Водоподготовка в системе ГВС и целесообразность ее применения

Отличие ГВС от холодного водоснабжения заключается в том, что вода в точке раздачи должна иметь температуру не ниже 60 оС и не выше 75 оС. Указанное значение температуры придает ГВС ряд специфических особенностей. Во-первых, при повышении температуры происходит понижение растворимости газов воде, что приводит к большей склонности к образованию в трубопроводах воздушных пузырей и пробок, которые могут затруднять циркуляцию горячей воды по трубопроводам. Во-вторых, контакт металлических труб и другого металлического оборудования с одновременным воздействием горячей воды и воздуха приводит к интенсификации процессов коррозии. В-третьих, при транспортировке воды и ее циркуляции по внутридомовым контурам, которое производится для поддержания заданных значений температуры в точке раздачи, происходит образование застойных зон с t 20–25 ^оС, очень благоприятных для разрастания микроорганизмов, которые могут вызвать инфекционное заражение. И, наконец, в-четвертых, контакт горячей воды с поверхностью труб и оборудования приводит к образованию на них накипи минеральных отложений (рис. 1).

Для исключения всех перечисленных негативных последствий горячую воду подвергают воздействию физических и химических методов водоподготовки в соответствии с «Методическими указаниями по водоподготовке и водно-химическому режиму водогрейного оборудования и тепловых сетей» (РД 34.37.506-88). 

Среди физических методов можно упомянуть различные виды деаэрации (см. ПКМ 5/15 2012), а также отметить применение сепараторов пузырей и устройства для удаления воздушных пробок различных конструкций, которые устанавливаются на линиях ГВС, и уже, можно считать ставшими классическими краны Маевского, которые применяются на линиях внутридомовой разводки. 

Для защиты от минеральных отложений используются различные виды физического воздействия, которые были подробно рассмотрены в ПКМ 1/11 2012. Например, для обработки воды применяют электромагнитные устройства, создающие напряженность магнитного поля около 3400 эрстед. В некоторых случаях используют постоянные магниты, которые воздействуют на присутствующие в воде микровключения, превращая их в центры кристаллизации карбоната кальция. Иногда на трубопроводы и оборудование устанавливают источники ультразвукового излучения, которое препятствует осаждению шлама, позволяя удалять его путем фильтрования. Применяются в системе ГВС и электрохимические антинакипные аппараты. В ряде случаев для снижения коррозии трубопроводов используют защитные аноды, а также воздействие постоянного электрического поля. 

Для борьбы с размножением микроорганизмов в застойных зонах ГВС эффективно использовать кратковременный нагрев воды до 70–80 °С. Однако эти методы имеют существенный недостаток, который обусловлен тем, что вода, подаваемая потребителям, имеет более низкую температуру и может снова подвергнуться биологическому заражению при образовании застойных зон. Более эффективным, по всей вероятности, является применение жесткого УФ-излучения. Для этих целей обычно применяют облучение с мощностью дозы 45 мДж/см², однако в некоторых случаях для ГВС доза облучения может достигать 180 мДж/см². Преимущества этого метода дезинфекции горячей воды заключаются в отсутствии токсичных продуктов и невозможности передозировки. При этом обработанная вода не ухудшает свои органолептические показатели.

Большое распространение получили химические методы водоподготовки ГВС. Ранее для препятствования вторичному биологическому заражению вода содержала остаточный хлор. Однако это часто вызывало хлорирование примесей, которые становились токсичными продуктами. Поэтому были разработаны методы дезинфекции горячей воды, основанные на принципах олигодинамии (эта тема будет рассмотрена в отдельной статье). 

Кроме этого для снижения сокращения минеральных отложений и снижения скорости коррозийного разрушения на внутренней поверхности труб и другого оборудования также применяют химические реагенты. В СССР для этих целей применялись соединения на основе силиката натрия, которые образовывали на поверхности металлов, омываемой водой, защитные пленки. Чаще всего применялась натриевая соль кремневой кислоты, однако использование этого соединения для воды с высокой коррозийной активностью становилось неэффективным, особенно, если в такой воде содержались примеси сульфатов. Также для создания защитных пленок использовали пирофосфат калия в смеси с гидроксидом калия, но получаемые пленки не отличались долговечностью и устойчивостью при t выше 70 ºС. 

Некоторое время назад для предотвращения образования минеральных отложений начали использоваться комплексонаты. Первоначально эти соединения являлись производными фосфоновых кислот, простейшими представителями этого гомологического ряда являлись аминометиленфосфоновая кислота и N, N – диуксусная кислота. Затем комплексоны стали производить на основе этилендиамин N, N, N, N –тетрауксусной кислоты (ЭТДА), а в последнее время для их создания стали привлекать производные дифосфонавых кислот. Комплексоны хорошо растворимы в воде. В них имеются полярные группы, которые могут взаимодействовать с ионами в водном растворе и веществами, находящимися в твердой фазе. Поэтому действие комплексонов основано на взаимодействии их полярных групп с твердыми веществами, в результате которого твердые вещества переходят в растворенное состояние.

Применение комплексонатов приводит к снижению толщины минеральных отложений в разводящих сетях и внутридомовой разводке, а также сокращает образование накипи. За счет применения комплексонов в ряде случаев становится возможным полностью отказаться от промывки теплофикационных сетей в межотопительный период, к тому же достигается ощутимый экономический эффект, поскольку водоподготовка в этом случае обеспечивает безнакипный режим, который позволяет снизить на 10–15 % расхода топлива. Также водоподготовка с применением комплексонов приводит к сокращению коррозийных процессов магистральных и разводящих трубопроводов. 

В настоящее время в России наибольшее распространение получили следующие виды комплексонатов:

- цинковый комплекс ОЭДФ (рис. 2), выпускаемый по ТУ 2439-001-24210860-97, который представляет собой порошок или водный раствор с концентрацией 23–25 % на основе 1 гидрокси этилидендифосфанато \4\ цинк динатриевая соль.

Этот продукт разрешен к применению в воде хозяйственного и культурно-бытового использования согласно Перечню материалов и реагентов, разрешенных Госкомитетом санитарно-эпидемиологического надзора РФ для применения в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения № 01-19/32 от 23.10. 1992 г. Данный реагент разрешен к использованию в системе ГВС в виде раствора с концентрацией до 5 мг/л, и в виде порошка с предельным содержанием до 20 мг/л. 

- НТФ-цинк, выпускаемый по ТУ 2439-004-242110860-05 от 01.06. 2005, который представляет собой порошок или водный раствор с концентрацией 23–25 % на основе нитрилотри (метиленфосфанато) - цинк натриевая соль. Допущен к использованию согласно Санитарно-эпидемиологическому заключению № 77.99.18.243.Д.009369.12.03 от 24.12.2003 г. Данный реагент разрешен к использованию в системе ГВС в виде раствора с концентрацией до 5 мг/л, и в виде порошка с предельным содержанием до 50 мг/л. 

Кроме комплексонов для водоподготовки ГВС в системе ЖКХ часто стали использовать химические реактивы, обладающие комплексным действием: утончение слоя минерального отложения, разрушение накипи, замедление коррозии металлов, связывание растворенного в воде кислорода, понижение концентрации свободной углекислоты и регулирование уровня рН. Такое разностороннее действие этого реагента вызвано тем, что в их состав входят амины – диэтилгидроксиламин и 2-амино, 2-метил пропанол, щелочь – едкий калий и синтетические полимеры. В результате этого, присутствующая в данном препарате щелочь будет связывать свободную углекислоту, амины, как амфотерные соединения, регулировать уровень рН и поглощать растворенный кислород, а присутствующие полимеры будут препятствовать формированию отложений на внутренних поверхностях трубопроводов и элементов арматуры за счет создания покрытия из тонкой пленки. В большинстве случаев такие химические реактивы уже готовы к использованию. При использовании остается необходимым только правильно их дозировать в открытый контур.

Совершенствование процессов водоподготовки достигло такого уровня, что наряду с использованием на объектах теплоэнергетики и водоснабжения ее стали применять и в бытовых условиях. Так, появились бытовые установки доочистки горячей воды наподобие тех, что используются для получения питьевой воды при централизованном водоснабжении. В этих установках происходит в основном удаление примесей, которые поступили в горячую воду в процессе ее транспортировки по теплосетям. Установки доочистки построены по принципу последовательного соединения проточных фильтрационных аппаратов. Сначала на линию ГВС ставятся фильтры грубой очистки с размером сетки 400–500 мкм. Фильтры-«грязевики» предназначены для защиты водомеров и сантехнической арматуры. Фильтры более тонкой очистки в этом месте ставить не целесообразно, поскольку они будут быстро забиваться. После водомеров ставят фильтры механической очистки, которые задерживают твердые и взвешенные примеси с размером частиц от 20 до 100 мкм. Такие фильтры защищают запорную арматуру, сантехнические смесители и другие приборы. Очень удобно применять промывные фильтры, которые могут иметь ручную или автоматическую промывку, но такие модели являются более дорогими. В некоторых случаях для тонкой очистки горячей воды целесообразно применять съемные картриджи с размером пор в диапазоне от 1 до 20 мкм. Такие картриджи подбираются исходя из требуемой производительности, а срок их использования обычно меняется в диапазоне от 3 месяцев до 1 года. Важно отметить, что фильтры для ГВС отличаются от фильтрационного оборудования для холодного водоснабжения. Основное отличие обычно заключается в измененном материале корпуса фильтра. Если для холодной воды корпус фильтра изготовляют из пластика, то для ГВС он часто выполнен из металла. 

Кроме фильтрации горячей воды на фильтрах грубой и тонкой очистки в некоторых системах водоподготовки ГВС используется метод ионообменного умягчения, а отдельные производители применяют магистральный проточный фильтр с насадкой, содержащей полифосфат. Такой фильтр очищает горячую воду от примесей железа и образующейся накипи. 

Помимо этого для обработки горячей воды стали применяться картриджи (рис. 3), в которых в качестве фильтровальной среды используется фильтрационный материал в виде полимерных мембранных пленок или синтетических волокон, на поверхность которых нанесен активированный уголь.

Такие фильтровальные материалы могут применяться до t 95 °С, что позволяет их использовать для доочистки воды на линии ГВС. В этих фильтрах происходит очистка воды от остаточного хлора, солей цветных и тяжелых металлов, а также от следов нефтепродуктов, что позволяет понизить цветность и мутность воды. В случае, если дополнительно на такие фильтрационные материалы будут нанесены измельченные частицы серебра, то они смогут проводить и обеззараживание горячей воды. 

Конечно, проведение водоподготовки в системе ГВС требует определенных материальных затрат, помимо этого возрастают эксплуатационные расходы и затраты на расходные материалы. Это особенно существенно при массовом потреблении горячей воды в системе ЖКХ. Поэтому, естественно, теплоэнергетические предприятия, теплосети и управляющие компании многоквартирных домов стараются если не полностью отказаться от ее осуществления, то хотя бы снизить издержки путем использования более простых методов и применения дешевых реагентов. Однако проведение водоподготовки ГВС высокого качества приводит к экономии топлива, снижению расходования холодной воды и сокращению потребления электроэнергии. Кроме того, эксплуатация сетей ГВС после проведения водоподготовки характеризуется значительно меньшим числом аварийных случаев, малыми затратами на ремонт теплосетей и замену труб вследствие уменьшения коррозии металлических трубопроводов. Таким образом, положительный эффект от осуществления водоподготовки для систем ГВС очевиден. Поэтому в новых жилых комплексах, на объектах коммерческой недвижимости предпочитают возводить собственные котельные, оснащенные системами водоподготовки не только для сетей отопления, но и для линий ГВС.