Stacje uzdatniania wody, oczyszczalnie ścieków, automatyka w branży wodociągowo-kanalizacyjnej

Woda, obok energii elektrycznej, gazu i ciepła, to medium użytkowe konieczne do codziennego funkcjonowania gospodarstw domowych, fabryk i obiektów użyteczności publicznej. Ze względu na ograniczone zasoby jej obieg musi być zamknięty – świeża z ujęcia jest siecią wodociągową rozprowadzana do odbiorców, zużyta jest odbierana kanalizacją, zaś oczyszczoną odprowadza się do zbiorników naturalnych. Zanim trafi do użytku i z powrotem do środowiska musi zostać odpowiednio przygotowana, najpierw w stacjach uzdatniania przy ujęciach, a potem oczyszczalniach ścieków. Aby działały efektywnie, obiekty te wyposaża się w rozwiązania automatyki i pomiarów. Ich przykłady przedstawiamy w artykule.

Woda zaspokajająca zapotrzebowanie odbiorców komunalnych i przemysłowych jest pobierana z ujęć: powierzchniowych, podziemnych oraz źródlanych. Pierwsze to rzeki i jeziora, a do kategorii podziemnych zaliczane są ujęcia: poziome, na przykład sztolnie, pionowe, jak studnie kopane oraz studnie głębinowe (wiercone) i ujęcia infiltracyjne.

Studnie wiercone buduje się w miejscach, w których występują wystarczające w stosunku do potrzeb zasoby wód głębinowych. Ocenia się je w oparciu o mapy hydrologiczne opracowane na podstawie przeprowadzonych badań geologicznych terenu. Najważniejsze informacje, które są potrzebne do zaplanowania takiej inwestycji, to: rodzaje warstw wodonośnych oraz głębokość, na której znajduje się woda. Na ich podstawie dobiera się sprzęt i elementy konstrukcyjne studni.

Czym się wierci studnie głębinowe?

Niezbędnym urządzeniem są specjalne wiertnice stanowiące zespół elementów mechanicznych przeznaczonych do wykonywania otworów w materiałach twardych, poza skałami i gruntem, także w zbrojonym betonie, cegłach i asfalcie. Ze względu na sposób wykonania odwiertów wyróżnia się kilka ich typów, w tym wiertnice: obrotowe, udarowe, udarowo-obrotowe i wibracyjne.

W pierwszych wiertło obracając się, naciska na podłoże, co powoduje jego stopniowe kruszenie się. W wiertnicach udarowych odwiert jest wykonywany w wyniku uderzeń młota o grunt. W udarowo-obrotowych nacisk na materiał wywiera jednocześnie udarowy oraz obrotowy ruch wiertła, chociaż zwykle mogą też pracować tylko w jednym z tych trybów. W wiertnicach wibracyjnych otwór jest z kolei drążony pod wpływem oddziaływania na podłoże drgań głowicy.

Wykonanie odwiertu jest pierwszym etapem budowy studni głębinowej. Jeżeli grunt, w którym jest wiercona, jest twardy lub skalny, zalecana jest technika udarowo-obrotowa. Towarzyszyć temu musi usunięcie skruszonych skał z otworu na powierzchnię. W tym celu wykorzystywane są na przykład płuczki wodne, które nie tylko wypłukują zwierciny, ale również schładzają wiertło.

Zwykle najpierw wiercony jest otwór, w którym umieszczane są rury osłonowe. Następnie odwiert zostaje pogłębiony aż do dotarcia do warstwy wodonośnej. Po przewierceniu się przez nią w otwór wprowadza się rury filtrujące. Przestrzeń między rurami i odwiertem wypełnia się żwirem, zaś dno studni trzeba zaślepić – korek chroni wodę przed zanieczyszczeniami. Następnie odpompowuje się zanieczyszczoną zwiercinami wodę oraz mierzy wydajność studni, żeby dobrać odpowiednią pompę głębinową, której montaż jest ostatnim etapem.

Automatyka w studniach głębinowych

W czasie użytkowania studni głębinowych wystąpić może wiele problemów, które wpływają na ciągłość dopływu i ilość dostarczanej wody. Są one powodowane przede wszystkim czynnikami naturalnymi lub nieprawidłowym działaniem pomp. Zapobiegać trzeba na przykład: pracy pomp na sucho, ich przeciążeniu, nadmiernym spadkom, jak i wzrostom ciśnienia w instalacji, aby nie dopuścić do uderzeń medium, zbyt dużemu poborowi wody oraz przepełnianiu się zbiorników technologicznych. W tym celu sterowanie pompami głębinowymi automatyzuje się.

Wyposaża się je w kontrolery nadzorujące i regulujące pracę instalacji poboru wody za pomocą zaworów, przekaźników, wyłączników oraz innych urządzeń. Umożliwiają one zmianę parametrów pracy pomp w zależności od: poziomu lustra wody, mierzonego przykładowo przez pływaki w studni lub czujnik elektrolityczny w odwiercie, ciśnienia w systemie, poboru wody mierzonego przez przepływomierze, poziomu zapełnienia zbiorników rezerwowych. Wyjścia sensorów podłącza się do przekaźników, które w zależności od wyników pomiarów odłączają i podłączają silniki pomp.

W przypadku studni wierconych pobierających wodę w dużych ilościach, zwłaszcza w tych zasilających wodociągi komunalne, wykorzystuje się przemienniki częstotliwości. Zapewniają one łagodny rozruch i zatrzymanie silnika pompy, a dzięki temu zmniejszają narażenie instalacji na udary hydrauliczne oraz spowalniają mechaniczne zużycie pomp. Pozwalają też lepiej dopasować wydajność pompy do wymagań aplikacji i zmniejszyć zużycie energii elektrycznej.