Коммунальный комплекс России

Михаил Иванов

Принципиальные особенности горячего водоснабжения (ГВС) заключаются в том, что нагрев воды происходит на оборудовании, имеющем незамкнутый контур, в который по мере необходимости поступает подпиточная вода, а температура воды на выходе строго регламентирована (СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества»). В связи с этими особенностями существует целый ряд трудностей в эксплуатации оборудования и пользования ГВС, не свойственных системам отопления и холодного водоснабжения. Для их преодоления принимаются соответствующие меры.

Важной особенностью ГВС является то, что горячая вода в точке раздачи должна иметь определенную температуру. Однако бывает так, что потребитель открывает кран и ждет, когда стечет остывшая вода. Хорошо, если у него нет водомера, фиксирующего такой слив, и он не подключен к локальной сети ГВС, имеющей ограниченные возможности по подаче воды.
Эта техническая проблема обычно решается путем организации постоянной циркуляции воды через теплообменные аппараты с целью поддержания ее температуры в сетях в заданном интервале. Такое решение приводит к возникновению застойных зон с низкой температурой, которые являются очагами размножения бактерий, образуют осадок биомассы и могут вызвать опасное заражение у человека.
Особую опасность представляют легионеллы, которые очень быстро размножаются в накопительных резервуарах, застойных зонах трубопроводов, а также при периодическом использовании горячей воды и отключении ГВС. Наиболее благоприятным режимом для их размножения являются стоячие воды с температурой 25–45 ºС.
Помимо перечисленного в системе ГВС имеется, по крайней мере, еще одна особенность: при эксплуатации труб и оборудования при повышенных температурах активизируются процессы коррозии металлов.

Коррозия
Продукты коррозии совместно с частицами биомассы и другими нерастворимыми примесями образуют отложения на поверхности трубопроводов, сужая проход для воды и затрудняя нагрев в теплообменных аппаратах. В основном наличие примесей связано с низким качеством подпиточной воды, которое, по мнению специалистов, во многих случаях определяется как обилием примесей в источнике, так и изношенностью либо маломощностью оборудования для водоподготовки.
В водоподготовке подпиточной воды используются те же приемы и методы, что и во всех остальных случаях, о которых писалось неоднократно. Чаще всего существующие требования касаются превышения в горячей воде растворенного кислорода, содержание которого обычно составляет 0,1–0,17 мг/л. Хотя его допустимое содержание должно находиться в пределах от 40 до 60 мкг/л. Присутствие в воде растворенного кислорода вызывает более интенсивную коррозию труб, чем при питьевом водоснабжении, поскольку вода в этом случае имеет более низкую температуру. Требуемой концентрации остаточного кислорода можно добиться, используя такую стадию водоподготовки, как деаэрация.
Коррозию усиливает и растворенный в воде воздух, который образует воздушные пробки, препятствующие нормальному течению воды. Удаление из трубопроводов воздушных пробок производится с помощью воздушных сепараторов различной конструкции.
Коррозии металлов способствует совместная эксплуатация в системе ГВС труб из черных металлов с трубами, имеющими оцинкованную поверхность. При таком смешенном монтаже происходит ускоренное разрушение противокоррозионного покрытия, вследствие создания гальванической пары. Помимо этого, оцинкованные трубы отечественного производства имеют в соответствии с ГОСТ 3262-75* толщину цинкового покрытия в 30 мкм, в то время как трубы зарубежного производства – от 70 до 80 мкм. Следовательно, срок службы покрытия отечественных труб составляет всего лишь 1,5–2 года.

Минеральные отложения
Очень важной проблемой ГВС является образование минеральных отложений и накипи на поверхности водогрейного оборудования, трубах и сантехники. Для предотвращения этого используются различные физические и химические методы.
Основное действие физических методов заключается в переводе карбоната кальция в структуру, которая образует только шлам и не оседает на поверхностях. Так, для образования рыхлых осадков используются разные виды внешнего воздействия, например, обработка воды электромагнитными волнами звукового диапазона. Для этого на участок трубопровода одевают индукционную катушку с переменным по частоте сигналом, который способствует образованию тонкой суспензии. Изготовителем такого оборудования является НПО «Машинимпэкс» (г. Москва).
Для защиты от отложений используется также и воздействие магнитных полей, которое создается постоянными магнитами – в частности, в устройствах фирмы «Райс» (г. Казань). Эти аппараты в качестве источников магнитного поля используют постоянные магниты с высокой напряженностью поля около 3400 эрстед. Магниты воздействуют на присутствующие в воде микровключения, которые становятся центрами кристаллизации карбоната кальция.
В некоторых случаях на водогрейном оборудовании устанавливаются ультразвуковые излучатели, которые препятствуют осаждению шлама на поверхности оборудования и трубопроводов, и позволяют в дальнейшем удалять этот шлам путем фильтрования. Одним из видов такого оборудования является аппарат марки «Импульс», который предназначен для водогрейных котлов малой и средней мощности, а также различного теплообменного оборудования. Очистка поверхности оборудования этим аппаратом происходит в результате возбуждения интенсивных акустических импульсов.
Применяются в системе ГВС и электрохимические антинакипные аппараты и защитные катоды – например, аппарат марки «АЭА-Т», который применяется на энергетических объектах. Иной подход предлагается фирмой «Экодас» (г. Дзержинск), которая производит универсальный антинакипный аппарат марки «АПУ», активирующий воду при попадании в постоянное электрическое поле.
Широко распространено и применение в ГВС химических реагентов, повышающих качество горячей воды. Однако здесь имеются ограничения, регламентированные величинами предельно допустимых концентраций этих реагентов при водоподготовке в системе ГВС. В этом случае следует руководствоваться документом «Перечень материалов и реагентов, разрешенных Главным санитарно-зпидемическим управлением Минздрава для применения в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения», согласно которому остаточное количество химических реагентов в воде не должно превышать 5 мг/л.
Достаточную популярность получили реагенты, обладающие антинакипными свойствами. Но наиболее перспективным, по всей вероятности, является применение комплексных химических препаратов, содержащих набор веществ, обеспечивающих обработку воды по нескольким параметрам.
Комплексное действие таких реагентов заключается в том, что они одновременно сокращают распространение коррозии металлов, снижают скорость образования отложений, связывают растворенный в воде кислород и поглощают присутствующую в ней углекислоту. Такое разностороннее действие достигается тем, что в состав этих препаратов входят амины – диэтилгидроксиламин и 2- амино, 2- метил пропанол, щелочь – едкий калий, и синтетические полимеры. Щелочь связывает свободную углекислоту, амины как амфотерные соединения регулируют уровень рН и поглощают растворенный кислород, а присутствующие полимеры препятствуют формированию отложений на внутренних поверхностях котлов, теплообменников, трубопроводов, контрольно-измерительных приборов за счет создания покрытия из тонкой пленки.
Еще одним ингибитором минеральных отложений и коррозии являются смеси пирофосфата калия с гидроксидом калия. Они также образуют пленки, которые препятствует протеканию процессов на поверхности трубопроводов и оборудования, и образуют осадок в виде легкого шлама. Подобные реагенты применяются для умягчения воды. Они имеют ряд недостатков, главными из которых являются неустойчивость при температурах выше 70 ºС и потеря с течением времени способности взаимодействовать с ионами кальция и магния.
Как для систем закрытого контура, так и для систем открытого контура применяются реагенты на основе силиката натрия, которые достаточно эффективны как ингибиторы коррозии металлов и минеральных отложений на поверхности трубопроводов и оборудования. Эти препараты в основном содержат натриевую соль кремниевой кислоты и гидроокись натрия. Ингибирующее действие этой композиции основано на ее пленкообразующих свойствах. Образующаяся пленка покрывает поверхность трубопроводов и оборудования и тем самым препятствует протеканию коррозии и скоплению на поверхности минеральных отложений.
В системе ГВС силикатная обработка рекомендуется для воды со средним значением коррозионной активности (положительное значение индекса насыщения при общем концентрации хлоридов и сульфатов менее 50 мг/л). Силикатная обработка может применяться и для вод с высокой коррозионной активностью, но только в случае, если индекс насыщения находится в пределах от 0 до -1,5, а суммарное содержание сульфатов и хлоридов находится в пределах от 50 до 75 мг/л. При более высокой коррозионной активности, по мнению специалистов, применение силикатной обработки воды не продуктивно, особенно в случаях большого содержания сульфатов.
В качестве силицирующего агента обычно используется натриевая соль кремневой кислоты, однако в настоящее время находят применение и фабрично приготовленные композиции, в состав которых входят полифосфаты и силикаты.

Комплексоны
Широкое применение для обработки горячей воды с целью предупреждения выпадения накипи на поверхности оборудования и трубопроводов находят комплексоны – вещества, которые за счет своих полярных групп взаимодействуют с осадками, переводя их в раствор.
Одним из видов таких веществ является цинковый комплексонат оксиэтилиденди-фосфоновой кислоты – ZnNa2ОЭДФ или ZnK2ОЭДФ. Применение этого реагента в системах ГВС допускается только при условии, если его исходная концентрация не превышает 5 мг/л. Практические наблюдения показали, что данного содержания реагента вполне достаточно, а если вода не обладает повышенной коррозийной агрессивностью и минеральных отложений не много, то содержание этого комплексона вообще может быть понижено до 2,5–3,0 мг/л.
Кроме этого, для связывания катионов солей жесткости широко применяются комплексоны марок «Триалон А» и «Триалон Б», а также комплексоном на основе этилендиамин N N N N – тетрауксусной кислоты (ЭДТА).
Необходимо отметить, что особое место занимают комплексоны на основе фосфоновых кислот. Простейшим представителем этого ряда является аминометиленфосфоновая, N N – диуксусная кислота. Эти соединения, помимо образования комплексов с катионами кальция и магния, образуют соединения с ионами меди, которые обладают сильными антибактериальными свойствами и способны препятствовать бактериальному зарастанию.

Механические примеси
Основной вред оборудованию и трубопроводам в системе ГВС наносят механические примеси. Для удаления нерастворимых примесей используют фильтры механической очистки и гидроциклоны. В основном они подобны тем агрегатам, которые используются для водоподготовки холодной воды, но с учетом работы при более высокой температуре. А поскольку в результате транспортировки горячей воды по трубопроводам появляются загрязнения, то после точек раздачи горячей воды непосредственно у потребителя ставятся фильтры грубой очистки с размером ячейки сетки 400–500 мкм.
Основным назначением этих фильтров является защита водомеров и арматуры от порчи. Более тонкие фильтры в таких местах нецелесообразны, так как будут слишком часто забиваться. А вот после водомеров обычно устанавливают промывные фильтры, назначение которых – удалять большую часть взвешенных веществ. Чаще всего для этой цели применяются промывные фильтры с порогом задержания от 20 до 100 мкм. Такие фильтры достаточно надежно защищают запорную арматуру и смесители от механических примесей. К сожалению, и эти фильтры необходимо периодически чистить, чтобы избежать биологического зарастания.
Имеются более удобные фильтры с программируемой автоматической промывкой, которая осуществляется в зависимости от заранее заданного времени, но они являются более сложными и дорогими. Наиболее доступными для удаления мельчайших механических примесей являются сменные картриджи, с размером пор в диапазоне 1–20 мкм, которые имеют различную производительность, и срок службы от 3 до 12 месяцев. Следует отметить, что такой малый размер пор позволяет задерживать примеси железа в различных степенях окисления (Fe3+ и Fe2+) и защищать фаянсовую и эмалированную сантехнику от рыжих подтеков. Картриджи для ГВС подобны тем, что используются для холодной и питьевой воды, а различие заключается в используемых материалах корпуса и собственно фильтра.

Биологическая зараженность
Помимо удаления механических примесей, качество воды в ГВС характеризуется отсутствием биологической зараженности. Обычно вода достаточно эффективно дезинфицируется на стадии подготовки. Однако образование застойных зон и понижение температуры при доставке потребителю, а также перерывы в использовании горячей воды и отключение ГВС повышают опасность заражения легионеллами.
Наиболее распространенным способом борьбы с легионеллами является термическая обработка воды. Так, нагрев до температуры 70–80 °С приводит к полной дезинфекции от этого вида бактерий. При понижении температуры время обработки должно увеличиваться. Так, при 65 °С время обработки воды должно быть не менее 10 минут, а при 60 °С выдержка достигает 20 минут. Недостатком этого метода является то, что горячая вода, подаваемая потребителю, имеет более низкую температуру, а нагрев в местах установки нагревателей не исключает ликвидации застойных зон.
В качестве примера можно привести автоматическую систему фирмы Ferroli (Италия), которая включает циркуляцию горячей воды при падении температуры в контуре и накопительной емкости горячей воды ниже безопасного значения. Не осталась в стороне от этой проблемы и фирма «Сименс» (Германия), которая разработала систему управления нагревом воды со специальной функцией «легионелла». Еще одним примером борьбы с легионеллами может служить продукция фирмы Alfa Laval, которая предлагает накопительные баки для системы ГВС, ограничивающие размножение легионелл во внутридомовой сети.
Другим распространенным методом является применение жесткого УФ-излучения. Преимущества такого метода заключаются в том, что в процессе обработки не образуются токсичные продукты, а обработанная вода не ухудшает свои органолептические показатели. Важным моментом также может быть исключение возможности передозировки облучения. Для этих целей обычно применяется облучение с мощностью дозы 45 мДж/см2, однако при сильно загрязненной воде этот показатель может быть увеличиваться и в некоторых случаях достигать 180 мДж/см2.
На российском рынке присутствуют различные системы обеззараживания воды отечественного и зарубежного производства, но в данном случае целесообразно коснуться модели Geno-Break производства фирмы Grunbeck Wasseraufbereitung (Германия), которая одновременно обрабатывает воду ультрафиолетовым и ультразвуковым излучением. Ценность такого сочетания заключается в том, что кавитационное воздействия ультразвуковых сигналов позволяет уничтожать не только легионелл, но и их переносчиков амеб. Примером этого вида оборудования отечественного производства может служить установка «Лазурь–М» компании «Сварог» (г. Москва), в которой производительность обрабатываемой воды составляет от 0,5 м3/ч до 50 м3/ч. Установки этой серии могут применяться как для отдельных коттеджей, так и для населенных пунктов и промышленных предприятий.
Имеются и другие способы борьбы с легионеллами – например, электрохимическое воздействие на воду анодного окисления, которое приводит к насыщению воды ионами меди и серебра. По мнению некоторых специалистов, связанных с производителями меди в России, опасность заражения легионеллами снижают трубы из меди. Не следует исключать и применение химических препаратов, в частности белильного щелока в концентрации свободного хлора не менее 10 мг/л с продолжительностью обработки 1–2 часа. Однако при этом необходимо жестко соблюдать действующие нормы по присутствию в питьевой воде подобных реагентов. В этой связи особо ценным является совместное применение гипохлорита натрия и УФ-облучения, которое позволяет понизить содержание химического реагента.