Статьи
Д. Л. Анисимов
Учет сточных вод
Статья в разных редакциях опубликована в журналах «Энергослужба предприятия», «Стройпрофиль», «Коммунальный комплекс России», а также в сборнике трудов 26й конференции «Коммерческий учет энергоносителей». Здесь дана в версии для журнала «Коммунальный комплекс России». Библиофилы могут ознакомиться и с вариантом из сборника «Коммерческого учета», размещенного на сайте «Теплопункт».
Впервые с задачей учета сточных вод автор данной статьи столкнулся лет семь назад. Мы занимались поставкой тепло- и водосчетчиков, но заданный нам по телефону вопрос «а есть ли у вас расходомер для канализации?» поставил в тупик. Из любопытства выехали на объект, насладились видом (а главное — запахом) медленно текущей по открытому каналу сточной воды, поняли, что наши «обычные» расходомеры сюда не подходят — и отправились «в интернет». И ведь нашли специализированный прибор для учета стоков! Правда, по ряду причин тот заказ не состоялся, зато технический кругозор был расширен.
В последующие годы мы все также продолжали работать с «обычными» расходомерами, однако все учащающиеся вопросы по учету стоков заставили нас вернуться к этой тематике и вникнуть в нее чуть глубже. Чем мы и хотим теперь поделиться с читателями.
Прежде всего определимся с тем, что же такое сточные воды, откуда они берутся и куда «уходят». Согласно одному из определений, сточные воды — это воды, загрязненные бытовыми отбросами и производственными отходами, а также воды, образующиеся в результате выпадения атмосферных осадков в пределах территорий населенных пунктов и промышленных объектов. Удаляются сточные воды с этих территорий через системы канализации.
Канализация — это комплекс инженерных сооружений, оборудования и санитарных мероприятий, обеспечивающих сбор и отведение загрязненных сточных вод, а также их очистку и обезвреживание перед утилизацией или сбросом в водоемы. Различают внутреннюю и наружную канализацию. Внутренняя расположена внутри зданий и сооружений и служит для сбора и вывода сточных вод в наружную канализационную сеть. Здесь осуществляется транспортирование сточных вод за пределы населенных мест и промышленных объектов. Элементами внутренней канализации являются санитарные приборы, отводы, стояки и выпуски из зданий, наружной — самотечные и напорные трубопроводы, канализационные насосные станции (КНС) и очистные сооружения.
А под системой канализации принято понимать совместное или раздельное отведение трех категорий сточных вод — бытовых, производственных и дождевых. Системы канализации бывают общесплавными и раздельными. Суть ясна из названий: при общесплавной системе все три категории сточных вод отводятся по одной общей сети труб и каналов, при раздельной дождевые и условно чистые производственные воды удаляют по одной сети, а бытовые и производственные — по другой.
Разумеется, организация, занимающаяся водоотведением (как правило, это Водоканал), не может делать этого бесплатно. Поэтому граждане, предприятия и организации оплачивают услуги водоотведения подобно тому, как они оплачивают услуги водоснабжения — пропорционально объему отводимой воды. Но как же измерить и учесть этот объем?
Традиционным методом учета сточных вод является сопоставление их объема с объемом водопотребления. Логика здесь проста: вода, текущая из крана, непременно попадает в канализацию. Объем водопотребления просто и привычно измеряется водосчетчиком, т.е. все данные для расчета есть. Но что если часть воды мы выпили, расплескали, использовали для полива цветов? Или, если речь идет о каком-либо предприятии, — израсходовали на мойку оборудования, а то и вовсе вывезли «за территорию» в цистернах? В этом случае объем водопотребления можно связать с объемом стоков через не равный единице коэффициент (например, 0,7-0,9). А если наоборот? — мы привезли домой воду в канистрах и вылили ее в раковину? Тогда объем стоков превысит объем зафиксированного счетчиком водопотребления, и здесь нужно применять коэффициент, больший единицы.
Из приведенных примеров понятно, что при всей своей дешевизне (отсутствуют затраты на организацию учета собственно стоков) данный метод весьма приблизителен и не учитывает особенностей потребителя, которые могут влиять на соотношение «потребление/стоки» довольно серьезно, причем как в ту, так и в другую сторону. Не стоит забывать также, что в канализацию попадает не только потребленная холодная, но и потребленная горячая вода. Их поставщиками обычно являются разные организации (Водоканал и Тепловые сети), тогда как стоки «достаются» полностью Водоканалу. Дождевая вода, привозная вода, вода, ушедшая в землю при авариях трубопроводов, слитая «мимо» канализации, вода испарившаяся — «возмущающих» факторов довольно много, и потому метод «потребление/стоки» более-менее нормально работает только у «маленьких» потребителей с «традиционным» использованием воды — например, в жилом секторе. В других случаях нужно организовывать приборный учет стоков. Причем, как можно понять из вышесказанного, в некоторых случаях такой учет будет выгоден той стороне, что «сливает», в некоторых — той, что занимается водоотведением. Но в любом случае приборный учет будет объективен и «прозрачен». Посмотрим, как его организовать.
Как уже говорилось выше, сточные воды в системах канализации транспортируются по напорным или безнапорным трубопроводам. В первом случае воду качают насосы, во втором она идет по трубам «самотеком». Измерение объема напорных стоков — задача достаточно простая или, так скажем, «проработанная», т.к. ее условия отличаются от условий измерения объема «обычной» водопроводной воды только меньшими скоростями потока и большей степенью загрязненности. Приборы учета ставят, как правило, на выходе канализационных насосных станций (КНС), и это, как правило, «обычные» электромагнитные или ультразвуковые расходомеры, подобранные по диапазону измеряемых расходов. Возможно применение ультразвуковых приборов с накладными датчиками. Для обеспечения стабильности их работы (как, впрочем, и для уменьшения нагрузки на насосы) целесообразно использовать обратные клапаны и автоматические воздухоотводчики: и те, и другие существуют в специальных исполнениях для систем канализации. В качестве примера приведем воздухоотводчики D-020 и обратные клапаны NR-040 производства A.R.I Flow Control Accessories (Израиль).
Расходомер СВТУ-10М в узле учета сточных вод.
Подробности — в разделе «Обзоры».
Более сложная задача — учет безнапорных стоков. Здесь мы имеем открытый канал или незаполненную трубу, по которым вода течет под действием силы тяжести с небольшой скоростью. Для таких случаев разработан метод переменного уровня, когда в качестве расходомера используется уровнемер, пересчитывающий «уровень в расход» с учетом информации об измерительном сечении. В качестве такого сечения используются встраиваемые в канал лотки Вентури и Паршаля или водосливы, размеры которых стандартизованы и для которых полуэмпирическим путем получены формулы пересчета «уровень-расход». Работает этот метод и в безнапорных трубопроводах или U-образных каналах, причем в этих случаях лотки и водосливы не нужны. Метод регламентирован следующим документами Госстандарта:
- МИ 2220-96 «Рекомендация. ГСИ. расход сточной жидкости в безнапорных трубопроводах. Методика выполнения измерений»;
- МИ 2406-97 «Рекомендация. ГСИ. расход жидкости в безнапорных каналах систем водоснабжения и канализации. Методика выполнения измерений при помощи стандартных водосливов и лотков».
Претензии к данному методу возникают в основном от того, что он, если можно так выразиться, «неочевиден», и точкой отсчета здесь являются результаты предварительного расчета напорно-расходной характеристики лотка, водослива или трубопровода. Точность этого расчета обусловливает точность дальнейшей работы прибора. При этом, например, для определения характеристики безнапорного трубопровода или U-образного канала необходимо экспериментальным путем измерить скорость течения жидкости при известном уровне заполнения. Такое измерение порою производят «на глазок», при помощи брошенной в канал щепки и наручных часов, т.е. погрешность эксперимента — аховая. Другой способ расчета — при помощи формулы Шези, в которой фигурируют такие параметры, как строительный уклон трубопровода и коэффициент шероховатости стенок. Но это, если можно так выразиться, «теоретические» величины: реальный уклон может не соответствовать тому, что указан в проектной документации на систему канализации, а коэффициент шероховатости стенок по понятным причинам изменяется в процессе эксплуатации трубопровода.
Как бы то ни было, результаты предварительных расчетов заносятся в прибор и полностью определяют его точность. Ошибка в исходных данных ведет к недостоверности учета, причем во многих случаях эту недостоверность можно и не «зафиксировать». Вот почему для работ по проектированию и монтажу систем учета безнапорных стоков стоит привлекать профессионалов. Впрочем, это можно сказать и о любом другом деле.
Приборы, реализующие метод переменного уровня, производятся российскими предприятиями «Сигнур» (расходомеры ЭХО-Р-02) и «Взлет» (расходомер «Взлет-РСЛ»). Измерение уровня здесь производится бесконтактным методом при помощи ультразвукового датчика, размещаемого над каналом или трубопроводом. Остальное, как говорится, математика.
Расходомеры ЭХО-Р-02
Кроме того, на рынке представлена и иностранная продукция. Среди иностранных расходомеров для безнапорных трубопроводов и открытых каналов есть приборы (например, продукция Teledyne ISCO), которые реализуют метод «площадь-скорость». Здесь помещаемый на дно канала датчик измеряет и уровень жидкости «над собою» (используется сенсор давления), и скорость потока (используется доплеровский метод). Геометрические параметры канала введены в память прибора заранее: используя эти данные и получаемую в реальном времени информацию об уровне заполнения, прибор вычисляет площадь сечения потока в данный момент времени и, умножая его на измеренную скорость, рассчитывает расход и объем стоков. Самый большой недостаток данного расходомера — его цена: она почти на порядок выше цены российских расходомеров переменного уровня. Заметим, что и для тех, и для других главным «врагом» является заиливание, образование осадка в месте измерений: такой осадок ведет к увеличению погрешности измерений, а значит расходомер и место его установки нуждаются в регулярном обслуживании.
Расходомер ISCO 4250.
Некоторые подробности — в разделе «Летопись»
Говоря об особенностях приборов измерения безнапорных стоков, стоит отметить еще три. Во-первых, ультразвуковые датчики расходомеров, реализующих метод переменного уровня, «боятся» затопления и холода. Эти датчики устанавливаются над лотком или открытым каналом на кронштейнах, на безнапорный трубопровод монтируются через трубку-звуковод. При переполнении трубы, когда вода поднимается по звуководу, или при затоплении камеры, в которой установлен датчик, он может выйти из строя. Зимою же, если камера не отапливается, контраст между холодным воздухом «вокруг» и относительно теплой сточной водой «внизу» может привести к образованию на датчике «шубы» из инея. Во-вторых, и датчики уровня, и датчики расходомеров метода «площадь-скорость» имеют некоторую зону нечувствительности при измерении уровня. Т.е. возможны ситуации — например, ночью, при малом объеме стоков — когда прибор просто не зарегистрирует расход. Наконец, в-третьих, на объекте учета необходимо обеспечить как можно более протяженные прямые участки до и после места расположения датчика. Типичные величины — 20 максимальных уровней заполнения до и 10 — после этого места. Прямые участки не должны иметь выступов, отводов, т.е. ничего, что могло бы вызвать искажения потока. Все эти особенности также необходимо учитывать при проектировании узлов учета и выборе типов приборов.
В заключение расскажем об оригинальном методе измерения расхода безнапорных сточных вод, описанном специалистами литовской фирмы Katra на конференции «Коммерческий учет энергоносителей» в Санкт-Петербурге еще в 2001 году. Метод запатентован, и мы ограничимся лишь кратким описанием. Суть его можно описать словами известной поговорки: если гора не идет к Магомету, то Магомет идет к горе. Так и здесь: если у нас стоки — безнапорные, но измерять их мы не хотим или не умеем, то давайте сделаем их напорными и измерять будем «обычным» расходомером. Для этого «размыкаем» безнапорный канал и в месте этого разрыва строим герметичный колодец. Герметичными же переборками отделяем «вход» от «выхода», т.е. делим колодец на три секции или камеры. Ниже уровня затопления колодца (т.е. уровня разомкнутого безнапорного канала) делаем в переборках друг против друга отверстия, которые соединяем отрезком трубопровода, в который монтируем обычный электромагнитный (или ультразвуковой, но для него потребуются большие прямые участки) расходомер. Вода вливается из безнапорного канала в переднюю камеру колодца, по соединительному трубопроводу через расходомер под напором (создается из-за разницы уровней) поступает в заднюю камеру (уровень там по принципу сообщающихся сосудов поднимается до уровня в передней камере) и далее изливается снова по безнапорному каналу. Видимый недостаток метода состоит лишь в высокой стоимости строительных работ, но с точки зрения измерений здесь все, кажется, в порядке.
Итак, подведем итоги. Учет сточных вод — это актуальная на сегодняшний день задача, и решать ее можно разными методами. В напорных системах проблем, кажется, нет. Что касается безнапорных, то здесь можно сказать следующее. Для потребителей с малым объемом стоков и стабильным соотношением потребляемой и сточной воды можно использовать расчетный метод, определив эмпирическим путем коэффициент этого соотношения. Более крупные потребители с неочевидным или меняющимся параметром «потребление/стоки», а также потребители, «сливающие» воду, полученную из разных источников (и-или источников, где не ведется учет водопотребления) нуждаются в приборном учете. Наименее «дорогой» учет — при помощи приборов, реализующих метод переменного уровня, гораздо дороже обойдутся приборы «площадь-скорость», но здесь результаты измерений будут более объективными. При этом и в том, и в другом случае проектировать и монтировать узлы учета должны профессионалы, а затем эти узлы нужно будет тщательно и регулярно обслуживать. Наконец, в том случае, когда применить «безнапорные» приборы по каким-либо причинам нельзя, но есть возможность осуществить достаточно масштабные строительные работы — можно смонтировать КНС и организовать учет в напорном трубопроводе. Сегодня на рынке представлены модульные (комплектные) КНС с производительностью от 1 м3/сутки, поэтому технических сложностей с реализацией такого варианта возникнуть не должно.
