Как снизить расходы за пользование водой

Подсчитано, что в эксплуатационных расходах на перекачивание воды первоначальная стоимость приобретения насоса составляет менее 5% от всех издержек владения. Расходы на техническое обслуживание составляют 10%, а остальное приходится на потребляемую энергию — свыше 85%. Несмотря на это, дальнейшие тенденции в сфере высококвалифицированного водоснабжения таковы: инвестиции будут делаться исключительно в оборудование и эксплуатацию.

Когда оборудуются новые скважины или восстанавливаются старые, основной задачей является обеспечение надежной подачи воды хорошего качества и в достаточном объеме по конкурентоспособной цене. Запасы грунтовых вод, как известно, определяет водоносный горизонт. Объем и качество воды в нем зависят от геологических условий в самом водоносном горизонте и вокруг него.
Чтобы определить объем имеющихся запасов и оценить взаимное влияние скважин на снижение уровня грунтовых вод в данных условиях, очень важно определить проницаемость водоносного пласта. С этой целью проводится контрольное откачивание в течение не менее одного часа. Путем хронометража определяется интенсивность падения уровня воды в скважинах. Требуется рассредоточить большее число более мелких скважин на большей площади для распределения риска таким образом, чтобы сделать отдельную скважину менее уязвимой для загрязнений и значительного падения уровня.
Качество грунтовых вод определяют способом водоподготовки или очистки воды, используемым на водопроводной станции. В данном случае идеально было бы подвергнуть воду химическому анализу в каждой скважине и периодически повторять эти анализы, поскольку качество ее с течением времени может сильно измениться. Таким образом, можно будет еще на ранней стадии определить любое естественное или вызванное жизнедеятельностью человека загрязнение площади водосбора.
Такие анализы используются также для определения способа очистки воды, дающего максимальный эффект при использовании его на гидротехнических сооружениях.
Эффективная водоподготовка означает минимум фильтрации, что способствует соответствующему снижению потребления электроэнергии и воды, затрачиваемых на обратную промывку фильтров.

Скважины
Дебит скважины — это ее удельная производительность в м3/час на 1 метр падения уровня воды за данный период времени.
Производительность скважины выражается в ее КПД в процентах, который представляет собой отношение между снижением уровня горизонта грунтовых вод и падением уровня воды в скважине. При КПД, равном 50 процентам, снижение воды в скважине в два раза больше, чем его падение снаружи скважинного фильтра, т.е. вдвое больше, чем снижение уровня горизонта грунтовых вод. Такое повышенное снижение уровня грунтовых вод вызвано падением давления как в самом водоносном горизонте и вокруг него, так и в гравийном фильтре.
Увеличение падения уровня грунтовых вод означает повышение гидростатического напора и, следовательно, рост энергопотребления на каждый кубометр поданной на поверхность воды. Также возрастает опасность работы насоса всухую. К примеру, увеличенное падение уровня грунтовых вод в 10 м относительно динамического уровня воды в 50 м при производительности 90 м3/час повысит затраты на электроэнергию на 25%. Рост издержек, как считают специалисты, может примерно соответствовать ежегодным расходам на приобретение нового насоса.
Многие скважины, особенно с гравийным фильтром, теряют продуктивность из-за образования на поверхности фильтра или вокруг него минеральных отложений.
В результате будут снижаться КПД и удельная продуктивность скважины. Полностью или частично устранить эти отложения часто позволяет регенерация.
Но если неправильно выбрать продолжительность регенерации или сам процесс ее выполняется с нарушениями, это может сократить срок службы скважины.
Регенерацию следует начинать не позднее того момента, когда продуктивность скважины упадет на 10 процентов. До этого пористые каналы в отложениях достаточно открыты, что позволяет достаточно эффективно выполнить промывку и удалить многие частицы отложений.
Возможно, это не даст требуемого эффекта, тогда надо рассмотреть возможность изменения способа эксплуатации скважины.
Стоит установить менее мощный насос, который по своим рабочим характеристикам лучше подходит для данной скважины. Возможно, имеется способ регулирования объема воды путем увеличения продолжительности эксплуатации менее мощного насоса.
Наилучшее решение — оснащение всех скважин расходомером и датчиком контроля уровня, что позволяет персоналу водопроводной станции вести непрерывный контроль эффективности промывки сетчатого фильтра водой и удельной производительности, тем самым можно самим вовремя определить момент окончания регенерации.

Насосы
Итак, бурение завершено, и в течение 72 часов из скважины идет опытный забор воды, что способствует очистке скважины.
Полученные испытания позволят принять окончательное решение о выборе насоса. Выбор последнего крайне затруднен постоянно меняющимися гидравлическими условиями из-за колебаний уровня грунтовых вод и нестабильности противодавления в остальной части гидросистемы, используемой для забора воды. Значит, падение уровня воды в данной конкретной скважине зависит от продолжительности водозабора не только из нее, но и из соседних скважин.
Максимальный КПД у насоса в сравнительно небольшом диапазоне рабочих параметров. В случае повышения или понижения одного из них КПД сразу начинает падать. Поэтому достижение режима постоянной оптимальной эксплуатации представляется крайне затруднительным в большинстве гидросистем, объединяющих несколько скважин.
Наиболее оптимальный выход из создавшейся ситуации — применение компьютерной системы управления, в которую вводятся такие рабочие параметры каждой скважины, как расход и давление. На основании этих данных компьютер рассчитывает оптимальный режим эксплуатации для всех насосных установок, работающих в месте добычи грунтовых вод.
Повышение КПД на 10%, например, с 65 до 75, означает, что при подаче 400 м3/час на высоту 80 м в течение 10 лет (4.700 часов ежегодной эксплуатации) будет сэкономлено 800 тысяч кВт электроэнергии.
Практика показывает, что наиболее часто встречающиеся случаи неудовлетворительной работы насоса вызваны его неправильным выбором, обусловленным зачастую неуверенностью в том, что насос не обеспечит указанные для него технические характеристики.
Опасение, что насос не обеспечит подачу достаточного объема воды, почти всегда приводит к тому, что приобретается насос, мощность которого слишком велика для данной скважины. Отсюда — и все проблемы чрезмерного падения уровня воды, низкой экономичности и т.д.
Правильно выбранный насос просто удаляет из скважины ту воду, что скапливается в ней естественным путем, таким образом можно идеально добиться стабилизации уровня грунтовых вод и максимально увеличить период между техническим обслуживанием и регенерацией скважины.
Из-за износа и образования отложений минеральных веществ рабочие характеристики насоса с течением времени часто снижаются, и в определенный момент приходится поднимать его из скважины для промывки и, при необходимости, ремонта.
Методика определения оптимального времени техобслуживания выбирается в зависимости от имеющейся информации о стоимости ремонта и от постоянно поступающих сведений об уровне грунтовых вод, их давлении, расходе и потребляемой электроэнергии для данной скважины. Далее эта информация обрабатывается компьютером и сопоставляется с теми техническими параметрами, которые указал изготовитель в технических характеристиках насоса.

Если выбираются насосы, в конструкции которых предусмотрена смазка подшипников водой, то теоретически подшипники могут исправно функционировать весь срок службы независимо от частоты вращения, поскольку поверхности подшипников разделены водяной пленкой. Однако в действительности в скважинах для добычи грунтовых вод не всегда присутствует вода, свободная от инородных включений.
Значит, надо считаться — в теории и на практике — с определенной степенью износа рабочих поверхностей подшипников (максимально 10 процентов), вызванного частотой вращения, с которой эксплуатируется насос.
В связи с техобслуживанием важно заменить все изношенные узлы и детали, иначе может быть снижение рабочих характеристик насоса и необычайно высокий рост эксплуатационных расходов. Расходы на замену быстроизнашивающихся узлов и деталей могут быть компенсированы в течение нескольких месяцев.
Для избежания износа и коррозии рабочих колес и камер насоса важно выбрать материалы с высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью. Это позволит не только увеличить срок службы, но также создать условия для безаварийной эксплуатации с высокими рабочими характеристиками в течение срока службы насоса. Выбрать насос, который пять первых лет эксплуатации работал бы с высоким КПД, а следующие пять лет — с низким, — пустая трата денег.

Важно также правильно определить тип силового кабеля. Попытки сэкономить на этом могут дорого обойтись в смысле повышения общих издержек владения. Так, при мощности электродвигателя насоса 75 кВт и длине силового кабеля 75 м экономия при падении напряжения от 5% до 1% через 10 лет эксплуатации составит 170.458 кВт.
В насосных станциях с погружными насосами наиболее слабое звено — электродвигатель. Чтобы обеспечить его длительный срок службы, надо применить наиболее оптимальный способ защиты электродвигателя. Для этого применяется контроль температуры электродвигателя, поскольку именно один из таких разрушительных факторов, как недостаточное охлаждение, напряжение питания и т.п., вызывает перегрев электродвигателя.
Немецкая фирма Grundfos по производству насосов для грунтовых вод нашла уникальное техническое решение, позволяющее потребителям получать информацию о текущей температуре электродвигателя и контролировать сопротивление изоляции без использования в скважине дополнительных кабелей.
Дополнительно эта система включает в себя встроенную защиту от работы всухую, причем также без применения в скважине дополнительных кабелей и датчиков.
Последней основной операцией, выполняемой гидросистемой для добычи грунтовых вод, является перекачивание воды, поднятой из скважин установленными в них насосами, по трубам на водопроводную станцию.
Поток воды, образующийся в напорной трубе и трубопроводах, вызывает потери из-за гидродинамического трения в трубах, клапанах, фитингах и т.п. Эти потери должны компенсироваться насосами. При самом неблагоприятном стечении обстоятельств указанные потери могут быть настолько велики, что обычно высокий КПД насоса в данном случае может упасть настолько, что вода станет очень дорогой, если параметры стояка и трубопровода выбраны неправильно. Не менее важным фактором рентабельности является отсутствие в стояке и трубопроводе утечек, так как они обычно повышают расходы примерно на 10-15 процентов.

Отложение минеральных веществ может повысить потери на трение в стояке и трубопроводе. Устранить этот дефект поможет очистка труб. Поскольку условия работы постоянно меняются, следует много внимания уделить профилактическому обслуживанию и эксплуатации.
Пройдет еще немало времени, прежде чем компьютеры смогут взять на себя техническое обслуживание и замену труб, насосов и прочих элементов гидросистем.

Подготовил Вячеслав ГИЛЕВИЧ