Сградно водоснабдяване

системи за водоподготовка

Свидетели сме, че различни фактори в практиката като проблеми във водопреносната система, нарушения в пречиствателните станции за водоподготовка, природни бедствия или просмукване на замърсени води във водоизтoчниците, могат да компрометират качеството на водите. Видимо с просто око разминаване с желаното качество е, когато след дъжд от чешмата изтича мътна вода. Други отклонения са не така лесно забележими и изискват химически анализ.
Сред основните замърсители са суспендирани частици, съединения на желязо и манган, остатъчен хлор, органични съединения и микроорганизми. Според официален документ на Националния център по обществено здраве и анализи най-честите замърсители на питейните води в България са бактерии, вируси, пестициди, нитрати, олово и желязо. Те могат да причинят проблеми със здравето, да нарушат работата на уреди и тръби или да влошат състоянието на други материали и повърхности, в контакт с водата.

Секторът, свързан с преработка на води за сградно водоснабдяване, отговаря на загрижеността за качеството на водата, чрез въвеждане на голямо разнообразие от продукти за третиране на вода. Когато се сблъскват с толкова много възможности за избор, потребителите се чудят от коя система за пречистване на водата се нуждаят. В този материал разглеждаме различни такива решения с методите им на работа, възможностите им и замърсителите, за които се използват. Това, разбира се, е обобщен обзор и не дава гаранция за резултатна работа на дадена система във вашия случай. Всеки проект се различава според качеството на подаваните от централния водопровод води, сградните инсталации и специфичните изисквания за сградно водопотребление. Затова в избора си се консултирайте с фирми, специализирани в този бранш.

Мембранни системи за микро-, ултра- и нанофилтрация
Под действието на водни молекули с високо налягане някои компоненти (които са по-малки от диаметъра на порите на мембраната) проникват през нея, докато други примеси се задържат. В резултат постъпващата вода се разделя на два потока: филтрат (пречистена вода) и концентрат (концентриран разтвор със замърсители). Филтратът се доставя до потребителя, а концентратът се оттича в отводняването.

Всички примеси с молекули по-големи от размера на порите на мембраната не могат да проникнат в мембраната и се промиват в дренажа. Чрез използването на такава технология, дори води със значително влошаване на първоначалните параметри, се пречистват до високо качество. Мембраните, за разлика от "съхраняващите" системи за пречистване на вода като активен въглен и йонообменни смоли, не натрупват замърсявания в себе си, което изключва възможността за попадането им в пречистената вода.

Размерът на частиците, които се пречистват, се определя от задържащата структурата на мембраната, т.е. размера на порите. Мембранните процеси могат да се класифицират в зависимост от размера на частиците на микро-, ултра- и нанофилтрация. Системите за микрофилтрация имат големина на порите от около 0.1 микрона (диапазонът варира от 0.05 до 5 микрона). Микрофилтрацията е с много висока ефективност в премахването на протозои (Cryptosporidium, Giardia), с умерена ефективност в премахването на бактерии (Campylobacter, Salmonella, Shigella, Е. coli) и слаба ефективност в отстраняване на вируси (хепатит А, ротавирус) и химикали.

Ултрафилтрационните системи са с размер на порите от около 0.01 микрона (диапазонът варира от 0.001 до 0,05 микрона). Те премахват частици въз основа на размер и тегло (всичко с молекулно тегло 13000 - 200000 далтона). Така много ефективно се премахват протозои и бактерии. Вируси се отстраняват умерено ефективно, а химикали – с ниска ефективност. Системите с нанофилтрация са с размер на порите приблизително 0,001 микрона (диапазонът варира от 0.008 до 0,01 микрона), а молекулното тегло на отстраняваните частици е от 200 до 2000 далтона. Нанофилтрацията е с много висока ефективност в премахването протозои, бактерии и вируси, а в премахването на химикали показва умерена ефективност.

Обратноосмотични мембранни модули
Такива решения деминерализират води на принципа на обратната осмоза – отделяне на деминерализирани от минерализирани води през тънка, полупропусклива мембрана под налягане по-високо от осмотичното. В зависимост от качеството на водите и типа мембрана това налягане може да варира от 8-12bar за слабоминерализирани до 55-60bar за силноминерализирани води. При такова налягане през порите на синтетичните мембрани преминават молекули на чистата вода и се задържат солеобразуващи йони като: НСО3-, SO2-, Са2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, Cu2+, нитрати и редица микроелементи с по-голям размер.

От всички мембранни системи тези с обратна осмоза са с най-тесни пори, и следователно са най-селективен. Те отстраняват всички бактерии и вируси, повечето от разтворените соли, органични вещества и железни съединения, придаващи цвят на водата. Тези системи се прилагат в сгради, където има нужда да поддържат високо качество на водата. Това са много производствени сгради в различни отрасли. С появата на мембрани с ниско налягане стана възможно този принцип да се използва и за битови приложения, за да се получи чиста вода, която отговаря на изискванията "вода за пиене" според европейските стандарти за качество. Използването на системи с два етапа на обратна осмоза или обратна осмоза, съчетана с последващо дълбоко дейонизиране с йонообменни смоли позволява да получите свръхчиста водa за различни производства.

Дискови филтри
Тези филтри служат за механично отделяне на неразтворени примеси като пясък, ръжда и други частици с по-големи размери, т.е. груба филтрация. Филтриращият елемент тук е пакет от специални дискове, изработени от твърди полимерни материали. Върху двете страни на дисковете диагонално се разполагат канални отвори с предварително зададена ширина и дълбочина, за да се гарантира висока точност на филтруваните частици. При притискане на два съседни диска между тях се формира триизмерна мрежеста структура, която всъщност е работният филтърен елемент. Филтруването тук е в дълбочина. Филтърната повърхност в този случай е сумата от площите на всички устройства, включени в пакета. Такова оборудване по принцип се изработва със специално защитно покритие, което не подлежи на корозия и не се уврежда под влиянието на високо налягане. Обикновено размерът на филтруваните примеси при тези филтри може да варира от 5 до 200 микрона.

Тъй като в един момент филтрите се запушват от примесите и не могат да работят, те трябва да се почистват (регенерират). Посоката на промиване е противоположна на тази на пречистване. Промивната вода се подава към дисковете чрез специални дюзи тангенциално, предизвиквайки дисковете да се въртят. Така водата преминава през цялата им повърхност и ги освобождава от натрупаните примеси.

Работата на системата се контролира от програмируем логически контролер. Функция промиване започва при достигане на предварително зададен спад в налягането, през определени интервали от време или от външен сигнал. Такъв метод на промиване води до значително съкращаване на разходите на вода за поддръжка. Промиването на един филтърен елемент става за около 10 секунди. В такава система енерго консумиращите единици са само управляващите електромагнитните клапани, по един на всеки филтър, с консумация по-малко от 10W и управляващия контролер с консумация 100W. Ниското енергопотребление позволява филтърните системи да се използват и на места без електрозахранване, с помощта на батерия.

Ситови филтри
При ситовите филтри се отделят най-грубите неразтворени частици в диапазона 50-3000 микрона. Филтрирането протича на повърхността на метални сита с различна по форма и големина перфорация. Почистването може да е ръчно и автоматично, с помощта на вода под налягане и въртящи се четки или с вакуум. Филтриращите сита са под формата на цилиндри. Водата постъпва през входа на цилиндъра и пречистена излиза от изхода му. Суспендираните частици се натрупват върху вътрешната стена на цилиндъра. Когато настъпи необходимост от почистване на филтъра, т.е. налягането на филтъра падне под определено ниво или се задейства таймер, контролерът отваря дренажен вентил и се задейства режим на почистване.

Във вътрешността на цилиндъра по неговата дължина централно е разположена почистваща тръба с дюзи. Вътрешната й кухина се свързва с атмосферата чрез дренажния вентил. Тръбата извършва въртеливо-постъпателно движение спрямо оста си. По този начин смукателните дюзи се движат над повърхността на филтъра спирално, последователно пречистващи площта му от наслагвания. Водата, която постъпва в почистващата тръба, въвлича със себе си отстранените замърсявания чрез разликата в налягането между входа на филтъра (работното налягане в тръбопровода) и атмосферното налягане в шламопровода. Фазите на филтриране може да протичат от 1 до 12 часа в зависимост от замърсяването на водата, а фазите на промиване – 10-60 секунди.

Седиментни филтри
Тези филтри също се използват за механично отделяне на неразтворени замърсители във водата като пясък, окиси на манган и желязо, колоиди. Принципът им на действие е чрез порест или зърнест филтриращ материал с различни структура и плътност в зависимост от целите. Съществуват варианти на едно- и многослойни седиментни филтри. Съчетаването и височината на филтърните среди е специфично за отделните модели и производители и зависи от характеристиките на водите, от нуждите за пречистване и режима на преминаване на водата през всяка една от тях. За перфектната работа на такъв филтър производителите имат свое ноу-хау за съвместимост между филтриращите среди, оптимални количествени съотношения между тях и оптимален режим на работа.

Всички тези филтри независимо от производителя имат принципно еднакво устройство. Корпусът е от неръждаема стомана или фибростъкло. Тялото представлява кух цилиндър с купол отгоре и отдолу. Тази форма осигурява оптимални хидравлични характеристики на филтъра. Пълненето на филтъра може да става от различни места на корпуса. В горната част на корпуса има контролен блок с необходимата автоматика или с ръчно управление. Той инициира процеса на регенерация на филтъра и контролира потока вода в зависимост от зададената програма.

Регенерацията може да се инициира по няколко начина. Един вариант е през определени интервали от време. Тогава в блока е включен таймер, който на зададен интервал произвежда сигнал за регенерация. Такива блокове се използват предимно във филтри без химическа регенерация. Друг вариант е регенерация според разхода. За него е необходим водомер, който след отчитане на определен обем вода, преминал през филтъра, издава сигнал за регенерация. Това решение е предпочитано за филтри с химическа регенерация. И още един, по-рядък вариант, е този с регенерация според качеството на водата. За целта се използват сензори, които измерват един или повече параметри на водата в изхода на системата и дават сигнал за регенерация, когато параметрите на пречистените води вече не отговарят на посочените изисквания.

Адсорбционни филтри с активен въглен
Филтри с активен въглен са широко използвани в ролята на адсорбенти, предимно за подобряване на органолептичните свойства на водата, т.е. отстраняване на неприятен вкус, мирис и цвят. Порестата им структура предоставя голяма площ и осигурява ефективност при отстраняване на свободен хлор, както и органични съединения с ниско и високо молекулно тегло. За да се избегне ефектът на запушване и да се максимизира използването на филтрите, трябва да се извършва периодично промиване. Съвременните филтри с активен въглен имат висока устойчивост на износване и механични натоварвания по време на регенериране и издържат огромен брой филтърни цикли, което прави употребата им икономически рентабилна както за жилищни и търговски, така и за промишлени сгради. Проблем при активния въглен е, че натрупаната органика може да служи като хранителна среда за бактерии, затова този метод на пречистване се използва след обеззаразяване на водата.

Системите с активен въглен могат да се проектират за прекъсната и непрекъсната работа. При тези с прекъснат режим има едно филтриращо тяло и един управляващ блок. Регенерация се извършва на равни интервали (определени от водния поток или таймер) в определено време (обикновено през нощта). Системи с непрекъсната работа се използват в много приложения, където се изисква непрекъснатост на доставките на пречистена вода. В този случай, в зависимост от дебита, който трябва да се осигури, се използват няколко схеми за изграждане на система.

При двойна система има два паралелни филтъра с общ управляващ блок. Работи единият филтър, а другият е в режим на готовност. Когато работещият филтър влезе в регенерация, се включва другият. Процесът се повтаря циклично. Системата осигурява същата производителност като единичен филтър, но непрекъснато. Дуплекс системите пък имат два филтъра, свързани в паралел с две управляващи устройства. Филтрите работят едновременно, като предоставят двойна производителност. Всеки от филтрите се регенерира при нужда, като в това време работи само единият и производителността пада наполовина.

Триплекс системите пък имат три филтъра, свързани в паралел и три контролни единици. Два от трите филтъра са в експлоатация непрекъснато, като предоставят двойна производителност. Когато един от работещите филтри се регенерира, третият влиза в експлоатация. Това позволява непрекъснат режим на работа, без спад в производителността. Единичните системи се използват за малки жилищни и търговски обекти, докато тези с непрекъснато действие са незаменими в големи битови, търговски и индустриални приложения.

Омекотителни йонообменни системи
Твърда вода лесно се омекотява с йнообменни смоли. Тези смоли съдържат натриеви и хлорни йони, които в процеса на омекотяване се заменят с йони на калция и магнезия от водата, определящи нейната твърдост. Когато всички натриеви и хлорни йони на смолата се изчерпят, тя се регенерира с промивки с NaCl, а натрупаните калций и магнезий отиват в канализацията. Този метод се използва и за отстраняване на желязо и манган, тежки метали, някои радиоактивни компоненти, нитрати, арсен, хром, селен, и сулфати. Такива системи обаче не защитават срещу протозои, бактерии и вируси.

Битови омекотителни системи ще премахнат до известна степен желязото и мангана от водата. Повечето единици не са предназначени да се справят с много големи количества желязо и манган. Недостатък при йонообмена на желязо и манган е свързването им с кислорода и образуването на утайка, която се свързва трайно със смолата и намалява обменния й капацитет.

UV-стерилизатори
Лампи, произвеждащи ултравиолетова светлина, имат антибактериални свойства. Радиацията убива или деактивира патогени. Бактериите се убиват с относително ниски количества радиация, докато вирусите са по-устойчиви. Ефективността на лампите намалява с възрастта и трябва да се сменят всяка година. Оцветяване, мътност и органични примеси във водата пречат на предаване на ултравиолетовата енергия и може да намалят ефективността на системите. UV-стерилизаторите имат много висока ефективност в премахването на протозои (Cryptosporidium, Giardia), бактерии (Campylobacter, Salmonella, Shigella, Е.coli) и вируси ((хепатит А, норовирус). Не са ефективни при премахване на химикали.

Хлоратори
Най-често срещаният и относително евтин метод, използван за дезинфекция на водата, е хлориране. Хлораторите използват дозиращи помпи, които захранват водата с нужните порции хлор. Хлорът е окислител и убива повечето бактерии и някои вируси. В правилните концентрации и при достатъчно време на експозицията, хлорът е отличен дезинфектант.

Въпреки това, трябва да се внимава, за да се гарантира, че се използва само чиста вода. Хлорът реагира с някои метали и органична материя във водата. Основният проблем с хлориране е потенциалното образуване на опасни, хлорирани органични химикали. Използването на филтри с активен въглен след хлориране ще премахне излишния хлор и образуваните хлорирани органични замърсители.