПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества»). Такая вода требует дополнительной очистки. Однако для разных целей нет необходимости получать воду одинаковой степени чистоты.

Как правило, для воды, идущей на хозяйственно-бытовые нужды, требуется удаление неприятного запаха и соединений железа. Основные проблемы, с которыми сталкиваются при использовании такой воды, – ржавые следы, оставляемые на местности и сантехническом оборудовании. При отсутствии превышения ПДК по сероводороду, соединениям железа и марганца для хозяйственно-бытовых нужд и для полива можно использовать воду, прошедшую очистку только от механических примесей. Это необходимо для защиты оборудования от засорения и увеличения срока эксплуатации запорно-регулирующих устройств. Более высокая степень очистки требуется для получения питьевой воды. Как правило, производится частичное умягчение воды (рис.1). Специфические требования предъявляются к воде для системы отопления. Чаще всего каждый коттедж снабжается собственной системой защиты системы
отопления от коррозии и отложения солей.

Важно еще на стадии проектирования станции водоподготовки коттеджного поселка определить необходимую степень очистки воды. Обязательными исходными данными при этом являются анализ воды и требуемая производительность. Ориентировочно наличие компонентов природного происхождения в подземных водах различных регионов России, содержание которых может превышать ПДК, представлено в СанПиН 2.1.5.1059-01 (Гигиенические требования к охране подземных вод от загрязнения). Информацию о составе подземных вод водоносного горизонта, на который предполагается бурить скважину, можно получить в региональном геологическом центре Министерства природы.

Отсутствие информации о возможных последствиях при неправильном подборе схем водоподготовки может значительно увеличить затраты на эксплуатацию системы. Приведем конкретный пример. В радиусе 5 км в Подмосковье различными водопользователями были пробурены артезианские скважины на глубину 30 м. В воде из этих скважин содержалось до 10 ПДК железа при общей жесткости воды 3 мг-экв/л. Индивидуальные потребители удаляли избыточное железо отстаиванием и на простейших бытовых фильтрах. Если бы скважина, обслуживающая коттеджный поселок, была пробурена на ту же глубину, на коллективной станции водоподготовки железо достаточно легко удалялось бы на осветлительно-сорбционных фильтрах с предварительной аэрацией (рис.2).

Несмотря на то что была запроектирована скважина той же глубины, бурение провели на глубину 130 м. Содержание железа в этой воде было в норме, а жесткость, преимущественно карбонатная, составляла 10 мг-экв/л. Вместо осветлительно-сорбционных фильтров были смонтированы умягчители. Для использования воды из этой скважины в качестве питьевой при снижении жесткости воды в 2 раза потребовалось увеличение эксплуатационных затрат в 10 (!) раз. Этот пример показывает, что необходимо ответственно подходить как к проектированию станции водоподготовки, так и к точной реализации проекта. Необходимо уже на стадии проектирования владеть максимально полной и подробной информацией о воде, которая будет использоваться.

Обязательными показателями анализа воды, без которых невозможно с удовлетворительной точностью определить состав оборудования системы водоподготовки, являются: рН (водородный показатель), железо общее, марганец, общая жесткость, общая щелочность, сухой остаток (солесодержание), перманганатная окисляемость, мутность, цветность, запах. Немаловажное значение имеют данные по содержанию отдельных микроэлементов, превышение ПДК которых часто встречается в регионе. Каждый из этих показателей и их комбинации лежат в основе подбора необходимого оборудования и сорбентов для водоподготовки. Неточный расчет требуемой производительности станции водоподготовки также может привести к неприятным последствиям. Расчет воды, потребляемой каждым коттеджем для одного из объектов, был проведен исходя из норм, приведенных в СНиП 2.04.0284. Расчетное водопотребление составило 0,4 м3/ч. Однако фактически производительности 7 м3/ч построенной станции водоподготовки не хватило для обслуживания двенадцати коттеджей. Была проведена замена скважного насоса и увеличено число фильтров на станции. После усовершенствования производительность была доведена до 15 м3/ч. Этого было достаточно для бесперебойной подачи очищенной воды потребителям. На основе многолетнего опыта монтажа и эксплуатации систем водоподготовки было установлено, что для среднего коттеджа при отсутствии бассейна и ванн большого объема (джакузи) водопотребление составляет 1,0 – 1,5 м3/ч без учета расхода воды на полив.

Реальная производительность скважины в зависимости от предполагаемого устанавливаемого оборудования должна быть выше теоретической на 20 – 50 %, чтобы обеспечить внутреннюю потребность системы водоподготовки. При использовании системы водоподготовки, которая не может обеспечить требуемое количество воды, возможно поступление неочищенной воды в водопроводную сеть поселка. Использование же системы с высокой производительностью для малого потребления нецелесообразно не только с позиции экономики – недостаточный водоразбор может приводить к росту микроорганизмов на загрузке фильтров и во всей водопроводной сети. Так, в доме отдыха коттеджного типа в Тверской области была установлена система водоподготовки со среднечасовой производительностью 7,5 м3/ч (при пиковой производительности до 15 м3/ч). При отсутствии отдыхающих водопотребление составляло от 4 м3/сутки до 3 м3/ч. Ввиду того что обеззараживание загрузки фильтров не производилось, при низком водопотреблении произошло зарастание фильтров микрофлорой до такой степени, что ее полностью не уничтожал модуль ультрафиолетового обеззараживания, расположенный на выходе из системы.

Точное определение требуемой производительности системы водоподготовки в значительной степени влияет на капитальные затраты по ее внедрению. Это связано не только с производительностью самого оборудования, используемых сорбентов, но и со стоимостью трубопроводов, запорной, регулирующей аппаратуры, контрольно-измерительных приборов, которая может составлять в зависимости от сложности системы до 20 % от ее стоимости. Одним из самых важных моментов при определении производительности системы является учет режима водопотребления. Из четырех основных типов водопотребления (1-равномерный, 2-равномерный с пиковым водопотреблением, 3-периодический, 4-периодический с пиковым водопотреблением) для водопотребления коттеджного поселка наиболее характерен второй тип. Именно поэтому в целях удешевления капитальных затрат на станцию водоочистки предпочтительнее устанавливать систему водоочистки меньшей производительности, чем требует пиковое водопотребление, а после системы – водонапорную башню или резервуар чистой воды с последующей насосной станцией повышения давления.

Особое внимание при проектировании системы водоподготовки необходимо уделить тому, что для размещения оборудования и обвязывающих коммуникаций требуется достаточно большой объем помещения (рис.3). Требуемые размеры могут быть определены фирмой – разработчиком систем водоочистки после того, как сделаны анализы воды и произведен расчет производительности оборудования. Общие ограничения состоят в том, что для установок с производительностью свыше 10 м3/ч требуются помещения высотой не менее 2,5 м, а для установок с производительностью выше 20 м3/ч – высотой не менее 2,8 м. Эти ограничения касаются осветлительно-сорбционных фильтров и систем умягчения. Обратноосмотические установки большой и средней производительности имеют другие габаритные размеры, но они практически не используются в водоподготовке для коттеджных поселков. Ориентировочно требуемый объем помещения можно определить исходя из данных, представленных в таблице 1.

В таблице указан ориентировочный размер помещения при отсутствии каких-либо дополнительных конструкционных элементов (опорных колонн, перегородок, дренажных приямков и т. п.) и агрегатов (распределительных шкафов, накопительных емкостей, насосных станций, безнапорных аэраторов
и т. д.). Необходимо отметить, что при отсутствии необходимых площадей в едином помещении допускается использовать и другие площади, но это значительно усложняет обслуживание системы водоподготовки.

Другая, наиболее часто встречающаяся проблема, связанная с размещением оборудования, – то, что неразборные части агрегатов (например, корпуса фильтров) имеют габариты, превышающие дверные и оконные проемы. Поэтому при ограниченных размерах проемов проблему завоза водоочистного оборудования предпочтительно решать до завершения работ по внутренней отделке помещения или на начальной стадии его реконструкции. Размеры наиболее объемных составляющих систем водоподготовки можно определить, обратившись в компанию, разрабатывающую системы водоподготовки с требуемой производительностью.

Расчет трубопроводов, которые могут обеспечить необходимую производительность системы водоподготовки, представлен в СНиП 2.04.01-85. Упрощенный метод определения диаметров трубопроводов заключается в том, что линейная скорость потока воды через трубопроводы системы должна составлять 1,5 – 2,5 м/с. Исходя из диаметров подводящих и отводящих трубопроводов можно ориентировочно определить возможную производительность системы. Так, трубопроводы с условным диаметром 90 мм могут обеспечить производительность до 55 м3/ч. Для обеспечения качественного проведения монтажа водоочистного оборудования до начала проведения работ строительная организация должна определиться с диаметром и типом присоединений на входе и выходе из системы (фланцевое, резьбовое, приварное).

Отдельную проблему составляет канализация. Пропускная способность канализационных труб должна быть не меньше, чем водопотребление установки при обратной промывке фильтров. Расстояние от элементов системы до общей канализации с условным диаметром, равным диаметрам трубопроводов на входе и выходе, не должно превышать 3 м. Если дренажный трубопровод от каждого фильтра имеет длину более 5 м или проложен выше фильтра на 1 м и более, отведение сточных вод необходимо осуществлять по трубопроводу с условным диаметром большим, чем диаметр входного и выходного трубопроводов. Во избежание попадания в помещение водоподготовки газов из системы канализации предпочтительно осуществлять сброс сточных вод в общую канализацию с разрывом струи через гидрозатвор (канализационный трап).

Потребляемая мощность электропитания в значительной степени зависит от установленного водоочистного оборудования. Если не требуется подключение повысительных насосов (станций) в системах осветления, сорбции и умягчения, потребляемая мощность невелика и составляет ориентировочно от 20 до 60 Вт на единицу оборудования.

Система электропитания установок водоподготовки должна соответствовать основным требованиям, представленным в ГОСТ Р 51330.9-99. Розетки системы электропитания электронных блоков фильтров должны по возможности устанавливаться выше трубопроводов, чтобы исключить возможность попадания на них воды. В состав электрооборудования системы водоподготовки в последнее время все чаще включается система «Аквастоп», которая позволяет полностью перекрыть подачу воды на входе при попадании воды на пол помещения и подать дублирующий сигнал оператору об аварии.

Для нормального функционирования систем осветления, сорбции и умягчения требуется поддержание давления во входной линии подачи воды от 2,5 до 6 атм (бар). Эти ограничения обусловлены тем, что при меньшем давлении резко повышается вероятность отказа в работе узлов гидроуправления, а во время длительной работы при большем давлении увеличивается вероятность появления протечек в разборных соединениях системы. Как правило, все элементы таких систем водоподготовки рассчитаны на кратковременное воздействие (опрессовку) при давлении 10 бар. Контрольная аппаратура слежения за давлением в системе устанавливается, как правило, на входных и выходных трубопроводах системы, а также после каждого фильтрующего или другого элемента.

Контроль за поддержанием необходимого давления в водоочистной системе осуществляется визуально (с помощью манометров), а также с помощью датчиков, показания от которых выводятся на управляющую панель в электрощитовой или за счет автоматического регулирования давления в системе с насосной станцией. Превышение перепада давления на отдельных элементах системы говорит о необходимости промывки или замены фильтрующих материалов. Ориентировочное значение перепада давлений на входе и выходе из фильтроэлементов, при котором требуется промывка, регенерация или замена, а также периодичность проведения этих операций представлены в таблице №2.

Фильтр
	Механический (грязевой)	Осветлительно-сорбционный	Умягчитель (ионнообменный)
Перепад давлений, бар	0,6 — 0,8	0,6 — 0,8	0,6 — 10
Временной период между регенерациями, сутки	7 — 30	1 — 7	0,33 — 7

Несмотря на то что первые коттеджные поселки появились достаточно недавно (не более 13 лет назад), уже встречается задача модернизации существующей системы водоподготовки. Это, как правило, связано с увеличением водопотребления или изношенностью используемого оборудования. При наличии достаточного количества средств и площадей целесообразен монтаж новой линии водоподготовки, после чего производится демонтаж или модернизация существующего оборудования. Из напорного оборудования, установленного более 10 лет назад, с достаточной степенью вероятности после очистки могут быть использованы только емкости из нержавеющей стали и пластика. Емкости из оцинкованной стали, обычно, имеют признаки глубинной коррозии. Возможность использования существующих подводящих, отводящих и дренажных трубопроводов в каждом случае рассматривается отдельно.

При уменьшении внутреннего диаметра трубопроводов за счет отложений в 2 раза и более требуется предварительная очистка. В любом случае, как показывает опыт, при использовании для подачи очищенной воды старых трубопроводов качество воды у потребителя будет в первые 3-6 месяцев будет хуже, чем от станции водоподготовки впервые введенной в эксплуатацию. Это происходит за счет постепенного растворения отложений из трубопроводов. Вопрос о дальнейшем использовании электронных блоков управления решается отдельно в каждом конкретном случае. Гидроуправляемые клапана требуют очистки, замены резиновых уплотнений, а при высокой степени изношенности – полной замены.

При необходимости увеличения производительности, улучшения качества очищаемой воды и наличии установленного оборудования с ручным управлением модернизация водоочистной системы может быть проведена в достаточно короткие сроки. При этом, как правило, проводится перезагрузка напорных фильтров, установка автоматических управляющих электронных блоков и гидроуправляемых клапанов (рис.4).

Для уменьшения эксплуатационных расходов станции водоподготовки еще на стадии проектирования общественных помещений и коммуникаций коттеджного поселка предпочтительно планировать прокладку двух отдельных трубопроводов холодной воды – хозяйственно-бытового и питьевого водоснабжения. Как неоднократно было отмечено, подбор оборудования для водоподготовки коттеджных поселков достаточно сложен. В связи с этим обращение к специалистам компаний, занимающихся разработкой и монтажом таких систем водоподготовки, предпочтительно осуществлять на первом этапе проектирования.