Системы канализации Прежде всего определимся с тем, что 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. Под системой канализации принято понимать совместное или раздельное отведение трех категорий сточных вод — бытовых, производственных и дождевых. Эти названия говорят сами за себя и дополнительных пояснений не требуют. Системы канализации бывают общесплавными и раздельными. Суть также 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 выполнять свою работу бесплатно. Поэтому граждане, предприятия и организации оплачивают услуги водоотведения подобно тому, как они оплачивают услуги водоснабжения — пропорционально объему отводимой воды. Объем стоков можно определить расчетным методом, сопоставив его с объемом водопотребления. Логика здесь проста: вода, текущая из крана, непременно попадает в канализацию. Объем водопотребления измеряется водосчетчиком (или несколькими), 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). Разумеется, что при всей своей привлекательности (отсутствуют затраты на организацию учета собственно стоков) данный метод весьма приблизителен. К тому же, он не учитывает особенностей потребителя, которые могут влиять на соотношение «потребление/стоки» они могут весьма серьезно, причем как в ту, так и в другую сторону. Например, если поступающая потребителю «учтенная» вода активно используется им для полива грядок, то объем стоков будет значительно меньше объема «входящей» воды. И, наоборот, если потребитель имеет собственные источники воды (скажем, скважины), то стоки у него будут даже в отсутствие «притоков» извне. Также в канализацию попадает не только потребленная холодная, но и потребленная горячая вода. Ее поставщиком обычно является не водоканал, а тепловые сети, и показания их счетчиков водоканалу могут быть недоступны. Плюс дождевая вода, привозная вода, вода, ушедшая в землю при авариях трубопроводов… «Возмущающих» факторов набирается 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, которая «сливает», в некоторых — той, которая занимается водоотведением. Но в любом случае приборный учет стоков более объективен, чем расчетные методы. И значит, его нужно внедрять везде, где это технически возможно и экономически оправданно. Далее мы будем говорить об учете стоков в безнапорных незаполненных трубопроводах. Здесь вода со всеми имеющимися в ней «включениями» течет под действием силы тяжести с небольшой скоростью, и измерить ее объем (расход) при помощи привычных водосчетчиков и расходомеров невозможно. Опишем два метода и, соответственно, два прибора, разработанных специально для такого применения. Метод переменного уровня и расходомер «ЭХО Р02»Первый метод — это метод переменного уровня, когда применяется уровнемер, пересчитывающий «уровень в расход» с учетом информации о трубопроводе. Данный метод описан в рекомендации МИ 2220–96 «Рекомендация. ГСИ. Расход сточной жидкости в безнапорных трубопроводах. Методика выполнения измерений». Применяется он и для измерений в открытых каналах (см. МИ 2406–97 «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 из-за того, что он, если можно так выразиться, «неочевиден», и точкой отсчета здесь являются результаты предварительного расчета напорно-расходной характеристики трубопровода. Точность этого расчета обусловливает точность дальнейшей работы прибора. При этом, например, 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 велика и непредсказуема. Поэтому для работ по проектированию и монтажу систем учета безнапорных стоков методом переменного уровня особенно важно привлекать профессионалов, обладающих знаниями, опытом и необходимым для замеров оборудованием. В качестве примера средства измерений, реализующего метод переменного уровня, приведем расходомер «ЭХО Р02» производства фирмы «Сигнур» (Россия). Наш опыт эксплуатации данных приборов позволяет утверждать, что они надежны и просты в обслуживании. Еще один козырь «ЭХО» — низкая цена. В то же время, у этих расходомеров есть ряд особенностей, связанных как с методом измерений, так и с конструкцией прибора. Об этих особенностях мы поговорим ниже, сравнивая «ЭХО» с другим расходомером, реализующим другой метод измерений. Метод «площадь–скорость» и расходомер ISCO 4250Метод «площадь–скорость» большинству потребителей кажется более «понятным», чем метод переменного уровня. Здесь помещаемый на «дно» трубопровода датчик измеряет не только уровень жидкости «над собою» (применяется сенсор давления), но и скорость потока (измеряется на основе ультразвукового-доплеровского метода). Геометрические параметры канала вводятся 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. Один из приборов, реализующих данный метод — американский расходомер ISCO 4250. Самый очевидный недостаток данного прибора — его цена: она почти на порядок выше цены «ЭХО Р02». Оправданы ли затраты на приобретение такого средства измерений? Давайте попробуем понять это, сравнив «ЭХО» и ISCO. Тот и другой прибор могут применяться для учета стоков не только в незаполненных напорных трубопроводах, но и в открытых каналах, но мы для определенности ограничимся случаем трубопровода. Сравнение «ЭХО Р02» и ISCO 4250«ЭХО Р02» является, по сути, уровнемером, а расчет объема протекающей по трубопроводу жидкости производит из предположения — скорость потока постоянна и обусловлена уклоном трубопровода. ISCO 4250 фактически измеряет и уровень заполнения трубопровода, и скорость потока жидкости. Очевидно, что расходомер «ЭХО Р02» при останове или реверсе потока продолжает вести учет так, будто поток продолжает двигаться в «прямом» направлении. ISCO 4250 корректно учитывает и останов (нулевой расход), и реверс (расход со знаком минус). Кстати, ISCO 4250 может применяться для учета расхода жидкости и в напорных трубопроводах, если скорость потока не превышает 6,1 м/с. Максимальный уровень жидкости в трубопроводе (канале), который способен измерить расходомер «ЭХО Р02» — 3 м, ISCO 4250 — 12 м. В комплект поставки «ЭХО Р02» входит электронный блок и акустический преобразователь. Способ монтажа преобразователя показан на рисунке. Для монтажа необходимо изготовить трубку-звуковод, которая врезается в трубопровод перпендикулярно его оси. Акустический преобразователь крепится к верхнему концу звуковода через фланец. Фактически «ЭХО Р02» измеряет расстояние «от себя» (от преобразователя) до поверхности жидкости, а уровень заполнения вычисляется путем вычитания результата измерений из расстояния от преобразователя до нижней точки трубопровода (или дна канала). Это расстояние задается жестко путем изготовления звуковода определенной длины, которая зависит от расчетного (внесенного в программу прибора) максимального уровня заполнения водовода. Если длина звуковода не выдержана, измерения будут ошибочны. И это — очень важная особенность расходомера. Те, кому она известна, могут фальсифицировать результаты учета, используя звуковод «неправильной» или регулируемой длины. Те, кто невнимательно прочел Руководство по эксплуатации, могут стать «фальсификаторами» случайно. Дело в том, что многие монтажники привыкли к тому, что в случае с обычными расходомерами для напорных трубопроводов длина прямых участков до и после прибора указывается в документации как «не менее», т.е. с точностью до миллиметра (даже до десятков сантиметров) выдерживать ее не нужно. Ошибочно считая, что длина звуковода «ЭХО» — параметр «из той же оперы», ее делают «приблизительно» такой, как указано, в результате получают систематическую ошибку измерений уровня, а значит и расхода. Акустический преобразователь расходомера «ЭХО» подключается к электронному блоку пятижильным кабелем длиной до 200 м (до 300 м — по спецзаказу). Преобразователь может работать при температуре окружающего воздуха от –30 до +50 °C, электронный блок — от –20 до +50 °C. Преобразователь может утратить работоспособность в случае, если его рабочая поверхность покроется инеем или льдом, а также в случае затопления. Работе расходомера также могут помешать сильное испарение, пена или лед на поверхности жидкости, засорение или замерзание канала звуковода. Как правило, для монтажа преобразователя на подземном трубопроводе необходимо вырыть и обустроить колодец, для монтажа на наземном трубопроводе или для монтажа над открытым каналом — соорудить будку для защиты от внешних воздействий. Электропитание «ЭХО Р02» осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц. Дополнительные опции: интерфейс RS232 или RS485; токовый выход 4–20 мА; от одного до трех релейных выходов (блок уставок сигнализации); GSM-модем (только для приборов с RS232).Эти опции влияют на цену прибора. Характеристики объекта (диаметр и уклон трубопровода, материал трубопровода и т.д.) на цену не влияют, но должны быть указаны при заказе, поскольку на их основе составляется напорно-расходная характеристика, которая «зашивается» в расходомер производителем и не может быть скорректирована пользователем. Это еще одна особенность «ЭХО», которая многим кажется неприятной. Вследствие низкой цены и высокой надежности расходомеры «ЭХО Р02» широко применяются для учета сточных вод в ЖКХ и промышленности. Однако очевидно, что особенности реализуемого ими метода измерений делают нецелесообразным их использование на объектах, где поток жидкости может останавливаться, менять направление, а также на объектах, где по трубопроводу транспортируется пенящаяся жидкость. Также понятно, что необходимость обустройства колодца или будки в ряде случаев приводит к тому, что стоимость узла учета в целом многократно превосходит стоимость самого прибора. Расходомер ISCO 4250 состоит из электронного блока и погружного датчика «скорость–уровень», объединяющего в одном корпусе преобразователь уровня (по давлению столба жидкости) и преобразователь скорости (по методу Доплера). Датчик устанавливается в трубопровод при помощи фирменных пружинных или разжимных колец. Кольцо с датчиком может быть введено в трубопровод либо через «открытый конец», либо через технологическое отверстие, вырезанное в верхней части трубопровода. С электронным блоком датчик соединяется кабелем длиной до 300 м, входящим в комплект поставки расходомера. Электронный блок оборудован клавиатурой, дисплеем и встроенным принтером. Программирование (настройка) расходомера осуществляются при помощи клавиатуры и дисплея, либо при помощи компьютера (ноутбука) с программным обеспечением FlowLink. Электронный блок оборудован разъемами для подключения ряда дополнительных датчиков — кислорода, pH, температуры, и устройств — емкости для сбора осадков, автоматического пробоотборника. Электронный блок может быть оборудован встроенными модулями токовых выходов (от одного до трех выходов 4–20 мА), модулями реле сигнализации, встроенным модемом. Поскольку датчик ISCO 4250 находится под водой, то внешние погодные условия на него не влияют. Датчик может выйти из строя при замерзании (если вода вокруг него превратится в лед) либо при перегреве (свыше 70 °C). При заиливании или засыпании песком, щебнем и т.п. датчик прекратит измерения скорости потока. Также датчик может быть поврежден механически, либо может быть поврежден (оборван) кабель датчика. Поэтому если в потоке жидкости возможно появление крупных твердых предметов, датчик и кабель должны быть защищены от контакта с ними. Важный момент, не отражаемый в рекламе. Погружной датчик ISCO 4250 — это, по сути, расходный элемент. В зависимости от условий эксплуатации (температура и хим. состав воды, частота и интенсивность внешних воздействий и т.п.) срок его службы составляет от года до пяти лет. После замены датчика (а он недешев), даже если срок очередной метрологической поверки не подошел, расходомер придется поверить вне очереди, т.к. в паспорт и свидетельство вписываются как заводской номер электронного блока, так и номер датчика. Электропитание ISCO 4250 осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц через входящий в комплект поставки блок питания, либо от источника постоянного тока напряжением 12–14 В. Возможна поставка фирменных аккумуляторов, способных обеспечить автономную работу расходомера на протяжении нескольких часов. Все необходимые опции (дополнительные блоки, выходы, датчики), а также длина кабеля от датчика до электронного блока должны быть указаны при заказе, поскольку влияют на цену расходомера. Характеристики объекта вводятся в расходомер пользователем (персоналом монтажной организации) и могут быть изменены в любой момент. При заказе прибора желательно указать максимальный предполагаемый уровень заполнения трубопровода (канала) — в зависимости от этого расходомер будет укомплектован низкопрофильным, стандартным или широкодиапазонным датчиком «скорость–уровень». Во многих случаев для монтажа расходомера ISCO 4250 не требуется производить строительные работы и самостоятельно изготавливать какие-либо крепежные приспособления, поэтому монтаж обходится дешевле и занимает меньше времени, чем монтаж «ЭХО Р02». Способность измерять скорость потока (с учетом направления) делает ISCO 4250 незаменимым на объектах, где параметры потока меняются во времени, или на объектах, где невозможно произвести предварительные замеры, необходимые для программирования «ЭХО Р02» (строительный уклон трубопровода, скорость, уровень). Итак, мы видим, что есть ситуации, когда невозможно применить «ЭХО» (например, там, где случаются остановки потока), и есть ситуации, когда нецелесообразно применять ISCO(в т.ч. там, где датчик может быть поврежден). В то же время на объектах, где, казалось бы, с технической точки зрения подходит как тот, так и другой расходомер, аргументов в пользу значительно более дорогого решения (ISCO), возможно, и не найдется. ISCO лучше укомплектован, более удобен в монтаже, может быть перенастроен пользователем (т.е., фактически, не привязан к конкретному объекту). Наконец, он обладает обширными возможностями расширения функций (анализ состава сточных вод, учет количества дождевых осадков и т.п.). Но цена и необходимость в процессе эксплуатации менять датчики заставляет задуматься — так ли уж важны эти преимущества в каждом конкретном случае.