Вода в системе горячего водоснабжения (ГВС) должна соответствовать качеству, регламентируемому СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». В то же время условия работы и организация систем ГВС иные, чем в случае с холодным питьевым водоснабжением. С этим связан целый ряд специфических требований, предъявляемых к устройству и работе данных систем. Они сформулированы в таких нормативных документах, как СанПиН 4723-88 «Санитарные правила устройства и эксплуатации систем централизованного горячего водоснабжения», РД 34.37.506-88 «Методические указания по водоподготовке и водно-химическому режиму водогрейного оборудования и тепловых сетей», СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов» и др.

Водные проблемы ГВС

Нагрев воды для горячего водоснабжения происходит на оборудовании, имеющем незамкнутый контур. По мере необходимости в него поступает подпиточная вода.

Важной особенностью ГВС является то, что горячая вода в точке раздачи должна иметь определенную температуру. Открывая кран, потребитель не должен ждать, пока стечет остывшая вода. Эта задача обычно решается путем организации постоянной циркуляции воды через теплообменные аппараты с целью поддержания ее температуры в сетях в заданном интервале.

Кроме того, возникновение в системах ГВС застойных зон с относительно низкой температурой приводит к размножению микроорганизмов, в том числе - болезнетворных; отложения биологического происхождения отрицательно влияют на работоспособность сетей и оборудования.

С другой стороны, эксплуатация систем при повышенных температурах связана с активизацией процессов коррозии металлов. Продукты коррозии совместно с частицами биомассы и другими нерастворимыми примесями образуют отложения на поверхности трубопроводов и теплообменных аппаратов, сужая проход для воды и затрудняя ее нагрев.

В основном, наличие нерастворимых примесей связано с низким качеством подпиточной воды, которое во многих случаях определяют состояние источника, а также изношенность либо маломощность оборудования для водоподготовки.

Для подготовки воды систем ГВС используют те же приемы, что и во всех остальных случаях, о которых уже неоднократно рассказывалось на страницах журнала «Аква-Терм».

Нехимическая обработка

Чаще всего нарушение действующих нормативов по качеству воды для ГВС касается содержания растворенного кислорода: обычно оно составляет 0,1-0,17 мг/л, хотя допустимая концентрация - 40-60 мкг/л. В то же время присутствие в воде растворенного кислорода вызывает в системах ГВС более интенсивную коррозию труб, нежели при холодном питьевом водоснабжении.

Требуемой концентрации остаточного кислорода можно добиться деаэрацией. А присутствующий в воде в виде микропузырьков воздух удаляется с помощью сепараторов различной конструкции. Кроме усиления коррозии, воздух, скапливаясь в различных участках системы и образуя так называемые воздушные пробки, препятствует нормальному течению воды.

Коррозии металлов способствует и тот факт, что при массовом строительстве в системе ГВС часто используют трубы из черной стали совместно с трубами, имеющими оцинкованную поверхность. При их смешанном монтаже, вследствие образования гальванических пар, происходит ускоренное разрушение противокоррозионного покрытия. Отметим также, что оцинкованные трубы отечественного производства, выпускаемые по ГОСТ 3262-75*, имеют толщину цинкового покрытия в 30 мкм, срок службы которого составляет всего 1,5-2 года. Как правило, толщина покрытия оцинкованных труб зарубежного изготовления - 70-80 мкм.

Серьёзная для систем ГВС проблема - образование минеральных отложений на поверхности водогрейного оборудования, труб и сантехники.

Для предотвращения этого в некоторых случаях на водогрейном оборудовании устанавливают ультразвуковые излучатели, препятствующие осаждению шлама на поверхности оборудования и трубопроводов. В дальнейшем он удаляется из системы путем фильтрования. Один из видов такого оборудования - аппараты марки «Зевсоник», предназначенные для защиты от накипи водогрейных котлов малой и средней мощности, а также различного теплообменного оборудования. Действие этих аппаратов основано на возбуждении интенсивных акустических импульсов. Применяются в системе ГВС и электрохимические антинакипные устройства, защитные катоды. Например, аппарат АЭА-Т, выпускаемый ОАО «Азов» (г. Дзержинск, Нижегородская обл.).

Ингибиторы и антинакипины

Большое распространение для предотвращения образования отложений и шлама в системах ГВС получило дозирование химических реагентов. Однако на их использование имеются ограничения, регламентированные величинами предельно допустимых концентраций этих реагентов в воде ГВС. Здесь следует руководствоваться «Перечнем материалов, реагентов и малогабаритных очистных устройств, разрешенных Государственным комитетом санитарно-эпидемиологического надзора РФ для применения в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения».

Так, согласно Перечню, остаточное содержание в воде применяемого для защиты систем ГВС от коррозии и образования накипи цинкового комплексоната оксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФК) не должно превышать 5,0 мг/л. А максимально допустимое остаточное содержание используемой в тех же целях оксиэтилидендифосфоновой кислоты - 0,6 мг/л.

Среди химических препаратов для обработки горячей воды есть как реагенты, обладающие узконаправленным - антикоррозионным или антинакипным - действием, так и комплексные, улучшающие качество воды сразу по нескольким параметрам.

Например, реагент коррекционной подготовки воды для водогрейных котлов Advantage К 350 фирмы Ashland (Финляндия) элиминирует коррозию металлов, снижает скорость образования отложений, связывает растворенный в воде кислород и поглощает углекислоту.

Комплексное действие реагента вызвано тем, что в его состав входят амины (диэтилгидроксиламин и 2-амино-, 2-метил-пропанол), щелочь (едкий калий) и синтетические полимеры. При дозировании в воду щелочь связывает свободную углекислоту, амины регулируют уровень рН и поглощают растворенный кислород, а присутствующие полимеры, создавая покрытие из тонкой пленки, препятствуют формированию отложений на внутренних поверхностях элементов системы.

В основе другого реагента фирмы Ashland - Drewgard 120 - смесь пирофосфата и гидроксида калия. Эта система также образует пленки, препятствующие протеканию негативных процессов на внутренних поверхностях трубопроводов и оборудования.

Как и в закрытых контурах, в системах открытого типа в качестве ингибиторов коррозии и минеральных отложений применяют реагенты на основе силиката натрия. В основном, эти препараты содержат натриевую соль кремневой кислоты и гидроокись натрия. Действие этой композиции также основано на ее пленкообразующих свойствах.

Для воды с высокой коррозионной активностью силикатная обработка может применяться лишь в случае, если индекс насыщения меньше 0 и больше -1,5, а суммарное содержание сульфатов и хлоридов находится в диапазоне 50-75 мг/л. При более высокой коррозионной активности применение силикатной обработки воды не продуктивно, особенно в случаях большого содержания сульфатов.

В качестве антинакипинов широко применяются комплексоны - вещества, которые за счет содержащихся полярных групп взаимодействуют с осадками, переводя их в раствор. К ним относится уже упомянутый цинковый комплексонат ОЭДФК.

В результате действия многих видов химических реагентов при водоподготовке в системе ГВС образуются легкие взвеси, легкоудаляемые осадки. Однако и они могут причинить вред оборудованию и участвовать в формировании отложений на внутренней поверхности труб и оборудования.

Фильтры

Для удаления из горячей воды нерастворимых примесей используют фильтры механической очистки и гидроциклоны. В основном, эти устройства подобны тем, которые применяют в системах холодного водоснабжения (разумеется, с поправкой на более высокую температуру), но особенности очистки горячей воды после точек ввода следует рассмотреть отдельно.

Обычно непосредственно у потребителя ставится фильтр грубой очистки с размером ячейки сетки 400-500 мкм. Главное его назначение - защита водомеров и арматуры. Более тонкие фильтры в этом месте нецелесообразны, так как будут очень быстро забиваться. А вот после водомеров, как правило, устанавливают промывные фильтры, назначение которых - удалять большую часть взвешенных веществ. Чаще всего для этой цели применяют фильтры с порогом задержания от 20 до 100 мкм. Они надежно защищают запорную арматуру и смесители, но также требуют периодической чистки. Можно применять фильтры с программируемой автоматической промывкой, но они значительно сложнее и дороже.

Более доступный вариант организации удаления мельчайших механических примесей - фильтры со сменными картриджами с размером пор в диапазоне 1-20 мкм. Они имеют различную производительность, а срок их службы изменяется от 3 до 12 мес. Следует отметить, что такие малые размеры пор позволяют задерживать примеси железа в различных степенях окисления (Fe3+ и Fe2+), защищая фаянсовую и эмалированную сантехнику от рыжих подтеков. Картриджные фильтры для ГВС подобны тем, что используют для очистки холодной питьевой воды; различие лишь в материалах корпуса и собственно фильтра.

Биологическая безопасность

Помимо удаления механических примесей, качество воды в ГВС характеризует отсутствие биологической зараженности. Наиболее опасны легионеллы, которые особенно быстро размножаются в накопительных резервуарах, застойных зонах трубопроводов, а также при периодическом использовании горячей воды и отключении ГВС. Благоприятной средой для их размножения являются стоячие воды с температурой 25-45 °С.

Обычно эффективной дезинфекции вода подвергается на стадии подготовки. Однако любые нарушения в работе ГВС повышают опасность ее заражения. Наиболее распространенный способ борьбы с легионеллами - термическая обработка воды: нагрев воды до температуры 70-80 °С мгновенно приводит к полной дезинфекции воды от этого вида бактерий. При понижении температуры время обработки должно, соответственно, быть увеличено. Так, при 65 °С время обработки воды должно быть не менее 10, а при 60 °С - 20 мин. Недостаток метода заключается в том, что горячая вода, подаваемая потребителю, имеет более низкую температуру, а нагрев в местах установки нагревателей не исключает образования застойных зон.

Для борьбы с легионеллами предлагаются различные технические решения. Накопительные бойлеры всё чаще оснащают функцией автоматического периодического нагрева воды до температуры, обеспечивающей дезинфекцию; трубопроводы проектируются таким образом, чтобы в них не было места застойным зонам; в циркуляционных линиях устанавливают специальные термостатические клапаны, не допускающие опасного понижения температуры и т.д.

Распространенным методом дезинфекции является применение УФ-излучения. В процессе такой обработки не образуются токсичные продукты, не ухудшаются органолептические показатели воды. Различные системы обеззараживания воды отечественного и зарубежного производства не раз рассматривались в журнале «Аква-Терм».

Применительно к теме данной статьи целесообразно коснуться модели GenoBreak производства фирмы Grunbeck (Германия). Эта установка одновременно обрабатывает воду ультрафиолетовым и ультразвуковым излучением. Ценность такого сочетания заключается в том, что кавитационное воздействие ультразвуковых сигналов позволяет уничтожать не только легионелл, но и их переносчиков - амеб, присутствие которых позволяет легионеллам избежать поражения при некоторых других видах обработки воды.

Имеются и другие способы борьбы с легионеллами, например, электрохимическое анодное генерирование ионов, которые обладают выраженным антисептическим действием серебра или меди. По утверждению некоторых специалистов, снижает опасность заражения легионеллами и использование медных трубопроводов.

При борьбе с легионеллами 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 ч. Однако при этом необходимо жестко соблюдать действующие нормы по присутствию в питьевой воде подобных реагентов. В этой связи, особо ценным представляется совместное применение гипохлорита натрия и УФ-облучениия, которое позволяет снизить концентрацию химического реагента.

Шваб В.В., ООО «БиоБёрд», г. Москва

Энергетическая стратегия России на период до 2030 года, утверждённая распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г. N 1715-р, определяет цели и задачи долгосрочного развития энергетического сектора страны на предстоящий период, приоритеты и ориентиры, а также механизмы государственной энергетической политики на отдельных этапах ее реализации, обеспечивающие достижение намеченных целей.

Стратегическими целями развития теплоснабжения являются:

· достижение высокого уровня комфорта в жилых, общественных и производственных помещениях, включая количественный и качественный рост комплекса услуг по теплоснабжению (отопление, хладоснабжение, вентиляция, кондиционирование, горячее водоснабжение), высокий соответствующий ведущим европейским странам уровень обеспеченности населения и отраслей экономики страны этим комплексом услуг при доступной их стоимости;

· кардинальное повышение технического уровня систем теплоснабжения на основе инновационных, высокоэффективных технологий и оборудования;

· сокращение непроизводительных потерь тепла и расходов топлива;

· обеспечение управляемости, надёжности, безопасности и экономичности теплоснабжения;

· снижение негативного воздействия на окружающую среду.

Обеспечение рациональной и эффективной работы систем горячего водоснабжения является важной задачей повышения энергоэффективности в свете исполнения Федерального закона № 261-ФЗ от 23 ноября 2009 г.

Работа систем горячего водоснабжения связана с большим потреблением теплоты и энергии. Так, например, в жилых многоквартирных домах расходы на горячее водоснабжение (подогрев воды) превышают расходы на отопление.

Повышение же эффективности работы систем горячего водоснабжения невозможно без обеспечения качества горячей воды и без разработки мероприятий по предупреждению выпадения отложений (шлама) в теплообменниках и разводящих трубопроводах.

Необходимость разработки данных мероприятий вызвана тем, что для многих природных вод, использующихся для горячего водоснабжения, содержащих агрессивную углекислоту, углекислотное равновесие (состояние стабильности) достигается при их нагреве до 55-65 0 С.

При более высокой температуре углекислотное равновесие нарушается, что приводит к выпаданию из воды карбоната кальция. В теплообменниках карбонат кальция осаждается в виде твёрдых кристаллических отложений, в трубопроводах систем ГВС – в основном в виде мелкокристаллического шлама. Чем выше температура нагрева воды, тем интенсивнее зарастают теплообменники и тем больше шлама отлагается в трубопроводах системы. Наибольшее количество шлама выпадает в разводящих трубопроводах. Такие отложения помимо снижения пропускной способности трубопроводов вызывают коррозию вследствие дифференциальной аэрации (неравномерной аэрации покрытых и непокрытых отложениями участков трубы). Вследствие этого коррозионные поражения горизонтальных магистралей систем ГВС более интенсивны в нижней части труб, покрытых отложениями. При остывании воды по мере прохождения её в системе из неё выделяется осадок карбоната кальция, углекислотное равновесие смещается в обратную сторону, в результате чего часть растворённой в воде углекислоты становится агрессивной и способствует коррозии трубопроводов. Чем выше начальная температура нагрева воды, тем большее количество агрессивной кислоты образуется при остывании воды.

Совокупность указанных выше процессов приводит к тому, что скорость коррозии трубопроводов увеличивается примерно в 1,5-2 раза на каждые 10 0 С повышения температуры воды. Наличие же в воде взвешенных частиц коллоидного железа, образующегося в результате коррозии стальных трубопроводов, интенсифицирует процесс выпадения труднорастворимых соединений, т.к. частицы твёрдой фазы становятся центрами кристаллизации. Всё это приводит к ухудшению качества воды и к нарушению эксплуатационных характеристик систем централизованного горячего водоснабжения.

К большому сожалению, на практике при проектировании и эксплуатации теплоэнергетических систем (котельные, ЦТП, ИТП, системы отопления и ГВС) этот фактор не берётся во внимание, или учитывается крайне редко. В принятых схемах ИТП не учитываются требования к стабилизационной обработке горячей воды (п. 3.3 СанПиН 2.1.4.2496-09 «Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения»). А именно в нарушение требований п/п. 3.3.1. в схемах не предусматривается специальная обработка воды (противонакипная, антикоррозионная), обусловленная технологическими требованиями. Кроме того, согласно п.11.16 СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети» должна быть предусмотрена защита от коррозии и накипеобразования, п. 5.2 СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов» требует предусматривать обработку воды в зависимости от качества воды, подаваемой из сетей хозяйственно-питьевого водопровода, материала труб и оборудования СЦГВ, принятых в проекте, а также результатов технико-экономических обоснований.

Ссылка на то, что горячая вода, после теплообменника, соответствует нормативным требованиям, некорректна. Нагрев воды, раствора, состоящего из множества химических веществ техногенного и природного, как правило, минерального, происхождения, а также веществ, поступающих в источники водоснабжения в результате хозяйственной деятельности человека, приводит к увеличению скорости химической реакции в 140-4000 раз. А это приводит к значительному ухудшению качества воды. Причём реакция, как правило, начинаясь в теплообменниках, проходит и завершается в связанных с ними трубопроводах.

Предлагаемая нами технология применения устройств безреагентной очистки/доочистки воды и защиты теплообменников и связанных с ними трубопроводов от коррозии и накипеобразования на основе применения витализаторов воды biobird фирмы «WEITZ-WASSERWELT» (Германия) позволяет устранить множество проблем, оказывающих негативное влияние на функционирование указанных выше систем и, прежде всего, систем ГВС, в частности:

· наличие коррозии в трубопроводах приводит к отклонению от норм и правил состава и ухудшению свойств воды (мутность, запах и т.д.). В соответствии с новыми Правилами предоставления коммунальных услуг собственникам и пользователям помещений в многоквартирных домах и жилых домов (УТВЕРЖДЕНЫ постановлением Правительства РФ от 6 мая 2011 г. №354) отклонение состава и свойств горячей воды от требований законодательства Российской Федерации о техническом регулировании не допускается ;

· наличие накипеобразования приводит к «зарастанию» теплообменников и трубопроводов, что приводит к снижению эффективности работы теплообменников (при наличии отложений уменьшается съём тепла, т.е. для достижения необходимой температуры необходимо большее количество тепла) и снижению давления (пропускной способности трубопроводов), т.е. в многоэтажных домах верхние этажи не будут обеспечены необходимым давлением. В соответствии с новыми Правилами … отклонение давления в системе горячего водоснабжения не допускается.

Устройства отчищают воду в замкнутых циклах и возвращают её в первозданный вид. Уже через 1-25 дней после монтажа вода в системе становится прозрачной, а соли кальция начинают разрушаться, и преобразовываются в арагонит, который становится составляющей частью воды и не оказывает отрицательного воздействия на пользователей воды, теплоэнергетические установки и связанные с ними трубопроводы. И, что немаловажно, нет необходимости сливать эту воду в канализацию при проведении промывок и заполнять системы заново. Практически как таковые промывки можно исключить. Применение данной технологии позволит сохранить в этом случае миллионы кубометров чистой воды.

Так, например, при выполнении работ по безреагентной промывке системы ГВС с последующей установкой витализатора воды biobird (фото № 3) в здании Мытищинского районного театра драмы и комедии «ФЭСТ» по предлагаемой технологии положительный результат достигнут через 24 часа с начала выполнения работ. Т.е. через 24 часа вода из коричневой (фото № 1) превратилась в прозрачную без видимых элементов загрязнения (фото № 2). Особо следует отметить, что подача горячей воды потребителям при этом не прекращалась.

Фото № 1 Состояние горячей воды в гримуборных № 5 и 6 до начала выполнения работ по промывке и установке витализатора воды biobird (февраль 2011 г.)		Фото № 2 Состояние горячей воды в гримуборных № 5 и 6 после выполнения работ по промывке и установке витализатора воды biobird (август 2011 г.)
Фото № 3 Витализатор воды biobird BWV 100, установленный в ИТП здания МРТДК «ФЭСТ» на трубопроводе перед теплообменником после смешения холодной воды с обратной горячей водой (август 2011 г.)

Витализаторы воды biobird, основной компонент предлагаемых устройств с 2006 г. успешно используются во многих регионах: Волгоградской, Ленинградской, Московской (г. Мытищи, г. Сергиев Посад) и Саратовской областях, Республиках Татарстан, Удмуртия, Хакасия и др. субъектах РФ, а также в странах СНГ: Белоруссии и Казахстане.

· Некоммерческим партнёрством «Российское теплоснабжение», о чём сделана соответствующая запись в «Реестре современных доступных энергоэффективных технологий в сфере теплоснабжения» (Свидетельство № 03 от 14.12.2010г.);

· Министерством промышленности и энергетики Саратовской области, о чём принято соответствующее решение о включении в «Перечень инновационных энергоэффективных технологий и мероприятий, возможных (целесообразных) к реализации на территории Саратовской области» (письмо № 05.01/246 от 25.01.2011г.).