Бурение скважины и системы водоочистки

Организация водоснабжения коттеджа или дачи из подземных источников требует выстраивания полной технологической цепочки — от бурения скважины до систем водоочистки. Начальная стадия этого процесса — определение водоносности вашего участка.

Существует два основных типа расположения воды под землей:

Песчаное — песчано-гравийный водоносный горизонт четвертичного и мелового периода (песчаный);

Известняковое — водоносные горизонты каменноугольного периода.

Песчаные глубины залегания:

колодезные 10–15 м,
четвертичные 15–30 м,
меловые (надъюрские) 30–50 м.
Известняковые глубины залегания — от 30 до 230 м — называются артезианскими.

Большие расходы воды обеспечивают скважины глубиной от 20 до 200 метров, в зависимости от залегания подземных вод. Поверхностные воды в обыкновенных колодцах не в состоянии справиться с задачей обеспечения водопотребления до 500 литров в час. Они надежны при водопотреблении до 100 литров в час, но санитарное качество колодезной воды, естественно, очень низкое. Отходы промышленных предприятий попадают даже в самые глубокие уровни почв. Нитраты и нитриты, тяжелые металлы, бактериальные загрязнения — источник многих бед для здоровья человека попадают в организм вместе с водой.

Скважина по суммарным затратам гораздо дороже колодца, но риск попадания некачественной воды при правильной технологии водоочистки минимален.

"Песчаные" скважины позволяют обеспечить водой дачный дом, имеющий две точки водозабора — кран на кухне и кран для полива. Чтобы обеспечить коттедж с европейским уровнем комфорта, имеющий несколько санузлов, стиральную и посудомоечную машины, бассейн, необходима артезианская скважина. Срок службы "песчаной" скважины определяется свойствами конструкционных материалов и профессиональным уровнем монтажников и составляет в среднем — от 5 до 15 лет. Водоотдача зависит от сезонного пополнения водоносного слоя — в засушливые периоды скважина может "пересыхать".

Артезианские воды государство считает месторождением и, соответственно, регулирует их потребление, лицензируя такие скважины. Технологически грамотно сооруженная артезианская скважина бесперебойно работает до 50 лет.

Для обеспечения чистоты вскрытия и изоляции используемого водоносного горизонта требуется особая конструкция скважины. Она должна иметь обсадную колонну, необходимую для предотвращения обрушения стенок при проходе через рыхлые отложения, а также для изоляции нецелевых водоносных горизонтов. Появились новые специальные вещества для изоляции — компактониты, которые засыпаются в изолируемый участок скважины в виде таблеток.

Затем, под действием воды они превращаются в непроницаемую пластическую массу, которая образует у входа в целевой горизонт надежную пробку и не дает загрязнений. Внутренние трубы и материалы вносят свою составляющую в чистоту потребляемой воды. В последнее время применяются прочные пластики ПВХ или ПНД. Поливинилхлоридные трубы легки и прочны, долговечны, не подвержены коррозии. Экологическая и гигиеническая чистота труб ПВХ доказана соответствующими испытаниями и требованиями, предъявляемыми к пищевым пластикам.

Специальные бурильные установки осуществляют процесс бурения скважины. В готовую скважину вставляют стальные толстостенные трубы. Через них погружают глубинный насос диаметром 3–4 дюйма. Напорный трубопровод от насоса выходит на поверхность и выводится в дом. Если верхняя часть скважины с вводной трубой углублены на 1,5–2 метра в землю, то промерзание воды в зимний период исключено. Чтобы исключить попадание в скважину грунтовых вод, над устьем скважины устанавливается кессон — своеобразный колодец в виде подземной металлической камеры, которая служит для удобства эксплуатации насоса и обслуживания системы водоснабжения.

Далее в мембранный бак, емкостью от 100 до 500 литров в зависимости от производительности насосного устройства, расположенный на первом этаже дома (подвале) вода поступает через фильтр грубой очистки. Этот бак необходим для оптимизации работы погружного насоса за счет хранения запаса воды под давлением. Вода поступает в открытый кран не от насоса, а под давлением из этого бака. Увеличивается срок службы насоса, поскольку он работает в режиме, обеспечивающем автоматическое включение только при больших расходах воды либо при понижении давления в системе до нижней установленной границы. При этом он закачивает воду в бак до тех пор, пока давление в нем не достигнет максимального значения.
Бурение скважины займет от трех до семи дней, в зависимости от ее глубины и сложности. Определить, где под землей есть вода, может только профессиональный буровик. Консультация со специалистами поможет выбрать оптимальный вариант, который обеспечит работу системы водоснабжения на долгое-долгое время.

Последующие этапы работы со скважиной: длительная прокачка воды для оценки ее эксплуатационных возможностей, полный химический анализ для заключения о соответствии воды требованиям ГОСТа. Владелец должен получить паспорт на водоподъемную установку с указанием ее основных характеристик. Этот документ необходим как для органов местного надзора, так и при эксплуатации ремонтно-восстановительных работах.

Индивидуальные скважины можно разделить на два типа (условно): мелкие и глубокие.

Мелкая скважина

Мелкие скважины бурятся, как правило, на водоносные песчаные горизонты, залегающие на глубине 15–35 метров. Бурение производится шнеками, которые по виду представляют собой рабочую часть штопора.

Типичная схема мелкой скважины:

герметичный оголовок с замком и вводом-выводом для шланга от насоса
обсадная колонна (сталь 20, диаметр 127–159 мм, резьбовое соединение)
уровень воды
бытовой погружаемый электронасос
фильтр (сетка галунного плетения из нержавеющей стали, 52–72 отверстия на 1 кв.см)
отстойник с гравийной подсыпкой
водоносный горизонт (песок)
водоупор (глина)
В качестве обсадной колонны используются бесшовные горячекатанные трубы (Сталь 20) диаметром 127–159 мм, тип соединения — резьбовой. Фильтр представляет собой перфорированную стальную трубу, оснащенную сеткой галунного плетения из нержавеющей стали или латуни № 52, 56, 68. Эксплуатация скважины осуществляется с помощью насосов вибрационного действия ("Малыш", "Водолей" и т.п.). Производительность ее составляет 0,3–0,5 м3/час. В силу своей малодебитности, скважины данного типа мало пригодны для водоснабжения и применяются, в основном, для полива садовых участков. Впрочем, иногда они могут использоваться для водоснабжения небольших дачных домиков, при этом применяется бак-наполнитель. Как правило, вода из таких скважин относится к разряду технической и малопригодна для бытовых нужд и питья. Кроме того, для такой воды характерны высокие концентрации железа, иногда — марганца.

Глубокая скважина

Для автономного водоснабжения наилучшим вариантом является артезианская скважина глубиной более 30 метров (известняковые водоносные слои). Бурение в данном случае производится с промывкой более мощными установками роторного типа и последующей цементацией затрубного пространства. В качестве промывочных жидкостей применяют экологически чистые буровые растворы и добавки к ним, имеющие сертификат качества и исключающие возможность загрязнения вскрываемых водоносных горизонтов. Для цементации затрубного пространства используют высококачественные цементные смеси, обеспечивающие надежную изоляцию и исключающие вероятность загрязнения с поверхности вскрытых водоносных горизонтов.

Выход с глубокой скважины может достигать 5 м3/час. Оснастив ее соответствующим водоподающим оборудованием можно создать систему комфортного водопотребления.

В качестве обсадной колонны, так называемого кондуктора, служат трубы (Сталь 20) диаметром 133 мм. Непосредственно в интервале водоносного горизонта возможна установка перфорированной колонны.

Существует несколько вариаций обустройства скважин. Например, ЗАО "Гидроинжстрой" согласно своей технологии, в качестве эксплуатационной колонны использует поливинилхлоридные трубы (ПНДТУ 273) с толщиной стенки 12 мм и диаметром 135 мм, которые соответствуют требованиям, предъявляемым к пищевым пластикам. К тому же на вкусовые качества воды, в отличие от металлических, не влияют.

Типичная схема для глубокой скважины:

обсадная колонна (кондуктор — сталь 20, диаметр 159–219 мм)
эксплутационная колонна (сталь 20, диаметр 133 мм, резьбовое соединение)
уровень воды
фильтр (открытый ствол диаметром 90 мм)
черные глины (региональный водоупор)
известняк трещиноватый — водоносный горизонт
нижний водоупор
В общую цену работ на объекте должны быть включены проезд к месту бурения, производство работ, стоимость материалов, откачка и гарантия на пробуренную скважину до нескольких лет.

Промышленные скважины

Договор на производство работ по бурению эксплуатационных промышленных скважин для централизованного водоснабжения заключается только в том случае, если у заказчика имеется в наличии лицензия на право пользования недрами (водопользование).

Производство буровых работ для централизованного водоснабжения осуществляется строго по проектам при наличии разрешения на бурение скважин.

Материалы и оборудование

При монтаже скважинного водоснабжения рекомендуется использовать экологически чистые сертифицированные материалы производства ведущих отечественных и западных фирм, таких как: GRUNDFOS, WILLO (Германия), PEDROLLO (Италия) и др.

Обеспечение автоматического управления погружным насосом, как уже говорилось выше, производится с помощью мембранного бака, но при этом используется реле давления и система управления, которые, взаимодействуя, способны и поддерживают постоянное давление в системе.

Системы очистки воды

В современной технике водоснабжения реализован целый ряд устройств, позволяющих решать практически любые проблемы с водой. Все эти сложные системы можно назвать фильтрами. Они могут быть классифицированы по своему применению, то есть в зависимости от конкретной функции.

Требуют решения следующие свойства воды:

наличие нерастворенных механических примесей;
необходимость корректировки уровня рН;
растворенные в воде железо и марганец;
жесткость;
наличие привкуса, запаха, цветности;
бактериологическая загрязненность.
Необходимые фильтры и оборудование:

фильтр осадочный;
фильтр обезжелезивания;
умягчитель;
бак-солерастворитель;
фильтр угольный;
ультрафиолетовый стерилизатор;
система подготовки питьевой воды.
Осадочные системы:

Предназначены для удаления из воды механических частиц, песка, взвесей, ржавчины, а также коллоидных веществ. Для удаления относительно крупных частиц (свыше 20–50 микрон) применяют сетчатые или дисковые системы. Недостаток — сравнительно низкая грязеемкость. При сильном загрязнении воды или большой производительности они требуют частой промывки. В этих случаях целесообразно применение автоматизированных систем засыпного типа. В качестве фильтрующей среды применяют в основном обезвоженный алюмосиликат, обеспечивающий фильтрацию частиц от 20 микрон. Для более тонкой очистки применяют засыпку из специальной керамики.

Системы-корректоры рН:

Необходимость в корректировке уровня рН возникает в случае необходимости борьбы с коррозией, так как вода как с низким (меньше 6), так и с высоким (выше рН обладает повышенным коррозионным воздействием. С другой стороны — для обеспечения оптимального режима эксплуатации систем очистки воды, так как для нормальной работы некоторых видов фильтрующих сред требуется определенный уровень рН. Для изменения уровня рН применяются засыпки на основе природных кальцитов, которые, постепенно растворяясь, увеличивают рН. Также используется дозированное добавление в воду химических веществ, понижающих уровень рН.

Системы-обезжелезиватели:

Системы этого класса предназначены главным образом для удаления из воды железа и марганца, имеющихся там, в растворенном состоянии. В качестве фильтрующей среды используются различные природные вещества, включающие в свой состав двуокись марганца (Birm, Filox, Greensand и т.п.). Двуокись марганца служит катализатором реакции окисления, при которой растворенные в воде железо и(или) марганец переходят в нерастворимую форму и выпадают в осадок, который задерживается в слое фильтрующей среды и в дальнейшем вымывается в дренаж при обратной промывке.

В процессе окисления железа и марганца некоторые системы также эффективно удаляют растворенный в воде сероводород. Некоторые из фильтрующих сред требуют регенерации перманганатом калия. При больших концентрациях железа и(или) марганца применяют специальные методики, способствующие их более интенсивному окислению. Наиболее перспективным направлением в этой области представляется озонирование.

Системы-умягчители:

Обширный класс устройств, предназначенных для снижения жесткости воды. Благодаря применению специальных засыпок системы этого типа могут обладать комплексным действием и способны также удалять из воды определенные количества железа, марганца, нитратов, нитритов, сульфатов, солей тяжелых металлов, органических соединений.

Активированный уголь уже давно применяется в водоочистке для улучшения органолептических показателей воды (устранения постороннего привкуса, запаха, цветности). Благодаря своей высокой адсорбционной способности активированный уголь эффективно поглощает остаточный хлор, растворенные газы, органические соединения. Однако, так как накапливающаяся органика трудно выводится из угля при обратной промывке, то возможен залповый сброс загрязнений в выходную линию. Для предотвращения этого явления засыпка из активированного угля требует периодической замены. В настоящее время для увеличения ресурса работы применяют активированный уголь из скорлупы кокоса, адсорбционная способность которого в 4 раза выше, чем угля, получаемого традиционными методами (например, из древесины березы). Для борьбы с биологическим зарастанием применяют также специальные угли с бактериостатическими присадками, а также системы промывки обратным током.

Ультрафиолетовые стерилизаторы:

Наиболее распространенным методом борьбы с бактериологическим загрязнением (наличием в воде микробов и бактерий) является облучение воды ультрафиолетом. Параметры излучения подобраны таким образом, что гарантируют почти полную стерилизацию воды. В качестве стерилизаторов этого типа широко применяются специальные ультрафиолетовые лампы, смонтированные в жестком корпусе, внутри которого протекает вода, подвергаясь воздействию ультрафиолетового излучения.

Системы подготовки питьевой воды:

Наиболее прогрессивными системами подготовки питьевой воды в настоящее время являются обратноосмотические системы. Вода, получаемая с помощью таких установок обладает прекрасными вкусовыми качествами и по своим свойствам близка к талой ледниковой воде. Ключевой компонент такой системы — полупроницаемая мембрана, от качества и материала которой зависит степень очистки воды, достигающая 98–99%. Для обеспечения нормальной работоспособности, система комплектуется предварительными картриджными фильтрами, насосом и т.д. в зависимости от параметров исходной воды. Устанавливаются такие системы, как правило, на кухне и используются только для получения воды, расходуемой на пищевые цели. Также могут быть использованы коммерческие системы подготовки питьевой воды.

Выбор насосного оборудования

Одним из ключевых механизмов скважинного водоснабжения является насос. Глубинные скважинные насосы способны поднимать воду с глубины до 300 м, создавая при этом необходимое давление воды в доме с расходом до 15 м3/час. В этом случае при достаточно больших расходах применяются гидроаккумуляторы емкостью 300 л и более. Расчет и подбор оборудования на стадии проектирования системы автономного водоснабжения производится на основании исходных данных об источнике водоснабжения. В случае использования скважины главным требованием к насосному оборудованию является надежность. Поэтому насосы ведущих западных компаний имеют несколько степеней защиты: от "обсыхания", перебоев напряжения, попадания в водозабор мелких камней и др.

В каждом конкретном случае выбирается оптимальный вариант насоса с учетом таких параметров как внутренний диаметр обсадной трубы скважины, глубина зеркала воды, необходимый расход и давление воды.