Pozyskiwanie wody

Tekst pochodzi z przygotowywanej do druku książki pt. "Naturalna technologia wody". Autorem książki jest Józef Wowk, właściciel POPE "Energoopt".

Źródłem wody dla potrzeb gospodarczych człowieka są występującej w środowisku naturalnym wody powierzchniowe i podziemne. Wody podziemne są lepiej chronione przez środowisko stąd one w pierwszym rzędzie powinny być wykorzystane na potrzeby komunalne. Z wód powierzchniowych korzysta się najczęściej w dwóch przypadkach

  - Gdy wody podziemne nie występują w rejonie zapotrzebowania,
  - gdy zapotrzebowanie wody przekracza możliwości pozyskania wód podziemnych - duże wodociągi

Doskonale chronione przez środowisko wody podziemne nadawałyby się bezpośrednio dla potrzeb komunalnych gdyby nie rozpuszczone w nich związki żelaza i manganu. Rzadziej bezpośrednie użytkowanie wód podziemnych uniemożliwiają rozpuszczone w wodzie związki pochodzenia organicznego takie jak amoniak organiczny, azotany lub gazy takie jak  siarkowodór i dwutlenek węgla. Często zdarza się, że zawartość w wodach podziemnych wymienionych substancji jest mniejsza niż dopuszczalna i wówczas wody podziemne nadają się do bezpośredniego wykorzystania dla potrzeb komunalnych.

Wody powierzchniowe muszą być uzdatniane przed użyciem do celów komunalnych. Główną przyczyną potrzeby uzdatniania wód powierzchniowych jest konieczność usunięcia z wody żywych organizmów zasiedlających bogate w tlen wody powierzchniowe. W procesie uzdatniania wód powierzchniowych należałoby naśladować środowisko i w pierwszej kolejności poddać wodę pobieraną z ujęcia filtracji na filtrach otwartych wypełnionych naturalnym żwirem, przy niewielkiej prędkości filtracji. Jeżeli filtry posiadają odpowiednio wdrożone złoże istnieje możliwość, że woda już po przejściu przez filtry nadaje się do celów komunalnych dzięki biologicznej stabilizacji stanu bakteryjnego wody na filtrach.

W przeciwieństwie do wód powierzchniowych wody podziemne są ukryte. Trzeba wiele wiedzy i wysiłku by ten skarb odnaleźć pod ziemią oraz podołać jego wydobyciu. Już od wieków poszukiwanie wód podziemnych wspomagane było tajemniczym, dotychczas nie wyjaśnionym naukowo zjawiskiem natury, jakim jest radiestezja. Zjawisko radiestezji należy traktować jako informację środowiska o wodach podziemnych. Niedocenianie tego zjawiska przez hydrogeologię jest przysłowiowym chowaniem głowy w piasek wobec niezaprzeczalnie istniejącego zjawiska, którego obecnym stanem wiedzy nie da się wytłumaczyć. Istnieje prawdopodobieństwo, że brak zainteresowania hydrogeologii radiestezją wynika z tego, że znaną technika wydobywania wody ze złóż wodonośnych, w których wykryciu pomaga radiestezja, było i tak niemożliwe. W książce prezentowane będą rozwiązania techniki poboru wody, które pozwalają na wydobycie wody z takich złóż wodonośnych.

1.1.Filtr studzienny pierścieniowy

Filtr przedstawiony został w polskim opisie patentowym nr 163 918
Filtr złożony jest z pierścieni wykonanych z tworzywa. Pierścienie są tak ukształtowane, że po ich złożeniu powstaje między nimi szczelina ukryta we wnęce rys.1. Dzięki temu ziarna obsypki nie stykają się ze szczeliną, nie przysłaniając jej. Ma to zasadnicze znaczenie dla przepustowości filtra. W pierścieniach wykonane są otwory na pręty łączące filtr. Pręty wykonane ze stali nierdzewnej przyspawane są do tulei wykonanych z blachy nierdzewnej, które są łącznikiem filtra z rurą podfiltrową i nadfiltrową rys.2. Dzięki takiej konstrukcji na pierścienie nie działają siły osiowe kolumny studziennej.
Z przedstawionej konstrukcji filtra widać, że różni się on zasadniczo od znanych filtrów. Przy takiej konstrukcji z filtra o średnicy zewnętrznej 300 mm można uzyskać wydajność liniową powyżej 100 m3/h z 1 m długości filtra. Dzięki takiej przepustowości filtr nie stawia praktycznie oporu przy podawaniu wody do złoża.

1.2.Kształtowanie struktury filtracyjnej w złożu przez zwrotne przepłukiwanie materiału złoża 

Często się zdarza, że woda podziemna występuje w złożach o niewielkiej grubości, wówczas trzeba stosować krótkie filtry. Zdarza się również, że materiał złoża wodonośnego ma zróżnicowaną granulację, a zawartość drobnej granulacji zmniejsza współczynnik filtracji na tyle, że nie ma możliwości zafiltrowania studni tradycyjną metodą. W jednym i drugim przypadku  użycie filtra pierścieniowego i technika zwrotnego przepłukiwania złoża umożliwia zafiltrowanie studni.
Technika ta polega na przemiennym podawaniu i czerpaniu wody ze złoża, przy czym podawanie wody do złoża może być realizowane z dużą wydajnością. Przepłukiwanie zwrotne prowadzi się dopóki uzyskuje się zmniejszenie oporu złoża, przy podawaniu wody do złoża.
W czasie przepłukiwania zwrotnego rozbudowuje się strukturę filtracyjną w złożu głównie w płaszczyźnie poziomej, co ma podstawowe znaczenie w złożach o małej grubości.

1.3.Wpłukiwanie żwiru do złoża

Największą ilość wody w jednostce objętości zawierają złoża utworzone z materiału o jednakowej granulacji. Jeżeli jednak granulacja materiału w takim złożu jest zbyt drobna wydobycie wody ze złoża jest utrudnione z powodu zbyt małego współczynnika filtracji. Jeżeli do zafiltrowania studni zostanie zastosowany filtr pierścieniowy i przewidziane jest zwrotne przepłukiwanie złoża, można stosować obsypkę o znacznie większej granulacji niż w tradycyjnej metodzie filtrowania. Po takim zafiltrowaniu i uniesieniu rur wiertniczych nieco powyżej górnego poziomu filtra, gdy podaje się wodę do złoża, woda swobodnie przepływa przez filtr, również swobodnie przez obsypkę i natrafia na opór na granicy obsypki i złoża. Jeżeli ciśnienie podawanej wody będzie wyższe niż ciśnienie w przestrzeni złoża, nastąpi rozparcie złoża. Rozpartą przestrzeń w złożu zajmuje obsypka, która po zaniku ciśnienia uzupełniana jest z rury wiertniczej. Potrzebne ciśnienie do rozparcia materiału złoża można uzyskać w krótkim impulsie, dopóki nie zostanie zawieszony hydraulicznie korek z obsypki w rurach wiertniczych. W złożach położonych na niewielkich głębokościach, gdzie ciśnienie panujące w złożu nie jest zbyt duże można wpłukać znaczne ilości żwiru. Wówczas w złożu o niekorzystnym współczynniku filtracji z powodu zbyt drobnej granulacji powstaje rozbudowana przestrzennie struktura o dobrym współczynniku filtracji. Pozwala to na pobór wody ze złoża w sytuacji, gdy eksploatacja takiego złoża przy tradycyjnej metodzie zafiltrowania studni, była nieopłacalna. Przedstawione rozwiązania rozszerzają możliwości korzystania z zasobów wód podziemnych w przypadkach gdzie to było dotychczas nie opłacalne. Zmniejszają koszty wydobycia we wszystkich innych przypadkach, przez przedłużenie żywotności studni i zmniejszenie zużycia energii na pobór wody przy niższej depresji.

1.4.Studnia ze szczelną głowicą

W rozwiązaniu tym głowicę zabudowuje się szczelnie na rurze studziennej. Głowica posiada szczelny przepust przewodu zasilającego silnik pompy głębinowej, szczelny przepust przewodu miernika poziomu zwierciadła wody w studni. Na pokrywie głowicy umieszczony  jest również przewód do kontaktu z atmosferą. W przewodzie tym zainstalowany jest zawór zwrotny uniemożliwiający zasysanie powietrza do studni podczas spadku zwierciadła wody związanego z poborem wody, a pozwalający na usuwanie gazów przy wzroście zwierciadła wody, po zaprzestaniu pompowania. Rozwiązanie to daje wiele korzyści:

  • Zabezpiecza przed suchobiegiem pompy głębinowej.
  • W połączeniu z opisaną wyżej techniką zafiltrowania krótkim 
    filtrem pierścieniowym umożliwia pobór wody z płytkich złóż 
    wodonośnych.
  • Zabezpiecza przed utlenianiem związków żelaza w studni i w 
    rurociągu od studni do stacji uzdatniania.
  • Umożliwia odgazowanie podciśnieniowe wody w studni.
  • Chroni przed skażeniem studni bakteriami, które mogą dostać się do studni razem z zasysanym powietrzem.