Προληπτική Συντήρηση για Δύκτια Υδρευσης

Μέγεθος: px
Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Προληπτική Συντήρηση για Δύκτια Υδρευσης"

Transcript

1 Προληπτική Συντήρηση για Δύκτια Υδρευσης Συνεργάτες Computer Technology Institute & Press HS Data Ltd Centre for Assessment of Natural Hazards & Proactive Planning Pamukkale University Training Water Board of Lemesos Denizli Municipality Αριθμός Ευρωπαϊκού Έργου LLP GR-LEONARDO-LMP Είδος Έργου Multilateral Project for the Development of Innovation Ιστοσελίδα Έργου

2 Περιεχόμενα 1.0 Αστικά δίκτυα ύδρευσης Υδατικοί πόροι Κατανομή νερού Επιφανειακά νερά Ροή κάτω από την κοίτη ποταμού Υπόγεια νερά Πάγοι Συγκομιδή όμβριων υδάτων Ανακυκλωμένο νερό Αφαλάτωση Ταμιευτήρες Νερού Φράγματα Λιμνοδεξαμενές Λίμνες Νερόλακκοι Ταμιευτήρες υπόγειων νερών Ταμιευτήρες ρύθμισης πίεσης Ταμιευτήρες/Δεξαμενές Υδατόπυργοι Δεξαμενές υποστατικών Κύριο δίκτυο μεταφοράς Κύριοι αγωγοί υπό πίεση Κανάλια και τάφροι Σήραγγες Μεταφορά νερού με πλοία Εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού Εισαγωγή Διεργασίες που χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία πόσιμου νερού Αφαλάτωση Δίκτυο διανομής νερού Εισαγωγή Τρόποι διανομής Διατάξεις συστήματος Σημεία σύνδεσης στο δίκτυο... 51

3 1.6 Προστατευτικός εξοπλισμός και τεχνικές Δικλίδες Πυροσβεστικοί κρουνοί Αεροθάλαμοι Εγκαταστάσεις τελικών χρηστών Υδρομετρητές Ρυθμιστές παροχής νερού Χαρτογράφηση Δικτύου GIS, CAD και άλλες τεχνολογίες Σχεδίαση με τη Χρήση Ηλεκτρονικού Υπολογιστή (CAD) Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (GIS) Συστήματα Πληροφοριών Πελατών (CIS) Απεικόνιση της Διαδικασίας και Τηλεχειρισμός της Εγκατάστασης (SCADA) Σύστημα Διαχείρισης Εργαστηριακών Πληροφοριών (LIMS) Τεχνολογική Υποστήριξη Γνωρίσματα Σωλήνας Βαλβίδες Κρουνοί Πηγάδι Αντλία Ταμιευτήρες και Δεξαμενές Κόμβος Ενημέρωση συστήματος και οργανωτικές πτυχές Βιβλιογραφία Υδραυλική μοντελοποίηση και ανάλυση συστήματος Μέθοδοι μοντελοποίησης και ανάλυσης Τύποι ροής Εξίσωση ενέργειας Ομοιόμορφη ροή - Κύριες απώλειες Μη ομοιόμορφη ροή Δευτερεύουσες απώλειες Αντλίες Ανοιχτά, κλειστά και σύνθετα συστήματα Η μέθοδος Hardy Cross Η μέθοδος Newton-Raphson Η μέθοδος Γραμμικής Θεωρίας

4 Μοντελοποίηση ποιότητας νερού Επεκτάσεις και αλλαγές στο σύστημα Προσομοίωση μελλοντικών σεναρίων Διαθεσιμότητα λογισμικού Εισαγωγή AQUIS EPANET PIPE-FLO SynerGEE Water WATER CAD WATER GEMS WATER NETWORKS TM WATERPAC Βιβλιογραφία ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ - ΜΟΝΤΕΛΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΝΕΡΟΥ Εισαγωγή AQUIS EPANET PIPE-FLO SynerGEE Water WATER CAD WATER GEMS WATER NETWORKSTM WATERPAC Αξιολόγηση απόδοσης συστήματος Μη Τιμολογημένο νερό και τύποι Απωλειών Δείκτες Απόδοσης Ποσοστό του όγκου εισόδου στο σύστημα: Ανά τιμολογούμενη ιδιοκτησία, ανά μονάδα χρόνου: Ανά μήκος αγωγών, ανά μονάδα χρόνου: Ανά σύνδεση, ανά μονάδα χρόνου: Δείκτης Διαρροών Υποδομής - Infrastructure Leakage Index (ILI): Γήρανση σωλήνων Πλαστικοί σωλήνες Μεταλλικοί σωλήνες Αντίληψη του κοινού για την ποιότητα των υπηρεσιών Αφίσες Εκπαιδευτικές εκδρομές

5 4.4.3 Έρευνες Ειδικές μέρες και διαγωνισμοί Ιστοσελίδες, παρουσιάσεις και βίντεο Περιοδικά και εφημερίδες Ευπάθεια όσο αφορά φυσικούς κινδύνους Σεισμοί Πλημμύρες Κατολισθήσεις και ροή φερτών υλικών Βιβλιογραφία Κριτήρια και στόχοι Επάρκεια νερού Συνεχής και διαλείπουσα λειτουργία Περικοπές στην παροχή νερού Καταμερισμός Ποιότητα νερού Απαιτήσεις ποιότητας Μετρήσεις ποιότητας και οργανωτικές απαιτήσεις Απαιτήσεις ενέργειας Κατανάλωση ενέργειας Εναλλακτικές πηγές ενέργειας Κατευθηντήριες γραμμές για εξοικονόμηση ενέργειας Αξιοπιστία Ανθεκτικότητα Περιβαλλοντικές συνέπειες Οικονομικά και χρηματοδοτικά μέτρα Οδικός χάρτης οικονομικής εκτίμησης συστημάτων παροχής νερού Χρηματοδοτικά μέτρα για επίτευξη αειφόρων λειτουργιών Οικονομικά κίνητρα για εξοικονόμηση νερού Βιβλιογραφία ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Τεχνικές επιλογές Διορθωτική vs. Προληπτική Διαχείριση Διαχείριση πίεσης Πλεονεκτήματα της διαχείρισης της πίεσης Διαχείριση της πίεσης και Κατανάλωση με μετρητές Σχέσεις Πίεσης/Ρυθμού διαρροής Η έννοια FAVAD

6 6.2.4 Αναγνώριση Ευκαιριών για Διαχείριση της Πίεσης Βαλβίδες μείωσης πίεσης (PRVs) Τρεις κοινοί τύποι ελέγχου πίεσης Μέσο Σημείο Ζώνης (Average Zone Point - AZP) Συντελεστής Νύχτας-Μέρας (NDF) Αναγνώριση και ποσοτικοποίηση διαρροών Ανίχνευση διαρροών Τεχνικές Ακουστικού Εντοπισμού Διαρροών Μη ακουστικές τεχνικές εντοπισμού διαρροών Εντοπισμός διαρροών σε κύριους αγωγούς ή αγωγούς μεταφοράς Αντικατάσταση σωλήνων και παρελκόμενων Κανονισμοί σχεδίου προγράμματος διαχείρισης ακεραιότητας διανομής (DIMP) Κριτήρια αντικατάστασης Ταξινόμηση και Προτεραιότητες Χρονοδιάγραμμα προγράμματος Δικαιοδοτική συνεργασία Πρότυπα σχεδιασμού και έργων Πόροι προγράμματος Πρόγραμμα επικοινωνιών σχεδίου Οργανωτική ανάπτυξη Οργάνωση διαχείρισης περιουσιακών στοιχείων Μελέτες περιπτώσεων Ανάπτυξη λειτουργιών Αξιολόγηση Κατάστασης Συνέπειες βλάβης Πιθανότητα βλάβης Σημαντικοί δείκτες Ανάγκες αποκατάστασης και Στρατηγικές Λήψη αποφάσεων για ανανέωση αγωγών νερού Παρακολούθηση και αυτοματοποίηση Η αρχιτεκτονική του συστήματος SCADA Πρωταρχικά καθήκοντα του συστήματος SCADA σε ένα σύστημα διανομής νερού Παράγοντες και υπολογισμοί επένδυσης ενός συστήματος SCADA Βιβλιογραφία Κοινωνικές επιλογές

7 7.1 Εκστρατείες πληροφόρησης (καμπάνιες) Διοργάνωση εποχικών και περιστασιακών εκστρατειών Προετοιμασία φυλλαδίων, μηνυμάτων και διαφημίσεων Εκπαιδευτικά προγράμματα Οργάνωση εκπαιδευτικών προγραμμάτων εξειδικευμένα για το προσωπικό, τις Μη Κυβερνητικές Οργανώσεις (ΜΚΟ) και άλλους ενδιαφερόμενους Πολιτική τιμολόγησης Εξορθολογισμός της πολιτικής τιμολόγησης Πολιτική τιμολόγησης για υποστήριξη αδύνατων ομάδων Ειδική πολιτική τιμολόγησης για διάφορους τομείς κατανάλωσης (π.χ. βιομηχανία, τουρισμός, εμπόριο, κρατικοί οργανισμοί) Επιβραβεύσεις και ποινές για τους χρήστες Συμμετοχή του κοινού Οργάνωση τακτικών συναντήσεων Εκθέσεις επανεξέτασης Περιστασιακές παρουσιάσεις Πλαίσιο για συμμετοχή του κοινού Εξωτερικός έλεγχος για την ποιότητα υπηρεσιών Απαιτήσεις ελέγχου (ποιότητα υπηρεσιών και κατάσταση του συστήματος) Προδιαγραφές εξωτερικού ελέγχου Βιβλιογραφία Καλές Πρακτικές Διαδικασίες προληπτικής συντήρησης της Multiservizi s.p.a. (Επαρχία Ανκόνα, Κεντρική περιοχή Μάρκε) Στοιχεία που εμπλέκονται στην προληπτική συντήρηση Διαδικασίες προληπτικής συντήρησης Δεξαμενές Μετρητές στάθμης Αντλίες ηλεκτροστροβιλοκινητήρων Εγκαταστάσεις απολύμανσης Καμπίνες ηλεκτρικού μετασχηματισμού M. V./ L. V Ηλεκτρικές γεννήτριες για συστήματα υδάτων Προστασία καθόδου τροφοδοσίας Βαλβίδες μείωσης πίεσης Σύστημα διανομής νερού του Ντενιζλί Εισαγωγή στο σύστημα Διαδικασίες προληπτικής συντήρησης

8 8.2.3 Πρόγραμμα αντικατάστασης σωληνώσεων Σύστημα διανομής νερού του Λος Άντζελες Πηγές νερού Το σύστημα διανομής Διαχείριση περιουσιακών στοιχείων Σύστημα διανομής νερού Λεμεσού Στρατηγικές για διαχείριση διαρροών: Επαρχιακές Περιοχές με μετρητή και Έλεγχος Πίεσης Οι Οδηγίες Προληπτικής Συντήρησης που σχετίζονται με τα Προγράμματα Συντήρησης Βιβλιογραφία ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Φύλλα επιθεώρησης Συστήματος Νερού Λεμεσού

9 1.0 Αστικά δίκτυα ύδρευσης Περιγραφή ενότητας Τίτλος Τομέας Κύριοι παραλήπτες ΕΝΟΤΗΤΑ 1 Αστικά δίκτυα παροχής νερού Προληπτική Συντήρηση για Εταιρείες Υδάτων Οι τελικοί χρήστες της ενότητας είναι μηχανικοί και προσωπικό συντήρησης υπεύθυνο για τη συντήρηση δικτύων εταιρειών υδάτων. Αυτή η ενότητα απευθύνεται σε ένα μεγάλο εύρος επαγγελματιών οι οποίοι είναι υπεύθυνοι για τη συντήρηση των δικτύων των εταιριών υδάτων και είναι δημιουργημένη για τις ενδιαφερόμενες ομάδες. Περιγραφή ενότητας και γενικοί στόχοι Αυτή η ενότητα επιτρέπει στο συμμετέχοντα να κατανοήσει τα συστατικά ενός αστικού δικτύου παροχής νερού, από την πηγή, στον τελικό χρήστη. Μετά την κατανόηση των λεπτομερειών της ενότητας, οι συμμετέχοντες θα αποκτήσουν εξειδικευμένη γνώση για τα μέρη των αστικών συστημάτων παροχής. Χρόνος μάθησης και Διάρκεια Χρόνος μάθησης και μέγιστη διάρκεια εκπαίδευσης σχετικά με την ενότητα : 16 ώρες αναμενόμενου χρόνου αυτοεκπαίδευσης Απαραίτητα εργαλεία για πραγματοποίηση της ενότητας (IT, εξοπλισμός κλπ. ) Μαθησιακοί στόχοι Ηλεκτρονικός υπολογιστής με σύνδεση στο Διαδίκτυο Όταν κάποιος/α ολοκληρώσει την ενότητα θα είναι σε θέση να: ΜΣ-1: Κατανοεί τα συστατικά των εξωτερικών συστημάτων νερού (πηγές, ταμιευτήρες και δίκτυο μεταφοράς) και θα αποκτήσει την ικανότητα να αναγνωρίζει προβλήματα. ΜΣ-2: Κατανοεί τις αρχές της Επεξεργασίας Νερού και τις αρχές λειτουργίας των μονάδων επεξεργασίας νερού. ΜΣ-3: Αποκτήσει εξειδικευμένη γνώση για τους

10 τύπους εσωτερικών δικτύων διανομής νερού και τα συστατικά τους καθώς και για την προστασία των εξοπλισμού. ΜΣ-4: αποκτήσει πληροφορίες όσο αφορά τους τύπους και τις αρχές λειτουργίας των εγκαταστάσεων τελικών χρηστών και το ρόλο τους στην επίτευξη καλών πρακτικών για επιτυχή λειτουργία του συστήματος διανομής νερού. Παιδαγωγικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται (ατομική μελέτη, ομαδική δουλειά, μάθηση εξ αποστάσεως κλπ.) Τύποι δραστηριοτήτων που θεωρούνται χρήσιμοι για εκπαίδευση σε αυτή την ενότητα: Συναντήσεις πρόσωπο με πρόσωπο Ατομική μελέτη Διαδικτυακές δραστηριότητες 1.1 Υδατικοί πόροι Κατανομή νερού Το νερό δεν είναι ένα εμπορικό προϊόν όπως όλα τα άλλα, αλλά αποτελεί κληρονομιά, που πρέπει να προστατεύετα, να υπερασπίζεται και να τυγχάνει της κατάλληλης μεταχείρισης (Οδηγία Πλαίσιο περί Υδάτων (ΟΠΥ) 2000/60/ΕΚ). Το νερό στον πλανήτη Γη μπορεί να αποθηκευτεί σε ένα από τα ακόλουθα: ατμόσφαιρα, ωκεανοί, λίμνες, ποτάμια, εδάφη, παγετώνες, μόνιμο χιόνι και υπόγεια νερά. Ο υδρολογικός κύκλος είναι ένα εννοιολογικό μοντέλο, το οποίο περιγράφει την αποθήκευση και την κίνηση του νερού μεταξύ των βιοσφαιρών: ατμόσφαιρα, λιθόσφαιρα και υδρόσφαιρα (βλ. Σχήμα 1.1 ). Σχήμα 1.1. Υδρολογικός κύκλος (π.χ. Pidwirny, 2006) Οι υδάτινοι πόροι είναι πηγές νερού, οι οποίες είναι χρήσιμες ή δυνητικά χρήσιμες για τον άνθρωπο. Το νερό χρησιμοποιείται για αγροτικές, βιομηχανικές, οικιακές, ψυχαγωγικές και περιβαλλοντικές δραστηριότητες. Σχεδόν όλες οι ανθρώπινες

11 δραστηριότητες απαιτούν τη χρήση γλυκού νερού. Το 97% περίπου της συνολικής ποσότητας νερού στη Γη βρίσκεται στους ωκεανούς (αλμυρό νερό). Περισσότερο από τα δύο τρίτα του 3% (γλυκό νερό) είναι δεσμευμένο σε παγετώνες και εδαφικό πάγο στις πολικές περιοχές. Το υπόλοιπο, μη παγωμένο, γλυκό νερό βρίσκεται κυρίως σε μορφή υπόγειου νερού, σε λίμνες, στο έδαφος, στην ατμόσφαιρα και μέσα στους ζώντες οργανισμούς (βλ. Πίνακα 1.1). Μορφή νερού Όγκος Ποσοστό επί του ολικού (M km 2 ) Ωκεανοί Παγετώνες και μόνιμο χιόνι Υπόγεια νερά Λίμνες Εδαφική υγρασία Ατμόσφαιρα Ρυάκια και ποτάμια Βιόσφαιρα Πίνακας 1.1. Κατανομή του νερού στη Γη Παρόλο που το γλυκό νερό είναι ένας ανανεώσιμος πόρος, τα παγκόσμια αποθέματα καθαρού, γλυκού νερού μειώνονται σταδιακά. Σε πολλά μέρη του κόσμου, η ζήτηση για νερό ήδη ξεπερνά την προσφορά και καθώς ο πληθυσμός του πλανήτη συνεχίζει να αυξάνεται, αυξάνεται ταυτόχρονα και η ζήτηση για νερό. Η ευαισθητοποίηση για την παγκόσμια σημασία που έχει η προστασία του νερού για τα οικοσυστήματα είναι πρόσφατο γεγονός, καθώς, κατά τη διάρκεια του 20 ου αιώνα, έχουμε χάσει τους περισσότερους από τους μισούς υγροτόπους του πλανήτη και μαζί τους και τις πολύτιμες υπηρεσίες που προσφέρουν στο περιβάλλον. Τα πλούσια σε βιοποικιλότητα οικοσυστήματα γλυκού νερού, αυτή τη στιγμή μειώνονται με γρηγορότερους ρυθμούς από ότι τα θαλάσσια ή τα χερσαία οικοσυστήματα. Το πλαίσιο, το οποίο κατανέμει του υδάτινους πόρους στους χρήστες (όπου υπάρχει τέτοιο πλαίσιο), είναι γνωστό σαν δικαιώματα νερού Επιφανειακά νερά Τα «επιφανειακά ύδατα» περιλαμβάνουν τα εσωτερικά ύδατα, εκτός των υπόγειων υδάτων, τα μεταβατικά και τα παράκτια ύδατα, εκτός εάν πρόκειται για τη χημική τους κατάσταση, οπότε περιλαμβάνουν και τα χωρικά ύδατα (Οδηγία Πλαίσιο περί Υδάτων (ΟΠΥ) 2000/60/ΕΚ). Το επιφανειακό ύδωρ είναι το νερό, το οποίο βρίσκεται στην επιφάνεια της Γης, δηλαδή, οποιοδήποτε υδάτινο σύνολο, γλυκό ή αλμυρό, το οποίο ρέει ή είναι περιορισμένο σε φυσικές ή τεχνητές κοιλότητες για το μεγαλύτερο μέρος του έτους και συμπεριλαμβάνει φυσικές και τεχνητές λίμνες, λιμνούλες, πηγές, ποτάμια, ρυάκια, ρέματα, υγροτόπους, βάλτους, έλη και παλιρροιακά ύδατα, από τα οποία

12 αποσπούμε ή σκοπεύουμε να αποσπάσουμε πόσιμο νερό και το οποίο θα προσφερθεί για ύδρευση από ένα δίκτυο διανομής. Το επιφανειακό ύδωρ αναπληρώνεται φυσικά από τις κατακρημνίσεις και χάνεται φυσικά από την εκφόρτιση στους ωκεανούς, την εξάτμιση και τη διήθηση στο έδαφος. Τα κατακρημνίσματα είναι η μόνη φυσική εισροή σε μια λεκάνη, αλλά υπάρχουν πολλοί άλλοι παράγοντες, οι οποίοι επηρεάζουν την ποσότητα νερού, όπως οι κλιματικές συνθήκες, η τοπογραφία, η χωρητικότητα των φυσικών και τεχνητών ταμιευτήρων, η διαπερατότητα του εδάφους κλπ. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες επηρεάζουν την κατανομή και την ποιότητα των επιφανειακών υδάτων. Η διεργασία του επιφανειακού ύδατος, γενικά, περιορίζεται στην αφαίρεση των στερεών σωμάτων και την απολύμανση. Τα ποτάμια είναι η πιο κοινή πηγή γλυκού νερού, αλλά υπάρχουν αρκετά προβλήματα, τα οποία σχετίζονται με τη στάθμη του νερού, η οποία διαφέρει κατά την πλημμύρα και την ξηρασία, την ποιότητα του νερού, την αναπαραγωγή και την εξάπλωση ασθενειών. Ο ποταμός είναι ένα σύστημα, το οποίο αποτελείται τόσο από το κύριο ρεύμα, όσο και από όλους τους παραπόταμους που ρέουν σε αυτόν. Η περιοχή, η οποία αποστραγγίζεται από το ποτάμιο σύστημα, είναι γνωστή σαν λεκάνη απορροής. Το κύριο χαρακτηριστικό των ποταμών είναι η συνεχής ροή τους προς μία κατεύθυνση λόγω της βαρύτητας. Παρόλο που υπάρχουν πολλές λεκάνες απορροής ποταμών στην Ευρώπη, είναι σχετικά μικρές και το μήκος των ποταμών τους περιορισμένο. 70 περίπου ποταμοί στην Ευρώπη έχουν λεκάνη απορροής, η οποία ξεπερνά τα km 2. Μόνο οι ποταμοί, οι οποίοι βρίσκονται βαθιά στο εσωτερικό της ηπείρου, είναι σχετικά μεγάλοι. Οι τρεις μεγαλύτεροι ποταμοί της Ευρώπης, ο Βόλγας (1), ο Δούναβης(2) και ο Δνείπερος (3), αποστραγγίζουν το ένα τέταρτο της ηπείρου. Σε παγκόσμια κλίμακα όμως, είναι σχετικά μικροί, με τις λεκάνες απορροής τους να κατέχουν τη 14 η, την 29 η και την 48 η θέση αντίστοιχα. Σε όλη την έκταση της Ευρώπης σαν σύνολο, τα επιφανειακά ύδατα είναι η πρωταρχική πηγή γλυκού νερού, κυρίως γιατί μπορούν να συλλεχτούν εύκολα, σε μεγάλες ποσότητες και με σχετικά χαμηλό κόστος. Για το λόγο αυτό, τα επιφανειακά ύδατα αποτελούν το 81% της συνολικής ποσότητας νερού που συλλέγεται Ροή κάτω από την κοίτη ποταμού Η ροή διαμέσου του διαπερατού ιζήματος κάτω και δίπλα από την κοίτη του ποταμού, ονομάζεται υπορροϊκή ροή, ροή κάτω από την κοίτη ποταμού ή διάμεση ροή, σε αντίθεση με την ορατή, ελεύθερη ροή σε ένα υδατόρευμα. Η υπορροϊκή ροή είναι η υπόγεια ροή ανάμεσα στον υδροφόρο ορίζοντα και την επιφανειακή ροή του νερού. Ο όρος υπορροϊκή έχει ελληνικές ρίζες υπό, που σημαίνει κάτω και ροή. Η ροή διαμέσου των υπόγειων πετρωμάτων και χαλικιών, τα οποία βρίσκονται κάτω από το ποτάμι και την κοίτη πλημμύρων του, ονομάζεται υπορροϊκή ζώνη. Η ροή του νερού σε αυτή τη ζώνη είναι αρκετά μεγάλη και μπορεί να έχει ακόμα και το ίδιο μέγεθος με το υδατόρευμα ή να ξεπερνά κατά πολύ την ορατή ροή. Η υπορροϊκή ροή μπορείνα είναι η μοναδική ροή σε ξηρές περιοχές με αμμώδη εδάφη, όπου όλα τα επιφανειακά νερά έχουν ξηρανθεί. Η υπορροϊκή ροή μπορεί να πηγάζει από το ίδιο το κανάλι ή από το νερό, το οποίο διηθείται στο ρεύμα από τον

13 περιβάλλοντα χώρο. Η υπορροϊκή ζώνη δημιουργεί συχνά μια δυναμική διεπαφή μεταξύ του επιφανειακού νερού και των υπόγειων υδάτων, παίρνοντας νερό από τα υπόγεια ύδατα, όταν οι υδροφορείς είναι πλήρως κορεσμένοι και προσφέροντας νερό στα υπόγεια ύδατα, όταν τα αποθέματά τους εξαντλούνται. Υπάρχει ένας αριθμός ορισμών για την υπορροϊκή ροή, με τη βάση του καθενός να αντικατοπτρίζει σε μεγάλο βαθμό το επιστημονικό πεδίο από το οποίο προέρχεται. Η πλειοψηφία της υπάρχουσας βιβλιογραφίας ανήκει σε οικολόγους και σε μικρότερο βαθμό, σε υδρολόγους, υδρογεωλόγους, γεωχημικούς και γεωμορφολόγους. Μερικοί από αυτούς τους ορισμούς είναι: - Η περιοχή κάτω ή δίπλα από ένα υδατόρευμα ή μια κοίτη πλημμύρων,η οποία τροφοδοτεί το ρεύμα με νερό - Η παρακείμενη ζώνη ή η ζώνη κάτω από μια κοίτη, στην οποία το νερό από το ανοικτό κανάλι, αναμιγνύεται με το διάμεσο νερό στα ιζήματα του πυθμένα - η ζώνη γύρω από ένα ρεύμα, στην οποία εμφανίζεται και ζει χαρακτηριστική πανίδα της υπορροϊκής ζώνης - η ζώνη, στην οποία αναμιγνύονται τα υπόγεια ύδατα με το επιφανειακό νερό - το κορεσμένο διάμεσο κάτω από την κοίτη του ποταμού και μέσα στις όχθες, το οποίο περιέχει μέρος νερού από το υδατόρευμα ή έχει αλλοιωθεί από τη διήθηση του νερού - το υπόγειο σύμπλεγμα ρευμάτων και ποταμών, το οποίο επικοινωνεί με την επιφάνεια - το μέρος του υπεδάφους, στο οποίο υπάρχουν τόσο υπόγεια όσο και επιφανειακά ύδατα Η υπορροϊκή ζώνη συνήθως χαρακτηρίζεται σαν πορώδες μέσο, παρόλο που υπάρχει σημαντική χωρική ανομοιογένεια. Σε πολλά υπορροϊκά συστήματα μπορούμε να υποθέσουμεότι ισχύει ο νόμος του Darcy, ο οποίος περιγράφει τη στρωτή ροή σε ένα πορώδες μέσο Υπόγεια νερά Τα υπόγεια ύδατα αποτελούν το σύνολο των υδάτων που βρίσκονται κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, στη ζώνη κορεσμού και σε άμεση επαφή με το έδαφος ή το υπέδαφος (Οδηγία Πλαίσιο περί Υδάτων (ΟΠΥ)2000/60/ΕΚ). Τα υπόγεια ύδατα αποτελούν μια από τις κύριες πηγές των δημόσιων συστημάτων ύδρευσης, κυρίως για δημοτική χρήση. Οι κατακρημνίσεις διαχωρίζονται στην επιφανειακή απορροή και τη διήθηση στο έδαφος. Υπόγειο ύδωρ ονομάζεται το νερό, το οποίο βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Ένας υδροφορέας ( aquifer ), ο οποίος ονομάζεται επίσης υδροφόρο στρώμα ή λεκάνη και υδροφόρα ζώνη ή σχηματισμός, είναι ένας γεωλογικός σχηματισμός ή μια ομάδα σχηματισμών, η οποία περιέχει νερό και επιτρέπει σε ποσότητες νερού να κινούνται διαμέσου της. Ο όρος aquifer έχει λατινικές ρίζες aqui από το aqua που σημαίνει νερό και fer από το ferre που

14 σημαίνει φέρω. Το μέρος του σχηματισμού, στο οποίο δεν υπάρχει συμπαγής ύλη, ονομάζεται χώρος κενών ή πορώδες. Το πορώδες περιέχει τα υπόγεια ύδατα. Υπάρχουν συνδεδεμένα διάκενα, τα οποία λειτουργούν σαν στοιχειώδεις αγωγοί. Οι υπόγειοι σχηματισμοί, οι οποίοι περιέχουν νερό και βρίσκονται πάνω από αδιαπέραστα στρώματα, μπορούν να διαχωριστούν κάθετα σε δύο οριζόντιες ζώνες, τη ζώνη κορεσμού, στην οποία όλοι οι πόροι είναι γεμάτοι νερό και πάνω από αυτή, τη ζώνη αερισμού, στην οποία οι πόροι περιέχουν νερό και αέρα. Η ζώνη κορεσμού οριοθετείται στο πάνω μέρος από ένα υδροφόρο ορίζοντα, που ονομάζεται και φρεάτια επιφάνεια, στην οποία θεωρούμε ότι η πίεση είναι ατμοσφαιρική. Η ζώνη αερισμού, που βρίσκεται μεταξύ του υδροφόρου ορίζοντα και της επιφάνειας του εδάφους, αποτελείται από τρεις υποζώνες, την τριχοειδή ζώνη, την ενδιάμεση ρηχή ζώνη (ακόρεστη ζώνη ή ζώνη vadose ) και τη ζώνη εδαφικού νερού. Οι υδροφορείς διαχωρίζονται ως ακολούθως: Ένας περιορισμένος υδροφορέας (ή υδροφορέας υπό πίεση) είναι ο υδροφορέας, ο οποίος οριοθετείται στο πάνω και κάτω μέρος από αδιαπέρατους σχηματισμούς. Ένας φρεάτιος υδροφορέας (ή μη περιορισμένος υδροφορέας) είναι ο υδροφορέας, του οποίου το άνωόριο είναι ένας υδροφόρος ορίζοντας. Ένας ημιπεριορισμένος υδροφορέας ή υδροφορέας με διαρροή, περιορισμένος ή φρεάτιος υδροφορέας, ο οποίος μπορεί να παίρνει ή να χάνει νερό διαμέσου του υποκείμενου ή του υπερκείμενου σχηματισμου, ή και των δύο. Αυτοί οι χαμηλής διαπερατότητας σχηματισμοί, επιτρέπουν περιορισμένη εκφόρτιση από και προς τον υδροφορέα. Η υπεράντληση υπόγειων υδάτων από ένα παράκτιο υδροφορέα μειώνει τη στάθμη του γλυκού νερού, με αποτέλεσμα να εισρέει θαλασσινό νερό στον υδροφορέα - η διαδικασία αυτή είναι γνωστή σαν υφαλμύρωση. Η υφαλμύρωση υποβαθμίζει την ποιότητα του υδροφορέα και εμποδίζει τη μετέπειτα χρήση των υπόγειων υδάτων, καθώς, οι συμβατικές μέθοδοι διεργασίας νερού δεν αφαιρούν το αλάτι. Επιπλέον, το συνήθως μεγάλο χρονικό διάστημα παραμονής των υπόγειων υδάτων, σημαίνει ότι το θαλασσινό νερό μπορεί να παραμείνει στον υδροφορέα για δεκαετίες. Τυπικά, η υφαλμύρωση των υπόγειων υδάτων αντιμετωπίζεται με την κάλυψη της ζήτησης για γλυκό νερό από άλλες πηγές, συμπεριλαμβανομένης και της αφαλάτωσης παράκτιων υδάτων. Μεγάλες περιοχές των ακτών της Μεσογείου έχουν επηρεαστεί από την υφαλμύρωση, η οποία προκαλείται από την άντληση νερού για γεωργικούς σκοπούς και για τη δημόσια ύδρευση, για την οποία η ζήτηση αυξάνεται δραματικά λόγω του τουρισμού. Η ανάγκη για ένα ελεγχόμενο σύστημα για μελλοντική ύδρευση, με σεβασμό τόσο στην ποιότητα όσο και στην ποσότητα, είναι τεράστια. Σήμερα, υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον για την υπόγεια αποθήκευση ανακτήσιμου νερού, σαν μέρος ενός σχεδίου διαχείρισης των υδάτων. Ο όρος Τεχνητός Εμπλουτισμός Υδροφορέων ( MUS ) ή αειφόρος υπόγεια αποθήκευση, σημαίνει τον σκόπιμο εμπλουτισμό με νερό ενός υδροφορέα για μελλοντική επανάκτηση και χρήση, σαν μέρος ενός μακροχρόνιου σχεδίου διαχείρισης των υδάτινων πόρων.

15 Οι πηγές εμπλουτισμού μπορεί να είναι υδατορεύματα ή υπόγεια ύδατα, εγκαταστάσεις ανάκτησης νερού, όμβρια ύδατα ή άλλες πηγές και ο εμπλουτισμός μπορεί να γίνει με διάφορες μεθόδους, κυρίως μέσω πηγαδιών ή λεκανών διήθησης. Μετά την επανάκτηση, η οποία γίνεται κυρίως μέσω πηγαδιών, το νερό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πολλούς σκοπούς. Πολλά συστήματα εμπλουτισμού περιλαμβάνουν εγκαταστάσεις προεπεξεργασίας, που χρησιμοποιούνται πριν τον εμπλουτισμό, εγκαταστάσεις μετεπεξεργασίας, που χρησιμοποιούνται μετά την επανάκτηση και συστήματα ελέγχου του αποθηκευμένου νερού. Τα κύρια μέρη ενός τεχνητού συστήματος εμπλουτισμού είναι τα ακόλουθα: Η πηγή του νερού που θα αποθηκευτεί: υπάρχουν πολλές διαθέσιμες πηγές νερού, όπως τα επιφανειακά ύδατα, τα υπόγεια ύδατα, τα όμβρια ύδατα, τα επεξεργασμένα λύματα και το νερό που βρίσκεται κάτω από το στρώμα υδρογονανθράκων στα κοιτάσματα πετρελαίου. Η πηγή νερού που θα χρησιμοποιηθεί, εξαρτάται από τη διαθεσιμότητα, την ποιότητα, τη διάρκεια, την αξιοπιστία, καθώς και από τους νομικούς περιορισμούς. Νερά από διαφορετικές πηγές είναι δυνατό να έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά ποιότητας. Η μέθοδος εμπλουτισμού: οι κυριότερες μέθοδοι που έχουν αναπτυχθεί είναι οι λεκάνες διήθησης ή τα πηγάδια (πηγάδια στην ενδιάμεση ρηχή ζώνη, πηγάδια άμεσης εκφόρτισης και πηγάδια αποθήκευσης και ανάκτησης στον υδροφορέα). Η χρήση λεκανών διήθησης και πηγαδιών στην ενδιάμεση ρηχή ζώνη περιορίζεται στους φρεάτιους υδροφορείς. Τα κύρια κριτήρια σχεδιασμού είναι η διαθεσιμότητα γης, ο τύπος του υδροφορέα και ο έλεγχος των πλημμύρων. Η μέθοδος αποθήκευσης και η προσέγγιση διαχείρισης: η ικανότητα του υδροφορέα για αποθήκευση νερού είναι ένας από τους πιο σημαντικούς παράγοντες, που λαμβάνονται υπόψη κατά τη διαδικασία επιλογής του χώρου δημιουργίας ενός υπόγειου συστήματος αποθήκευσης. Ένας άλλος παράγοντας, είναι η βελτίωση ή η υποβάθμιση της ποιότητας του νερού που μπορεί να προκύψει κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης. Ο τρίτος παράγοντας, είναι οι επιπτώσεις που θα έχει στον υδροφορέα, όπως για παράδειγμα η απόφραξη των κενών. Άλλες μέθοδοι, όπως η αποθήκευση σε υπόγειες σπηλιές και σε εγκαταλειμμένα ορυχεία, έχουν χρησιμοποιηθεί κατά καιρούς. Η μέθοδος ανάκτησης: η ανάκτηση επιτυγχάνεται μέσω πηγαδιών εκφόρτισης ή πηγαδιών εμπλουτισμού και ανάκτησης ή μέσω φυσικής εκφόρτισης σε επιφανειακά υδάτινα σώματα. Οι φυσικές εκροές από τα υπόγεια ύδατα είναι οι διαρροές στη θάλασσα. Η τελική χρήση του ανακτημένου νερού: η τελική ποιότητα του νερού εξαρτάται από την τελική χρήση του αποθηκευμένου νερού. Κάποια επεξεργασία μπορεί να είναι απαραίτητη πριν από την τελική χρήση. Τα κυριότερα κριτήρια είναι η ποιότητα, η ποσότητα, η διάρκεια και η αξιοπιστία. Ο όρος υπεράντληση του νερού χρησιμοποιείται όταν, η άντληση υπόγειων υδάτων μέσω πηγαδιών, έχει σαν αποτέλεσμα ο ρυθμός πτώσης του υδροφόρου ορίζοντα να είναι μεγαλύτερος από το ρυθμό ανόδου κατά τον εμπλουτισμό.

16 1.1.5 Πάγοι Όπως έχει αναφερθεί και πιο πάνω, τα δύο τρίτα του γλυκού νερού στη Γη είναι δεσμευμένα σε παγετώνες και πάγους στους πόλους, τα οποία μπορούν να θεωρηθούν σαν πιθανή πηγή πόσιμου νερού. Ο πάγος είναι πιο καθαρός από το θαλασσινό νερό και σχεδόν πόσιμος, αλλά όταν λιώνει αναμιγνύεται με το θαλασσινό νερό και δε μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Τις τελευταίες δεκαετίες έχουν ακουστεί θεωρίες για άντληση γλυκού νερού από το Βόρειο Πόλο και την Ανταρκτική. Οι πάγοι των πόλων χάνουν κάθε χρόνο χιλιάδες κυβικά χιλιόμετρα πάγου υπό τη μορφή παγόβουνων. Η ποσότητα νερού από τα παγόβουνα, η οποία χάνεται στους ωκεανούς, αντιστοιχεί σε μεγάλο μέρος της ετήσιας παγκόσμιας κατανάλωσης γλυκού νερού. Το μέγεθος των παγόβουνων αυτών μπορεί να είναι εκατοντάδες χιλιόμετρα και η διάρκεια ζωής τους είναι περίπου δέκα χρόνια. Έτσι, είναι λογικό να ρυμουλκηθεί ένα παγόβουνο σε περιοχή, η οποία χρειάζεται γλυκό νερό. Σχήμα 1.2. Τραπεζοειδές παγόβουνο στην Ανταρκτική Έχουν προταθεί αρκετές μέθοδοι για απόκτηση νερού από τους πόλους. Αυτές οι μέθοδοι περιλαμβάνουν τη μεταφορά: (α) παγόβουνων σε εγκαταστάσεις ικανές να δεχτούν τεράστιες ποσότητες πάγου, (β) μεγάλων κομματιών πάγου, (γ) μικρότερων κομματιών πάγου και (δ) νερού, το οποίο παράγεται επιτόπου. Υπάρχουν πολλά προβλήματα που σχετίζονται με τη μεταφορά και τη συγκομιδή νερού. Μια από τις τεχνικές προκλήσεις είναι το πώς θα οδηγηθεί το παγόβουνο στον προορισμό του. Πρέπει να ληφθούν υπόψη αρκετοί περιορισμοί όπως, η ελαχιστοποίηση της ενέργειας και του χρόνου ταξιδιού και η μεγιστοποίηση της εναπομένουσας μάζας πάγου. Άλλα θέματα είναι το μέγεθος και το σχήμα του παγόβουνου, το κόστος μεταφοράς, οι καιρικές συνθήκες, η μέθοδος παραγωγής, ο ρυθμός λιωσίματος, οι διεθνείς επιπλοκές κλπ Συγκομιδή όμβριων υδάτων Οι φυσικοί υδάτινοι πόροι μπορούν να συμπληρωθούν και από άλλες πηγές όπως, τα όμβρια ύδατα, το ανακυκλωμένο νερό ή το αφαλατωμένο νερό. Καμιά από αυτές τις μεθόδους δε μειώνει τη χρήση νερού, αλλά έχουν τις προοπτικές για να μειώσουν την άντληση νερού από τις συμβατικές πηγές. Τα τελευταία χρόνια, αυτές οι εναλλακτικές πηγές έχουν επιδείξει καλύτερες προοπτικές για διασφάλιση της ύδρευσης και γίνονται όλο και πιο σημαντικές.

17 Τα όμβρια ύδατα είναι μια πηγή νερού καλής ποιότητας, το οποίο μπορεί να συλλεχθεί άμεσα. Η συγκομιδή όμβριων υδάτων είναι η διαδικασία, κατά την οποία το νερό της βροχής συλλέγεται, μεταφέρεται και αποθηκεύεται για μετέπειτα χρήση. Η ιδέα της συλλογής του νερού της βροχής υπάρχει από τα αρχαία χρόνια. Σε μερικές ξηρές περιοχές, το νερό της βροχής μπορεί να είναι η μοναδική διαθέσιμη ή οικονομική πηγή νερού. Σχήμα 1.3. Συγκομιδή όμβριων υδάτων από στέγη Η συγκομιδή όμβριων υδάτων μπορεί να διαχωριστεί σε δύο κατηγορίες: συγκομιδή από τις στέγες και συγκομιδή από το έδαφος. Η απορροή όμβριων υδάτων από τις στέγες μπορεί να ικανοποιήσει κάποιες ανάγκες του νοικοκυριού όπως, πότισμα κήπου, πλύσιμο αυτοκινήτου, τουαλέτα κλπ. Η απορροή από τη στέγη συλλέγεται σε μία υδρορροή και μέσω συστήματος σωληνώσεων οδηγείται σε δεξαμενή αποθήκευσης.. Η απόδοση ενός συστήματος συγκομιδής όμβριων υδάτων εξαρτάται από την ποσότητα της βροχόπτωσης, το μέγεθος της επιφάνειας συλλογής, τη χωρητικότητα της δεξαμενής και το επίπεδο ζήτησης του νοικοκυριού για νερό. Σε πολλές περιπτώσεις, ο περιορισμός δεν είναι η ποσότητα βροχόπτωσης, αλλά το μέγεθος της δεξαμενής αποθήκευσης. Τα συστήματα συγκομιδής όμβριων υδάτων από το έδαφος συλλέγουν το νερό της βροχής από το έδαφος σε λιμνούλες ή άλλους ταμιευτήρες, πριν αυτό φτάσει κάποιο υδατόρευμα. Μεγάλες ποσότητες όμβριων υδάτων μπορούν να συλλεχθούν σε ειδικά προετοιμασμένες επιφάνειες, οι οποίες έχουν μετατραπεί σε αδιαπέρατες περιοχές. Υλικά, όπως πλαστικό και σκυρόδεμα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για αυτό το σκοπό Ανακυκλωμένο νερό Οι φυσικοί υδάτινοι πόροι μπορούν επίσης να συμπληρωθούν με την επαναχρησιμοποίηση επεξεργασμένων λυμάτων από εργοστάσια επεξεργασίας υγρών αποβλήτων και γκρίζου νερού, δηλαδή, τα λύματα από τα νοικοκυριά εκτός από αυτά της τουαλέτας.

18 Σε Ευρωπαϊκό επίπεδο, δεν υπάρχουν επίσημοι ορισμοί ή κατευθυντήριες γραμμές, που να αφορούν τη χρήση επεξεργασμένων λυμάτων. Αντίθετα, στην Ε.Ε. υπάρχει μια ανομοιότητα στις τεχνικές επαναχρησιμοποίησης, αλλά υπάρχουν τουλάχιστον δύο οδηγίες για το περιβάλλον, οι οποίες θίγουν το ζήτημα: (α) η Οδηγία για την Επεξεργασία Αστικών Λυμάτων (91/271/ΕΟΚ) καθορίζει ότι τα επεξεργασμένα λύματα θα επαναχρησιμοποιούνται όπου είναι εφικτό και (β) η Οδηγία Πλαίσιο Περί Υδάτων(2000/60/ΕΚ) αναφέρεται σε έλεγχο των εκπομπών και σε μέτρα αποδοτικότητας και επαναχρησιμοποίησης, μεταξύ άλλων, στην προώθηση τεχνολογιών ορθολογικής χρήσης νερού στη βιομηχανία και τεχνικών εξοικονόμησης νερού στην άρδευση. Το ανακυκλωμένο νερό, το οποίο ονομάζεται επίσης επαναχρησιμοποιούμενο νερό, χρησιμοποιείται εδώ και χρόνια σε πολλά μέρη του κόσμου. Η Σιγκαπούρη, η Καλιφόρνια, η Φλώριδα, τα Ηνωμένα Αραβικά Εμιράτα και το Ισραήλ χρησιμοποιούν το ανακυκλωμένο νερό σαν σημαντικό μέρος της βελτίωσης της ασφάλειας της μελλοντικής ύδρευσης. Όταν επεξεργαστεί, όπως απαιτείται, το ανακυκλωμένο νερό μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρύτατα για άρδευση, βιομηχανικές διεργασίες (ψύξη), πότισμα πάρκων και γηπέδων γκολφ και στα νοικοκυριά (τουαλέτα, πλύσιμο αυτοκινήτου και πότισμα κήπου). Σε μερικές περιοχές, το ανακυκλωμένο νερό χρησιμοποιείται για ανθρώπινη κατανάλωση, είτε άμεσα, είτε έμμεσα. Τα άμεσα πόσιμα ανακυκλωμένα λύματα χρησιμοποιούνται για πόση μετά από επεξεργασία. Η άμεση επαναχρησιμοποίηση για πόση δε χρησιμοποιείται για μεγάλης κλίμακας δημόσια δίκτυα ύδρευσης. Στην έμμεση επαναχρησιμοποίηση για πόση το επεξεργασμένο νερό εκφορτίζεται σε λίμνη, ποτάμι ή υπόγεια ύδατα πριν εξαχθεί και επεξεργαστεί ξανά για χρήση. Τα ανακυκλωμένα λύματα χρειάζονται ιδιαίτερη προσοχή και συχνά, δαπανηρή επεξεργασία για να κατασταθούν πόσιμα. Το γκρίζο νερό είναι τα λύματα από τις ντουζιέρες, τις μπανιέρες, τους νιπτήρες, τα πλυντήρια και τις κουζίνες. Το γκρίζο νερό από τους νεροχύτες κουζίνας αποφεύγεται, καθώς είναι πιο μολυσμένο. Το γκρίζο νερό μπορεί να συλλεχθεί, να αποθηκευτεί και να χρησιμοποιηθεί για τις τουαλέτες και το πότισμα των κήπων (μη βρώσιμα φυτά). Η χρήση γκρίζου νερού για τις τουαλέτες και το πότισμα των κήπων έχει εφαρμοστεί με επιτυχία στην Κύπρο, μειώνοντας την κατά κεφαλή κατανάλωση νερού κατά 40%. Το 2007 οι κυβερνητικές επιδοτήσεις κάλυπταν το 75% του σχετικού κόστους Αφαλάτωση Σε μερικές περιοχές η λειψυδρία αποτελεί μεγάλο πρόβλημα για την ύδρευση. Η μετατροπή θαλασσινού ή υφάλμυρου νερού σε γλυκό νερό μπορεί να αποτελεί μια λύση, αλλά, νερό με ψηλές συγκεντρώσεις διαλυμένου αλατιού δεν είναι ούτε πόσιμο, ούτε κατάλληλο για τους περισσότερους σκοπούς. Η Ισπανία είναι ο μεγαλύτερος χρήστης τεχνολογιών αφαλάτωσης στο δυτικό κόσμο. Σε παγκόσμια κλίμακα, βρίσκεται στην τέταρτη θέση πίσω από τη Σαουδική Αραβία, τα Ηνωμένα Αραβικά Εμιράτα και το Κουβέιτ και στην πρώτη θέση όσον αφορά τη χρήση αφαλατωμένου νερού για τη γεωργία. Οι 700 μονάδες αφαλάτωσής της παράγουν m ³ νερού την ημέρα ή αρκετό για 8

19 εκατομμύρια ανθρώπους ( WWF, 2007 b ). Άλλες Μεσογειακές χώρες όπως, η Κύπρος, η Ελλάδα, η Ιταλία, η Μάλτα και η Πορτογαλία στηρίζονται όλο και περισσότερο στο αφαλατωμένο νερό σαν επιπλέον πόρο για τα δημόσια δίκτυα ύδρευσης και τη τροφοδοσία ξενοδοχειακών μονάδων σε ξηρές περιοχές. Η Μάλτα για παράδειγμα, στηρίζεται στην αφαλάτωση για το 57% της ύδρευσής της. Στην Κύπρο έχουν κατασκευαστεί δύο μόνιμες μονάδες αφαλάτωσης με παραγωγή m 3 /ημέρα και έχει επίσης τεθεί σε λειτουργία μια κινητή μονάδα αφαλάτωσης με παραγωγή m 3 /ημέρα. Αφαλάτωση γίνεται και σε περιοχές οι οποίες γενικά δε θεωρούνται ξηρές. Η εταιρεία υδάτων «Thames Water» του Λονδίνου, επενδύει αυτή τη στιγμή 300 εκατομμύρια Ευρώ για την κατασκευή της πρώτης μονάδας αφαλάτωσης της περιοχής. 1.2 Ταμιευτήρες Νερού Φράγματα Φράγμα είναι μια οποιαδήποτε κατασκευή, η οποία συγκρατεί νερό και χρησιμοποιείται κυρίως για την αποθήκευση, διαχείριση και/ή παρεμπόδιση της ροής νερού σε συγκεκριμένες περιοχές. Επιπλέον, μερικά φράγματα χρησιμοποιούνται για την παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας. Υδατοφράκτες μπορούν επίσης να δημιουργηθούν από φυσικές αιτίες, όπως η μετακίνηση μαζών ( mass wasting ) ακόμα και από ζώα όπως ο κάστορας.

20 Σχήμα 1.4. Φράγμα και ταμιευτήρας Ταμιευτήρας είναι μια τεχνητή λίμνη, της οποίας η πρωταρχική χρήση είναι η αποθήκευση νερού. Είναι το υδάτινο σώμα, το οποίο δημιουργείται από την κατασκευή ενός υδατοφράκτη. Το νερό αποθηκεύεται για μελλοντική χρήση όπως για παράδειγμα στα δημόσια δίκτυα ύδρευσης. Οι υδατοφράκτες μπορούν να λύσουν μερικά από τα προβλήματα που αναφέρθηκαν πιο πάνω (παράγραφος 1.1.2), αλλά η κατασκευή τους είναι υπερβολικά δαπανηρή για τις μικρές κοινότητες. Τα φράγματα διαχωρίζονται ανάλογα με το ύψος, το σκοπό ή την κατασκευή τους. Οι μεγάλοι υδατοφράκτες ονομάζονται φράγματα όταν έχουν ύψος μεγαλύτερο από μέτρα και υψηλά φράγματα όταν έχουν ύψος μεγαλύτερο από μέτρα. Τα φράγματα κατασκευάζονται συνήθως για να εξυπηρετούν πολλούς σκοπούς. Μπορούν να προσφέρουν έλεγχο των πλημμύρων, υδροηλεκτρική ενέργεια, νερό για άρδευση και ύδρευση, έργα ελέγχου της στάθμης για την πλοήγηση πλοίων και φορτηγίδων, χώρους αναψυχής κλπ. Μερικά φράγματα εξυπηρετούν μόνο ένα από αυτούς τους σκοπούς, αλλά τα περισσότερα προσφέρουν περισσότερες από μια υπηρεσίες. Με βάση την κατασκευή τους, τα φράγματα διαχωρίζονται σε φράγματα σκυροδέματος και χωμάτινα φράγματα. Τα φράγματα σκυροδέματος μπορεί να είναι τοξωτά, αντηριδωτά ή φράγματα βαρύτητας και για την κατασκευή τους απαιτούνται τεράστιες ποσότητες σκυροδέματος. Τα χωμάτινα φράγματα είναι κατασκευασμένα από πέτρες και χώμα και στο κέντρο της διατομής τους κατασκευάζεται ένας αδιαπέρατος πυρήνας, ώστε να αποφεύγεται η ροή του νερού μέσα από το σώμα τους. Τα ποτάμια μεταφέρουν φερτά, τα οποία παγιδεύονται στους ταμιευτήρες. Η καθίζηση αυτών έχει σαν αποτέλεσμα μια μεγάλη μείωση της χωρητικότητας του ταμιευτήρα. Ο καλύτερος τρόπος αποφυγής της εισροής φερτών σε ένα ταμιευτήρα, είναι η προσεκτική επιλογή της τοποθεσίας και λήψη προληπτικών μέτρων.

21 1.2.2 Λιμνοδεξαμενές Οι ταμιευτήρες εκτός ροής ποταμού είναι τεχνητές εκτάσεις αποθήκευσης που σκοπό έχουν τη συλλογή νερού, το οποίο αργότερα χρησιμοποιείται για ύδρευση, άρδευση κλπ. Οι ταμιευτήρες εκτός ροής ποταμού έχουν κάποια πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τους ταμιευτήρες ροής ποταμού όπως, η ευελιξία στην επιλογή τοποθεσίας, οι προοπτικές για μεταβαλλόμενη ανάπτυξη, η επιλεκτική ανάληψη νερού από πηγές και η μετατόπιση της περιβαλλοντικής αποδιοργάνωσης Λίμνες Η λίμνη είναι μια στάσιμη μάζα εσωτερικού επιφανειακού νερού. Θεωρείται ότι είναι μια έγκλειστη μάζα, συνήθως γλυκού νερού, η οποία είναι περιτριγυρισμένη από ξηρά, χωρίς άμεση πρόσβαση στη θάλασσα. Διαχωρίζουμε τις λίμνες, οι οποίες δημιουργήθηκαν από φυσικές διαδικασίες και ονομάζονται φυσικές λίμνες, από τις τεχνητές λίμνες, οι οποίες κατασκευάστηκαν από τον άνθρωπο με τη δημιουργία υδατοφρακτών και ονομάζονται επιφανειακοί ταμιευτήρες. Υπάρχουν επίσης πολλές ημι-τεχνητές λίμνες, δηλαδή, μικρές φυσικές λίμνες, οι οποίες έχουν μεγεθυνθεί τεχνητά. Οι φυσικές λίμνες είναι ένας πολύτιμος οικολογικός πόρος, ο οποίος ικανοποιεί πολλές ανθρώπινες ανάγκες. Οι φυσικές λίμνες σχηματίζονται από γεωλογικές διαδικασίες και μπορούν να διαχωριστούν σε πολλές κατηγορίες: παγετωνικές, τεκτονικές, ποτάμιες, παράκτιες, ηφαιστειακές, λίμνες απόφραξης, λίμνες κατολισθήσεων και καρστικές. Οι λίμνες δημιουργούνται σε φυσικές κοιλότητες. Οι λεκάνες τους είναι μάλλον ασύμμετρες και τροφοδοτούνται από αρκετά ποτάμια ή ρυάκια, κατακρημνίσεις και υπόγειες διαρροές. Κατά τη διάρκεια της εποχής των βροχοπτώσεων, οι λίμνες γεμίζουν με νερό, το οποίο στη συνέχεια απελευθερώνεται αργά, μειώνοντας με τον τρόπο αυτό τις πλημμύρες. Οι λίμνες μπορούν να εξαφανιστούν μέσω μακροπρόθεσμων φυσικών διαδικασιών, όπως είναι η καθίζηση, η εξάτμιση και η υπόγεια διαρροή ή εξαιτίας αποστράγγισης ή υπερεκμετάλλευσης από τον άνθρωπο. Υπάρχουν περισσότερες από φυσικές λίμνες, οι οποίες είναι μεγαλύτερες από 0.01 km 2 (1 εκτάριο) στην Ευρώπη. Από αυτές, περίπου το 80% με 90% είναι μικρές, με επιφάνεια από 0.01 μέχρι 0.1 km 2, ενώ περίπου έχουν επιφάνεια η οποία ξεπερνά το 1 km 2. Τα τρία τέταρτα των λιμνών βρίσκονται στη Νορβηγία, τη Σουηδία, τη Φιλανδία και τη Ρωσία. Εικοσιτέσσερις Ευρωπαϊκές λίμνες έχουν επιφάνεια μεγαλύτερη από400 km 2. Η μεγαλύτερη, η λίμνη Λαντόγκα, καλύπτει έκταση km 2 και βρίσκεται στο βορειοδυτικό τμήμα της Ρωσίας, μαζί με τη δεύτερη μεγαλύτερη λίμνη στην Ευρώπη, τη λίμνη Ονέγκα. Οι δύο αυτές λίμνες είναι πολύ μεγαλύτερες από τις υπόλοιπες ευρωπαϊκές λίμνες και ταμιευτήρες. Παρόλα αυτά, είναι μόλις η 18 η και 22 η μεγαλύτερη στον κόσμο. Η τρίτη μεγαλύτερη μάζα γλυκού νερού στην Ευρώπη είναι ο ταμιευτήρας Σαμάρα στο Βόλγα, με έκταση 6450 km 2. Υπάρχουν ακόμα 19 φυσικές λίμνες μεγαλύτερες από 400 km 2 και βρίσκονται στη Φιλανδία, Σουηδία, Εσθονία και το βορειοδυτικό τμήμα της Ρωσίας

22 καθώς επίσης και τρεις στην κεντρική Ευρώπη η λίμνη Μπάλατον, η λίμνη της Γενεύης (λίμνη Λεμάν) και η Μπόντενζε/λίμνη Κωνσταντία Νερόλακκοι Νερόλακκοι ονομάζονται οι πολύ μικρές λίμνες, οι οποίες σχηματίζονται μόνιμα ή κατά καιρούς στην επιφάνεια του εδάφους σε μια περιοχή. Οι υδατικοί πόροι από τους νερόλακκους είναι πολύ περιορισμένοι και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για γεωργικούς ή κτηνοτροφικούς σκοπούς. Παρόλα αυτά, σε μερικές απομακρυσμένες περιοχές, οι οποίες ταλαιπωρούνται από συχνή και έντονη ξηρασία, οι νερόλακκοι μπορεί να καταστούν χρήσιμοι υδάτινοι πόροι για τη διατήρηση δραστηριοτήτων σε οριακό επίπεδο Ταμιευτήρες υπόγειων νερών Ένας ταμιευτήρας υπόγειων υδάτων είναι ένας υπόγειος χώρος κορεσμένος με νερό. Τα υπόγεια ύδατα αποτελούν το υπόγειο τμήμα του υδρολογικού κύκλου (βλ. Παράγραφο 1.1.1). Σε αντίθεση με άλλους φυσικούς πόρους ή πρώτες ύλες, τα υπόγεια ύδατα υπάρχουν σε ολόκληρο τον πλανήτη. Οι πιθανότητες εξαγωγής τους διαφέρουν σημαντικά από τόπο σε τόπο εξαιτίας της βροχόπτωσης και της κατανομής των υδροφορέων (πετρώματα, στρώματα άμμου κλπ, στους πορώδεις χώρους των οποίων βρίσκεται το υπόγειο νερό). Γενικά, τα υπόγεια ύδατα ανανεώνονται μόνο κατά τη διάρκεια ενός μέρους του έτους, αλλά μπορούν να εξαχθούν όλο το χρόνο. Με την προϋπόθεση ότι, υπάρχει επαρκής αναπλήρωση και η πηγή προστατεύεται από τη ρύπανση, τα υπόγεια ύδατα αποτελούν ανεξάντλητο πόρο.

23 Σχήμα 1.5. Νερό από υπόγεια αποθέματα αντλείται στην επιφάνεια με ανεμόμυλο Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε το μέγεθος ενός ταμιευτήρα υπόγειων υδάτων, αλλά πρέπει να διαχωρίσουμε το γεωλογικό από το υδρολογικό μέγεθος. Το γεωλογικό μέγεθος είναι ο όγκος του ταμιευτήρα, ο οποίος έχει τη δυνατότητα να αποθηκεύει νερό, ενώ το υδρολογικό μέγεθος είναι ένα μέρος του γεωλογικού μεγέθους, στο οποίο η ροή του νερού επηρεάζεται από τη λειτουργία ενός ή περισσότερων πηγαδιών. Η ποσότητα των υπόγειων υδάτων, που περιέχει ένας υδροφορέας, εξαρτάται από τα κενά στον υδροφορέα, τα οποία γεμίζουν με νερό. Η διαπερατότητα είναι επίσης σημαντική. Το έδαφος και στρώματα πετρωμάτων προστατεύουν συνήθως τα υπόγεια ύδατα από την επιφανειακή ρύπανση. Σε μερικές περιοχές, τα υπόγεια ύδατα μπορεί να περιέχουν μεγάλες ποσότητες φυσικών ουσιών, οι οποίες περιορίζουν τη χρήση τους. Για παράδειγμα, σε ένα υδροφορέα μπορεί να διεισδύσει θαλασσινό νερό. Τα υπόγεια ύδατα μπορεί επίσης να περιέχουν διαλυτές φυσικές ουσίες, όπως το αρσενικό, το φθόριο, νιτρικά ή θειικά, τα οποία περιορίζουν ή και εμποδίζουν ακόμα την άμεση χρήση τους λόγω ανησυχιών για τη δημόσια υγεία Ταμιευτήρες ρύθμισης πίεσης Η ρύθμιση της πίεσης σε ένα σύστημα διανομής ήταν πάντα ένα σοβαρό πρόβλημα στο σχεδιασμό ενός συστήματος διανομής νερού. Μια παλιά, παραδοσιακή μέθοδος ήταν να τοποθετούν τις δεξαμενές σε ψηλό υψόμετρο μέσα στην περιοχή που εξυπηρετούσε το σύστημα. Αυτή είναι μια άκαμπτη λύση με μεγάλο βαθμό

24 αξιοπιστίας. Σήμερα, με τα τεχνολογικά άλματα που έχουν γίνει όσον αφορά ρυθμιστές πίεσης, οι περισσότεροι ταμιευτήρες ρύθμισης πίεσης έχουν αντικατασταθεί από τις κατάλληλες ηλεκτρονικές βαλβίδες. Παρόλα αυτά, οι ταμιευτήρες ρύθμισης πίεσης μπορούν ακόμα να αποτελέσουν τη λύση στις περιπτώσεις περιορισμένης παρακολούθησης ή και συντήρησης στο σύστημα διανομής. Η στάθμη του νερού στον ταμιευτήρα μπορεί να θεωρηθεί σαν ένα σταθερό ποσό ενέργειας, το οποίο εισάγεται σε ένα σύστημα. Πρέπει να υπάρχει πάντα ένας μηχανισμός εκροής, ο οποίος θα διασφαλίζει την ασφαλή εκροή του νερού σε περίπτωση βλάβης στο σύστημα του ταμιευτήρα Ταμιευτήρες/Δεξαμενές Οι ταμιευτήρες και οι δεξαμενές, χρησιμοποιούνται για να προσφέρουν αποθηκευτικό χώρο, να ικανοποιούν τις μεταβολές της ζήτησης, να προσφέρουν αποθέματα νερού για σκοπούς πυρόσβεσης και άλλα επείγοντα περιστατικά και για να εξισώνουν τις πιέσεις στο σύστημα διανομής. Οι πιο κοινές αποθηκευτικές εγκαταστάσεις είναι οι υπερυψωμένες δεξαμενές, αλλά υπάρχουν και άλλα είδη ταμιευτήρων και δεξαμενών, συμπεριλαμβανομένων των υπόγειων ταμιευτήρων και των ανοικτών ή κλειστών ταμιευτήρων. Τα υλικά κατασκευής τους είναι το σκυρόδεμα και ο χάλυβας. Ένα θέμα, το οποίο έχει προκαλέσει μεγάλο ενδιαφέρον, είναι η ανανέωση του νερού στις εγκαταστάσεις αποθήκευσης. Μεγάλο μέρος του όγκου του νερού στις εγκαταστάσεις αποθήκευσης φυλάγεται για σκοπούς πυρόσβεσης, οπότε, μπορεί να υπάρξουν προβλήματα γήρανσης και ανάμιξης του νερού. Το δεύτερο, μπορεί να προκαλέσει διαστρωμάτωση και/ή μεγάλες ζώνες στάσιμων νερών στον όγκο του νερού Υδατόπυργοι Ένας υδατόπυργος είναι ένας ταμιευτήρας ή μια δεξαμενή, η οποία είναι τοποθετημένη πάνω σε ένα κτίσμα, που μοιάζει με πύργο, στην κορυφή μιας περιοχής με ψηλό υψόμετρο, σε μέρος όπου η πίεση του νερού κάτω από άλλες συνθήκες, δε θα ήταν αρκετή για να διανεμηθεί το νερό με ομοιόμορφη πίεση. Οι υδατόπυργοι πρέπει να καθαρίζονται και να αποστειρώνονται σε τακτά διαστήματα, διαφορετικά μπορεί να συγκεντρωθούν και να αναπτυχθούνν βακτήρια.

25 Σχήμα 1.6. Υδατόπυργος Δεξαμενές υποστατικών Οι δεξαμενές των κατοικιών πρέπει να βρίσκονται όσο πιο κοντά γίνεται στα σημεία ζήτησης και προσφοράς, για να μειωθεί η απόσταση, στην οποία μεταφέρεται το νερό και να προστατεύονται, αν είναι δυνατό, από την άμεση ηλιακή ακτινοβολία. Πριν τη διανομή, είναι απαραίτητο να γίνεται κάποια διεργασία διήθησης και απολύμανσης για να διασφαλιστεί η υγεία και η ασφάλεια. Η διεργασία αυτή απομακρύνει τα ιζήματα και τα παθογόνα που προκαλούν ασθένειες από το αποθηκευμένο νερό. 1.3 Κύριο δίκτυο μεταφοράς Κύριοι αγωγοί υπό πίεση Ένα σύστημα σωληνώσεων για μεταφορά νερού περιλαμβάνει τρία διαφορετικά είδη σωλήνων: (α) τον κύριο αγωγό, ο οποίος μεταφέρει το νερό από τις εγκαταστάσεις επεξεργασίας σε μεγάλους ταμιευτήρες αποθήκευσης. Αποτελείται από μεγάλους σωλήνες, συνήθως με διάμετρο από 300 mm μέχρι 1000 mm, ανάλογα με το μέγεθος του πληθυσμού, τις τοπικές συνθήκες και την απαραίτητη παροχή για πυροσβεστικούς σκοπούς, (β) τις δευτερεύουσες σωληνώσεις, οι οποίες τοποθετούνται μετά τον ταμιευτήρα και οδεύουν κατά μήκος των κεντρικών δρόμων της κοινότητας και (γ) τους σωλήνες κατά μήκος των κατοικημένων δρόμων. Οι σωλήνες πρέπει να είναι κατασκευασμένοι για να αντέχουν τις καταπονήσεις που δημιουργούνται από τις εσωτερικές και εξωτερικές πιέσεις, τις αλλαγές στην ταχύτητα κίνησης του νερού, τα εξωτερικά φορτία και τις μεταβολές της θερμοκρασίας. Η εσωτερική πίεση δημιουργείται από τη στατική πίεση και το υδραυλικό πλήγμα. Το υδραυλικό πλήγμα μπορεί να μειωθεί με τη χρήση βαλβίδων αργού κλεισίματος, βαλβίδων ανακούφισης, αεροθαλάμων και πύργων αναπάλσεως. Μια αλλαγή στην κατεύθυνση ή στο μέγεθος της ταχύτητας ροής συνοδεύεται από αλλαγή στην ποσότητα κίνησης του κινουμένου νερού. Μεγάλες

26 μεταβολές στη θερμοκρασία μπορούν να προκαλέσουν διαμήκεις καταπονήσεις. Οι σωλήνες τοποθετούνται σε ορύγματα που αργότερα επιχωματώνονται. Έτσι, πάνω στο σωλήνα ασκούνται κατακόρυφα φορτία Κανάλια και τάφροι Οι τεχνητοί αγωγοί για μεταφορά νερού διαχωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες, τους με ροή με ελεύθερη επιφάνεια και τους αγωγούς υπό πίεση. Αναπόφευκτα, κάποια ποσότητα νερού χάνεται από όλα τα είδη των αγωγών εξαιτίας των διαρροών, της διήθησης, της απορρόφησης και της εξάτμισης Σήραγγες Οι γραμμές μεταφοράς νερού παίρνουν κάποιες φορές τη μορφή σηράγγων, κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, σε πετρώδεις περιοχές κλπ. Στις περιπτώσεις που δεν είναι ούτε πρακτικό, ούτε οικονομικό να τοποθετηθούν σωλήνες ή να δημιουργηθεί ανοικτό κανάλι, επιλέγονται οι σήραγγες. Οι σήραγγες είναι κατάλληλες για περάσματα σε βουνά και σε διασταυρώσεις με ποτάμια. Οι σήραγγες μπορούν να λειτουργούν υπό πίεση ή σαν αγωγοί ελεύθερης ροής (εν μέρει πλήρη) Μεταφορά νερού με πλοία Σε πολύ ακραίες περιπτώσεις, όταν δεν υπάρχει καθόλου νερό και δεν υπάρχουν άλλες διαθέσιμες, συμβατικές πηγές, μπορεί να είναι απαραίτητο να μεταφερθεί to νερό με δεξαμενόπλοια από άλλη πηγή, η οποία βρίσκεται πολύ μακριά από το σημείο που θα χρησιμοποιηθεί το νερό. Όταν τέτοιες μεταφορές απαιτούν ταξίδι μέσω θάλασσας,χρησιμοποιούνται συνήθως μηχανοκίνητα δεξαμενόπλοια νερού ή φορτηγίδες. Νησιά, τα οποία ταλαιπωρούνται συχνά από ανομβρίες, θα πρέπει να μελετήσουν την κατασκευή μόνιμων εγκαταστάσεων εκφόρτωσης, συμπεριλαμβανομένων και αποθηκευτικών χώρων,σαν μέρος των δικτύων διανομής νερού. Η θαλάσσια μεταφορά νερού περιλαμβάνει τη φυσική μεταφορά νερού από μια τοποθεσίασε άλλη μέσω θάλασσας, με τη χρήση φορτηγίδων ή άλλων παρόμοιων δεξαμενόπλοιων. Οι φορτηγίδες πρέπει να περιλαμβάνουν δεξαμενές αποθήκευσης κατάλληλου μεγέθους,για να μεγιστοποιείται η αξία του όγκου του νερού, που μεταφέρεται, σε σχέση μετο κόστος μεταφοράς. Οι δεξαμενές αποθήκευσης πρέπει να είναι κατάλληλα κατασκευασμένεςκαι καθαρές για να αποφεύγεται η μόλυνση του νερού γενικά, θα πρέπει να είναι χώροι οι οποίοι χρησιμοποιούνται μόνο για αυτό το σκοπό και να αποφεύγεται η μεταφορά άλλωνυγρών με αυτά. Οι φορτηγίδες μπορεί να είναιαυτοκινούμενες ή να ρυμουλκούνται από άλλο σκάφος, όπως για παράδειγμα έναρυμουλκό πλοίο. Όταν η φορτηγίδα φτάσει στο κατάλληλο λιμάνι, αγκυροβολεί και τονερό μεταφέρεται με αντλίες σε δεξαμενές αποθήκευσης ή σε άλλα οχήματα στηνξηρά. Η προστασία της ποιότητας του πόσιμου νερού, που μεταφέρεται, είναιμεγίστης σημασίας και η ποιότητα του νερού θα πρέπει να ελέγχεται συνεχώς. Το κύριο λειτουργικό πρόβλημα, το οποίο προκύπτει από τη χρήση θαλάσσιων σκαφών,είναι οι καθυστερήσεις λόγω των καιρικών συνθηκών. Το δεύτερο πιο

27 συχνό πρόβλημα, είναι οι βλάβες στα σκάφη. Η μεταφορά νερού με πλοία είναι, γενικά, πιο δαπανηρή από άλλες εναλλακτικές. Παρόλα αυτά, αυτή η μορφή θαλάσσιας μεταφοράς, είναι χρήσιμη σε περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης. Η λύση για χαμηλού κόστους μεταφορά νερού με φορτηγίδα ή δεξαμενόπλοιο, είναι η συνεχής, μακροπρόθεσμη μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων νερού με μεγάλα δεξαμενόπλοια. Με αυτό τον τρόπο, μειώνεται σημαντικά το κόστος του νερού που μεταφέρεται. Για να είναι, όμως, αποτελεσματικό αυτό το είδος μεταφοράς, πρέπει να υπάρχουν πολύ αποδοτικές εγκαταστάσεις φόρτωσης και εκφόρτωσης. Αυτή η μέθοδος μεταφοράς νερού είναι κατάλληλη για τις περισσότερες παράκτιες περιοχές, στις οποίες υπάρχουν οι κατάλληλες εγκαταστάσεις για να αγκυροβολήσουν οι φορτηγίδες και η υποδομή για αποθήκευση ή διανομή του νερού μετά την εκφόρτωση. Για να γίνει πιο αποδοτική η μεταφορά νερού με θαλάσσια σκάφη, θα πρέπει να υπάρχει υποδομή, η οποία να επιτρέπει την άμεση διανομή του νερού στους καταναλωτές, μόλις η φορτηγίδα φτάσει στο λιμάνι. Αυτό απαιτεί την παρουσία αντλιών, εγκαταστάσεων επεξεργασίας ή απολύμανσης και γραμμών διανομής στο λιμάνι. Πλεονεκτήματα Η τεχνολογία δεν απαιτεί υψηλά εξειδικευμένο προσωπικό για τη λειτουργία της. Μπορεί να είναι συμφέρουσα σε σύγκριση με το κόστος των διαθέσιμων εναλλακτικών. Μειονεκτήματα Υπάρχει μια χρονική καθυστέρηση πριν την εφαρμογή. Ο χρόνος που χρειάζεται για να ναυλωθεί ένα πλοίο είναι γενικά 3 με 6 μήνες. Οι εργασίες επηρεάζονται από τις καιρικές συνθήκες. Το κόστος μεταφοράς είναι ψηλό και σε πολλές περιπτώσεις απαγορευτικό. Ο χρόνος μεταφοράς είναι σχετικά μεγάλος. Μπορεί να είναι δύσκολο να εξασφαλιστεί η ποιότητα του νερούστο σημείο χρήσης, εξαιτίας πιθανής ανάμιξης με θαλασσινό νερό και/ή μόλυνσης κατά τη μεταφορά. 1.4 Εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού Εισαγωγή Το ακατέργαστο νερό προέρχεται από επιφανειακές και υπόγειες πηγές και μεταφέρεται σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας, όπου μετατρέπεται σε πόσιμο με τη βελτίωση των φυσικών, χημικών και βιολογικών χαρακτηριστικών του. Μετά την προστασία των πηγών, οι επόμενοι φραγμοί ενάντια στη μόλυνση του συστήματος πόσιμου νερού, είναι οι διαδικασίες επεξεργασίας νερού συμπεριλαμβανομένης της απολύμανσης και της φυσικής αφαίρεσης των προσμείξεων. Ο βαθμός επεξεργασίας που απαιτείται για να γίνει πόσιμο το νερό, εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του ακατέργαστου νερού, τα σχετικά πρότυπα για το πόσιμο νερό, τις διαδικασίες επεξεργασίας που χρησιμοποιούνται και τα χαρακτηριστικά του συστήματος διανομής.

28 Το νερό δεν πρέπει να έχει γεύση ή οσμή, η οποία να ενοχλεί τους καταναλωτές. Για να διαπιστώσουν την ποιότητα του πόσιμου νερού, οι καταναλωτές βασίζονται κυρίως στις αισθήσεις τους. Μικροβιακά, χημικά και φυσικά συστατικά του νερού είναι δυνατό να επηρεάσουν την εμφάνιση, τη μυρωδιά ή τη γεύση του νερού και ο καταναλωτής θα εκτιμήσει την ποιότητα και το κατά πόσο το νερό είναι αποδεκτό, στη βάση αυτών των κριτηρίων. Παρόλο που αυτές οι ουσίες μπορεί να μην έχουν καμιά άμεση επίπτωση στην υγεία, νερό το οποίο είναι θολό, έχει χρώμα ή έχει κάποια δυσάρεστη οσμή ή γεύση, μπορεί να θεωρηθεί μη ασφαλές από τους καταναλωτές και να απορριφθεί. Σε ακραίες περιπτώσεις, οι καταναλωτές μπορεί να αποφύγουν το αισθητικά μη αποδεκτό, αλλά κατά τα άλλα ασφαλές πόσιμο νερό και να προτιμήσουν πιο ευχάριστες αλλά δυνητικά επικίνδυνες πηγές. Για αυτό το λόγο, είναι καλό να λαμβάνονται υπόψη οι αντιλήψεις του καταναλωτή και να ικανοποιούνται κριτήρια που αφορούν τόσο την υγεία, όσο και την αισθητική, όταν εξετάζονται οι πηγές πόσιμου νερού και δημιουργούνται κανονισμοί και πρότυπα. Αλλαγές στη συνήθη εμφάνιση, οσμή ή γεύση του νερού, μπορεί να σηματοδοτούν αλλαγές στην ποιότητα της πηγής του ακατέργαστου νερού ή ανεπάρκειες στις διαδικασίες επεξεργασίας και θα πρέπει να διερευνηθούν. Το κρύο νερό είναι, γενικά, πιο εύγευστο από το ζεστό νερό και η θερμοκρασία θα έχει επιπτώσεις στην αποδοχή άλλων ανόργανων συστατικών και χημικών προσμείξεων, οι οποίες μπορούν να επηρεάσουν τη γεύση. Η υψηλή θερμοκρασία στο νερό ευνοεί την ανάπτυξη μικροοργανισμών και μπορεί να επιδεινώσει προβλήματα που σχετίζονται με τη γεύση, την οσμή, το χρώμα και τη διάβρωση. Οι κατευθυντήριες γραμμές της Ευρωπαϊκής Ένωσης (Ε.Ε) και του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας (Π.Ο.Υ), γενικά, ακολουθούνται στις περισσότερες χώρες του κόσμου σαν κριτήρια για την ποιότητα του πόσιμου νερού. Εκτός από αυτές τις κατευθυντήριες γραμμές, κάθε χώρα ή περιοχή ή υπηρεσία παροχής νερού μπορεί να έχει τις δικές του επιπλέον κατευθυντήριες γραμμές, οι οποίες διασφαλίζουν ότι οι χρήστες έχουν πρόσβαση σε ασφαλές πόσιμο νερό. Οι πιο κοινές διαδικασίες επεξεργασίας, οι οποίες χρησιμοποιούνται για να καταστεί το νερό κατάλληλο για ανθρώπινη κατανάλωση (βλ. Πίνακα 1.2) είναι: Αρχική εσχάρωση Αποθήκευση Εσχάρωση ή μικροεσχάρωση Αερισμός Κροκίδωση Συσσωμάτωση Καθίζηση Διήθηση Ρύθμιση ph Απολύμανση Αποσκλήρυνση Απομάκρυνση της ιλύος

29 Γεύση As +3 As +5 Cr +3 Cr +6 NO - 3 NO - Ολική 2 ΠΟΕ Σκληρότητα Mn σκληρότητα Cl- Χρώμα Οσμή Αερισμός x x Κροκίδωση Καθίζηση xo x x xo x Διήθηση Αποσκλήρυνση με ασβέστη Χημική οξείδωση και απολύμανση xo x x x x Διεργασίες με μεμβράνες Νανοδιήθηση x x x x Αντίστροφη όσμωση x x x x x x x x x x Ηλεκτροδιάλυση x x x x x x x x x Ιοντοανταλλαγή x x x x x x x Απορρόφηση Κοκκώδης ενεργός άνθρακας Κονιορτοποιημένος ενεργός άνθρακας Ενεργή αλουμίνα x x x x x Πίνακας 1.2. Διαδικασίες επεξεργασίας ικανές να αφαιρέσουν προσμείξεις Η βιβλιογραφία περιλαμβάνει κυρίως εργαστηριακές έρευνες, μελέτες σε πιλοτικές μονάδες επεξεργασίας και πλήρους κλίμακας μελέτες για τις διαδικασίες επεξεργασίας νερού. Πολλές από τις διεργασίες που περιγράφονται, είναι σχεδιασμένες για μεγάλες εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού και μπορεί να μην είναι κατάλληλες για μικρότερες. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η επιλογή της τεχνολογίας που θα χρησιμοποιηθεί, πρέπει να γίνεται ανάλογα με την περίπτωση. Οι πληροφορίες αφορούν πιθανότατα την «καλύτερη περίπτωση», αφού τα δεδομένα έχουν συλλεχθεί σε συνθήκες εργαστηρίου ή σε μία προσεκτικά ελεγχόμενη εγκατάσταση για τους σκοπούς του πειράματος. Η πραγματική απόδοση της διαδικασίας εξαρτάται από τη συγκέντρωση χημικών στο ακατέργαστο νερό και γενικά, στην ποιότητα του ακατέργαστου νερού. Για παράδειγμα, η χλωρίωση και η απομάκρυνση οργανικών χημικών και παρασιτοκτόνων με τη χρήση ενεργού άνθρακα ή με οζονοποίηση θα διαταραχτεί, αν υπάρχουν μεγάλες συγκεντρώσεις φυσικών οργανικών υλών. Για πολλές προσμείξεις, πολλές διαφορετικές διαδικασίες θα μπορούσαν να είναι κατάλληλες και η επιλογή μεταξύ των επεξεργασιών θα πρέπει να γίνεται με γνώμονα την τεχνική πολυπλοκότητα και το κόστος, λαμβάνοντας υπόψη τις τοπικές συνθήκες. Οι μεμβράνες, για παράδειγμα, μπορούν να αφαιρέσουν ένα ευρύ φάσμα χημικών, αλλά υπάρχουν πιο απλές και λιγότερο δαπανηρές τεχνικές, οι οποίες μπορούν να είναι αποτελεσματικές για την αφαίρεση των περισσότερων χημικών. Είναι σύνηθες να x x

30 χρησιμοποιείται μια σειρά μονάδων διεργασίας για να επιτευχθεί η επιθυμητή ποιότητα νερού (π.χ. συσσωμάτωση, καθίζηση, διύλιση, κοκκώδης ενεργός άνθρακας, χλωρίωση). Κάθε μια από αυτές συμβάλλει στην απομάκρυνση χημικών. Η χρήση ενός συνδυασμού διεργασιών (π.χ. οζονοποίηση σε συνδυασμό με κοκκώδη ενεργό άνθρακα) για την αφαίρεση συγκεκριμένων χημικών, μπορεί να έχει τεχνικά και οικονομικά πλεονεκτήματα. Η αποτελεσματικότητα των διεργασιών πρέπει να εκτιμάται με τη διεξαγωγή εργαστηριακών ή πιλοτικών ελέγχων στο ακατέργαστο νερό. Οι έλεγχοι αυτοί, πρέπει να έχουν αρκετή διάρκεια για να μπορέσουν να αναγνωρίσουν τυχόν εποχιακές ή άλλες παροδικές διαφοροποιήσεις στις συγκεντρώσεις προσμείξεων και την αποδοτικότητα της διεργασίας. Συνεπώς: «Δεν υπάρχει μια και μοναδική λύση (επιλογή διεργασιών) για όλους τους τύπους νερού». Είναι επίσης δύσκολο να τυποποιηθεί η λύση σε μορφή διεργασιών για νερό από διαφορετικές πηγές. Πρέπει να διεξαχθούν μελέτες επεξεργασιμότητας για κάθε πηγή νερού, σε διαφορετικές εποχές, για να επιλεχθούν οι πιο κατάλληλες διεργασίες. Πρέπει να αναγνωριστεί ότι, κάθε δίκτυο παροχής νερού, έχει τα δικά του, συγκεκριμένα κριτήρια για το πόσιμο νερό Διεργασίες που χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία πόσιμου νερού Αρχική εσχάρωση Αποθήκευση Για να προστατευτεί η εγκατάσταση επεξεργασίας, το νερό περνά πρώτα από μια σειρά σχαρών, οι οποίες είναι κατασκευασμένες για να αφαιρούν φύλλα, χαρτί, πέτρες, ξύλα και άλλα αιωρούμενα και επιπλέοντα στερεά. Οι εσχάρες αφαιρούνται συχνά για να καθαριστούν ή πλένονται με αντλίες υψηλής πίεσης για να προληφθεί το φράξιμο. Μετά, το νερό αποθηκεύεται σε δεξαμενες, όπου η ποιότητά του βελτιώνεται Εσχάρωση Πριν από την κύρια επεξεργασία, το νερό περνά ξανά μέσα από σχάρες με μικράδιάκενα, οι οποίες είναι σχεδιασμένες για να αφαιρούν στερεά σωματίδια Αερισμός Οι διεργασίες αερισμού είναι σχεδιασμένες για να αφαιρούν αέρια και πτητικές ενώσεις μέσω αεροδιαχωρισμού. Η μεταφορά οξυγόνου, συνήθως, μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση μιας απλής διάχυσης αέρα στο νερό, χωρίς να υπάρχει ανάγκη για περίπλοκο εξοπλισμό. Ο αεροδιαχωρισμός βελτιώνει το ρυθμό της φυσικής διαδικασίας της εξάτμισης, αυξάνοντας την επιφάνεια επαφής μεταξύ αέρα και νερού, για να αφαιρεθούν οι πτητικές ενώσεις από το νερό. Η αφαίρεση αερίων ή πτητικών ενώσεων όμως, μπορεί να απαιτεί εξειδικευμένες εγκαταστάσεις, οι οποίες να προσφέρουν ψηλό βαθμό μαζικής μεταφοράς από την υγρή στην αέρια φάση. Για τη μεταφορά οξυγόνου, οι φυσητήρες είναι κατασκευασμένοι με τέτοιο τρόπο, ώστε η ροή του νερού να γίνεται μέσω μιας λεπτής μεμβράνης για να επιτυγχάνεται αποδοτική μεταφορά μάζας. Εναλλακτικά, μπορεί να διαχυθεί συμπιεσμένος αέρας διαμέσου ενός συστήματος διάτρητων σωλήνων. Αυτοί οι τύποι φυσητήρων, χρησιμοποιούνται για οξείδωση και καθίζηση σιδήρου και μαγγανίου. Ο αεροδιαχωρισμός, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την

31 αφαίρεση πτητικών οργανικών ενώσεων (π.χ. διαλύτες), μερικών ενώσεων που προκαλούν γεύση και οσμή καιραδονίου Χημική κατακρήμνιση Η συσσωμάτωση και η κροκίδωση είναι μόνο δύο από τα πολλά στάδια που ακολουθούνται, για να φτάσει το ακατέργαστο νερό τα αποδεκτά πρότυπα. (α) Κροκίδωση Η διεργασία που βασίζεται στη χημική κροκίδωση, είναι η πιο κοινή προσέγγιση για επεξεργασία επιφανειακών υδάτων και στηρίζεται σχεδόν πάντα στις ακόλουθες μονάδες διεργασίας. Χημικά κροκιδωτικά, συνήθως άλατα αλουμινίου ή σιδήρου, προστίθενται στο ακατέργαστο νερό κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες, για να σχηματιστεί ένα στερεό, ιξώδες μεταλλικό υδροξείδιο. Τα συσσωματώματα, που δημιουργούνται, απομακρύνουν επιπλέοντες και διαλυμένες προσμείξεις με μηχανισμούς εξουδετέρωσης φορτίων, απορρόφησης και παγίδευσης. Η αποτελεσματικότητα της διαδικασίας κροκίδωσης εξαρτάται από την ποιότητα του ακατέργαστου νερού, το κροκιδωτικό ή τα κροκιδωτικά βοηθήματα που χρησιμοποιούνται και λειτουργικούς παράγοντες όπως, τις συνθήκες ανάμιξης, τη δόση κροκιδωτικού και το ph.στη συνέχεια, τα συσσωματώματα αφαιρούνται από το επεξεργασμένο νερό με διεργασίες διαχωρισμού υγρού στερεού, όπως καθίζηση ή επίπλευση και/ή διήθηση με φίλτρα άμμου ή φίλτρα πίεσης. Η αποτελεσματική λειτουργία της διαδικασίας κροκίδωσης εξαρτάται από την επιλογή της βέλτιστης δόσης κροκιδωτικού και επίσης, από την τιμή του ph. Η απαιτούμενη δόση και το ph μπορούν να καθοριστούν με τη διεξαγωγή ελέγχων κροκίδωσης μικρής κλίμακας, οι οποίοι συχνά ονομάζονται Jar tests. Αυξανόμενες δόσεις κροκιδωτικών προστίθενται σε δείγματα ακατέργαστου νερού, τα οποία αναδεύονται και στη συνέχεια αφήνονται να καθιζάνουν. Η βέλτιστη δόση είναι αυτή που αφαιρεί επαρκώς το χρώμα και τη θολότητα το βέλτιστο ph μπορεί να καθοριστεί με παρόμοιο τρόπο. Αυτοί οι έλεγχοι πρέπει να διεξάγονται με επαρκή συχνότητα για να διαπιστώνονται οι αλλαγές στην ποιότητα του ακατέργαστου νερού και συνεπώς στην απαιτούμενη ποσότητα κροκιδωτικού. Κατά την κροκίδωση, μπορεί να προστεθεί στο νερό κονιορτοποιημένος ενεργός άνθρακας ( PAC ), για να απορροφήσει οργανικές ενώσεις, όπως μερικά υδρόφοβα παρασιτοκτόνα. Ο ενεργός άνθρακας θα αφαιρεθεί σαν μέρος των συσσωματωμάτων και θα απορριφθεί με τη λάσπη (ιλύς). Τα συσσωματώματα μπορούν να αφαιρεθούν με καθίζηση, για να μειωθεί ο όγκος των στερεών που καταλήγει στα φίλτρα άμμου. Η καθίζηση, συνήθως, επιτυγχάνεται σε δεξαμενές οριζόντιας ροής ή αντιδραστήρες στιβάδας. Εναλλακτικά, οι τολύπες μπορούν να αφαιρεθούν χρησιμοποιώντας επίπλευση με διαλυμένο αέρα, κατά την οποία, τα στερεά έρχονται σε επαφή με φυσαλίδες αέρα, οι οποίες προσκολλώνται στους τολύπες, οδηγώντας τους στην επιφάνεια της δεξαμενής, από όπου συλλέγονται περιοδικά, υπό μορφή στρώματος λάσπης. Το επεξεργασμένο νερό περνά μέσα από φίλτρα άμμου, για να αφαιρεθούν τα εναπομείναντα στερεά. Το διηθημένο νερό μπορεί να περάσει από ακόμα ένα στάδιο επεξεργασίας, όπως επιπλέον οξείδωση και διήθηση (για την αφαίρεση μαγγανίου), οζονοποίηση και/ή προσρόφηση κοκκώδη ενεργού άνθρακα (για αφαίρεση παρασιτοκτόνων και άλλων οργανικών ενώσεων), πριν την τελική απολύμανση και την είσοδο του επεξεργασμένου νερού στο δίκτυο διανομής. Η κροκίδωση είναι κατάλληλη για την αφαίρεση ορισμένων

32 βαριών μετάλλων και χαμηλής διαλυτότητας οργανικών χημικών, όπως παρασιτοκτόνα με οργανοχλωρίνες. Όσον αφορά άλλα οργανικά χημικά, η κροκίδωση είναι γενικά αναποτελεσματική, εκτός και αν το χημικό είναι προσκολλημένο σε χουμικά υλικά ή απορροφημένο σε σωματίδια. (β) Συσσωμάτωση Τα υλικά και τα σωματίδια, τα οποία βρίσκονται στο πόσιμο νερό (πηλός, οργανικά υλικά, μέταλλα, μικροοργανισμοί), συνήθως είναι πολύ μικρά και έτσι δε θα καθιζάνουν χωρίς βοήθεια. Για να βοηθηθεί η διαδικασία καθίζησης, προστίθενται στο νερό κατάλληλες ενώσεις, με αποτέλεσμα τα αιωρούμενα σωματίδια να προσκολλούνται σε αυτές τις ενώσεις και να δημιουργούν μεγάλα και βαρύτερα σωματίδια. Το νερό αναδεύεται απαλά, με μεγάλα κουπιά, για να διανεμηθεί το κροκιδωτικό. Η διαδικασία αυτή διαρκεί περίπου 25 λεπτά. Η συσσωμάτωση είναι η διαδικασία, κατά την οποία το νερό αναδεύεται αργά και έχει σαν αποτέλεσμα τη διανομή του κροκιδωτικού, την αύξηση του μεγέθους των συσσωματωμάτων και την προσκόλλησή τους σε άσωματίδια για τη δημιουργία μεγαλύτερων σωματιδίων, τα οποία θα καθιζάνουν εύκολα. Ο σκοπός είναι η δημιουργία συσσωμάτων με κατάλληλο μέγεθος, πυκνότητα και σκληρότητα, τα οποία να μπορούν να αφαιρεθούν αποτελεσματικά με καθίζηση και διήθηση. Η δημιουργία τους εξαρτάται από το ρυθμό με τον οποίο γίνονται οι συγκρούσεις μεταξύ των σωματιδίων και τη σταθερότητα τους μετά τις συγκρούσεις Καθίζηση Όταν το νερό είναι ακίνητο ή κινείται με μικρή ταχύτητα, τα αιωρούμενα σωματίδια κατασταλάζουν στον πυθμένα. Συνήθως, χρησιμοποιούνται δύο βασικές διεργασίες καθίζησης, η καθίζηση οριζόντιας ροής και η καθίζηση ανοδικής ροής. Η αποτελεσματική απομάκρυνση των μεγαλύτερων συσσωματωμάτων με καθίζηση βοηθά στην παραγωγή καλύτερης ποιότητας διηθημένου νερού και υποβοηθά τη λειτουργία των φίλτρων. Ο χρόνος παρακράτησης είναι ο μέσος όρος του χρόνου που χρειάζεται, για να περάσει το νερό από τη δεξαμενή καθίζησης. Αν η δεξαμενή είναι κατάλληλα σχεδιασμένη, επιτυγχάνεται η απομάκρυνση ενός μεγάλου ποσοστού των αιωρούμενων σωματιδίων Διύλιση Τα σωματίδια μπορούν να αφαιρεθούν από το ακατέργαστο νερό με τη χρήση φίλτρων βαρύτητας, οριζόντιων φίλτρων, φίλτρων πίεσης ή φίλτρων άμμου. Το νερό περνά απόμια σειρά φίλτρων, τα οποία παγιδεύουν και αφαιρούν τα σωματίδια που παρέμειναν στο νερό. Για να συμπληρωθεί αυτή η διαδικασία, χρησιμοποιούνται συνήθως στρώματα άμμου ή ξυλάνθρακα. Η διήθηση με φίλτρα άμμου είναι μια βιολογική επεξεργασία, ενώ οι υπόλοιπες μέθοδοι διήθησης είναι φυσικές επεξεργασίες. Τα φίλτρα βαρύτητας, τα οριζόντια φίλτρα και τα φίλτρα πίεσης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για άμεση διήθηση του ακατέργαστου νερού, χωρίς προεπεξεργασία. Τα φίλτρα βαρύτητας και τα φίλτρα πίεσης, χρησιμοποιούνται συνήθως για να διηθήσουν νερό, το οποίο έχει υποστεί επεξεργασίες κροκίδωσης και καθίζησης. Μια εναλλακτική διαδικασία είναι η άμεση διήθηση, κατά την οποία προστίθεται στο νερό κροκιδωτικό και μετά περνά κατευθείαν από τα φίλτρα, όπου αφαιρούνται τα συσσωματώματα (μαζί με τις

33 προσμείξεις) η χρήση της άμεσης διήθησης περιορίζεται από τη χωρητικότητα του φίλτρου για αποθήκευση στερεών. Φίλτρα βαρύτητας Τα φίλτρα βαρύτητας αποτελούνται συνήθως από μια ανοικτή, ορθογώνια δεξαμενή, η οποία περιέχει πυριτική άμμο (εύρος μεγέθους mm ) σε βάθος μεταξύ 0.6 και 2 μέτρων. Το νερό έχει κάθετη ροή και τα στερεά συγκεντρώνονται στα ανώτερα στρώματα της άμμου. Ο ρυθμός ροής είναι γενικά 4 20 m 3 / m 2 /ώρα. Το επεξεργασμένο νερό συλλέγεται από στόμια που βρίσκονται στον πυθμένα του φίλτρου. Τα στερεά που συγκεντρώνονται, απομακρύνονται περιοδικά με τη χρήση κατεργασμένου νερού, ενώ, μερικές φορές, προηγείται πλύσιμο της άμμου με αέρα. Παράγεται αραιωμένη ιλύς, η οποία πρέπει να απομακρυνθεί. Εκτός από τα φίλτρα άμμου, χρησιμοποιούνται φίλτρα διπλού στρώματος ή φίλτρα πολλαπλών στρωμάτων. Αυτά τα φίλτρα συνδυάζουν διαφορετικά υλικά, με αποτέλεσμα η κατασκευή τους να μετατρέπεται από χονδροειδής σε λεπτή, καθώς το νερό περνά μέσα από το φίλτρο. Χρησιμοποιούνται υλικά με κατάλληλη πυκνότητα, για να επιτευχθεί ο διαχωρισμός των διάφορων στρωμάτων μετά από ανάστροφη πλύση. Ένα τυπικό παράδειγμα φίλτρου διπλού στρώματος είναι το φίλτρο ανθρακίτη άμμου, το οποίο αποτελείται, συνήθως, από ένα στρώμα ανθρακίτη με κόκκους μεγέθους 1.5 mm και βάθους 0.2 m, πάνω από ένα στρώμα πυριτικής άμμου, βάθους 0.6 m. Ο ανθρακίτης, η άμμος και ο λυχνίτης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε φίλτρα πολλαπλών στρωμάτων. Το πλεονέκτημα των φίλτρων διπλού στρώματος είναι ότι, υπάρχει πιο αποτελεσματική χρήση ολόκληρου του βάθους της κλίνης για τη συγκράτηση σωματιδίων ο ρυθμός ανάπτυξης του ύψους τριβών, μπορεί να είναι μέχρι και ο μισός σε σύγκριση με τα φίλτρα ενός στρώματος, γεγονός το οποίο επιτρέπει μεγαλύτερους ρυθμούς ροής χωρίς να υπάρχει αύξηση του ύψους απωλειών. Τα φίλτρα βαρύτητας χρησιμοποιούνται συνήθως για την αφαίρεση συσσωματωμάτων από κροκιδωμένο νερό. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν, επίσης, για να μειώσουν τη θολότητα (συμπεριλαμβανομένων και απορροφημένων χημικών) και το οξειδωμένο σίδηρο και μαγγάνιο από το ακατέργαστο νερό. Χαλικόφιλτρα Τα χαλικόφιλτρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν φίλτρα προεπεξεργασίας πριν από την εφαρμογή άλλων επεξεργασιών, όπως, για παράδειγμα, η διήθηση με φίλτρα άμμου. Τα χαλικόφιλτρα με μέσο διήθησης το χοντρό χαλίκι ή θραυστό υλικό μπορούν να επεξεργαστούν επιτυχώς, νερό με αυξημένη θολότητα. Το κύριο πλεονέκτημα της διήθησης με τα φίλτρα αυτά είναι ότι, ενώ το νερό περνά από το φίλτρο, τα σωματίδια απομακρύνονται τόσο μέσω της διήθησης, όσο και μέσω της καθίζησης λόγω βαρύτητας. Τα οριζόντια φίλτρα μπορούν να έχουν μήκος μέχρι και 10 m και λειτουργούν σε ρυθμούς διήθησης m 3 / m 2 /ώρα. Φίλτρα πίεσης Τα φίλτρα πίεσης χρησιμοποιούνται μερικές φορές, όταν είναι απαραίτητο να διατηρηθεί η πίεση και να αποφευχθεί η χρήση αντλιών στο δίκτυο διανομής. Η κλίνη του φίλτρου βρίσκεται σε κυλινδρικό κέλυφος. Μικρά φίλτρα πίεσης, με δυνατότητα επεξεργασίας περίπου 15 m 3 /ώρα, μπορούν να κατασκευαστούν από

34 πλαστικό ενισχυμένο με γυαλί. Μεγαλύτερα φίλτρα πίεσης, με διάμετρο μέχρι και 4 m, κατασκευάζονται από ειδικά επικαλυμμένο ατσάλι. Η λειτουργία και η αποδοτικότητά τους είναι, γενικά, η ίδια με των φίλτρων βαρύτητας και παρόμοιες εγκαταστάσεις είναι απαραίτητες για τον καθαρισμό τους και την απομάκρυνση της ιλύος. Φίλτρα άμμου βραδείας διύλισης Τα φίλτρα άμμου βραδείας διύλισης αποτελούνται, συνήθως, από δεξαμενές, οι οποίες περιέχουν άμμο (εύρος αποτελεσματικού μεγέθους mm ), σε βάθος μεταξύ 0.5 και1.5 m. Το ακατέργαστο νερό ρέει προς τα κάτω και η θολότητα και οι μικροοργανισμοί αφαιρούνται, αρχικά, στα πρώτα εκατοστά της άμμου. Στην επιφάνεια του φίλτρου αναπτύσσεται ένα βιολογικό υμένιο, γνωστό σαν «schmutzdecke» («στρώμα βρωμιάς» στα γερμανικά), το οποίο μπορεί να συμβάλει στην αφαίρεση μικροοργανισμών. Το επεξεργασμένο νερό συλλέγεται στον πυθμένα του φίλτρου με στραγγιστήρια ή σωληνώσεις. Το ανώτερο στρώμα άμμου (μερικά εκατοστά), το οποίο περιέχει τα συσσωρευμένα στερεά, περιοδικά αφαιρείται και αντικαθίσταται. Τα φίλτρα άμμου λειτουργούν με ρυθμούς ροής νερού μεταξύ0.1 και 0.3 m 3 / m 2 /ώρα. Τα φίλτρα άμμου είναι κατάλληλα μόνο για χαμηλής θολότητας ή προ-διηθημένο νερό. Χρησιμοποιούνται για την αφαίρεση φυκιών και μικροοργανισμών, συμπεριλαμβανομένων πρωτόζωων και, αν έχει προηγηθεί εσχάρωση ή διήθηση με χαλικόφιλτρο, για μείωση της θολότητας (συμπεριλαμβανομένων απορροφημένων χημικών). Η διήθηση με φίλτρα άμμου είναι αποτελεσματική για την αφαίρεση οργανικών ενώσεων, συμπεριλαμβανομένων ορισμένων παρασιτοκτόνων και της αμμωνίας Ρύθμιση ph Το νερό σε ένα δίκτυο διανομής δεν πρέπει να είναι ούτε διαβρωτικό ( ph <7, όξινο νερό), ούτε αλκαλικό ( ph >7).Νερό με ph <7 μπορεί να προκαλέσει διάβρωση των σωληνώσεων και των εγκαταστάσεων, που θα έχει σαν αποτέλεσμα δαπανηρή συντήρηση ή μεταφορά διαβρωτικών υλικών τους καταναλωτές. Στην περίπτωση αυτή, το σύστημα διανομής και αποθήκευσης, πρέπει να είναι κατασκευασμένο από τα κατάλληλα υλικά (π.χ. PVC, πολυαιθυλένιο). Νερό με ph >7 προκαλεί απόθεση αλάτων και μπορεί να έχει σαν αποτέλεσμα μειωμένη αποδοτικότητα και δυσλειτουργία των βαλβίδων, μετρητών κλπ Απολύμανση Η σημαντικότητα της απολύμανσης είναι αδιαμφισβήτητη για την παροχή ασφαλούς πόσιμου νερού. Η καταστροφή μικροβιακών παθογόνων είναι απαραίτητη και συχνά συμπεριλαμβάνει τη χρήση αντιδραστικών χημικών παραγόντων, όπως το χλώριο. Η απολύμανση είναι ένα αποτελεσματικό μέτρο προστασίας ενάντια σε πολλά παθογόνα (ειδικά βακτήρια) κατά την επεξεργασία πόσιμου νερού και πρέπει να χρησιμοποιείται σε επιφανειακά και υπόγεια ύδατα που έχουν μολυνθεί με κόπρανα. Η υπολειμματική απολύμανση χρησιμοποιείται για να προσφέρει μερική προστασία ενάντια σε χαμηλού επιπέδου μόλυνση και ανάπτυξη μέσα στο σύστημα διανομής. Η χημική απολύμανση πόσιμου νερού, το οποίο έχει μολυνθεί από κόπρανα, θα μειώσει γενικά τον κίνδυνο ασθενειών, αλλά δε θα κάνει απαραίτητα το νερό ασφαλές για κατανάλωση. Η απολύμανση μπορεί

35 επίσης, να μην είναι αποτελεσματική ενάντια σε παθογόνα που βρίσκονται μέσα σε συσσωματώματα ή σωματίδια, τα οποία τα προστατεύουν από τη δράση του απολυμαντικού. Υψηλά επίπεδα θολότητας μπορούν να προστατεύσουν τους μικροοργανισμούς από την απολύμανση, να υποβοηθήσουν την ανάπτυξη βακτηρίων και να αυξήσουν σημαντικά την ανάγκη για χλώριο. Μια αποτελεσματική ολική στρατηγική διαχείρισης ενσωματώνει πολλαπλά επίπεδα προστασίας, συμπεριλαμβανομένης προστασίας της πηγής του νερού και κατάλληλες διεργασίες επεξεργασίας, καθώς και προστασία κατά την αποθήκευση και διανομή, σε συνδυασμό με απολύμανση, για να προληφθεί ή να καταπολεμηθεί η μικροβιακή μόλυνση. Η χρήση χημικών απολυμαντικών κατά την επεξεργασία του νερού έχει, συνήθως, σαν αποτέλεσμα, τη δημιουργία χημικών παραπροϊόντων. Παρόλα αυτά, οι κίνδυνοι για την υγεία από αυτά τα παραπροϊόντα είναι πολύ μικροί, σε σχέση με τους κινδύνους που σχετίζονται από την ανεπαρκή απολύμανση και είναι πολύ σημαντικό να μη διακυβεύεται η απολύμανση στην προσπάθεια να ελεγχθούν αυτά τα παραπροϊόντα. Μερικά απολυμαντικά, όπως το χλώριο, μπορούν εύκολα να παρακολουθούνται και να ελέγχονται, όταν χρησιμοποιούνται σαν απολυμαντικά πόσιμου νερού και η συχνή παρακολούθηση επιβάλλεται όταν γίνεται χλωρίωση. Η απολύμανση δεν πρέπει να διακυβεύεται στην προσπάθεια να ελεγχθούν τα παραπροϊόντα από την απολύμανση. Οι πιο κοινές μέθοδοι απολύμανσης είναι: η χλωρίωση, η χλωραμίνωση, η χρήση διοξειδίου του χλωρίου, η προσθήκη όζοντος, η υπεριώδης ακτινοβολία και οι προχωρημένες διεργασίες οξείδωσης. (α) Χλωρίωση Η χλωρίωση μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση υγροποιημένου αερίου χλωρίου, διάλυμα υποχλωριώδους νατρίου ή κόκκους υποχλωριώδους ασβεστίου και επί τόπου γεννητριών χλωρίου. Το υγροποιημένο αέριο χλωρίου περιέχεται σε δοχεία υπό πίεση. Το αέριο αποσύρεται από τον κύλινδρο και εισάγεται στο νερό από ένα χλωριωτή, ο οποίος ελέγχει και ταυτόχρονα μετρά το ρυθμό ροής του αερίου. Το διάλυμα υποχλωριώδους νατρίου προστίθεται στο νερό με τη χρήση ηλεκτρικής αντλίας θετικής εκτόπισης ή βαρυτικού συστήματος τροφοδοσίας. Το υποχλωριώδες ασβέστιο πρέπει να διαλυθεί στο νερό και μετά να προστεθεί στο σύστημα διανομής. Το χλώριο, είτε είναι στη μορφή αερίου σε κύλινδρο, είτε υποχλωριώδες νάτριο ή υποχλωριώδες ασβέστιο, διαλύεται στο νερό και σχηματίζει υποχλωριώδες οξύ ( HOCI ) και υποχλωριώδη ιόντα ( OCl -). Μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφορες τεχνικές χλωρίωσης, συμπεριλαμβανομένης της πλήρους οξείδωσης, της οριακής χλωρίωσης και τηςυπερχλωρίωσης/αποχλωρίωσης. Η πλήρης οξείδωση είναι μια μέθοδος, κατά την οποία η δόση χλωρίου είναι αρκετή για να οξειδώσει γρήγορα όλο το αμμωνιακό άζωτο στο νερό και να αφήσει αρκετό ελεύθερο υπολειμματικό χλώριο, για να προστατεύσει το νερό ενάντια στην επιμόλυνση, από τη χλωρίωση μέχρι τη χρήση. Η υπερχλωρίωση/αποχλωρίωση είναι η προσθήκη μεγάλης δόσης χλωρίου για να προκληθεί γρήγορα απολύμανση και χημική αντίδραση, ακολουθούμενη από την αφαίρεση του επιπλέον ελεύθερου υπολειμματικού χλωρίου. Η αφαίρεση του επιπλέον χλωρίου είναι απαραίτητη, για να προληφθούν προβλήματα στη γεύση. Χρησιμοποιείται, κυρίως, όταν το βακτηριακό φορτίο είναι ευμετάβλητο ή όταν ο χρόνος παραμονής στη δεξαμενή δεν είναι αρκετός. Η οριακή χλωρίωση χρησιμοποιείται όταν το νερό είναι υψηλής ποιότητας και είναι η απλή προσθήκη

36 χλωρίου, για να παραχθεί το επιθυμητό επίπεδο ελεύθερου υπολειμματικού χλωρίου. Η ανάγκη για χλώριο σε τέτοιο νερό είναι πολύ περιορισμένη και μπορεί να μη γίνει καν πλήρης οξείδωση. Η χλωρίωση χρησιμοποιείται κυρίως για απολύμανση μικροβίων. Το χλώριο, όμως, δρα επίσης σαν οξειδωτικό και μπορεί να: αφαιρέσει ή να βοηθήσει στην αφαίρεση μερικών χημικών, όπως για παράδειγμα, στην αποσύνθεση παρασιτοκτόνων που οξειδώνονται εύκολα, όπως το aldicarb να οξειδώσει διαλυμένες ενώσεις (π.χ. μαγγάνιο ( II ))για να δημιουργηθούν αδιάλυτα προϊόντα, τα οποία μπορούν να αφαιρεθούν μετά με διήθηση και να οξειδώσει διαλυμένες ενώσεις, σε μορφές που αφαιρούνται πιο εύκολα. Ένα μειονέκτημα του χλωρίου είναι η ικανότητά του να αντιδρά με φυσικές οργανικές ενώσεις. Η δημιουργία παραπροϊόντων, όμως, μπορεί να ελεγχθεί με τη βελτιστοποίηση του συστήματος επεξεργασίας. (β) Χλωραμίνωση Οι χλωραμίνες (μονοχλωραμίνη, διχλωραμίνη και «τριχλωραμίνη» ή τριχλωρίδιο του υδρογόνου), παράγονται από την αντίδραση υδατικού χλωρίου με αμμωνία. Η μονοχλωραμίνη είναι το μόνο χρήσιμο απολυμαντικό από τις χλωραμίνες και οι συνθήκες που χρησιμοποιούνται για χλωραμίνωση είναι σχεδιασμένες για να παράγουν μόνο μονοχλωραμίνη. Η μονοχλωραμίνη δεν είναι τόσο αποτελεσματικό απολυμαντικό όσο το ελεύθερο χλώριο, αλλά είναι επίμονη και για αυτό το λόγο, αποτελεί ένα ελκυστικό δευτερεύον απολυμαντικό για τη συντήρηση ενός σταθερού συστήματος διανομής. (γ) Διοξείδιο του χλωρίου Ιστορικά, το διοξείδιο του χλωρίου δε χρησιμοποιούνταν ευρέως για την απολύμανση πόσιμου νερού, παρόλα αυτά, τα τελευταία χρόνια έχει αρχίσει να χρησιμοποιείται λόγω ανησυχίας για την παραγωγή τριαλογονομεθανίων ( THM ) από την απολύμανση με χλώριο. Τυπικά, το διοξείδιοτου χλωρίου παράγεται αμέσως πριν τη χρήση, με την προσθήκη αέριου χλωρίου ή ενός διαλύματος υδατικού χλωρίου σε υδατικό χλωριώδες νάτριο. Το διοξείδιο του χλωρίου αποσυντίθεται στο νερό και παράγει χλωριώδη και χλωρικά ιόντα. Καθώς το χλώριο δεν οξειδώνει τα βρωμιούχα (κατά την απουσία ηλιακού φωτός), η επεξεργασία νερού με το διοξείδιο του χλωρίου δε θα παράγει βρωμοφόρμιο ή βρωμικά ιόντα. (δ) Προσθήκη όζοντος Το όζον είναι ένα ισχυρό οξειδωτικό και έχει πολλές εφαρμογές στην επεξεργασία του νερού, συμπεριλαμβανομένης και της οξείδωσης οργανικών χημικών ενώσεων. Το όζον μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν πρωτεύον απολυμαντικό. Το όζον ( O 3 ), δημιουργείται με το πέρασμα ξηρού αέρα ή οξυγόνου διαμέσου ενός ηλεκτρικού πεδίου υψηλής τάσης. Ο πλούσιος σε όζον αέρας που δημιουργείται, διοχετεύεται απευθείας στο νερό με πορώδεις διαχύτες στη βάση δεξαμενών επαφής με διάφραγμα. Η δεξαμενή επαφής προσφέρει χρόνο επαφής λεπτά. Πρέπει να είναι δυνατή η καταστροφή τουλάχιστον 80% του όζοντος που προστίθεται, ενώ το υπόλοιπο περιέχεται στα απαέρια, τα οποία περνούν από καταστροφέα όζοντος και απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα. Η αποτελεσματικότητα της οζόνωσης στηρίζεται στην επίτευξη της επιθυμητής συγκέντρωσης, μετά από ένα δεδομένο χρονικό διάστημα επαφής. Για την οξείδωση οργανικών χημικών ενώσεων, όπως

37 μερικών δυνάμενων να οξειδωθούν παρασιτοκτόνων, χρησιμοποιείται, συνήθως, ένα υπόλειμμα 0.5 mg /λίτρο, μετά από διάστημα επαφής 20 λεπτών. Για να επιτευχθεί αυτό, η απαραίτητη δόση διαφοροποιείται ανάλογα με τον τύπο του νερού, αλλά γενικά, είναι στο εύρος 2-5 mg /λίτρο. Για ακατέργαστο νερό είναι απαραίτητες μεγαλύτερες δόσεις, εξαιτίας του όζοντος που χρειάζονται οι φυσικές οργανικές ενώσεις. Το όζον αντιδρά με τις φυσικές οργανικές ενώσεις και αυξάνει τη βιοδιασπασιμότητά τους, η οποία μετριέται σαν αφομοιώσιμος οργανικός άνθρακας. Για να αποφευχθεί η ανεπιθύμητη ανάπτυξη βακτηρίων στο σύστημα διανομής, η οζόνωση ακολουθείται συνήθως από επεξεργασία, όπως διήθηση ή κοκκώδη ενεργό άνθρακα, για να αφαιρεθούν οι βιοδιασπώμενες οργανικές ενώσεις και από υπολειμματική χλωρίωση, καθώς δεν προσφέρει υπολειμματικό απολυμαντικό. Το όζον είναι αποτελεσματικό για την καταστροφή μεγάλου φάσματος παρασιτοκτόνων και άλλων οργανικών χημικών. (ε) Υπεριώδης ακτινοβολία (UV) Η χρήση υπεριώδους ακτινοβολίας για την επεξεργασία πόσιμου νερού περιορίζεται γενικά στις μικρές εγκαταστάσεις. Η υπεριώδης ακτινοβολία, η οποία εκπέμπεται από μια λάμπα υδραργύρου χαμηλής πίεσης, είναι βιοκτόνα σε μήκη κύματος που κυμαίνονται μεταξύ 180 και 320 νανομέτρων ( nm ). Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την καταστροφή πρωτόζωων, βακτηρίων, βακτηριοφάγων, βλαστομυκήτων, ιών, μυκήτων και μικροφυκιών. Η θολότητα μπορεί να επηρεάσει την απολύμανση με υπεριώδη ακτινοβολία. Η υπεριώδης ακτινοβολία, μπορεί να δράσει σαν ισχυρός καταλύτης σε αντιδράσεις οξείδωσης, όταν χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με το όζον Αποσκλήρυνση Η σκληρότητα, η παρουσία δηλαδή, πολυδύναμων κατιόντων, ειδικά ασβεστίου ( Ca +2 ) και σε μικρότερο βαθμό μαγνησίου ( Mg +2 ), δεν προκαλεί προβλήματα στην υγεία. Περιγράφεται συνήθως, σαν η αντίστοιχη ποσότητα ανθρακικού ασβεστίου ( mg / L CaCO 3 ), η οποία κατατάσσει το νερό από «μαλακό» σε «πολύ σκληρό». Ανάλογα με το ph και την αλκαλικότητα, μπορεί να δημιουργήσει άλατα στους σωλήνες και ειδικά σε συστήματα θέρμανσης. Το μαλακό νερό, με σκληρότητα μικρότερη από περίπου100 mg /λίτρο, έχει μικρή ρυθμιστική ικανότητα και μπορεί να είναι πιο διαβρωτικό για τους σωλήνες νερού. Ο βαθμός σκληρότητας του νερού, παρόλα αυτά, μπορεί να επηρεάσει την αποδοχή του από τους καταναλωτές, εξαιτίας της γεύσης και της παρουσίας αλάτων. Η σκληρότητα, που προκαλείται από το ασβέστιο και το μαγνήσιο, υποδεικνύεται από την ιζηματοποίηση των καταλοίπων σαπουνιού και την ανάγκη για χρήση περισσότερου σαπουνιού για να επιτευχθεί καθαριότητα. Η αποδοχή του βαθμού σκληρότητας από το κοινό μπορεί να διαφέρει σημαντικά από κοινότητα σε κοινότητα, ανάλογα με τις τοπικές συνθήκες. Συγκεκριμένα, είναι πιθανόν οι καταναλωτές να προσέξουν αλλαγές στη σκληρότητα. Το κατώτερο όριο γεύσης για τα ιόντα ασβεστίου είναι μεταξύ mg /λίτρο και εξαρτάται από το σχετικό ανιόν και το κατώτερο όριο γεύσης για το μαγνήσιο είναι πιθανότατα πιο χαμηλό από αυτό του ασβεστίου. Σε μερικές περιπτώσεις, οι καταναλωτές ανέχονται σκληρότητα νερού μεγαλύτερη από 500 mg /λίτρο. Τα υπόγεια ύδατα μπορεί να περιέχουν υψηλά επίπεδα σκληρότητας, ειδικά σε ζώνες δολομίτη.

38 Το σκληρό νερό μπορεί να τύχει επεξεργασίας με διάφορους τρόπους. Η αφαίρεση της σκληρότητας από το νερό, η οποία ονομάζεται αποσκλήρυνση, μπορεί να επιτευχθεί με: αποσκλήρυνση με ασβέστη, ιοντοανταλλαγή, προσθήκη οξέως και προσθήκη χημικών ενώσεων φωσφορικού άλατος. Οι δύο τελευταίες μέθοδοι δεν αφαιρούν τη σκληρότητα, αλλά μειώνουν τα προβλήματα που προκύπτουν από τη χρήση σκληρού νερού. Η επεξεργασία με ασβέστη για τη μείωση της σκληρότητας περιλαμβάνει την προσθήκη ένυδρου ασβέστη [ Ca ( OH ) 2 ] σε σκληρό νερό, για να αφαιρεθεί η ανθρακική σκληρότητα με ιζηματοποίηση, ενώ το ίζημα αφαιρείται με διήθηση. Η μη ανθρακική σκληρότητα, από την άλλη πλευρά, μειώνεται με την προσθήκη ανθρακικού νατρίου ( Na 2 CO 3 ), το οποίο δημιουργεί μη διαλυτό ίζημα, που αφαιρείται και πάλι με διήθηση. Αυτή η συγκεκριμένη μέθοδος για μείωση της σκληρότητας χρησιμοποιείται μερικές φορές από τα δημόσια εργοστάσια επεξεργασίας νερού, για να μειώσουν την ποσότητα ασβεστίου και μαγνησίου στο νερό. Παρόλο που η μέθοδος είναι αρκετά αποτελεσματική για τη μείωση της σκληρότητας, δεν αποτελεί διεργασία πλήρους αφαίρεσης. Η επεξεργασία με ανθρακικό νάτριο είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική, αν το νερό περιέχει διττανθρακική (προσωρινή) σκληρότητα. Όταν το ασβέστιο και το μαγνήσιο βρίσκονται κυρίως σε ενώσεις χλωρίου και φωσφορικές ενώσεις, η διεργασία αυτή δεν είναι τόσο αποτελεσματική. Ο ένυδρος ασβέστης χρησιμοποιείται για να αφαιρέσει το διττανθρακικό ασβέστιο από το νερό. Στο νερό, το οποίο πρόκειται να τύχει επεξεργασίας, τα ιόντα του ένυδρου ασβέστη αντιδρούν με το διττανθρακικό ασβέστιο και δημιουργούν το πολύ χαμηλής διαλυτότητας ανθρακικόασβέστιο. Αυτό το ιζηματοποιημένο υλικό αφαιρείται πρώτα με καθίζηση και μετά με διήθηση. Για να αφαιρεθεί το μαγνήσιο, χρησιμοποιείται επιπλέον ασβέστης. Αυτή η διεργασία έχει απλά αντικαταστήσει το μαγνήσιο με ασβέστιο. Αν μετά προστεθεί ανθρακικόνάτριο στο νερό, το ασβέστιο θα ιζηματοποιηθεί σαν ανθρακικό ασβέστιο. Η ιοντοανταλλαγή είναι η διαδικασία, κατά την οποία ιόντα με το ίδιο φορτίο, ανταλλάσσονται μεταξύ της φάσεως του νερού και της φάσεως της στερεάς ρητίνης. Η αποσκλήρυνση του νερού επιτυγχάνεται με την ανταλλαγή κατιόντων. Το νερό περνά από μια κλίνη με κατιονική ρητίνη και τα ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου στο νερό αντικαθίστανται από ιόντα νατρίου. Όταν η ρητίνη ιοντοανταλλαγής εξαντλείται (δηλαδή, εξαντλούνται τα ιόντα νατρίου), αναγεννιέται με τη χρήση ενός διαλύματος χλωριούχου νατρίου. Η διαδικασία της απαλκαλίωσης μπορεί επίσης να αποσκληρύνει το νερό. Το νερό περνά από μια κλίνη ελαφρώς όξινης ρητίνης και τα ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου αντικαθίστανται από ιόντα υδρογόνου. Το ιόντα υδρογόνου αντιδρούν με τα ανθρακικά και διττανθρακικά ιόντα και παράγουν διοξείδιο του άνθρακα. Με αυτό τον τρόπο μειώνεται η σκληρότητα του νερού, χωρίς καμιά αύξηση στα επίπεδα νατρίου. Η ανταλλαγή ανιόντων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αφαίρεση προσμείξεων, όπως τα νιτρικά, τα οποία ανταλλάσσονται με χλώριο. Για αυτό το σκοπό, υπάρχουν ειδικές ρητίνες για νιτρικά. Η ανταλλαγή κατιόντων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αφαίρεση ορισμένων βαριών μετάλλων. Δυνητικές εφαρμογές των ανιονικών ρητινών, εκτός από την αφαίρεση των νιτρικών, είναι για αφαίρεση προϊόντων αρσενικού και σεληνίου.

39 Απομάκρυνση της ιλύος Η επεξεργασία νερού παράγει κατάλοιπα, κυρίως λάσπη από τις δεξαμενές καθίζησης και νερό από το πλύσιμο των φίλτρων. Η μέθοδος απομάκρυνσης των κατάλοιπων είναι μοναδική για κάθε εργοστάσιο επεξεργασίας, εξαιτίας των διαφορετικών χαρακτηριστικών των παραγόμενων κατάλοιπων. Η ιλύς αποξηραίνεται σε κλίνες αποξήρανσης ή αφυδατώνεται με φυγοκέντρηση ή διήθηση με πίεση και ακολούθως απορρίπτεται σε χώρους υγειονομικής ταφής των αποβλήτων Αφαλάτωση Εισαγωγή Η αφαλάτωση είναι η διαδικασία αφαίρεσης των διαλυμένων ουσιών από το θαλασσινό ή το υφάλμυρο νερό. Σήμερα, υπάρχουν αρκετές τεχνολογίες αφαλάτωσης. Όλες αυτές οι τεχνολογίες αφαιρούν τα άλατα από το αλμυρό νερό (ή ανακτούν γλυκό νερό από το αλμυρό νερό), παράγοντας μια ροή νερού με πολύ μικρή περιεκτικότητα σε αλάτι (η ροή προϊόντος) και μια άλλη με ψηλή περιεκτικότητα σε εναπομείναντα άλατα (η άλμη ή το υπολειμματικό διάλυμα). Οι περισσότερες από αυτές τις τεχνικές στηρίζονται είτε στην διύλιση, είτε στις μεμβράνες για να διαχωρίσουν τα άλατα από το παραγόμενο νερό. Η συνηθέστερη διεργασία είναι η αντίστροφη όσμωση. Η αντίστροφη όσμωση χρησιμοποιεί την κινητήρια δύναμη της υδραυλικής πίεσης, για να ωθήσει το θαλασσινό ή υφάλμυρο νερό μέσα από ημιπερατές μεμβράνες, αφαιρώντας την πλειοψηφία των διαλυμένων αλάτων και των άλλων προσμείξεων. Η τεχνολογία της αφαλάτωσης, προσφέρει τη δυνατότητα να μετατραπεί η, σχεδόν ανεξάντλητη, ποσότητα θαλασσινού νερού και οι προφανώς τεράστιες ποσότητες υφάλμυρων υπόγειων υδάτων σε μια νέα πηγή γλυκού νερού. Τα πιο σημαντικά στοιχεία σε ένα σύστημα αφαλάτωσης νερού είναι: 1) Αντλιοστάσια θαλάσσιου ή υφάλμυρου νερού, είναι οι εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούνται για την ανάκτηση νερού από την πηγή και τη μεταφορά του στο σύστημα επεξεργασίας 2) Προεπεξεργασία για αφαίρεση των αιωρούμενων στερεών, έλεγχο της βιολογικής ανάπτυξης και προετοιμασία του νερού για περαιτέρω επεξεργασία 3) Αφαίρεση διαλυμένων στερεών, κυρίως αλάτων και άλλων ανόργανων ενώσεων από το νερό 4) Μετεπεξεργασία, για την πρόληψη της διάβρωσης των σωλήνων νερού με την προσθήκη χημικών στο παραγόμενο νερό 5) Διαχείριση άλμης, είναι η διαχείριση και απόρριψη ή επανάχρηση των κυπολειμμάτων των αλάτων από τη διαδικασία

40 Θαλασσινό νερό Η πυκνότητα του νερού στην επιφάνεια της θάλασσας είναι, τυπικά, gr/cm3. Η πυκνότητα του γλυκού νερού είναι 1.00 gr/cm2, αλλά, προστιθέμενα άλατα μπορούν να την αυξήσουν. Όσο πιο αλμυρό είναι το νερό, τόσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητά του. Όταν το νερό ζεσταίνεται, διαστέλλεται και μειώνεται η πυκνότητά του. Όσο πιο κρύο είναι το νερό, τόσο πιο πυκνό γίνεται. Έτσι, είναι πιθανό το ζεστό αλμυρό νερό, να βρίσκεται πάνω από το κρύο αλμυρό νερό. Η πυκνότητα αλμυρού θαλασσινού νερού στους 15ºC, αλατότητας 35 ppt (μέρη στα χίλια) είναι περίπου gr/cm3. Η αλατότητα, είναι η συνολική ποσότητα σε γραμμάρια των διαλυμένων υλικών σε ένα κιλό θαλασσινού νερού. Έτσι, η αλατότητα είναι μια αδιάστατη ποσότητα και ορίζεται ως το συνολικό βάρος σε γραμμάρια των διαλυμένων στερεών υλικών σε ένα κιλό θαλασσινού νερού, όταν, όλα τα ανθρακικά έχουν μετατραπεί σε οξείδια, το βρώμιο και το ιώδιο έχουν αντικατασταθεί από το χλώριο και όλη η οργανική ύλη έχει οξειδωθεί πλήρως. Επειδή ο πιο πάνω ορισμός ήταν δύσκολο να εφαρμοστεί στην πράξη, επειδή η αλατότητα είναι ευθέως ανάλογη του ποσού του χλωρίου στο θαλασσινό νερό και επειδή το χλώριο μπορεί να μετρηθεί με ακρίβεια με μια απλή χημική ανάλυση, η αλατότητα (S) επαναπροσδιορίστηκε χρησιμοποιώντας τη χλωριότητα: S = Cl Όπου η χλωριότητα Cl προσδιορίζεται σαν «η μάζα αργύρου που χρειάζεται για να ιζηματοποιηθούν πλήρως τα αλογόνα σε kg από το δείγμα θαλασσινού νερού». Η αλατότητα και η χλωριότητα μπορούν να σχετιστούν χρησιμοποιώντας: S = Cl Αυτό είναι το ίδιο όπως και στην προηγούμενη εξίσωση για S = 35. Το εύρος της αλατότητας για το περισσότερο νερό στους ωκεανούς, είναι από μέχρι μέρη στα χίλια, το οποίο μεταφράζεται σε 200 μέρη στο εκατομμύριο. Την ίδια εποχή που υιοθετήθηκαν οι πιο πάνω ορισμοί, οι ωκεανογράφοι είχαν αρχίσει να χρησιμοποιούν μετρητές αγωγιμότητας για να μετρήσουν την αλατότητα. Στοιχείο Σύμβολο mg/λίτρο Οξυγόνο O Υδρογόνο H Χλώριο Cl Νάτριο Na Μαγνήσιο Mg 1290 Θείο S 904 Ασβέστιο Ca 411 Κάλιο K 392

41 Βρώμιο Br 67 Άνθρακας C 28 Φθόριο F 13 Στρόντιο Sr 8 Πίνακας 1.3. Σύνθεση θαλασσινού νερού σε αλατότητα 35% Τεχνολογίες αφαλάτωσης Οι διεργασίες αφαλάτωσης διαχωρίζονται σε: (i) θερμικές μεθόδους, οι οποίες περιλαμβάνουν τη θέρμανση του νερού για την παραγωγή ατμού. Αν αυτός ο ατμός οδηγηθεί σε μια κρύα επιφάνεια, μπορεί να συμπυκνωθεί σε νερό, το οποίο περιέχει πολύ λίγο από το αρχικό αλάτι. Η κύρια θερμική μέθοδος που χρησιμοποιείται είναι η απόσταξη, όπου το αλμυρό νερό θερμαίνεται σταδιακά σε διαδοχικά δοχεία με χαμηλότερη πίεση. (ii) Διεργασίες με μεμβράνες, οι οποίες χρησιμοποιούν μια σχετικά διαπερατή μεμβράνη για να μετακινήσουν είτε το νερό, είτε το αλάτι και να δημιουργήσουν δύο ζώνες διαφορετικής συγκέντρωσης για να παράγουν γλυκό νερό. Οι μεμβράνες μπορούν να σχεδιαστούν για να επιτρέπουν ή να απαγορεύουν το πέρασμα ορισμένων ιόντων. (iii) Διεργασίες ιοντοανταλλαγής. Πιο κάτω παρατίθενται σύντομες περιγραφές των κύριων μεθόδων αφαλάτωσης. (i). Μέθοδοι απόσταξης Η Στιμιαία Απόσταξη Πολλαπλών Σταδίων (MSF) είναι η πιο ευρέως διαδεδομένη μέθοδος αφαλάτωσης στον κόσμο. Περιλαμβάνει τα θέρμανση του θαλασσινού νερού σε ψηλές θερμοκρασίες και το πέρασμά του μέσα από δοχεία φθινουσών πιέσεων για να παραχθεί το μέγιστο ποσό ατμού (γλυκό νερό). Η Απόσταξη Πολλαπλής Επίδρασης (MED) λειτουργεί σε χαμηλότερες θερμοκρασίες αλλά χρησιμοποιεί τις ίδιες αρχές με την Στιγμιαία Απόσταξη Πολλαπλών Σταδίων. Η Απόσταξη με Συμπίεση Ατμού (VC) χρησιμοποιείται, γενικά, σε συνδυασμό με άλλες μεθόδους, όπου η θερμότητα για την εξάτμιση του νερού, προέρχεται από τη συμπύκνωση ατμών αντί από άμεση ανταλλαγή θερμότητας. (ii). Διεργασίες με μεμβράνες Η Αντίστροφη Όσμωση (RO) είναι μια διαδικασία που στηρίζεται στην πίεση, η οποία ωθεί το αλμυρό νερό μέσα από μια μεμβράνη αφήνοντας πίσω τα άλατα. Νανοδιύλιση (NF) Υπερδιύλιση (UF) Μικροδιύλιση (MF) Η Ηλεκτροδιάλυση (ED) είναι μια διαδικασία που στηρίζεται στην τάση και χρησιμοποιεί ένα ηλεκτρικό δυναμικό για να μετακινεί επιλεκτικά τα άλατα μέσα από μια μεμβράνη, αφήνοντας πίσω γλυκό νερό. Οι διαθέσιμες τεχνολογίες, μπορούν να αφαλατώσουν νερό από πολλές πηγές. Ο παρακάτω Πίνακας δείχνει τη δυναμικότητα αφαλάτωσης ανά πηγή νερού. Το 18%

42 της παγκόσμιας δυναμικότητας είναι στη Σαουδική Αραβία, ακολουθούμενο από 17% στις ΗΠΑ, 13% στα Ηνωμένα Αραβικά Εμιράτα, 6% στην Ισπανία και 5% στο Κουβέιτ (Wangnick/GWI, 2005). Ποσοστό Πηγή νερού Παγκόσμιας δυναμικότητας Θαλασσινό νερό 62 Υφάλμυρα 19 Ποτάμια 8 Λύματα 5 Καθαρό 5 Άλμη < 1 Πίνακας 1.4. Παγκόσμια δυναμικότητα αφαλάτωσης ανά πηγή νερού Το Μάιο του 2009, το μεγαλύτερο εργοστάσιο αφαλάτωσης σε λειτουργία, ήταν η εγκατάσταση των 947,890 m³/ημέρα στο Τζουμπάιλ 2 της Σαουδικής Αραβίας. Το μεγαλύτερο υβριδικό MFS-RO (Στιγμιαία Απόσταξη Πολλαπλών Σταδίων και αντίστροφη όσμωση) εργοστάσιο σε λειτουργία, είναι το εργοστάσιο των 456,000 m³/ημέρα στο Φουτζάιρα των 1 Ηνωμένων Αραβικών Εμιράτων. Επιπλέον, στην περιοχή της Μέσης Ανατολής, υπάρχουν ακόμα 5 εργοστάσια υπό κατασκευή, των οποίων η δυναμικότητα ξεπερνά τα 500,000 m³/ημέρα. Το μεγαλύτερο από αυτά, είναι η μονάδα των 880,000 m³/ημέρα στην Shoaiba 3 της Σαουδικής Αραβίας, η οποία αναμένεται να λειτουργήσει σύντομα σε πλήρη δυναμικότητα Στιγμιαία Απόσταξη Πολλαπλών Σταδίων (MSF) Η Στιγμιαία Απόσταξη Πολλαπλών Σταδίων (MSF), η οποία είναι μια διαδικασία εξαναγκασμένης κυκλοφορίας, είναι με μεγάλη διαφορά η πιο παραγωγική από τις τεχνολογίες αφαλάτωσης και έχει τη δυνατότητα μεγάλης παραγωγής ανά μονάδα αφαλάτωσης. Σε παγκόσμια κλίμακα, η MSF είναι από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες αφαλάτωσης. Η MSF χρησιμοποιεί μια σειρά θαλάμων ή βαθμίδων, οι οποίοι έχουν διαδοχικά χαμηλότερη πίεση και θερμοκρασία, για να εξατμιστεί γρήγορα (ή να εκτονωθεί) νερό από τον όγκο του υγρού. Στη συνέχεια, ο ατμός έρχεται σε επαφή με τους σωλήνες, που μεταφέρουν το νερό εισόδου και συμπυκνώνεται, ενώ το νερό εισόδου παίρνει την ενέργεια από τη θερμότητα. Ο αριθμός των βαθμίδων, που χρησιμοποιείται στην MSF, είναι ευθέως ανάλογος της αποτελεσματικότητας, με την οποία το σύστημα χρησιμοποιεί και επαναχρησιμοποιεί τη θερμότητα, με την οποία προμηθεύεται Απόσταξη Πολλαπλής Επίδρασης (MED) Η Απόσταξη Πολλαπλής Επίδρασης ( MED ), είναι μια προσέγγιση εξάτμισης με λεπτές στρώσεις, όπου ο ατμός που παράγεται από ένα θάλαμο (ή βαθμίδα), συμπυκνώνεται στον επόμενο θάλαμο, ο οποίος έχει χαμηλότερη θερμοκρασία και πίεση, δίνοντας με αυτό τον τρόπο επιπλέον θερμότητα για εξάτμιση. Η MED

43 χρησιμοποιείται όλο και πιο συχνά όταν προτιμάται ή χρειάζεται η θερμική εξάτμιση, λόγω του ότι η ανάγκη για αντλίες είναι περιορισμένη, με αποτέλεσμα να χρησιμοποιείται λιγότερη ενέργεια από ότι στην MSF. Το μέγεθος των μονάδων MED ήταν αρχικά περιορισμένο, αλλά στην μονάδα αφαλάτωσης των 800,000 m 3 /ημέρα στο Τζουμπάιλ τηςσαουδικής Αραβίας, σχεδιάζεται να χρησιμοποιηθεί τεχνολογία MED. Από τις αρχές της δεκαετίας του 90, η MED είναι η διαδικασία που προτιμάται για βιομηχανική, χαμηλού βαθμού αφαλάτωση με χρήση θερμότητας. Οι μεγαλύτερες μονάδες αφαλάτωσης MED χρησιμοποιούν και τεχνολογία θερμικής συμπύκνωσης ατμών ( TVC ), όπου η πίεση από τον ατμό χρησιμοποιείται (επιπρόσθετα με τη θερμότητα),για να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα της διαδικασίας Απόσταξη με Συμπίεση Ατμού (VC) Η συμπύκνωση ατμών ( VC ) είναι μια διαδικασία εξάτμισης, κατά την οποία ο ατμός από τον εξαερωτή συμπυκνώνεται μηχανικά και η θερμότητά του χρησιμοποιείται για θέρμανση του νερού εισόδου. Οι μονάδες VC συνήθως είναι μικρές εγκαταστάσεις με δυναμικότητα μικρότερη των 3,000 m 3 /ημέρα, οι οποίες χρησιμοποιούνται όταν δεν είναι διαθέσιμα νερό για ψύξη και ατμός χαμηλού κόστους. Τα συστήματα VC μπορούν να λειτουργήσουν σε πολύ ψηλές συγκεντρώσεις αλάτων και η διαδικασία VC είναι η καρδιά πολλών βιομηχανικών συστημάτων μηδενικής εκφόρτισης υγρών Αντίστροφη όσμωση (RO) Σε σύγκριση με την απόσταξη και την ηλεκτροδιάλυση, η αντίστροφη όσμωση ( RO ) είναι σχετικά νέα μέθοδος, με την επιτυχήεμποροποίησή της να αρχίζει στη δεκαετία του Η RO είναι μια διαδικασία διαχωρισμού με ημιπερατές μεμβράνες,κατά την οποία το υπό πίεση αλμυρό διάλυμα διαχωρίζεται από τις διαλυτές ουσίες (τα διαλυμένα υλικά),περνώντας μέσα από μια μεμβράνη. Η ωθητική δύναμη της υδραυλικής πίεσης είναι στοεύρος του 1 μέχρι 8300 kpa. Η διαδικασία μπορεί να περιγραφεί σαν ελεγχόμενη διάλυση/διύλυση. Για αυτότο διαχωρισμό δεν είναι απαραίτητη ούτε η θερμότητα, ούτε η αλλαγή φάσεων. Η περισσότερηενέργεια που καταναλώνεται για αυτή τη διαδικασία αφαλάτωσης, χρησιμοποιείται γιανα ασκηθεί πίεση στο νερό εισόδου. Πρακτικά, το αλμυρό νερό εισόδου μεταφέρεταιμε αντλίες σε ένα κλειστό δοχείο, όπου πιέζεται πάνω στην μεμβράνη. Καθώς ένα μέροςτου νερού περνά από τη μεμβράνη, αυξάνεται η περιεκτικότητα σε αλάτι του νερούπου απομένει. Την ίδια στιγμή, ένα μέρος του νερού εισόδου απελευθερώνεται χωρίςνα περάσει μέσα από τη μεμβράνη. Αν δε γινόταν αυτή η ελεγχόμενη εκφόρτιση, η περιεκτικότητασε αλάτι του υπό πίεση νερού εισόδου θα συνέχιζε να αυξάνεται, δημιουργώνταςπροβλήματα, όπως ιζηματοποίηση των υπερκορεσμένων αλάτων και αύξηση τηςοσμωτικής πίεσης πάνω στις μεμβράνες. Τοποσό του νερού εισόδου που απελευθερώνεται σαν απόβλητο στην άλμη, μπορεί να είναιαπό 10 μέχρι 50 τοις εκατό της ροής εισόδου, ανάλογα με την περιεκτικότητα σε αλάτιτου νερού εισόδου, την πίεση και τον τύπο της μεμβράνης. Το σύστημα της μεμβράνης αποτελείται από ένα δοχείο πίεσης και μια μεμβράνη,η οποία επιτρέπει στο νερό εισόδου να πιέζεται πάνω στη μεμβράνη. Η μεμβράνη πρέπεινα είναι σε θέση να αντέχει όλη την πίεση που εφαρμόζεται πάνω της. Οι

44 ημιπερατέςμεμβράνες διαφέρουν στην ικανότητά τους να αφήνουν να περάσει το γλυκό νερό καινα αποτρέπουν το πέρασμα των αλάτων. Καμιά μεμβράνη δεν είναι τέλεια στην ικανότητάτης να απορρίπτει τα άλατα, έτσι μια μικρή ποσότητα αλάτων ξεφεύγει από τημεμβράνη και καταλήγει στο διηθημένο νερό. Ένα σύστημα αντίστροφης όσμωσης αποτελείται από τα πιο κάτω βασικάστοιχεία: Προεπεξεργασία Αντλία υψηλής πίεσης Σύστημα μεμβρανών Μετεπεξεργασία Νανοδιήθηση (NF) Οι μεμβράνες νανοδιύλισης μπορούν να αποτρέψουν το πέρασμα δισθενών ιόντων, όπως η σκληρότητα και μεγαλύτερων προσμείξεων, ενώ έχουν χαμηλότερο βαθμό συγκράτησης των μονοσθενών ιόντων. Η NF μπορεί να αφαιρέσει συνθετικά οργανικά χημικά και παραπροϊόντα απολύμανσης. Έτσι, οι μεμβράνες νανοδιύλισης χρησιμοποιούνται για την αποσκλήρυνση του νερού, την αφαίρεση οργανικών και θειικών και μερική απομάκρυνση ιών. Η διαδικασία NF επιτυγχάνει αφαίρεση μέσω ενός συνδυασμού του μηχανισμού διύλισης/διάχυσηςκαι του αποκλεισμού στερικών και φορτίσεων. Οι πόροι στις μεμβράνες νανοδιύλισης είναι, συνήθως, μικρότεροι από μ m και αποκόπτουν σωματίδια με μοριακό βάρος από 1,000 μέχρι 10,000 Daltons Υπερδιύλιση (UF) Οι μεμβράνες υπερδιύλισης χρησιμοποιούνται για την αφαίρεση προσμίξεων που επηρεάζουν το χρώμα, διαλυμένων οργανικών ενώσεων μεγάλου βάρους, βακτηρίων και ορισμένων ιών. Οι μεμβράνες υπερδιύλισης λειτουργούν με ένα μηχανισμό κοσκινίσματος βάσει μεγέθους ο οποίος λειτουργεί με πίεση, διαμέσου μιας μεμβράνης με πόρους μεγέθους από0.002 μέχρι 0.1 μ m και αποκόπτουν σωματίδια με μοριακό βάρος από 10,000 μέχρι 100,000 Daltons Μικροδιύλιση (MF) Οι μεμβράνες μικροδιύλισης χρησιμοποιούνται για να μειώσουν τη θολότητα και να αφαιρέσουν αιωρούμενα μόρια, φύκια και βακτήρια. Οι μεμβράνες μικροδιύλισης λειτουργούν με μηχανισμό κοσκινίσματος με χαμηλότερη πίεση από αυτή των μεμβρανών νανοδιύλισης και υπερδιύλισης, διαμέσου πόρων μεγέθους από 0.03 μέχρι 10 μ m και αποκόπτουν σωματίδια με μοριακό βάρος μεγαλύτερο των 100,000 Daltons.

45 Ηλεκτροδιάλυση (ED) και Αντίστροφη Ηλεκτροδιάλυση (EDR) Η Ηλεκτροδιάλυση είναι μια διαδικασία ηλεκτροχημικού διαχωρισμού, κατά την οποία μεταφέρονται ιόντα διαμέσου ιοντοανταλλακτικών μεμβρανών με τη χρήση συνεχούς ρεύματος, παράγοντας αφαλατωμένο νερό. Οι διαδικασίες ED και EDR χρησιμοποιούν μεμβράνες διαχωρισμού ιόντων και ηλεκτρικό δυναμικό για να διαχωρίσουν τα ιόντα αλάτων από το νερό. Τα ιόντα αυτά οδηγούνται σε ειδικές μεμβράνες κατιόντων και ανιόντων, αντιδρώντας στην κλίση του ηλεκτρικού δυναμικού, ενώ το απαλλαγμένο από ιόντα νερό περνά μέσα από τη μεμβράνη. Η διαδικασία της EDR είναι παρόμοια με τη διαδικασία της ED, εκτός από το γεγονός ότι χρησιμοποιεί περιοδικά και αναστροφή της πολικότητας. Οι διαδικασίες της ED και της EDR χρησιμοποιούνται για την αφαλάτωση υφάλμυρου και όχι θαλασσινού νερού, γιατί το κόστος αυξάνεται σημαντικά όταν υπάρχει υψηλή αλμυρότητα ή υψηλός όγκος διαλυμένων στερεών ( TDS ) Ιοντοανταλλαγή Οι μέθοδοι ιοντοανταλλαγής χρησιμοποιούν ρητίνες, για να αφαιρέσουν τα ανεπιθύμητα ιόντα από το νερό. Για παράδειγμα, οι ρητίνες ανταλλαγής κατιόντων χρησιμοποιούνται σε οικιακές και δημόσιες εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού, για να αφαιρέσουν τα ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου από το σκληρό νερό. Η ιοντοανταλλαγή χρησιμοποιείται κυρίως για αποσκλήρυνση νερού και αφαίρεση μεταλλικών αλάτων. Η εφαρμογή της ιοντοανταλλαγής σε δημοτικό επίπεδο είναι περιορισμένη. Σε μια διαδικασία ιοντοανταλλαγής, το νερό μπορεί να αφαλατωθεί, αφού περάσει πρώτα, σε μορφή υδρογόνου ( H + ), από μια στήλη χαντρών ανταλλαγής κατιόντων. Τα ιόντα υδρογόνου αντικαθιστούν τα κατιόντα στο διάλυμα, τα οποία δεσμεύονται από τις χάντρες ανταλλαγής. Στη συνέχεια, το νερό, σε μορφή υδροξυλίου ( OH ), περνά από μια στήλη χαντρών ανταλλαγής ανιόντων, όπου τα ιόντα υδροξυλίου αντικαθίστανται από τα ανιόντα, τα οποία με τη σειρά τους αντιδρούν με τα ιόντα υδρογόνου στο νερό. Αυτή η διαδικασία, μπορεί να παράγει σχεδόν πλήρως απιονισμένο νερό. Όταν εξαντληθούν οι χάντρες ανταλλαγής, μπορούν να αναγεννηθούν-οι χάντρες ανταλλαγής κατιόντων με τη χρήση οξέος και οι χάντρες ανταλλαγής ανιόντων με τη χρήση βάσεως. Το πρόβλημα είναι ότι, η αφαίρεση μιας λίβρας αλάτων απαιτεί περίπου 1.5 λίβρα οξύ και 1.5 λίβρα βάση, για να αναγεννηθούν οι χάντρες ανταλλαγής. Η διαδικασία αυτή έχει οικονομικά οφέλη, σε σχέση με τις υπόλοιπες διαδικασίες αφαλάτωσης, μόνο όταν η ποσότητα αλάτων που πρέπει να αφαιρεθεί από το νερό είναι μικρή. Γι αυτό το λόγο, η χρήση της ιοντοανταλλαγής περιορίστηκε στο πεδίο παραγωγής υπέρ-καθαρού νερού. Έτσι, κάποια μορφή ιοντοανταλλαγής χρησιμοποιείται, μερικές φορές, σαν τελικό στάδιο επεξεργασίας νερού, από το οποίο έχει αφαιρεθεί το περισσότερο αλάτι με διαδικασίες RO και ED Κινητές μονάδες αφαλάτωσης νερού Οι κινητές μονάδες αφαλάτωσης νερού προσφέρουν νερό σε περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης, όπου και όταν χρειάζεται. Οι μονάδες μπορούν να μετακινηθούν εύκολα (μέσω θαλάσσιας, αέριας ή χερσαίας μεταφοράς) και να τεθούν σε λειτουργία σε ξηρές περιοχές, που μαστίζονται από ανομβρία. Οι κινητές μονάδες αφαλάτωσης είναι μια πολύ ευέλικτη λύση για προσφορά πόσιμου νερού σε κοινότητες, αφού μπορούν να συνδεθούν με τα δημόσια συστήματα αποθήκευσης και διανομής

46 νερού. Μπορούν επίσης να τεθούν γρήγορα εκτός λειτουργίας ή να μεταφερθούν σε άλλη περιοχή, αν οι συνθήκες ξηρασίας μετριαστούν. Οι κινητές μονάδες αφαλάτωσης νερού είναι μονάδες επεξεργασίας νερού-συνήθως, κινητές μονάδες αφαλάτωσης Αντίστροφης Όσμωσης-, οι οποίες μπορούν να μεταφερθούν οδικώς ή με αέρια μέσα, καθιστώντας δυνατή την βραχυπρόθεσμη προσφορά νερού σε περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης, καθώς και την προσφορά συμπληρωματικής ποσότητας νερού, σε περιοχές που μαστίζονται από ξηρασία ή καταστροφές. Οι μονάδες αυτές μπορούν να τεθούν γρήγορα σε λειτουργία σε περιοχές με έλλειψη νερού, για να παράγουν πόσιμο νερό από μολυσμένες πηγές ή από τον ωκεανό στην περίπτωση των παραθαλάσσιων κοινοτήτων. Οι μονάδες μπορούν να παράγουν γλυκό νερό από διάφορες πηγές ακατέργαστου νερού, όπως πηγάδια, λίμνες, θάλασσες, λιμνοθάλασσες, ποτάμια και ωκεανούς. Οι μονάδες, οι οποίες μοιάζουν με μεγάλο τροχόσπιτο, έχουν διάφορα μεγέθη και χρησιμοποιούν ποικιλία χημικών διεργασιών και μεμβρανών για να διηθήσουν και να καθαρίσουν το νερό, ώστε να γίνει κατάλληλο για ανθρώπινη κατανάλωση. Το νερό μεταφέρεται από την πηγή στην κινητή μονάδα αφαλάτωσης, όπου γίνεται επεξεργασία με ένα πολυμερές, για να αρχίσει η κροκίδωση. Στη συνέχεια, περνά μέσα από ένα φίλτρο πολλαπλών μέσων όπου γίνεται ιοντοανταλλαγή. Μετά, περνά μέσα από ένα φίλτρο με φυσίγγια, το οποίο είναι συνήθως βαμβάκι σε διάταξη σπείρας. Αυτή η διαδικασία καθαρίζει το νερό από σωματίδια μεγαλύτερα των 5 μικρομέτρων και αφαιρεί όλη σχεδόν τη θολότητα. Ακολούθως, το καθαρισμένο νερό μεταφέρεται με μια αντλία υψηλής πίεσης σε μια σειρά διατάξεων αντίστροφης όσμωσης. Το νερό που παράγεται έχει 90 με 99.9% λιγότερα Ολικά Διαλυμένα Στερεά ( TDS ), από το αρχικό ακατέργαστο νερό. Στη συνέχεια, το νερό απολυμαίνεται με χλώριο πριν χρησιμοποιηθεί. Οι κινητές μονάδες αφαλάτωσης νερού έχουν διάφορα μεγέθη και δυναμικότητες. Είναι σημαντικό να πούμε, ότι οι κινητές μονάδες αφαλάτωσης, οι οποίες είναι παρόμοιες με τις συμβατικές εγκαταστάσεις αφαλάτωσης με αντίστροφη όσμωση, έχουν διάταξη συνδεομένων υπομονάδων, επομένως, είναι εύκολο να αυξηθεί η δυναμικότητά τους με την προσθήκη στοιχείων και containers όταν είναι απαραίτητο. Οι κινητές μονάδες αφαλάτωσης (οι οποίες χρησιμοποιούν κυρίως τεχνολογία αντίστροφης όσμωσης), χρειάζονται ηλεκτρική ενέργεια για τη λειτουργία τους. Οι μονάδες αυτές μπορούν να λειτουργήσουν με μονοφασική ηλεκτρική ενέργεια από τοδίκτυο. Για να γίνουν όμως οι μονάδες αυτές αυτόνομες και να μπορούν να λειτουργήσουν σε περιοχές όπου η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να διακόπτεται ή να μην είναι διαθέσιμη, μπορεί να συμπεριληφθεί στη μονάδα ένα προαιρετικό στοιχείο, το οποίο χρησιμοποιεί γεννήτριες πετρελαίου εσωτερικής καύσεως. 1.5 Δίκτυο διανομής νερού Εισαγωγή Για να μεταφερθεί το νερό από την πηγή στο συνδρομητή, είναι απαραίτητο ένα δίκτυο σωλήνων, αντλιών, δικλίδων κι άλλων παρελκόμενων. Η αποθήκευση νερού για ικανοποίηση μεταβολών της ζήτησης εξαιτίας διαφορετικών ρυθμών χρήσεως ή αναγκώνπυρόσβεσης, απαιτεί εγκαταστάσεις αποθήκευσης, όπως δεξαμενές και ταμιευτήρες.οι σωληνώσεις, η αποθήκευση και η σχετική υποδομή ονομάζονται, γενικά, δίκτυοδιανομής νερού. Το σύστημα διανομής είναι η κύρια επένδυση των δημοτικών επιχειρήσεων ύδρευσης. Το δίκτυο είναι απαραίτητο για τη μεταφορά

47 νερού με ικανοποιητική πίεση,στην απαιτούμενη ποσότητα και ποιότητα, σε κάθε καταναλωτή μέσα στην περιοχή που εξυπηρετείται απο την επιχείριση. Γενικά, ένα δίκτυο διανομής νερού αποτελείται από τα παρακάτω: 1. Άντληση και μεταφορά ανεπεξέργαστου νερού 2. Επεξεργασία και αποθήκευση νερού 3. Μεταφορά και διανομή καθαρού νερού. Η μεταφορά και η διανομή είναι, τεχνικά, πανομοιότυπες διαδικασίες, κατά τις οποίες το νερό μεταφέρεται μέσω ενός συστήματος σωληνώσεων, αποθηκεύεται περιοδικά και καταθλίβεται όταν είναι απαραίτητο, για να ικανοποιηθούν η ζήτηση και οι πιέσεις στο σύστημα. Η διαφορά μεταξύ των δύο, βρίσκεται στον στόχο τους ο οποίος και επηρεάζει την επιλογή της διάταξης του συστήματος. Αυτό το σύστημα σωληνώσεων, συχνά, διαχωρίζεται σε αγωγούς μεταφοράς και αγωγούς διανομής. Οι αγωγοί μεταφοράς αποτελούνται από τμήματα, τα οποία είναι σχεδιασμένα να μεταφέρουν μεγάλες ποσότητες νερού σε μεγάλες αποστάσεις. Οι αγωγοί μεταφοράς, συνήθως, δεν εξυπηρετούν μεμονωμένους συνδρομητές. Οι αγωγοί διανομής έχουν μικρότερη διάμετρο από τους αγωγούς μεταφοράς και τυπικά, ακολουθούν τη γενική τοπολογία και διάταξη των αστικών δρόμων. Αυτό το δίκτυο μικρότερων σωλήνων, το οποίο έχει πολλές συνδέσεις, είναι ένα ενδιάμεσο βήμα προς τη διανομή νερού στους τελικούς συνδρομητές. Οι μεταβολές της ροής σε τέτοια συστήματα είναι πολύ μεγαλύτερες από τις μεταβολές στα συστήματα μεταφοράς. Για να βελτιστοποιηθεί η λειτουργία, μπορούν να εγκατασταθούν στο σύστημα διαφορετικοί τύποι δεξαμενών, αντλιοστάσια, υδατόπυργοι και άλλα παρελκόμενα. Γωνίες, ταυ, σταυροί και διάφορες άλλες συνδεσμολογίες χρησιμοποιούνται για να συνδέσουν και να ανακατευθύνουν τμήματα του σωλήνα. Πυροσβεστικοί κρουνοί, βαλβίδες απομόνωσης, βαλβίδες ελέγχου, βαλβίδες εκτόνωσης και άλλα λειτουργικά στοιχεία και στοιχεία συντήρησης, συχνά, συνδέονται κατευθείαν με τους αγωγούς διανομής. Οι γραμμές μεταφοράς μεταφέρουν το νερό από τους αγωγούς διανομής στους τελικούς συνδρομητές Τρόποι διανομής Ανάλογα με τον τρόπο που παρέχεται το νερό, διακρίνονται οι ακόλουθοι τρόποιδιανομής: (1) βαρύτητα, (2) άμεση άντληση, (3) συνδυασμοί των δύο. Η επιλογή μιας από τιςπιο πάνω εναλλακτικές συνδέεται άμεσα με τις υπάρχουσες τοπογραφικές συνθήκες. Η διανομή με βαρύτητα χρησιμοποιεί τηνυπάρχουσα τοπογραφία. Σε αυτή την περίπτωση, η πηγή βρίσκεται σεψηλότερο υψόμετρο από την περιοχή διανομής. Η διανομή του νερού μπορεί να γίνειχωρίς αντλίες και παρόλα αυτά να υπάρχει ικανοποιητική πίεση. Τα πλεονεκτήματα αυτήςτης μεθόδου είναι : δεν υπάρχουν ενεργειακά κόστη

48 απλή λειτουργία (λιγότερα μηχανικά στοιχεία, δε χρειάζεται ηλεκτρική ενέργεια) χαμηλά κόστη συντήρησης πιο αργές μεταβολές στην πίεση ρυθμιστική δυνατότητα για μη τυπικές καταστάσεις. Όσο και να βοηθούν στη δημιουργία πιέσεων στο σύστημα, οι τοπογραφικές συνθήκες μπορούν να παρεμποδίσουν μελλοντικές παροχές. Τα συστήματα βαρύτητας είναι λιγότερο ευέλικτα όσον αφορά την επέκταση, εξαιτίας του σταθερού εύρους πιέσεων. Επιπλέον, χρειάζονται σωλήνες με μεγαλύτερη διάμετρο, για να ελαχιστοποιηθούν οι απώλειες στην πίεση. Η κύρια λειτουργική ανησυχία είναι η μείωση της δυναμικότητας, εξαιτίας της εισαγωγής αέρα. Στην άμεση άντληση το σύστημα λειτουργεί χωρίς πρόνοια αποθήκευσης, για εξισορρόπηση της ζήτησης. Ολόκληρη η ζητούμενη ποσότητα εισάγεται κατευθείαν στο δίκτυο. Καθώς το σύστημα πρέπει να ικανοποιεί τις μεταβολές στη ζήτηση, είναι σημαντική η σωστή επιλογή των μονάδων, για να βελτιστοποιηθεί η κατανάλωση ενέργειας. Πρέπει επίσης να υπάρχει πρόνοια για εφεδρική δυναμικότητα άντλησης για μη τυπικές καταστάσεις. Τα πλεονεκτήματα του συστήματος άμεσης άντλησης είναι αντίθετα από αυτά του συστήματος διανομής με βαρύτητα. Με καλό σχεδιασμό και λειτουργία μπορούν να επιτευχθούν στο σύστημα οποιεσδήποτε πιέσεις. Τα συστήματα αυτά όμως, είναι συστήματα με πολύπλοκη λειτουργία και συντήρηση και εξαρτώνται από την ύπαρξη αξιόπιστης πηγής ενέργειας. Για αυτό το λόγο, είναι απαραίτητη η λήψη επιπλέον προφυλάξεων, όπως, εναλλακτική πηγή τροφοδοσίας, αυτόματη λειτουργία των αντλιών, απόθεμα ανταλλακτικών κλπ. Τα συστήματα συνδυασμών λειτουργούν με αντλιοστάσια και δεξαμενές, για εξισορρόπηση της ζήτησης. Μέρος της περιοχής διανομής μπορεί να εξυπηρετείται από άμεση άντληση και ένα άλλο μέρος από βαρύτητα. Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να υπάρχει μεγάλος αποθηκευτικός όγκος, αλλά η δυναμικότητα άντλησης θα είναι μικρότερη από αυτή του συστήματος άμεσης άντλησης. Τα συστήματα συνδυασμού χρησιμοποιούνται, συνήθως, σε λοφώδεις περιοχές. Η επικρατούσα τοπογραφία μπορεί να οδηγήσει στη χρήση πιεζομετρικών ζωνών. Με τη δημιουργία πιεζομετρικών ζωνών, μπορεί να γίνει οικονομία, καθώς, σε διαφορετικά υψόμετρα, παρέχεται νερό με χαμηλότερα κόστη άντλησης και χρησιμοποιούνται σωληνώσεις χαμηλότερης αντοχής, λόγω της χαμηλότερης πίεσης. Από τεχνικής άποψης, οι πιεζομετρικές ζώνες μπορεί να έχουν πλεονεκτήματα, όπως, η πρόληψη πολύ ψηλών πιέσεων στα κατάντη (μπορούν να χρησιμοποιηθούν δικλίδες μείωσης πίεσης) ή στην παροχή ικανοποιητικών πιέσεων στα ανάντη (μεαντλίες), όταν η πηγή της παροχής βρίσκεται στη χαμηλότερη ζώνη Διατάξεις συστήματος Ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο συνδέονται μεταξύ τους οι σωλήνες, μπορούν να διακριθούν οι ακόλουθες διατάξεις συστήματος: (α) σειριακή, (β) ακτινωτή, (γ) κλειστή (βροχωτή), (δ) μικτή. Το σειριακό δίκτυο (Σχήμα 1.7.) είναι ένα σύστημα χωρίς διακλαδώσεις ή βρόχους

49 και αποτελεί την πιο απλή διάταξη. Έχει μια πηγή, ένα άκρο και μερικούς ενδιάμεσους κόμβους (σημεία ζήτησης). Κάθε ενδιάμεσος κόμβος συνδέει δύο κλάδους. Η κατεύθυνση ροής είναι σταθερή, από την πηγή, στο άκρο του συστήματος. Τα συστήματα αυτά χρησιμοποιούνται σε πολύ μικρές (αγροτικές) περιοχές διανομής και παρόλο που δεν είναι τόσο δαπανηρά, δε χρησιμοποιούνται συχνά εξαιτίας της χαμηλής αξιοπιστίας τους και των προβλημάτων ποιότητας, που δημιουργούνται από τη στασιμότητα του νερού στο άκρο του δικτύου. Σχήμα 1.7. Σειριακό δίκτυο Το ακτινωτό σύστημα, το οποίο ονομάζεται επίσης δενδροειδές ή δενδριτικό σύστημα, είναι ένας συνδυασμός σειριακών δικτύων. Αποτελείται, συνήθως, από ένα σημείο παροχής και αρκετά άκρα (Σχήμα1.8.). Σε αυτή την περίπτωση, οι ενδιάμεσοι κόμβοι στο σύστημα ενώνουν έναν ανάντη κλάδο με έναν ή περισσότερους κατάντη κλάδους. Η σταθερή κατεύθυνση ροής δημιουργείται από τη διανομή από την πηγή, στα άκρα του συστήματος και το νερό μπορεί να ακολουθήσει μόνο μια διαδρομή, για να φτάσει από την πηγή στον συνδρομητή. Τα ακτινωτά συστήματα είναι κατάλληλα για μικρές κοινότητες, αφού ληφθεί υπόψη το αποδεκτό επενδυτικό κόστος. Παρόλα αυτά, τα κυριότερα μειονεκτήματα παραμένουν: - μικρή αξιοπιστία, - πιθανός κίνδυνος μόλυνσης, λόγω του ότι μεγάλα μέρη του δικτύου παραμένουν χωρίς νερό κατά τη διάρκεια μη τυπικών καταστάσεων, - συγκέντρωση ιζημάτων λόγω στασιμότητας του νερού στα άκρα του συστήματος, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται σε ορισμένες περιπτώσεις προβλήματα στην οσμή και τη γεύση, - κυμαινόμενη ζήτηση νερού, με αποτέλεσμα να παράγονται ψηλές μεταβολές στην πίεση, - σε περίπτωση βλάβης αγωγού, όλοι οι πελάτες κατάντη της βλάβης δε θα έχουν νερό μέχρι να τελειώσουν οι επισκευές.

50 Σχήμα 1.8. Ακτινωτά σύστημα Σε βροχωτά συστήματα ή κυκλοφοριακά συστήματα (Σχήμα 1.9.), όπως υπονοεί και η ονομασία τους, είναι δυνατό να υπάρχουν πολλές διαδρομές, τις οποίες μπορεί να ακολουθήσει το νερό για να φτάσει από την πηγή σε ένα συγκεκριμένο συνδρομητή. Αυτό το σύστημα, αποτελείται από κόμβους, οι οποίοι μπορούν να λάβουν νερό από περισσότερες από μια πλευρές. Αυτό είναι επακόλουθο της δομής του δικτύου, η οποία διαμορφώθηκε με αυτό τον τρόπο, για να εξαλειφθούν τα μειονεκτήματα των ακτινωτών συστημάτων. Η βροχωτή διάταξη μπορεί να αναπτυχθεί από ένα ακτινωτό σύστημα με τη σύνδεση των άκρων του, είτε αρχικά, είτε σε μεταγενέστερο στάδιο, σε πλέγμα βρόχων. Τα προβλήματα, τα οποία αναφέρονται στα ακτινωτά συστήματα αντιμετωπίζονται με τους ακόλουθους τρόπους: - τα βροχωτά συστήματα είναι, γενικά, πιο επιθυμητά από τα ακτινωτά συστήματα γιατί, σε συνδυασμό με δικλίδες, μπορούν να προσφέρουν ένα ακόμα επίπεδο αξιοπιστίας, - επειδή το νερό ρέει σε περισσότερες από μια κατευθύνσεις, δε δημιουργείται στασιμότητα μακράς διαρκείας, - σε περίπτωση βλάβης ενός αγωγού, η βλάβη μπορεί να απομονωθεί για να επισκευαστεί, με ελάχιστες επιπτώσεις στους συνδρομητές που βρίσκονται έξω από την πληγείσα περιοχή - Κατά τη διάρκεια συντήρησης του συστήματος, η γύρω περιοχή θα προμηθεύεται με νερό που ρέει από άλλες κατευθύνσεις, στην περίπτωση των συστημάτων με αντλίες, η αύξηση της πίεσης που δημιουργείται από περιορισμό της ροής, μπορεί να βοηθήσει προς αυτή την κατεύθυνση, - Οι διακυμάνσεις στη ζήτηση του νερού θα έχουν λιγότερες επιπτώσεις στις διακυμάνσεις της πίεσης. Σχήμα 1.9. Βροχωτό σύστημα (δικτυωτό) Ένα άλλο πλεονέκτημα της βροχωτής διάταξης είναι οι μικρότερες ταχύτητες και η μεγαλύτερη δυναμικότητα του συστήματος, λόγω του ότι υπάρχουν περισσότερες από μια διαδρομές, τις οποίες μπορεί να ακολουθήσει το νερό για να φτάσει στον

51 χρήστη. Όσον αφορά την υδραυλική, τα βροχωτά συστήματα είναι πολύ πιο πολύπλοκα από τα σειριακά ή τα ακτινωτά συστήματα. Σε τέτοια συστήματα, η μορφή της ροής καθορίζεται, όχι μόνο από το σχήμα του δικτύου, αλλά και από τη λειτουργία του συστήματος. Αυτό σημαίνει ότι, οι κρίσιμες πιέσεις μπορούν, με το χρόνο, να εμφανιστούν σε διαφορετικά σημεία. Στην περίπτωση της παροχής από περισσότερες από μια πηγές, η ανάλυση γίνεται ακόμα πιο πολύπλοκη. Τα βροχωτά συστήματα είναι πιο δαπανηρά όσον αφορά επενδυτικό κόστος και κόστος λειτουργίας. Είναι η κατάλληλη λύση για τις αστικές (ή βιομηχανικές) περιοχές διανομής, οι οποίες απαιτούν ένα πολύ αξιόπιστο σύστημα παροχής καλής ποιότητας νερού. Τα μικτά δίκτυα είναι ο πιο κοινός τύπος δικτύων στις μεγάλες αστικές περιοχές. Το κεντρικό μέρος του συστήματος αποτελείται από βροχωτή διάταξη, ενώ η παροχή στις παρυφές της περιοχής γίνεται με επεκτάσεις γραμμών (Σχήμα 1.10.). Σχήμα Μικτό δίκτυο Η διάταξη του συστήματος επηρεάζεται από την τοπογραφία, το δίκτυο δρόμων, τη θέση των ταμιευτήρων και άλλων εγκαταστάσεων και τον τρόπο με τον οποίο αναπτύχθηκε η περιοχή που θα εξυπηρετηθεί Σημεία σύνδεσης στο δίκτυο Τα σημεία σύνδεσης συνδέουν τους χρήστες με το δίκτυο διανομής. Μια τυπική διάταξη σύνδεσης αποτελείται από: σύνδεσμο, σωλήνα, εσωτερική και εξωτερική δικλίδα διακοπής και μετρητή νερού, ενώ μπορεί να προστεθεί και μια βαλβίδα αντεπιστροφής. Η σύνδεση με το δίκτυο μπορεί να γίνει στο πάνω μέρος του σωλήνα, από τα πλάγια, με ή χωρίς σάγματα κλπ. Τα σημεία σύνδεσης τοποθετούνται, συνήθως, σε σωλήνες διανομής που βρίσκονται σε λειτουργία(δηλαδή, υπό πίεση). 1.6 Προστατευτικός εξοπλισμός και τεχνικές Δικλίδες Ταξινόμηση Η δικλίδα είναι ένα στοιχείο, το οποίο μπορεί να ανοίξει και να κλείσει σε διαφορετικούς βαθμούς (ρύθμιση), για να μεταβληθεί η αντίστασή της στη ροή και να ελεγχθεί, με αυτό τον τρόπο, η κίνηση του νερού μέσα σε ένα σωλήνα.

52 Οι δικλίδες στα συστήματα διανομής νερού διαχωρίζονται με βάση τη βασική λειτουργία τους, τον ρόλο τους στο σύστημα και τον τρόπο ελέγχου. Γενικά, οι δικλίδες έχουν τρεις βασικές λειτουργίες : - ρύθμιση της ροής και/ή της πίεσης (δικλίδες ελέγχου ροής, βαλβίδες μείωσης- ή βαλβίδες διατήρησης της πίεσης κλπ.) - αποκλεισμός μέρους του δικτύου σε περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης ή για λόγους συντήρησης (δικλίδες απομόνωσης ροής) - προστασία ταμιευτήρων και αντλιών (π.χ. βαλβίδα ελέγχου τροφοδοσίας αγωγού μέσω στάθμης δεξαμενής, βαλβίδες αντεπιστροφής). Οι δικλίδες κατατάσσονται στις πέντε ακόλουθες βασικές κατηγορίες: Δικλίδες απομόνωσης Βαλβίδες αντεπιστροφής Βαλβίδες ελέγχου υψομέτρου Βαλβίδες εισαγωγής/εξαγωγής αέρα Δικλίδες ελέγχου Μερικές δικλίδες σταματούν αυτόματα τη ροή του νερού, με βάση την πίεση ή τη ροή και άλλες λειτουργούν χειροκίνητα και χρησιμοποιούνται για να απομονώσουν τελείως κάποια μέρη του συστήματος. Η συμπεριφορά των διαφορετικών τύπων δικλίδων έχει σημαντικές διαφορές, οι οποίες προκύπτουν από το λογισμικό που χρησιμοποιείται. Αυτό το τμήμα του κειμένου είναι μια εισαγωγή στους πιο κοινούς τύπους δικλίδων και τις εφαρμογές τους. Όταν τεθεί σε λειτουργία το κλείσιμο της δικλίδας, προκαλείται διαταραχή στη ροή, η οποία δημιουργεί την απώλεια πίεσης. Το μέγεθος αυτής της απώλειας καθορίζεται από τη σχέση μεταξύ του βαθμού κλεισίματος της βαλβίδας και του συντελεστή απωλειών. Οι κατασκευαστές, συνήθως, παρέχουν ένα διάγραμμα, το οποίο είναι γνωστό σαν πίνακας περιγραφικών χαρακτηριστικών, για κάθε συγκεκριμένο τύπο και κάθε διάμετρο δικλίδας. Η κατασκευή πολλών δικλίδων στηρίζεται στην κίνηση του στοιχείου κλεισίματος, η οποία μπορεί να είναι γραμμική (π.χ. στην περίπτωση των συρταρωτών ή βελονοειδών δικλίδων), κυκλική (βαλβίδες πεταλούδας) ή παραμόρφωση (βαλβίδες μεμβράνης). Οι συρταρωτές δικλίδες και οι δικλίδες τύπου πεταλούδας είναι οι βαλβίδες που χρησιμοποιούνται πιο συχνά στην μεταφορά και διανομή του νερού. Ο αριθμός των δικλίδων απομόνωσης ροής σε οποιοδήποτε μεγάλο σύστημα διανομής μπορεί να είναι τεράστιος, με τις περισσότερες από αυτές να μην χρησιμοποιούνται πολύ συχνά. Στις περιπτώσεις όπου πολλές δικλίδες πρέπει να τεθούν σε λειτουργία σε μικρό χρονικό διάστημα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια αυτόματη συσκευή με ρυθμιζόμενη ταχύτητα περιστροφής. Η περιστασιακή

53 περιστροφή των δικλίδων, γνωστή σαν αναγέννηση των βαλβίδων, είναι μέρος της συνήθους συντήρησης του δικτύου για να αποτραπεί το φράξιμο του μηχανισμού. Οι δικλίδες μπορούν να λειτουργούν αυτόματα ή χειροκίνητα. Η αυτόματη λειτουργία, συνήθως, στηρίζεται σε ένα πρόγραμμα (χρονικά ελεγχόμενες δικλίδες), στην πίεση ή την στάθμη του νερού (δικλίδα ελέγχου τροφοδοσίας αγωγού μέσω στάθμης δεξαμενής, βαλβίδες ελέγχου πίεσης, δικλίδες μείωσης ή διατήρησης της πίεσης), στην παροχή ή στην κατεύθυνση ροής (δικλίδες ελέγχου ροής και βαλβίδες αντεπιστροφής) κάπου μέσα στο σύστημα. Σήμερα, ποικιλία μηχανικού, υδραυλικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού εμπλέκεται στον έλεγχο της λειτουργίας των βαλβίδων, με εξειδικευμένα μέσα, τα οποία επιτρέπουν και τον χειρισμό από απόσταση Δικλίδες απομόνωσης Ο πιο κοινός τύπος δικλίδας στα συστήματα διανομής νερού, είναι η δικλίδα απομόνωσης, η οποία μπορεί να κλείσει χειροκίνητα για να σταματήσει τη ροή του νερού. Όπως υποδηλώνει και ο όρος «απομόνωση», ο πρωταρχικός σκοπός αυτών των δικλίδων, είναι να παρέχουν στα συνεργεία ένα τρόπο απομόνωσης μέρους του συστήματος για να, παραδείγματος χάριν, διορθώσουν ένα σπασμένο σωλήνα ή μια διαρροή. Τα καλά σχεδιασμένα δίκτυα διανομής νερού έχουν βαλβίδες απομόνωσης σε όλη την έκταση του δικτύου, ούτως ώστε η συντήρηση και τα επείγοντα να επηρεάζουν, όσο το δυνατό, λιγότερους συνδρομητές. Σε μερικά συστήματα, για παράδειγμα, οι βαλβίδες απομόνωσης μπορεί να διατηρούνται επίτηδες κλειστές, για να ελέγχουν τα όρια των πιεζομετρικών ζωνών. Υπάρχουν πολλοί τύποι δικλίδων απομόνωσης, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν, συμπεριλαμβανομένων των συρταρωτών δικλίδων (ο πιο δημοφιλής τύπος), δικλίδες τύπου πεταλούδας, σγαιρικές δικλίδες και βαλβίδες βύσματος. Στα περισσότερα υδραυλικά μοντέλα, η συμπερίληψη κάθε βαλβίδας απομόνωσης θα αποτελούσε περιττή λεπτομέρεια. Αντί αυτού, η συμπεριφορά της δικλίδας απομόνωσης (μικρές απώλειες, η ικανότητα να ανοίγει και να κλείνει κλπ.) μπορεί να καθοριστεί σαν μέρος ενός σωλήνα. Η πρωταρχική λειτουργία των συρταρωτών δικλίδων είναι η απομόνωση μέρους ενός σωλήνα. Συνεπώς, οι δικλίδες αυτές, συνήθως, λειτουργούν σε θέση «ανοικτό/κλειστό». Ο έλεγχος της ροής είναι δυνατός αλλά δε συνηθίζεται. Ο δίσκος, ο οποίος είναι εν μέρει εκτεθειμένος στη ροή, μπορεί να χαλαρώσει, προκαλώντας διαρροή όταν είναι στη θέση «κλειστό». Οι συρταρωτές δικλίδες έχουν καλή υδραυλική απόδοση, καθώς, ο δίσκος ανυψώνεται πλήρως όταν η δικλίδα είναι στη θέση «ανοικτό», μειώνοντας τις απώλειες στο ελάχιστο, άλλωστε αυτό είναι επίσης χρήσιμο αν ο σωλήνας καθαρίζεται με μηχανικά μέσα. Το μειονέκτημα όμως είναι ότι, το κάλυμμα του δίσκου απαιτεί επιπλέον χώρο γύρω από τη δικλίδα. Σαν προστασία ενάντια στις υπερπιέσεις, οι συρταρωτές βαλβίδες πρέπει να είναι συνεχώς ανοικτές ή κλειστές για μεγάλα χρονικά διαστήματα, γεγονός που τις καθιστά ακατάλληλες για μέρη όπου είναι απαραίτητη πιο συχνή λειτουργία των βαλβίδων. Μερικές φορές, μπορεί να χρειαστεί μεγάλο χρονικό διάστημα για να ρυθμιστεί μια μεγάλη συρταρωτή αντλία από την μια ακραία θέση στην άλλη. Η διαδικασία γίνεται ακόμα πιο δύσκολη κατά τη διαδικασία ανοίγματος, καθώς η δύναμη ώθησης εφαρμόζεται μόνο στη μια πλευρά του δίσκου. Για αυτό το λόγο, συνιστάται μια παράκαμψη στην περίπτωση των

54 βαλβίδων με μεγαλύτερες διαμέτρους, η οποία χρησιμοποιείται για να γεμίσει το άδειο τμήμα με νερό και να εξισορροπήσει τις πιέσεις στο δίσκο. Στις δικλίδες τύπου πεταλούδας, ο δίσκος είναι μόνιμα τοποθετημένος στο σωλήνα και περιστρέφεται γύρω από ένα οριζόντιο ή κάθετο άξονα. Όταν η δικλίδα είναι τελείως ανοιχτή, ο δίσκος θα τοποθετηθεί στην ίδια κατεύθυνση με τη ροή, δημιουργώντας ένα εμπόδιο, το οποίο αυξάνει το ύψος των απολειών σε σύγκριση με μια πλήρως ανοιχτή συρταρωτή δικλίδα. Οι δικλίδες τύπου πεταλούδας χρησιμοποιούνται ευρέως σε αντλιοστάσια, καθώς έχουν μικρότερο μέγεθος, η λειτουργία τους είναι πιο εύκολη και είναι πιο φθηνές από τις συγκρίσιμες συρταρωτές δικλίδες. Επίσης, χρησιμοποιούνται συχνά σε δίκτυα διανομής, με το κύριο μειονέκτημά τους να είναι το εμπόδιο που δημιουργείται από το δίσκο, το οποίο καθιστά αδύνατο τον καθαρισμό του σωλήνα με μηχανικά μέσα. Η βαλβίδα και στις δύο περιπτώσεις, θα λειτουργεί κυρίως στις θέσεις «ανοικτό/κλειστό», αλλά είναι δυνατός και κάποιος βαθμός ελέγχου της ροής. Παρόλα αυτά, η χρήση τους για ρύθμιση ψηλών πιέσεων για μεγάλες χρονικές περιόδους, μπορεί να προκαλέσει ζημιά στο δίσκο. Ο υπερβολικά γρήγορος χειρισμός της βαλβίδας είναι και σε αυτή την περίπτωση πιθανή πηγή υπερπιέσεων Βαλβίδες αντεπιστροφής Οι βαλβίδες αντεπιστροφής, οι οποίες ονομάζονται επίσης βαλβίδες κατεύθυνσης, βαλβίδες συγκράτησης και βαλβίδες μιας κατεύθυνσης, χρησιμοποιούνται για να διασφαλιστεί η ροή του νερού προς μια κατεύθυνση μέσα στο σωλήνα και να παρεμποδιστεί η ροή προς την αντίθετη κατεύθυνση (αντίστροφη ροή). Η ροή προς την αντίθετη κατεύθυνση θα προκαλέσει το κλείσιμο της βαλβίδας, η οποία θα παραμείνει κλειστή, μέχρι η ροή να αποκατασταθεί στην αρχική της κατεύθυνση. Έτσι, οι βαλβίδες αυτές λειτουργούν στις θέσεις on/off, είτε πλήρως κλειστές, είτε ανοιγμένες από την ίδια τη ροή. Οι απλές βαλβίδες αντεπιστροφής χρησιμοποιούν, συνήθως, αρθρωτό δίσκο ή ένα πτερύγιο για να εμποδίσουν τη ροή προς την ανεπιθύμητη κατεύθυνση. Για παράδειγμα, οι καταθληπτικοί σωλήνες κατάντη μιας αντλίας μπορεί να συμπεριλαμβάνουν και μια βαλβίδα ανεπιστροφής, για να εμποδιστεί η ροή νερού μέσα από την αντλία προς τα πίσω (κάτι που θα προκαλούσε βλάβη στην αντλία). Αν μια αντλία δεν έχει βαλβίδα αντεπιστροφής στον καταθλιπτικό αγωγό, το νερό μπορεί να κινηθεί προς τα πίσω και να περάσει μέσα από την αντλία, όταν η αντλία είναι εκτός λειτουργίας. Μερικές φορές, οι βαλβίδες αντεπιστροφής τοποθετούνται σε σωλήνες διανομής ή είναι μέρος των σημείων σύνδεσης με το δίκτυο. Όσον αφορά τη μηχανική, ορισμένες βαλβίδες αντεπιστροφής απαιτούν κάποια διαφορικά ύψη ενέργειας για να λειτουργήσουν σωστά και να αποκόψουν την αντίθετη ροή. Μπορεί να επιτρέψουν μια μικρή ποσότητα αντίθετης ροής, η οποία είναι δυνατό να έχει ή να μην έχει αξιοσημείωτες συνέπειες. Όταν τα συστήματα πόσιμου νερού επικοινωνούν υδραυλικά με σημεία χρήσης μη πόσιμου νερού, η αντίστροφη ροή θα μπορούσε να είναι καταστροφική. Αυτές οι περιπτώσεις, οι οποίες ονομάζονται σταυροειδείς συνδέσεις, αποτελούν σοβαρό κίνδυνο για τους διανεμητές νερού και η πιθανότητα τέτοιων συμβάντων δικαιολογεί τη χρήση βαλβίδων αντεπιστροφής υψηλής ποιότητας. Μια συσκευή, η οποία ονομάζεται βαλβίδα αποτροπής αντίστροφης ροής, είναι κατασκευασμένη για να είναι εξαιρετικά ευαίσθητη στην αντιστροφή της ροής και συχνά ενσωματώνει μια ή

55 περισσότερες βαλβίδες αντεπιστροφής σε σειρά, για να αποτρέψει την αντίστροφη ροή. Παρόλο που είναι διαθέσιμες σε μεγάλο εύρος μεγεθών και τιμών, οι βαλβίδες αντεπιστροφής είναι, γενικά, πολύ μικρές, απλές και/ή φθηνές. Οι βαλβίδες αντεπιστροφής λειτουργούν αυτόματα και οι περισσότερες δεν ελέγχονται από κάποιο άτομο ή άλλη πηγή εξωτερικού ελέγχου επομένως, οι περισσότερες δεν έχουν λαβή ή στέλεχος. Μια σημαντική έννοια όσον αφορά τις βαλβίδες αντεπιστροφής, είναι η ελάχιστη ανάντη πίεση, στην οποία μπορεί να λειτουργήσει η βαλβίδα (cracking pressure). Τυπικά, οι βαλβίδες αντεπιστροφής είναι σχεδιασμένες για συγκεκριμένη ελάχιστη πίεση και επομένως, μπορούν να χαρακτηριστούν από αυτήν. Υπάρχουν πολλά είδη βαλβίδων αντεπιστροφής, οι οποίες χρησιμοποιούνται σε ένα μεγάλο εύρος εφαρμογών: Μια σφαιρική βαλβίδα αντεπιστροφής είναι μια βαλβίδα αντεπιστροφής, στην οποία το μέλος για το κλείσιμο, δηλαδή, το κινούμενο μέρος, το οποίο αποτρέπει τη ροή, είναι μια σφαιρική μπάλα. Σε μερικές (αλλά όχι όλες) σφαιρικές βαλβίδες αντεπιστροφής, υπάρχει ελατήριο στην μπάλα για να τη βοηθά να μένει κλειστή. Για αυτές που είναι κατασκευασμένες χωρίς ελατήριο, η αντίστροφη ροή πρέπει να μετακινήσει την μπάλα προς την έδρα, για να επιτευχθεί απομόνωση. Η εσωτερική επιφάνεια των κύριων εδρών των αντεπίστροφων σφαιρικών βαλβίδων έχει περίπου κωνικό σχήμα, για να οδηγείται η μπάλα στην έδρα και να δημιουργείται μια αδιαπέραστη στεγάνωση, όταν αποτρέπεται η αντίστροφη ροή. Οι αντεπίστροφες σφαιρικές βαλβίδες είναι, συχνά, πολύ μικρές, απλές και φθηνές. Παρόλο που οι σφαίρες είναι, τις περισσότερες φορές, κατασκευασμένες από μέταλλο, μπορούν να κατασκευαστούν και από άλλα υλικά ή σε μερικές πολύ ειδικές περιπτώσεις, από ειδικό γυαλί. Υπάρχουν παρόμοιες βαλβίδες αντεπιστροφής, στις οποίες ο δίσκος δεν είναι σφαιρικός αλλά έχει άλλο σχήμα, όπως για παράδειγμα δισκοειδές και ενεργοποιείται με ελατήριο. Οι σφαιρικές βαλβίδες αντεπιστροφής με σφαιρίδιο δεν πρέπει να μπερδεύονται με τις σφαιρικές βαλβίδες, οι οποίες αποτελούν διαφορετικό τύπο βαλβίδων, στις οποίες η σφαίρα λειτουργεί σαν ελεγχόμενος κινητός τροχός για να ελέγχει ή να κατευθύνει τη ροή. Η αντεπίστροφη βαλβίδα με διάφραγμα χρησιμοποιεί ένα εύκαμπτο ελαστικό διάφραγμα, το οποίο είναι τοποθετημένο με τρόπο που δημιουργεί μια κανονικά κλειστή βαλβίδα. Η πίεση στην πλευρά όπου το νερό κινείται αντίθετα με το ρεύμα, πρέπει να είναι μεγαλύτερη από την πίεση στη πλευρά όπου το νερό ακολουθεί την κανονική ροή, κατά ένα συγκεκριμένο ποσό, το οποίο είναι γνωστό σαν διαφορική πίεση, για να μπορέσει η βαλβίδα να ανοίξει και να επιτρέψει τη ροή. Όταν η θετική πίεση σταματήσει, το διάφραγμα αυτόματα παίρνει την αρχική του θέση, κλείνοντας τη βαλβίδα. Μια αντεπίστροφη βαλβίδα με παλινδρομικό στοιχείο ή αντεπίστροφη βαλβίδα αιωρούμενου δίσκου είναι η βαλβίδα αντεπιστροφής, στην οποία ο δίσκος, το κινούμενο μέρος το οποίο αποτρέπει τη ροή, περιστρέφεται πάνω σε ένα μεντεσέ ή σύνδεσμο, είτε πάνω στην έδρα, για να αποτρέπει την αντίστροφη ροή, είτε εκτός έδρας, για να επιτρέπει την ορθή ροή. Η καθαρή διατομή του ανοίγματος της έδρας μπορεί να είναι κατακόρυφη με τον άξονα μεταξύ των δύο ανοιγμάτων ή σε γωνία.

56 Παρόλο που οι αντεπίστροφες περιστροφικές βαλβίδες είναι διαθέσιμες σε διάφορα μεγέθη, οι μεγαλύτερες βαλβίδες αντεπιστροφής είναι, συνήθως, αντεπίστροφες περιστροφικές βαλβίδες. Μια άλλη παραλλαγή αυτού του μηχανισμού είναι η βαλβίδα αντιστροφής, η οποία χρησιμοποιείται για σκοπούς πυρόσβεσης και συστήματα πυρασφάλειας. Μια αρθρωτή πύλη παραμένει ανοικτή μόνο στην κατεύθυνση εισροής. Η βαλβίδα αντιστροφής συχνά έχει και ένα ελατήριο, το οποίο κρατά την πύλη κλειστή, όταν δεν υπάρχει πρόσθια πίεση. Η αντεπίστροφη βαλβίδα αναστολής είναι μια βαλβίδα αντεπιστροφής με έλεγχο υπερπήδησης, για να σταματά τη ροή ανεξάρτητα από την κατεύθυνση ροής και την πίεση. Εκτός από το κλείσιμο σε περίπτωση αντίστροφης ροής ή ανεπαρκούς πρόσθιας πίεσης (συμπεριφορά κανονικής βαλβίδας αντεπιστροφής), η βαλβίδα μπορεί να κλείσει και με εξωτερικό μηχανισμό, αποτρέποντας τη ροή, ανεξάρτητα από την πρόσθια πίεση. Η αντεπίστροφη βαλβίδα ανύψωσης είναι η βαλβίδα αντεπιστροφής, στην οποία ο δίσκος, ο οποίος μερικές φορές ονομάζεται και ανυψωτήρας, μπορεί να ανυψωθεί από την έδρα του μέσω υψηλότερης ανάντη πίεσης ή ανάντη υγρού, για να επιτρέψει τη ροή προς την έξοδο ή την κατάντη πλευρά. Ένας οδηγός διατηρεί την κίνηση του δίσκου σε κάθετη γραμμή, για να μπορεί μετά η βαλβίδα να επανατοποθετηθεί σωστά στην έδρα της. Όταν η πίεση δεν είναι πλέον ψηλή, η πίεση βαρύτητας ή υψηλότερη κατάντη πίεση θα χαμηλώσει το δίσκο στην έδρα του, κλείνοντας τη βαλβίδα για να αποτραπεί η αντίστροφη ροή. Η βαλβίδα τύπου ράμφους πάπιας είναι μια βαλβίδα αντεπιστροφής, στην οποία η ροή προχωρά διαμέσου ενός μαλακού σωλήνα, ο οποίος προεξέχει από την κατάντη πλευρά. Η οπίσθια πίεση προκαλεί την πτώση του σωλήνα, με αποτέλεσμα να αποκόπτεται η ροή. Πολλαπλές βαλβίδες αντεπιστροφής μπορούν να ενωθούν σε σειρά. Για παράδειγμα, συχνά χρησιμοποιείται μια διπλή βαλβίδα αντεπιστροφής, ως συσκευή αποτροπής αντίστροφης ροής, για να αποτρέψει τη εισροή πιθανώς μολυσμένου νερού πίσω στις γραμμές δημόσιας παροχής νερού. Υπάρχουν, επίσης, διπλές αντεπίστροφες σφαιρικές βαλβίδες, στις οποίες υπάρχουν δύο διαδοχικοί συνδυασμοί σφαίρας/έδρας στο ίδιο σώμα, για να διασφαλίσουν την πλήρη στεγανότητα κλεισίματος, όταν παρεμποδίζεται η αντίστροφή ροή και αντεπίστροφες βαλβίδες με έμβολο, βαλβίδες αντεπιστροφής με πλακίδια και βαλβίδες αντεπιστροφής με σφαίρα και κώνο Βαλβίδες ελέγχου στάθμης Πολλές εταιρίες υδάτων χρησιμοποιούν συσκευές, οι οποίες ονομάζονται βαλβίδες ελέγχου στάθμης ή βαλβίδες με πλωτήρα, στο σημείο όπου οι σωληνώσεις ενώνονται με τη δεξαμενή. Ελέγχονται αυτόματα από τη στάθμη του νερού στον ταμιευτήρα. Όταν η στάθμη της δεξαμενής ανέβει σε ένα καθορισμένο ανώτατο όριο, η βαλβίδα κλείνει για να εμποδίσει τη εισροή περισσότερου νερού, αποτρέποντας με αυτό τον τρόπο την υπερχείλιση. Το στοιχείο κλεισίματος μιας βαλβίδας τύπου πεταλούδας είναι συνδεδεμένο με ένα πλωτήρα ή με αισθητήρες σε διαφορετικά ύψη. Όταν η τάση της ροής αντιστρέφεται, η βαλβίδα ανοίγει ξανά και επιτρέπει στη δεξαμενή να λειτουργήσει, για να ικανοποιήσει τη ζήτηση που

57 υπάρχει στο σύστημα. Αρχίζοντας από την προρυθμισμένη στάθμη, η βαλβίδα θα ρυθμίζεται σταδιακά καθώς ανεβαίνει η στάθμη του νερού, μέχρι η στάθμη να φτάσει το ανώτατο όριο. Σε αυτό το σημείο η βαλβίδα θα κλείσει εντελώς. Όταν η στάθμη νερού βρίσκεται κάτω από το κρίσιμο επίπεδο, η βαλβίδα παραμένει εντελώς ανοιχτή. Τα περισσότερα πακέτα λογισμικού περιλαμβάνουν αυτόματα, σε κάποια μορφή, τη συμπεριφορά των βαλβίδων ελέγχου στάθμης στη μέγιστη και ελάχιστη στάθμη της δεξαμενής και δεν χρειάζεται να συμπεριληφθούν. Αν όμως σε μια δεξαμενή δεν υπάρχει βαλβίδα ελέγχου υψομέτρου, η υπερχείλιση είναι πιθανή και πρέπει να γίνουν προβλέψεις για να συμπεριληφθεί αυτή η συμπεριφορά στο μοντέλο Αεροβαλβίδες Το φαινόμενο του παγιδευμένου αέρα σε μια σωλήνωση μπορεί να έχει σοβαρές επιπτώσεις στη λειτουργία και την αποτελεσματικότητα του συστήματος. Καθώς οι Θύλακες αέρος συγκεντρώνονται στα ψηλότερα σημεία, δημιουργείται μια παρεμπόδιση της ροής, η οποία προκαλεί περιττό ύψος απωλειών ενέργειας. Σε μια σωλήνωση με αρκετούς αεροθύλακες μπορεί να προκληθεί ικανή παρεμπόδιση, ώστε να σταματήσει ολόκληρη η ροή. Η κίνηση των αεροθυλάκων μπορεί να προκαλέσει ξαφνικές μεταβολές στην ταχύτητα. Όταν διέλθουν από ένα εμπόδιο στη σωλήνωση, όπως για παράδειγμα μια βαλβίδα ελέγχου, μπορεί να προκληθούν κύματα ή υδραυλικό πλήγμα. Το υδραυλικό πλήγμα μπορεί να προκαλέσει βλάβες στον εξοπλισμό ή να χαλαρώσει εξαρτήματα και να προκαλέσει διαρροή. Τέλος, όταν το υλικό του σωλήνα είναι εκτεθειμένο σε αεροθύλακες, επιταχύνεται η διάβρωση και μπορεί να έχει σαν αποτέλεσμα την πρόωρη καταστροφή του σωλήνα. Η συγκέντρωση αέρα μπορεί να συμβεί κατά το γέμισμα των σωληνώσεων, αλλά και κατά τη διάρκεια της συνήθους λειτουργίας. Υπάρχουν τρεις πρωταρχικές πηγές αέρα σε μια σωλήνωση. Πρώτον, κατά την αρχική λειτουργία, η σωλήνωση περιέχει αέρα, ο οποίος πρέπει να εξαχθεί κατά το γέμισμα. Καθώς ο σωλήνας γεμίζει, ο περισσότερος αέρας θα ωθηθεί κατάντη και θα απελευθερωθεί από κρουνούς, βρύσες και άλλα μηχανικές συσκευές. Ένα μεγάλο μέρος του αέρα όμως θα παγιδευτεί στα ψηλότερα σημεία του συστήματος. Δεύτερο, σύμφωνα με την τυπική διαλυτότητα του αέρα στο νερό, το νερό περιέχει περίπου 2 τοις εκατό αέρα. Με μια αύξηση στη θερμοκρασία ή μια μείωση της πίεσης, η οποία παρατηρείται στα ψηλότερα σημεία, εξαιτίας της αύξησης του υψομέτρου, απελευθερώνεται αέρας απ' το δάλυμα. Τέλος, αέρας μπορεί να εισέλθει μέσω εξοπλισμού όπως αντλίες, εξαρτήματα και βαλβίδες, όταν υπάρχουν συνθήκες κενού. Σήμερα, οι εταιρείς ύδρευσης χρησιμοποιούν μια ποικιλία αυτόματων βαλβίδων αέρα στα αντιοστάσια και κατά μήκος των σωληνώσεων. Σε ένα σύστημα σωληνώσεων οι βαλβίδες αέρα εκπληρώνουν δύο βασικές λειτουργίες. Διατηρούν την αποδοτικότητα σχεδιασμού του συστήματος και προστατεύουν το σύστημα. Η αποδοτικότητα του συστήματος διατηρείται με την απελευθέρωση του αέρα από το σύστημα μέσω των βαλβίδων αέρα, για να μην παρεμποδίζεται η ροή και να αυξάνονται τα κόστη άντλησης. Η προστασία προσφέρεται με την απομάκρυνση ή την εισαγωγή αέρα μέσω των βαλβίδων αέρα κατά την αρχική λειτουργία, την παύση της λειτουργίας και κατά τη διάρκεια κρίσιμων συνθηκών, όπως διακοπών ηλεκτρικού ρεύματος και βλαβών στις σωληνώσεις. Η απομάκρυνση και η εισαγωγή αέρα σε αυτές τις κρίσιμες συνθήκες θα μειώσει τον κίνδυνο καταστροφικών, απότομων μεταβολών στην πίεση και υδραυλικού πλήγματος, καταστάσεις που

58 σχετίζονται συνήθως με την ύπαρξη ανεξέλεγκτου αέρα ή κενών αέρος μέσα στο σύστημα σωληνώσεων. Υπάρχουν τρία βασικά είδη αεροβαλβίδων, οι βαλβίδες απελευθέρωσης αέρα, βαλβίδες εισαγωγής/εξαγωγής αέρα και σύνθετες βαλβίδες αέρα. Είναι σημαντικό να γίνουν κατανοητές οι λειτουργίες και οι περιορισμοί κάθε τύπου βαλβίδας, έτσι ώστε οι βαλβίδες να επιλέγονται και να αξιολογούνται σωστά για κάθε σωλήνωση. Οι βαλβίδες απελευθέρωσης αέρα είναι, πιθανότατα, οι πιο γνωστές βαλβίδες αέρα. Η βαλβίδα έχει ένα μικρό στόμιο ακριβείας, από το οποίο απελευθερώνεται διαρκώς αέρας υπό πίεση κατά τη λειτουργία των σωληνώσεων. Η βαλβίδα απελευθέρωσης αέρα διαθέτει έναν πλωτήρα, για να ανιχνεύει την ύπαρξη αέρα και έναν μηχανισμό σύνδεσης, ο οποίος δίνει στον πλωτήρα το μηχανικό πλεονέκτημα για διάνοιξη του στομίου κάτω από τις πλήρεις πιέσεις των σωληνώσεων. Η βαλβίδα απελευθέρωσης αέρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί, επίσης, μεταξύ μιας κάθετης φυγοκεντρικής αντλίας και μιας αντεπίστροφης βαλβίδας ηλεκτρικής αντλίας, για να αποτραπούν οι απότομες μεταβολές στην πίεση μεταξύ της αντλίας και της βαλβίδας ελέγχου. Σε αυτή την εφαρμογή, το άνοιγμα της βαλβίδας ελέγχου καθυστερείται με ένα χρονοδιακόπτη, μέχρι η βαλβίδα απελευθέρωσης αέρα να απελευθερώσει τον αέρα μέσα στη στήλη της αντλίας και να επιτευχθεί μια ελεγχόμενη ταχύτητα ροής μέσα στη στήλη της αντλίας. Επειδή η βαλβίδα έχει περιορισμένη χωρητικότητα ροής κενού αέρος, είναι απαραίτητος ένας χρονοδιακόπτης, ο οποίος καθυστερεί την επανεκκίνηση της αντλίας, για να έχει τη δυνατότητα η στάθμη του νερού στη στήλη της αντλίας να επιστρέψει στο αρχικό της επίπεδο. Οι βαλβίδες απελευθέρωσης αέρα έχουν περιορισμένη δυνατότητα εισαγωγής και εξαγωγής αέρα. Για αυτό το λόγο, οι περισσότερες περιοχές σωληνώσεων απαιτούν τόσο βαλβίδες απελευθέρωσης αέρα, όσο και βαλβίδες εισαγωγής/εξαγωγής αέρα, για να εισάγουν και να εξάγουν μεγάλες ποσότητες αέρα. Η βαλβίδα εισαγωγής/εξαγωγής αέρα τοποθετείται κατάντη των αντλιών και σε ψηλά σημεία, για να απομακρύνει μεγάλες ποσότητες αέρα κατά την εκκίνηση των αντλιών και το γέμισμα των σωληνώσεων. Η βαλβίδα επίσης, θα εισάγει μεγάλες ποσότητες αέρα, για να αποτρέψει τη δημιουργία κενού αέρος και να επιτρέψει την αποστράγγιση. Μαζί με τη στάθμη του νερού ανυψώνεται και ένας πλωτήρας μέσα στη βαλβίδα, ο οποίος θα κλείσει τη βαλβίδα όταν εξαχθεί όλος ο αέρας. Με τη μείωση της πίεσης, η οποία μπορεί να προέλθει από αποστράγγιση, βλάβη στις σωληνώσεις ή διαχωρισμό στήλης, ο πλωτήρας θα χαμηλώσει και θα επιτρέψει να ξαναμπεί αέρας στον σωλήνα. Σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας, ο πλωτήρας παραμένει κλειστός εξαιτίας της πίεσης του σωλήνα και δεν απελευθερώνει τον συσσωρευμένο αέρα. Μια βαλβίδα απελευθέρωσης αέρα είναι απαραίτητη, για να απελευθερώνει τον αέρα κατά τη λειτουργία του συστήματος. Υπάρχουν δύο παραλλαγές στις βαλβίδες εισαγωγής/εξαγωγής αέρα. Πρώτον, οι βαλβίδες εισαγωγής/εξαγωγής αέρα μπορεί να είναι εξοπλισμένες με μια αντιπληγματική συσκευή, η οποία ελέγχει τη ροή του νερού στη βαλβίδα, για να μειώσει τις απότομες μεταβολές της πίεσης στη βαλβίδα. Η αντιπληγματική συσκευή είναι χρήσιμη στα ψηλά σημεία, όπου μπορεί να παρατηρηθεί διαχωρισμός στηλών ή απότομες μεταβολές στην ταχύτητα. Δεύτερον, υπάρχουν βαλβίδες εισαγωγής/εξαγωγής αέρα σε φρέατα οι οποίες είναι εξοπλισμένες με

59 συσκευή ρύθμισης ή αντιπληγματική συσκευή για χρήση μαζί με κάθετες ηλεκτρικές αντλίες. Αυτές οι αντλίες λειτουργούν έναντι μιας άδειας στήλης αντλίας και μιας κλειστής αντεπίστροφης βαλβίδας αντλίας, αρχίζοντας, με αυτό τον τρόπο, γρήγορα και επιταχύνοντας τη ροή του υγρού. Η συσκευή ρύθμισης ελέγχει το ρυθμό απελευθέρωσης του αέρα, έτσι ώστε να ελαχιστοποιείται η απότομη μεταβολή στην πίεση, η οποία δημιουργείται, όταν η στήλη νερού της αντλίας φτάνει στην κλειστή αντεπίστροφης βαλβίδας της αντλίας. Η συσκευή ρύθμισης έχει μια δεύτερη, ανεξάρτητη θυρίδα, από την οποία επιτρέπει στον αέρα να εισέλθει στο σωλήνα, όταν σταματήσει να λειτουργεί η αντλία, για να αποκατασταθεί η στάθμη στατικής αναρρόφησης του νερού και να μην επιτραπεί η δημιουργία κενού αέρος στη στήλη της αντλίας. Η συσκευή ρύθμισης με διπλή θυρίδα θα πρέπει να έχει μια ανοιχτή θυρίδα κενού αέρος, ξεχωριστή από τη θυρίδα εξαγωγής, έτσι ώστε να μην περιορίζεται από τις σωληνώσεις εξαγωγής η ροή αέρα στη συσκευή. Η σύνθετη βαλβίδα αέρα συνδυάζει τις λειτουργίες της βαλβίδας εισαγωγής/εξαγωγής αέρα και της βαλβίδας απελευθέρωσης αέρα και είναι μια άριστη επιλογή για ψηλά σημεία. Μια σύνθετη βαλβίδα περιλαμβάνει μια μικρή θυρίδα απελευθέρωσης αέρα και μια μεγάλη θυρίδα εισαγωγής/εξαγωγής αέρα σε ένα σύστημα. Στις μικρότερες βαλβίδες ο μηχανισμός πλωτήρα και μοχλού περιλαμβάνεται στο ίδιο σώμα. Σε μεγαλύτερες βαλβίδες ένα διπλό σώμα, το οποίο αποτελείται από μια βαλβίδα απελευθέρωσης αέρα συνδεδεμένη με μια βαλβίδα εισαγωγής/εξαγωγής αέρα κατασκευάζεται και συναρμολογείται εργοστασιακά. Οι μονάδες με ένα σώμα έχουν το πλεονέκτημα ότι είναι πιο συμπαγείς και τυπικά, λιγότερο δαπανηρές. Οι μονάδες δύο σωμάτων έχουν πλεονεκτήματα όσον αφορά το μέγεθος και τη συντήρηση των βαλβίδων απελευθέρωσης αέρα, καθώς, η βαλβίδα εισαγωγής/εξαγωγής αέρα συνεχίζει να λειτουργεί, ενώ η βαλβίδα απελευθέρωσης αέρα απομονώνεται και επισκευάζεται. Συνδυάζοντας βαλβίδες απελευθέρωσης αέρα και βαλβίδες εισαγωγής/εξαγωγής αέρα διάφορων μεγεθών, μπορούν να δημιουργηθούν σύνθετες βαλβίδες με δύο σώματα για κάθε, σχεδόν, εφαρμογή. Μερικοί σχεδιαστές χρησιμοποιούν μόνο σύνθετες βαλβίδες αέρα σε μια σωλήνωση, γιατί συμπεριλαμβάνουν όλες τις λειτουργίες των βαλβίδων αέρα και ένα λάθος στην εγκατάσταση δε θα αφήσει τη σωλήνωση απροστάτευτη. Οι αεροβαλβίδες εγκαθίστανται σε μια σωλήνωση για να εξάγουν και να εισάγουν αέρα, για να αποτρέπονται τα κενά αέρος και οι σχετικές με τον αέρα απότομες μεταβολές στην πίεση. Συνιστάται να εγκαθίστανται βαλβίδες στα ακόλουθα σημεία μιας σωλήνωσης : 1) Ψηλά σημεία: σύνθετη βαλβίδα αέρα. 2) Μεγάλα οριζόντια τμήματα: βαλβίδα απελευθέρωσης αέρα ή σύνθετη βαλβίδα ανά διαστήματα 380 με 760 μ. 3) Μεγάλες κατωφέρειες: σύνθετη βαλβίδα αέρα ανά διαστήματα 380 με 760 μ. 4) Μεγάλες ανωφέρειες: βαλβίδα εισαγωγής/εξαγωγής αέρα ανά διαστήματα 380 με 760 μ. 5) Μείωση σε ανοδική κλίση: βαλβίδα εισαγωγής/εξαγωγης αέρα. 6) Αύξηση σε καθοδική κλίση: σύνθετη βαλβίδα αέρα.

60 Επίσης, σε πολύ μεγάλα οριζόντια τμήματα θα χρησιμοποιηθούν εναλλάξ κατά μήκος των σωληνώσεων βαλβίδες απελευθέρωσης αέρα και σύνθετες βαλβίδες αέρα. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι, οι σύνθετες βαλβίδες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε οποιοδήποτε σημείο στη θέση των βαλβίδων απελευθέρωσης αέρα ή των βαλβίδων εισαγωγής/εξαγωγής αέρα, για να δώσουν στις σωληνώσεις επιπλέον δυνατότητα απελευθέρωσης αέρα Βαλβίδες ελέγχου Για οποιαδήποτε βαλβίδα ελέγχου, η οποία ονομάζεται και ρυθμιστική βαλβίδα, η ρύθμιση έχει πρωταρχική σημασία. Για τις βαλβίδες ελέγχου ροής, η ρύθμιση αφορά τη ρύθμιση της παροχής και για μια βαλβίδα ελέγχου πίεσης εισαγωγής, αφορά ένα συντελεστή δευτερευουσών απωλειών. Για έλεγχο βασισμένο στην πίεση, όμως, αυτή η ρύθμιση μπορεί να είναι, είτε η υδραυλική πίεση, είτε η πίεση, την οποία προσπαθεί η βαλβίδα να διατηρήσει. Τα μοντέλα βασίζονται στην υδραυλική πίεση, οπότε αν χρησιμοποιηθεί μια ρύθμιση για πίεση, είναι εξαιρετικά σημαντικό να υπάρχει, όχι μόνο η σωστή ρύθμιση για την πίεση, αλλά και το σωστό υψόμετρο για τη βαλβίδα. Με δεδομένη τη ρύθμιση της βαλβίδας, το σύστημα υπολογίζει τη ροή διαμέσου της βαλβίδας και τις μεταβολές στην πιεζομετρική γραμμή (και τις πιέσεις). Μια βαλβίδα ελέγχου είναι πολύπλοκη, με την έννοια ότι, αντίθετα με μια αντλία, η οποία είτε λειτουργεί είτε όχι, μπορεί να βρίσκεται σε οποιοδήποτε ενδιάμεσο στάδιο. Βαλβίδες μείωσης πίεσης (PRVs). Οι βαλβίδες μείωσης πίεσης ρυθμίζονται αυτόματα, για να αποτρέψουν την πίεση εξόδου από το να υπερβεί μια προκαθορισμένη τιμή και χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις όπου υψηλές κατάντη πιέσεις μπορούν να προκαλέσουν ζημιές. Για παράδειγμα, σε ένα κόμβο μεταξύ δύο πιεζομετρικών ζωνών, αν δεν υπάρχει βαλβίδα μείωσης της πίεσης, η πίεση εξόδου στην ψηλότερη ζώνη θα μπορούσε να προκαλέσει πιέσεις στην κατώτερη ζώνη αρκετά υψηλές, ώστε να σπάσουν σωλήνες και να ανοίξουν οι βαλβίδες ανακούφισης. Σε αντίθεση με τις βαλβίδες απομόνωσης, οι βαλβίδες μείωσης πίεσης δε σχετίζονται με τις σωληνώσεις, αλλά παρουσιάζονται ξεκάθαρα σε ένα υδραυλικό μοντέλο. Μια βαλβίδα μείωσης πίεσης χαρακτηρίζεται, σε ένα μοντέλο, από την κατάντη πίεση εξόδου, την οποία προσπαθεί να διατηρήσει, τη θέση ελέγχου που έχει και το συντελεστή τοπικών απωλειών της. Επειδή η βαλβίδα εισάγει σκόπιμα απώλειες, για να δημιουργηθεί η ζητούμενη πίεση εξόδου, ο συντελεστής τοπικών απωλειών μιας βαλβίδας μείωσης πίεσης αποτελεί πρόβλημα μόνο όταν η βαλβίδα είναι πλήρως ανοικτή. Όπως και οι αντλίες, έτσι και οι βαλβίδες μείωσης πίεσης συνδέουν δύο πιεζομετρικές ζώνες και έχουν δύο συναφείς πιέσεις εξόδου, έτσι σε μερικά μοντέλα παρουσιάζονται σαν συνδέσεις και σε μερικά σαν κόμβοι. Οι βαλβίδες μείωσης πίεσης χρησιμοποιούνται, συνήθως, για να ελέγξουν την πίεση σε απομονωμένα μέρη των δικτύων, αν αυτή αυξηθεί πάρα πολύ. Όταν η πίεση ανάντη της βαλβίδας ξεπεράσει την προκαθορισμένη τιμή, η βαλβίδα θα αρχίσει να κλείνει, μέχρι η κατάντη πίεση να εξισωθεί με την προκαθορισμένη πίεση. Αν η ανάντη πίεση είναι πιο χαμηλή από την προκαθορισμένη τιμή, η βαλβίδα λειτουργεί πλήρως ανοιχτή. Οι βαλβίδες μείωσης πίεσης λειτουργούν επίσης σαν βαλβίδες αντεπιστροφής: όταν η κατάντη πίεση είναι πιο ψηλή από την ανάντη πίεση, η βαλβίδα κλείνει. Επομένως, οι βαλβίδες αυτές είναι εξοπλισμένες με ανάντη και κατάντη μανόμετρα, για να μπορούν να λειτουργήσουν σωστά.

61 Υπάρχουν δύο είδη βαλβίδων μείωσης πίεσης, οι άμεσης δράσης και οι χειριζόμενες από πιλότο. Χρησιμοποιούν και οι δύο σφαιρικό ή γωνιώδη τύπο σώματος. Οι βαλβίδες άμεσης δράσης, ο πιο δημοφιλής τύπος βαλβίδων μείωσης πίεσης, αποτελούνται από σφαιρικά σώματα με θερμοστεγές διάφραγμα με ελατήριο, το οποίο είναι ενωμένο με την έξοδο της βαλβίδας και το οποίο τίθεται σε λειτουργία όταν κινηθεί το ελατήριο. Αυτό το ελατήριο διατηρεί μια προκαθορισμένη ένταση στην έδρα της βαλβίδας και είναι εγκατεστημένο με ένα μηχανισμό εξισορρόπησης της πίεσης, για ακριβή έλεγχο της πίεσης του νερού. Οι δημόσιες και ιδιωτικές εταιρείες παροχής νερού χρησιμοποιούν αντλίες και αντλιοστάσια, για να αυξήσουν την πίεση του νερού στους αγωγούς παροχής και να μπορούν να προμηθεύσουν νερό για πυρόσβεση, σε ψηλά κτίρια, όπου πρέπει να αντιμετωπιστεί η μείωση της πίεσης από την αύξηση του υψόμετρου και να διατηρήσουν την παροχή νερού σε υδατόπυργους και δεξαμενές. Οι περισσότεροι υδραυλικοί κανονισμοί απαιτούν τη χρήση βαλβίδων μείωσης πίεσης σε οικιακά συστήματα, όταν η πίεση του νερού στους δημόσιους αγωγούς ξεπερνά τα 80psi. Οι ψηλότερες πιέσεις μπορούν να καταστρέψουν σωλήνες, να προκαλέσουν ζημιές στις εγκαταστάσεις και να τραυματίσουν τους χρήστες. Οι ψηλές πιέσεις νερού σπαταλούν νερό. Σε πίεση 100 mwc (μέτρα στήλης νερού) ρέει μέσα σε ένα σύστημα το διπλάσιο νερό, από ότι σε πίεση 35 mwc. Το περισσότερο από αυτό το επιπλέον νερό κατασπαταλείται. Σχήμα Βαλβίδα μείωσης πίεσης Εγκατεστημένη αμέσως μετά τους μετρητές νερού σε κατοικίες, εμπορικά κτίρια και εργοστάσια, μια βαλβίδα μείωσης πίεσης μειώνει αυτόματα την πίεση από τον κύριο αγωγό, σε μια πιο χαμηλή, ακίνδυνη πίεση. Το νερό που μπαίνει στη βαλβίδα από τον κύριο αγωγό, περιορίζεται μέσα στο σώμα της βαλβίδας και οδηγείται στον εσωτερικό θάλαμο, ελεγχόμενο από ένα ρυθμιζόμενο διάφραγμα με ελατήριο και το δίσκο. Με την προϋπόθεση ότι, η πίεση εισόδου δε θα πέσει κάτω από την προρυθμισμένη πίεση της βαλβίδας, η βαλβίδα μείωσης πίεσης διασφαλίζει μια σταθερή ροή νερού σε λειτουργική πίεση, ακόμα και αν η πίεση εισόδου μεταβληθεί.

62 Μια σωστά ρυθμισμένη βαλβίδα δεν έχει θορυβώδη λειτουργία, ούτε καταστρέφεται πρόωρα. Η υπερδιαστασιολόγηση των βαλβίδων μείωσης πίεσης μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα, όπως μικρές διαρροές από την έδρα της βαλβίδας, σε συνθήκες χαμηλής ροής. Γενικά, η ελάχιστη ροή διαμέσου μια βαλβίδας μείωσης πίεσης, θα πρέπει να είναι το 10% με 15% της μέγιστης επιθυμητής ροής σε ένα σύστημα. Επίσης, οι βαλβίδες μείωσης πίεσης θα πρέπει να επιλέγονται βάσει του εύρους ροής και πίεσης, που καταγράφεται στη βιβλιογραφία και όχι βάσει του μεγέθους του σωλήνα, πάνω στον οποίο θα τοποθετηθούν. Θα πρέπει να επιλέξετε μια βαλβίδα, της οποίας οι λειτουργικές πιέσεις βρίσκονται στο μέσο του ονομαστικού εύρους. Η διαδικασία της μείωσης εν σειρά σε δύο στάδια χρησιμοποιεί δύο βαλβίδες σε σειρά, για να μειώσει ή να εξαλείψει ακραίες παρεκκλίσεις μεταξύ της πίεσης εισόδου του αγωγού και της επιθυμητής, μειωμένης τελικής πίεσης. Η μείωση σε δύο στάδια συστήνεται, όταν οι αρχικές πιέσεις είναι πολύ ψηλές ή όταν ο λόγος της επιθυμητής μείωσης είναι μεγαλύτερος από 4:1 ή όταν η πίεση εισόδου έχει μεγάλες διακυμάνσεις. Το πλεονέκτημα της μείωσης σε δύο στάδια είναι ότι καμιά βαλβίδα δεν υπόκειται σε ακραίες διαφορικές πιέσεις, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η διάρκεια ζωής της βαλβίδας και να γίνεται πιο ακριβής ρύθμιση της πίεσης. Η εν παραλλήλω διάταξη χρησιμοποιεί δύο ή περισσότερες βαλβίδες μείωσης πίεσης μικρότερου μεγέθους, για την εξυπηρέτηση ενός μεγάλου αγωγού διανομής νερού. Αυτή η προσέγγιση θα πρέπει να χρησιμοποιείται όπου υπάρχει μεγάλη διαφοροποίηση στις απαιτήσεις για μειωμένη πίεση και όπου πρέπει να διατηρείται μια συνεχής παροχή νερού. Οι παράλληλες εγκαταστάσεις προσφέρουν επίσης το πλεονέκτημα μεγαλύτερης δυναμικότητας, όταν χρειάζεται, η οποία ξεπερνά τη δυναμικότητα μιας μόνο βαλβίδας. Επιπλέον, η παράλληλη διάταξη βελτιώνει την απόδοση της βαλβίδας, όταν υπάρχει μεγάλη διακύμανση στη ζήτηση και επιτρέπει τη συντήρηση μιας βαλβίδας χωρίς να διακόπτεται η ροή του νερού, αποφεύγοντας με τον τρόπο αυτό τις δαπανηρές διακοπές. Βαλβίδες διατήρησης πίεσης (PSVs). Μια βαλβίδα διατήρησης πίεσης ρυθμίζει αυτόματα τη ροή, για να αποτρέψει την πτώση της ανάντη υδραυλικής πίεσης κάτω από μια προκαθορισμένη τιμή. Για την ακρίβεια, αυτή η βαλβίδα είναι μια βαλβίδα μείωσης της πίεσης, της οποίας η λειτουργία έχει αντιστραφεί. Σε αυτή την περίπτωση, το απομονωμένο μέρος του δικτύου βρίσκεται ανάντη της βαλβίδας, όπου θα πρέπει να διασφαλιστεί μια συγκεκριμένη ελάχιστη πίεση. Η βαλβίδα αρχίζει να κλείνει, όταν η πίεση ανάντη πέσει κάτω από την προκαθορισμένη τιμή. Η βαλβίδα αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε περιπτώσεις, όπου η μη ρυθμισμένη ροή μπορεί να έχει σαν αποτέλεσμα ανεπαρκείς πιέσεις στο ανάντη μέρος του συστήματος. Χρησιμοποιούνται συχνά για τη βαθμονόμιση βαλβίδων μείωσης πίεσης. Όπως και η βαλβίδα μείωσης πίεσης, η βαλβίδα διατήρησης πίεσης παρουσιάζεται ρητά σε ένα υδραυλικό μοντέλο και χαρακτηρίζεται από την ανάντη πίεση, την οποία προσπαθεί να διατηρήσει, τη θέση της και το συντελεστή τοπικών απωλειών. Βαλβίδες ελέγχου ροής (FCVs). Οι βαλβίδες ελέγχου ροής (FCVs) ρυθμίζονται αυτόματα, για να περιορίσουν την παροχή διαμέσου μιας βαλβίδας σε μια τιμή, η οποία καθορίζεται από το χρήστη. Αυτός ο τύπος βαλβίδας μπορεί να χρησιμοποιηθεί οπουδήποτε είναι απαραίτητος ο έλεγχος με βάση τη ροή, όπως για

63 παράδειγμα, όταν ένας διανεμητής νερού έχει συμφωνία με ένα συνδρομητή όσον αφορά μέγιστες παροχές κατανάλωσης. Οι βαλβίδες ελέγχου ροής δεν εγγυώνται ότι η ροή δε θα είναι λιγότερη από την προκαθορισμένη τιμή, μόνο ότι η ροή δε θα ξεπεράσει την προκαθορισμένη τιμή. Αν η παροχή δεν ισούται με την προκαθορισμένη τιμή, τα υπολογιστικά πακέτα το δηλώνουν με μια προειδοποίηση. Όπως και με τις βαλβίδες μείωσης και τις βαλβίδες διατήρησης της πίεσης, τα περισσότερα μοντέλα υποστηρίζουν τις βαλβίδες ελέγχου ροής, οι οποίες χαρακτηρίζονται από τη ρύθμιση μέγιστης ροής, τη θέση και το συντελεστή τοπικών απωλειών. Βαλβίδες ελέγχου πίεσης εισαγωγής (TCVs). Σε αντίθεση με τις βαλβίδες ελέγχου ροής, όπου η ροή καθορίζεται άμεσα, μια βαλβίδα ελέγχου πίεσης εισαγωγής, ρυθμίζεται, για να προσαρμόσει το συντελεστή τοπικών απωλειών με βάση την τιμή κάποιου άλλου χαρακτηριστικού του συστήματος (όπως, για παράδειγμα, η πίεση σε ένα κρίσιμο κόμβο ή η στάθμη του νερού σε μια δεξαμενή). Συχνά, είναι γνωστή η επίδραση της ρύθμισης της βαλβίδας σε μια συγκεκριμένη θέση, αλλά οι συντελεστές τοπικών απωλειών σαν συνάρτηση της θέσης είναι άγνωστοι. Αυτή η σχέση συχνά δίδεται από τον κατασκευαστή Πυροσβεστικοί κρουνοί Ένας πυροσβεστικός κρουνός είναι ένα ενεργό μέτρο πυροπροστασίας και μια πηγή νερού, η οποία προσφέρεται στις περισσότερες αστικές, προαστιακές και αγροτικές περιοχές μαζί με τη δημόσια παροχή νερού, δίνοντας στους πυροσβέστες τη δυνατότητα να πάρουν νερό από τη δημόσια παροχή, για να βοηθήσει στο έργο της πυρόσβεσης. Ο πυροσβεστικός κρουνός, στην πραγματικότητα, δεν είναι τίποτε άλλο από μια μεγάλη υπαίθρια βρύση. Έχει μέχρι και τέσσερα στόμια, ένα σε κάθε πλευρά, πάνω στα οποία μπορούν να βιδωθούν σφιχτά οι μάνικες. Για να αποτραπεί η αλλοίωση, τα στόμια κρατούνται κλειστά από πεντάγωνα περικόχλια, τα οποία μπορούν να ανοίξουν μόνο με ειδικό κλειδί. Στην κορυφή υπάρχει ένα παρόμοιο περικόχλιο και ακριβώς κάτω από αυτό ένας τροχός. Γυρίζοντας το περικόχλιο και τον τροχό, ανοίγει μια βαλβίδα μέσα στον κρουνό. Αυτό επιτρέπει στο νερό να ανέλθει από ένα υπόγειο σωλήνα και να απελευθερωθεί από όποιες μάνικες είναι ανοικτές. Σε αντίθεση με τις συνηθισμένες βρύσες, ένας πυροσβεστικός κρουνός είναι σχεδιασμένος να είναι, είτε πλήρως ανοικτός, είτε πλήρως κλειστός. Μπορεί να χρειαστεί τεράστια ποσότητα νερού για μεγάλο χρονικό διάστημα, για να κατασβηστεί μια μεγάλη αστική πυρκαγιά και ο χρόνος είναι πάντα υψίστης σημασίας για τους πυροσβέστες. Οι πυροσβεστικοί κρουνοί, συνήθως, διαχωρίζονται σε υπόγειες ή επιφανειακές εγκαταστάσεις. Οι υπόγειες εγκαταστάσεις είναι καλύτερα προστατευμένες από τον παγετό και την τροχαία κίνηση, αλλά, από την άλλη πλευρά, μπορεί να είναι απρόσιτες όταν χρειαστούν, όπως για παράδειγμα, αν βρίσκονται κάτω από σταθμευμένο όχημα. Η ακριβής θέση ενός κρουνού, ο οποίος είναι καλυμμένος από χιόνι ή πάγο, μπορεί να εξακριβωθεί με την τοποθέτηση μιας πλάκας με συντεταγμένες στον τοίχο ενός γειτονικού σπιτιού. Το χρώμα της πλάκας διαχωρίζει τις δικλίδες από τους κρουνούς.

64 Οι κρουνοί που βρίσκονται στην επιφάνεια διακρίνονται εύκολα είναι, συνήθως βαμμένοι με έντονα χρώματα, τα οποία αποτελούν κωδικούς για τις διάφορες δυναμικότητες των κρουνών. Παρόλα αυτά, πολύς κόσμος τους θεωρεί αντιαισθητικούς, μπορεί να υποστούν ζημιές από οχήματα ή βάνδαλους για παράνομη χρήση νερού. Αυτός ο τύπος κρουνού, κανονικά, θα εγκατασταθεί με την κύρια βαλβίδα, η οποία διατηρεί τον κύλινδρο του κρουνού στεγνό, όταν δε βρίσκεται σε λειτουργία. Μία μικρή εκκένωση στο κάτω μέρος επιτρέπει το άδειασμα του κυλίνδρου μετά τη χρήση του κρουνού. Το πλεονέκτημα αυτής της ρύθμισης είναι ότι, ένας κατεστραμμένος κρουνός δεν πρόκειται να έχει διαρροές. Επιπλέον, η παράνομη χρήση του νερού δεν είναι δυνατή χωρίς πρόσβαση στην (υπόγεια) βαλβίδα και τέλος, αποτρέπεται το πάγωμα του νερού στον κρουνό. Εναλλακτικά, ο υγρός κύλινδρος του κρουνού θα είναι συνέχεια γεμάτος με νερό, εκτεθειμένος πιθανούς κινδύνους, αλλά και πιο ταχεία λειτουργία. Οι κρουνοί τοποθετούνται, συνήθως, στις διασταυρώσεις των δρόμων, για να επιτρέπουν την εύκολη πρόσβαση από πολλές κατευθύνσεις. Η απόσταση μεταξύ των δύο κοντινότερων κρουνών σε ένα δρόμο είναι περίπου μ. Οι κρουνοί δεν πρέπει να τοποθετούνται πολύ κοντά σε κτίρια, καθώς η εγγύτητα της φωτιάς ή ο κίνδυνος κατάρρευσης κτιρίων μπορούν να αποτρέψουν τη χρήση τους. Πρέπει, επίσης, να μην τοποθετούνται πολύ κοντά στο οδόστρομα, για να αποφεύγονται οι ζημιές από την τροχαία κίνηση. Η απαραίτητη δυναμικότητα και πίεση για τους κρουνούς διαφέρουν σε κάθε περίπτωση και σχετίζονται με τους πιθανούς κινδύνους και συνέπειες από τις πυρκαγιές. Γενικά, οι απαιτήσεις πυρόσβεσης είναι μεταξύ 30-50m3/ώρα, ενώ μπορούν, μερικές φορές, να φτάσουν και τα 100m3/ώρα, υποθέτοντας ότι υπάρχει ελάχιστη λειτουργική πίεση 10-15mwc. Το κριτήριο για την πίεση, συνήθως, δεν αποτελεί πηγή ανησυχίας, καθώς τα πυροσβεστικά οχήματα είναι εξοπλισμένα με αντλία. Είναι, όμως, λογικό να περιμένουμε ότι η πίεση στο σύστημα διανομής θα μειωθεί με την πυρόσβεση, επηρεάζοντας, σε κάποιο βαθμό, τους γύρω καταναλωτές, προκαλώντας μόλυνση από αντίστροφη ροή ή απότομες μεταβολές στην πίεση. Στις χειρότερες περιπτώσεις μπορεί να δημιουργηθεί στο σύστημα κενό αέρος. Αυτή η κατάσταση μπορεί να αποφευχθεί, αν ο πυροσβεστικός κρουνός είναι συνδεδεμένος με πυροσβεστικό όχημα, το οποίο διαθέτει μια (εξισορροπητική) δεξαμενή, από όπου λαμβάνεται νερό για την πυρόσβεση. Τέλος, οι κρουνοί πρέπει να κλείνονται αργά, για να αποφευχθούν οι απότομες μεταβολές στην πίεση. Πέρα από τις μη φυσιολογικές καταστάσεις, οι πυροσβεστικοί κρουνοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για άλλους σκοπούς, όπως ο καθαρισμός των σωλήνων, έλεγχος διαρροών, πλύσιμο δρόμων κ.ά. Τα δίκτυα σωληνώσεων με κρουνούς μπορούν, επίσης, να διαχωριστούν από το δίκτυο διανομής πόσιμου νερού.

65 Σχήμα Κρουνός Αεροθάλαμοι Οι αεροθάλαμοι (γνωστοί επίσης σαν δοχεία αέρα) και οι δεξαμενές ανάπλασης προσφέρουν ένα αποτελεσματικό τρόπο μείωσης των υπερπιέσεων υδραυλικού πλήγματος και των αρνητικών πιέσεων από σφάλμα των αντλιών στις σωληνώσεις. Το υδραυλικό πλήγμα, το οποίο προκαλείται από σφάλμα στις αντλίες, μπορεί να προκαλέσει υπερπιέσεις, οι οποίες απαιτούν μεγάλο πάχος σωλήνα ή κάποια μορφή προστασίας από το υδραυλικό πλήγμα. Ο πιο αποτελεσματικός τρόπος αποτροπής των αρνητικών πιέσεων και μείωσης των υπερπιέσεων είναι η χρήση αεροθαλάμων και δεξαμενών ανάπλασης υπό πίεση. Λειτουργούν απορροφώντας νερό από το σύστημα, κατά τη διάρκεια παροδικών ψηλών πιέσεων και προσθέτοντας νερό στο σύστημα, κατά τη διάρκεια χαμηλών παροδικών πιέσεων. Ο αεροθάλαμος είναι ένα δοχείο πίεσης, το οποίο περιέχει νερό και ένα όγκο αέρα, ο οποίος διατηρείται από ένα συμπιεστή αέρα. Όταν κλείσουν οι αντλίες και η πίεση και η ροή μειωθούν στην έξοδο της αντλίας, ο αέρας στο θάλαμο διαστέλλεται, εξαιτίας της μείωσης της πίεσης και μπαίνει νερό στο σύστημα από το θάλαμο. Μια δεξαμενή ανάπλασης είναι μια, σχετικά μικρή, δεξαμενή, η οποία είναι τοποθετημένη με τέτοιο τρόπο, ώστε η ελεύθερη στάθμη του νερού, να είναι ίση με το υψόμετρο της πιεζομετρικής γραμμής. Η δεξαμενή τροφοδοτεί το σύστημα μέσω βαρύτητας και η εκροή νερού από τη δεξαμενή ελέγχει το μέγεθος της

66 παροδικής χαμηλής πίεσης, η οποία παράγεται στην έξοδο της αντλίας, όταν διακοπεί η λειτουργία της. Η σύνδεση των σωλήνων μεταξύ του αεροθαλάμου αέρα ή της δεξαμενής ανάπλασης και του συστήματος διαστασιολογείται ώστε να προσφέρει επαρκή υδραυλική δυναμικότητα, όταν ο θάλαμος εκφορτίζει, καθώς και για να προκαλεί αρκετή απώλεια ενέργειας, για να κατανέμεται η κεματική ενέργεια και για να αποτρέψει την γρήγορη πλήρωση του ή της δεξαμενής. Τα δύο αυτά κριτήρια ικανοποιούνται με τη χρήση μιας παράκαμψης με σωληνώσεις. 1.7 Εγκαταστάσεις τελικών χρηστών Υδρομετρητές Ο σκοπός των υδρομετρητών στα συστήματα διανομής νερού είναι η παροχή πληροφοριών για την υδραυλική συμπεριφορά του δικτύου, οι οποίες είναι χρήσιμες για τη λειτουργία, τη συντήρηση και το μελλοντικό σχεδιασμό επεκτάσεων στο δίκτυο και αποτελούν, επίσης, τη βάση για τις χρεώσεις. Ο καλύτερος τρόπος για να μετρά μια εταιρεία υδάτων το νερό που παράγεται και αργότερα πωλείται, είναι με τη χρήση μετρητών νερού. Οι μετρητές νερού είναι σημαντικοί για μια εταιρεία υδάτων για αρκετούς λόγους: 1. Κάνουν δυνατή τη χρέωση των συνδρομητών ανάλογα με την ποσότητα του νερό που χρησιμοποιούν. 2. Επιτρέπουν στο σύστημα τη δυνατότητα τεκμηρίωσης. 3. Είναι αντικειμενικοί για όλους τους καταναλωτές, γιατί καταγράφουν τη συγκεκριμένη χρήση. 4. Ενθαρρύνουν τους συνδρομητές να κάνουν οικονομία στο νερό (ειδικά σε σύγκριση με τις σταθερές χρεώσεις.) 5. Επιτρέπουν στο σύστημα της εταιρείας υδάτων να παρακολουθεί τον όγκο του νερού που διοχετεύει. 6. Βοηθούν στον εντοπισμό διαρροών και βλαβών στις σωληνώσεις του συστήματος διανομής. Σε πολλές χώρες οι μετρητές χρησιμοποιούνται σε κάθε κατοικία και εμπορικό κτίριο σε ένα δημόσιο σύστημα παροχής νερού. Οι μετρητές νερού μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν στην πηγή του νερού, σε πηγάδια ή σε όλη την έκταση του συστήματος, για να καθορίσουν τη ροή στο συγκεκριμένο μέρος του συστήματος. Οι μετρητές νερού, γενικά, μετρούν και παρουσιάζουν την ολική κατανάλωση σε κυβικά μέτρα ( m 3 ), σε ένα μηχανικό ή ηλεκτρονικό καταχωρητή. Μερικοί ηλεκτρονικοί καταχωρητές μετρητών μπορούν να παρουσιάσουν, εκτός από την παροχή και αρθροιστικά τον όγκο. Σε όλες τις περιπτώσεις η ακρίβεια είναι ζωτικής σημασίας, οπότε η ποιότητακαι η καλή συντήρηση αυτών των συσκευών είναι πολύ σημαντικές. Η λειτουργία των μετρητών νερού βασίζεται σε τρεις βασικές αρχές: διαφορά πίεσης, περιστροφή και μαγνητικά ή υπερηχητικά κύματα. Υπάρχουν αρκετοί τύποι μετρητών σε κοινή χρήση. Η επιλογή βασίζεται στις διαφορετικές μεθόδους μέτρησης ροής, στον τύπο του τελικού χρήστη, τις

67 απαιτούμενες παροχές και τις απαιτήσεις για ακρίβεια. Οι μετρητές κατατάσσονται σε δύο βασικές κατηγορίες: θετικής μετατόπισης και ταχύτητας. Κάθε ένας από αυτούς τους τύπους μετρητή έχει τις παραλλαγές του, δημιουργώντας την εντύπωση ότι υπάρχουν αρκετά διαφορετικά είδη. Οι μετρητές, οι οποίοι χρησιμοποιούν τόσο τη θετική μετατόπιση, όσο και την ταχύτητα, είναι γνωστοί σαν σύνθετοι μετρητές. Πολλοί μετρητές είναι πολύ ανακριβείς σε πολύ χαμηλές παροχές. Αυτό το σφάλμα αυξάνεται με τη γήρανση του μετρητή. Άλλα προβλήματα είναι η πιθανότητα έμφραξης, εξαιτίας άμμου ή σκουριάς στους σωλήνες και λάθος ανάγνωσης της ένδειξη του μετρητή. Η χρήση μετρητών έχει σαν αποτέλεσμα τη μειωμένη κατανάλωση νερού, για παράδειγμα, στη Μεγάλη Βρετανία και την Ουαλία, η κατανάλωση νερού στις ιδιοκτησίες με μετρητές είναι13% λιγότερη, σε σύγκριση με τις ιδιοκτησίες χωρίς μετρητές. Μετρητές θετικής μετατόπισης ( PDM ) Οι μετρητές θετικής μετατόπισης, οι οποίοι ονομάζονται και ογκομετρικοί μετρητές, είναι ένα είδος μηχανικών μετρητών, που χρησιμοποιούνται για σκοπούς χρεώσεων. Σε αυτό τον τύπο μετρητή ένας γνωστός όγκος υγρού σε ένα μικρό θαλαμίσκο μετακινείται με τη ροή του νερού. Οι μετρητές θετικής μετατόπισης ροής λειτουργούν γεμίζοντας και αδειάζοντας επανειλημμένα αυτό το θαλαμίσκο. Ο ρυθμός ροής υπολογίζεται με βάση το πόσες φορές αδειάζουν και γεμίζουν αυτοί οι θαλαμίσκοι. Η κίνηση ενός ταλαντευόμενου δίσκου ή ενός κυκλικού εμβόλου, κινεί μια διάταξη γραναζιών, η οποία μετρά και καταγράφει τον όγκο του νερού που εξέρχεται από τον μετρητή. Υπάρχουν δύο τύποι μετρητών θετικής μετατόπισης: ταλαντευόμενου δίσκου και εμβόλου. Οι μετρητές ταλαντευόμενου δίσκου έχουν ένα στρογγυλό δίσκο, ο οποίος είναι τοποθετημένος μέσα σε ένα κυλινδρικό θάλαμο. Ο δίσκος είναι τοποθετημένος πάνω σε μια άτρακτο. Ο δίσκος ταλαντεύεται, καθώς περνά έναν γνωστό όγκο υγρού μέσα από το θάλαμο. Η κυκλική κίνηση του δίσκου μεταφέρεται κατόπιν στον καταχωρητή, ο οποίος καταγράφει τον όγκο του νερού που πέρασε μέσα από τον μετρητή. Οι μετρητές εμβόλου έχουν ένα έμβολο, το οποίο ταλαντεύεται μπροστά-πίσω, όταν ρέει νερό μέσα από τον μετρητή. Ένας γνωστός όγκος νερού καταγράφεται για κάθε περιστροφή και η κίνηση μεταφέρεται σε έναν καταχωρητή, διαμέσου μιας διάταξης μαγνητικής κίνησης και γραναζιών. Κάτω από κανονικές συνθήκες λειτουργίας (μέγιστη λειτουργική πίεση γύρω στα mwc και θερμοκρασία περιβάλλοντος 0-40 C ) όλοι οι μικρού μεγέθους μηχανικοί μετρητές είναι σχετικά ακριβείς και προσφέρουν μετρήσεις με περιθώριο σφάλματος 2%. Αυτό το σφάλμα αυξάνεται σε πολύ μικρές παροχές, μέχρι και ένα κατώτερο όριο του εύρους λειτουργίας. Ο μετρητής δε μπορεί να καταγράψει τις παροχές κάτω από αυτό το όριο. Από την άλλη πλευρά, αν η ροή που περνά από τον μετρητή είναι πολύ μεγάλη, το περιστρεφόμενο στοιχείο θα φθαρεί γρήγορα. Για αυτό το λόγο, πρέπει να επιλεχθεί ένα μοντέλο με την κατάλληλη ονομαστική παροχή. Οι κατασκευαστές, συνήθως, προσφέρουν πληροφορίες για το λειτουργικό εύρος ροής, τις λειτουργικές πιέσεις, την ανοχή ακρίβειας κλπ. Εκτός από τις ακραίες συνθήκες λειτουργίας, ένα άλλο πρόβλημα για τους μηχανικούς μετρητές νερού, είναι η μεγάλη σκληρότητα στο νερό, η οποία, μετά από κάποιο διάστημα, προκαλεί φράξιμο των κινούμενων στοιχείων. Οι μετρητές θετικής μετατόπισης

68 χρησιμοποιούνται σε οικίες, μικρές επιχειρήσεις, ξενοδοχεία και συγκροτήματα διαμερισμάτων. Μετρητές ταχύτητας Οι μετρητές ταχύτητας λειτουργούν βάσει της αρχής ότι, το νερό που περνά μέσω μιας διατομής γνωστής επιφάνειας με μετρημένη ταχύτητα, μπορεί να εξισωθεί με τον όγκο της ροής. Οι μετρητές ταχύτητας είναι κατάλληλοι για περιπτώσεις μεγάλης παροχής. Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι μετρητών ταχύτητας, όπως στροβιλομετρικοί, πολλαπλής ριπής, μετρητές προωστήρων, υπερηχητικοί, μετρητές Βεντούρι και μετρητές στομίου. Οι στροβιλομετρικοί μετρητές έχουν έναπεριστρεφόμενο στοιχείο, το οποίο γυρίζει με τη ροή του νερού. Ο όγκος του νερού υπολογίζεται με βάση τις περιστροφές του στροβίλου. Οι μετρητές Βεντούρι έχουν ένα τμήμα με μικρότερη διάμετρο από την ανάντη πλευρά του σωλήνα. Με βάση μια αρχή της υδραυλικής, καθώς το νερό ρέει σε έναν σωλήνα, η ταχύτητά του αυξάνεται, όταν περνά από μια διατομή μικρότερης επιφάνειας. Μετράται η διαφορά στην πίεση, πριν και στην περιοχή με την μικρότερη διάμετρο. Η μεταβολή στην πίεση είναι ανάλογη του τετραγώνου της ταχύτητας. Η παροχή μπορεί να καθοριστεί μετρώντας τη διαφορά στην πίεση. Οι μετρητές Βεντούρι είναι κατάλληλοι για μεγάλους σωλήνες και δεν χρειάζονται πολλή συντήρηση. Οι μετρητές οπής λειτουργούν βάσει της ίδια αρχής, όπως και οι μετρητές Βεντούρι, με τη διαφορά ότι, αντίγια μειωμένη επιφάνεια διατομής, υπάρχει ένας κυκλικός δίσκος με ομόκεντρη οπή. Η παροχή υπολογίζεται με τον ίδιο τρόπο, όπως και στους μετρητές Βεντούρι, με τη μέτρηση της διαφοράς στις πιέσεις. Οι μετρητές Βεντούρι και οπής, τοποθετούνται επίσης, σε μεγάλους κόμβους των συστημάτων μεταφοράς νερού ή μέσασε οποιοδήποτε σύστημα διανομής νερού, στο οποίο πρέπει να μετρηθούν μεγάλες ποσότητες. Οι δύο τύποι μετρητών είναι απλοί στην κατασκευή και δεν απαιτούν ηλεκτρονικό εξοπλισμό η μόνη συσκευή μέτρησης είναι ένα διαφορικό μανόμετρο. Για να καθοριστεί η μέση ταχύτητα, πρέπει να είναι γνωστά, η γεωμετρία των διατομών και οι συντελεστές των τοπικών απωλειών με βάση τη συστολή/σχήμα του σωλήνα του στομίου. Τα υδραυλικά ροόμετρα αποτελούν εμπόδιο στη ροή, δημιουργώντας απώλειες ενέργειας και περιορίζοντας την απαίτηση για συντήρηση των σωληνώσεων. Οι μετρητές, οι οποίοι δεν έχουν κινούμενα μέρη και δε δημιουργούν κανένα φυσικό εμπόδιο, βασίζονται σε μετρήσεις είτε μαγνητικού πεδίου, είτε υπερηχητικών κυμάτων. Τα υπερηχητικά ροόμετρα χρησιμοποιούν υπερηχητικά κύματα, για να δειγματολογήσουν την κατατομή της ταχύτητας μέσα σε ένα σωλήνα. Οι μετρητές που χρησιμοποιούνται για πόσιμο νερό, βασίζουν, συνήθως, τη λειτουργία τους στην αρχή μεταβολής της ταχύτητας του ήχου, η οποία λαμβάνει υπόψη την ταχύτητα διάδοσης του ήχου στο νερό. Δύο αισθητήρες ηχητικού σήματος εγκαθίστανται στον σωλήνα με μικρή απόσταση μεταξύ τους και ανταλλάσσουν

69 διαγώνια ηχητικά κύματα σε αντίθετες κατευθύνσεις. Η διαφορά μεταξύ των ηχητικών συχνοτήτων των δύο σημάτων, η οποία είναι ανάλογη παροχής, καταγράφεται, επειδή ο ήχος που ταξιδεύει αντίθετα με τη ροή, θα χρειαστεί περισσότερο χρόνο να φτάσει στο δέκτη, από ότι ο ήχος που ταξιδεύει στην ίδια κατεύθυνση με τη ροή. Αν οι αισθητήρες είναι εγκατεστημένοι σε αντίθετες πλευρές του σωλήνα, η ανταλλαγή κυμάτων θα είναι ευθεία. Συχνότερα όμως, εγκαθίστανται στην ίδια πλευρά του σωλήνα, προκαλώντας μια διάθλαση του εκπεμπόμενου σήματος πάνω στο τοίχωμα του σωλήνα πριν παραληφθεί από τον δεύτερο αισθητήρα, γεγονός το οποίο αυξάνει την ακρίβεια των μετρήσεων. Τα υπερηχητικά ροόμετρα είναι μια λιγότερο ακριβής, αλλά πιο φθηνή λύση από τους ηλεκτρομαγνητικούς μετρητές. Το κύριο πλεονέκτημα τους είναι η ευκολία στην εγκατάσταση, η οποία επιτρέπει τη μετακίνησή τους και τη λήψη μετρήσεων από διάφορα μέρη του δικτύου. Όταν βαθμονομούνται οι συσκευές μέτρησης, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη η διάμετρος του σωλήνα, το υλικό και το πάχος των τοιχωμάτων. Οι ηλεκτρομαγνητικοί μετρητές δημιουργούν ένα μαγνητικό πεδίο συνεχούς ρεύματος, το οποίο επηρεάζεται από τη ροή του νερού. Σαν αποτέλεσμα, θα δημιουργηθεί ένα μικρό ηλεκτρικό ρεύμα, ανάλογο της ταχύτητας ροής, το οποίο καθορίζει τις κατατομές της ταχύτητας μέσα στη διατομή του σωλήνα. Ένας αισθητήρας, ο οποίος εκπέμπει παλμούς στον πομπό μέτρησης, λαμβάνει τα σήματα, τα οποία υποδεικνύουν την παροχή. Όσον αφορά τη μαζική εφαρμογή, οι ηλεκτρομαγνητικοί μετρητές είναι πολύ ακριβείς, αλλά μάλλον πολύπλοκες και ακριβές συσκευές. Χρησιμοποιούνται ευρέως για μέτρηση ροών μεγάλου όγκου σε αντλιοστάσια και κύριους αγωγούς. Αν δεν είναι διαθέσιμη η κατάλληλη προστασία, τα ευαίσθητα ηλεκτρονικά εξαρτήματα μπορεί να αποτρέψουν τη χρήση τους σε ακραίες θερμοκρασίες και συνθήκες υγρασίας. Σχήμα 1.13 Μαγνητικό ροόμετρο Krohne Enviromag 2000

70 Οι επαγωγικοί μετρητές είναι μηχανικοί μετρητές, οι οποίοι χρησιμοποιούνται για μέτρηση ροής σε σωλήνες διανομής μικρού και μεσαίου μεγέθους. Αυτοί οι μετρητές καταγράφουν την ποσότητα νερού που περνά, με την περιστροφική ταχύτητα ενός κάθετου ή οριζόντιου ρότορα ή μιας βάνας, η οποία μεταφέρεται στη συνέχεια σε ένα μετρητή ή καταχωρητή. Τα μεγαλύτερα μοντέλα έχουν συνήθως διάμετρο μεταξύ 40 και 500 mm. Οι μικρού μεγέθους επαγωγικοί μετρητές, χρησιμοποιούνται, κυρίως, σε σημεία σύνδεσης με το δίκτυο σε κατοικημένες περιοχές. Κατασκευάζονται για σωλήνες με διαμέτρους mm και μπορούν να είναι, είτε απλής, είτε πολλαπλής ριπής. Οι μετρητές προωστήρων έχουν ένα ρότορα σε σχήμα βεντάλιας, ο οποίος περιστρέφεται με τη ροή του νερού. Πάνω στο ρότορα είναι συνδεδεμένος ένας καταγραφέας, ο οποίος καταγράφει τις μετρήσεις. Οι μετρητές πολλαπλής ριπής έχουν ανοίγματα εφαπτόμενα σε ένα θάλαμο, για να καθοδηγούν τη ροή του νερού σε ένα ρότορα με πολλά πτερύγια. Η ροή μετράται ανάλογα με την ταχύτητα του ρότορα. Σύνθετοι μετρητές Σε μερικές περιπτώσεις, είναι απαραίτητο να έχουμε ένα σύνθετο μετρητή ένα μετρητή θετικής μετατόπισης και ένα μετρητή ταχύτητας εγκατεστημένους μαζί- για να είναι δυνατή η μέτρηση μικρών και μεγάλων ροών. Οι μικρές ροές μετρούνται με τη θετική μετατόπιση, ενώ οι μεγάλες ροές μετρούνται με την ταχύτητα. Μια διάταξη με βαλβίδες οδηγεί τη ροή σε κάθε μέρος του μετρητή. Η χρήση πολλών μετρητών σε ένα οποιοδήποτε μεγάλο σύστημα διανομής, ειδικά αυτών που χρησιμοποιούνται για σκοπούς χρεώσεων, απαιτεί, συχνά, κοπιαστική δουλεία για τη συλλογή όλων των στοιχείων. Για εξοικονόμηση χρόνου, μπορούν να εγκατασταθούν διαφορετικού τύπου ηλεκτρονικοί καταγραφείς μαζί με τους μετρητές νερού, οι οποίοι διαβάζουν και αποθηκεύουν τις μετρήσεις. Αυτοί οι καταγραφείς μπορεί να είναι άμεσα συνδεδεμένοι ή να μεταφέρονται στις συσκευές επεξεργασίας δεδομένων. Πρόσφατα, έχει γίνει δυνατή η επί τόπου λήψη μετρήσεων, χωρίς άμεση πρόσβαση στο μετρητή νερού, γεγονός το οποίο αυξάνει σημαντικά την αποδοτικότητα στην εργασία και δεν ενοχλεί τους συνδρομητές. Οι πιο πρόσφατες μέθοδοι που έχουν αναπτυχθεί, είναι η χρήση μιας ασύρματης σύνδεσης μεταξύ του αισθητήρα και του καταγραφέα και η εξ αποστάσεως λήψη μετρήσεων από τον καταγραφέα (δηλαδή, μέσα από το όχημα) Ρυθμιστές παροχής νερού Η ρύθμιση της παροχής είναι, συχνά, πολύ σημαντική για την επιτυχή λειτουργία ενός δικτύου διανομής νερού. Στην αγορά υπάρχουν πολλές συσκευές, οι οποίες ελέγχουν την παροχή αυτόματα ή χειροκίνητα. Οι πιο απλές συσκευές είναι απλές βαλβίδες, όπως αυτές που περιγράφηκαν πιο πάνω. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι, για να ελεγχθούν οι παροχές σε σωλήνες με πολύ μεγάλη διάμετρο, η δικλίδα τύπου πεταλούδας είναι η πιο κατάλληλη για να ρυθμίζει τη ροή. Παρόλα αυτά, υπάρχουν πολλές άλλες ειδικά σχεδιασμένες βαλβίδες με αισθητήρες, οι οποίες είναι πιο ευαίσθητες και πιο ακριβείς στη ρύθμιση των παροχών. Η ποικιλία αυτών των ρυθμιστών μπορεί να βρεθεί στην τεχνική βιβλιογραφία των εταιριών κατασκευής. Οι ρυθμιστές παροχής χρησιμοποιούνται, επίσης,

71 πριν το μετρητή νερού του κάθε χρήστη.αυτό επιτυγχάνεται με τη σταθεροποίηση και τον περιορισμό της πίεσης πριν το μετρητή του χρήστη.

72 2.0 Χαρτογράφηση Δικτύου Περιγραφή Ενότητας Τίτλος Τομέας Κύριοι παραλήπτες ΕΝΟΤΗΤΑ 2 ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΔΙΚΤΥΟΥ Προληπτική Συντήρηση για Δίκτυα Εταιρειών Υδάτων Οι τελικοί χρήστες της ενότητας είναι μηχανικοί και προσωπικό συντήρησης υπεύθυνο για τη συντήρηση δικτύων εταιρειών υδάτων. Αυτή η ενότητα απευθύνεται σε ένα μεγάλο εύρος επαγγελματιών οι οποίοι είναι υπεύθυνοι για τη συντήρηση των δικτύων των εταιριών υδάτων και είναι δημιουργημένη για τις ενδιαφερόμενες ομάδες. Περιγραφή ενότητας και γενικοί στόχοι Χρόνος μάθησης και Διάρκεια Η χαρτογράφηση των συστημάτων νερού είναι ένα σημαντικό κομμάτι των περιουσιακών στοιχείων, της μοντελοποίησης και της προσομοίωσης ενός συστήματος διανομής νερού. Αυτή η ενότητα επιτρέπει στο συμμετέχοντα να κατανοήσει τα βασικά στοιχεία, τις απαιτήσεις και τα εργαλεία της χαρτογράφησης συστημάτων νερού. Εξαιτίας της χωρικής έκτασης και της φύσης των συστημάτων παροχής νερού, η διαχείριση των γεωχωρικών δεδομένων είναι πολύ σημαντικό καθήκον. Ο συμμετέχοντας θα αναγνωρίσει τα κρίσιμα γνωρίσματα του συστήματος παροχής νερού, τα οποία αποτελούν μέρος της χαρτογράφησης. Επίσης, οι συμμετέχοντες αναγνωρίζουν την ανάγκη για ανανέωση του συστήματος και τη σημασία των οργανωτικών πτυχών. Χρόνος μάθησης και μέγιστη διάρκεια εκπαίδευσης σχετικά με την ενότητα: 8 ώρες αναμενόμενου χρόνου αυτοεκπαίδευσης Απαραίτητα εργαλεία για πραγματοποίηση της ενότητας Ηλεκτρονικός υπολογιστής με σύνδεση στο Διαδίκτυο (IT, εξοπλισμός κλπ. ) Μαθησιακοί στόχοι Όταν κάποιος/α ολοκληρώσει την ενότητα θα είναι σε θέση να: ΜΣ-1: Να κατανοήσει τα βασικά στοιχεία, τις απαιτήσεις και τα εργαλεία της χαρτογράφησης συστημάτων νερού. ΜΣ-2: Αναγνωρίζει την ανάγκη για χρήση νέων τεχνολογιών για χαρτογράφηση συστημάτων νερού. Θα πληροφορηθεί για τα εμπορικά πακέτα λογισμικού που

73 κυκλοφορούν ευρέως για ανάλυση και σχεδιασμό συστημάτων διανομής νερού. ΜΣ-3: Αναγνωρίσει και να συγκρίνει διαφορετικές μορφές συστημάτων διαχείρισης χωρικών δεδομένων ( SDMS ) και τεχνολογιών που χρησιμοποιούνται για τη συλλογή, αποθήκευση και χρήση χωρικών δεδομένων των συστημάτων νερού. ΜΣ-4: Κατανοήσει τα κρίσιμα γνωρίσματα των συστημάτων παροχής νερού, τα οποία αποτελούν μέρος της χαρτογράφησης, να επιλέξει και να συλλέξει τα δεδομένα στην κατάλληλη μορφή. ΜΣ-5: Κατηγοριοποιήσει τα γνωρίσματα των συστημάτων παροχής νερού και να συγκρίνει τις διαφορετικές ιδιότητες συγκεκριμένων συστατικών. ΜΣ-6: Αναγνωρίσει την ανάγκη για ανανέωση του συστήματος για διατήρηση ενός σύγχρονου συστήματος παροχής νερού και τη σημασία των οργανωτικών πτυχών στην εταιρία υδάτων. Παιδαγωγικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται (ατομική μελέτη, ομαδική δουλειά, μάθηση εξ αποστάσεως κλπ.) Τύποι δραστηριοτήτων που θεωρούνται χρήσιμοι για εκπαίδευση σε αυτή την ενότητα: Συναντήσεις πρόσωπο με πρόσωπο Ατομική μελέτη Διαδικτυακές δραστηριότητες Εισαγωγή Χαρτογράφηση Δικτύου Η χαρτογράφηση ενός συστήματος διανομής νερού αποτελεί ένα σημαντικό μέρος του ενεργητικού, της μοντελοποίησης και της προσομοίωσης του συστήματος. Συμβατικά, τα δεδομένα για τα δίκτυα συλλέγονταν και αποθηκεύονταν σε έντυπη μορφή. Αυτό, όχι μόνο απαιτεί πολύ χρόνο και κόπο και αυξάνει την πιθανότητα σφαλμάτων, αλλά είναι και λιγότερο αποτελεσματικό. Ακόμα και το δίκτυο διανομής νερού μιας μεσαίου μεγέθους πόλεως αποτελείται από δεκάδες σελίδες με χάρτες. Επιπλέον, τα λεπτομερή σχέδια για τις διασταυρώσεις αύξαναν ακόμα περισσότερο αυτό τον αριθμό. Η διαχείριση ενός δικτύου διανομής νερού με τη χρήση συμβατικών χαρτών είναι μια πάρα πολύ δύσκολη υπόθεση. Σαν παράδειγμα, μπορεί να δοθεί η Υπηρεσία Ύδατος και Ενέργειας του Λος Άντζελες ( LADWP ), η οποία πέρασε από τους έντυπους χάρτες, στην εμπειρία ενός

74 περιεκτικού συστήματος GIS (Γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών). Ο Kien Hoang, διευθυντής της ομάδας GIS Υδάτων του LADWP, συνόψισε την κατάσταση με αυτές τις προτάσεις: «Αντιμετωπίζαμε την πρόκληση της διατήρησης των δεδομένων για την υποδομή μας δια χειρός, από τα μέσα της δεκαετίας του 1980.Τα πάντα καταγράφονταν δια χειρός. Αυτό είχε σαν αποτέλεσμα μια αυξανόμενη πίεση στον προϋπολογισμό για προσωπικό και εκπαίδευση, καθώς η πόλη μεγάλωνε. Οι υπάλληλοι περνούσαν τον περισσότερο καιρό τους ενημερώνοντας τα σχέδια δια χειρός και διανέμοντας χάρτες όπου χρειαζόταν. Επιπρόσθετα, επειδή οι χάρτες ήταν σε έντυπη μορφή, άλλες ομάδες έπρεπε να κάνουν αντίγραφα αντίγραφα, τα οποία γρήγορα καθίσταντο παρωχημένα, καθώς ενημερώναμε τους χάρτες μας. Οι διάφορες ομάδες μέσα στον οργανισμό μας χρησιμοποιούσαν χάρτες, οι οποίοι δεν ήταν ακριβείς. Αυτό οδηγούσε σε αναποτελεσματικότητες μέσα στον οργανισμό. Για παράδειγμα, η πυροσβεστική υπηρεσία λειτουργούσε βάσει παρωχημένων χαρτών και δεν ήξερε τις ακριβείς θέσεις των πυροσβεστικών κρουνών ή η εταιρία υγραερίου δεν ήξερε την ακριβή τοποθεσία των υπόγειων σωληνώσεων» ( Labay 2010). Ανάμεσα στις πάρα πολλές μελέτες περιπτώσεων που υπάρχουν για τη χαρτογράφηση δικτύων, αξίζει να μελετηθεί η Gatebook automation for the City of San Francisco s water distribution system ( Shaukat et al., 2010). 2.1 GIS, CAD και άλλες τεχνολογίες Εξαιτίας της χωρικής έκτασης των συστημάτων παροχής νερού, η διαχείριση των γεωχωρικών δεδομένων είναι ένα πολύ σημαντικό έργο. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω μιας σειράς συστημάτων που βρίσκονται κάτω από τη γενική ομπρέλα των Συστημάτων Διαχείρισης Χωρικών Δεδομένων(SDMS), τα οποία χρησιμοποιούνται για τη συλλογή, διαχείριση και χρήση αυτών των χωρικών δεδομένων. Σε μερικές περιπτώσεις, τα διάφορα αυτά συστήματα είναι ολοκληρωμένα, σε άλλες περιπτώσεις, αποτελούν ανεξάρτητα συστήματα (EPA 2005) Σχεδίαση με τη Χρήση Ηλεκτρονικού Υπολογιστή (CAD) Τα συστήματα CAD χρησιμοποιούνται εδώ και πολύ καιρό σαν η βάση για το σχεδιασμό συστημάτων διανομής νερού και εγκαταστάσεων και για τη διαχείριση των χαρτών των συστημάτων διανομής. Οι περισσότερες εταιρίες και σύμβουλοι μηχανικοί χρησιμοποιούν εμπορικά πακέτα όπως AutoCAD, Intergraph ή MicroStation. Πολλές εταιρίες υδάτων χρησιμοποιούν μοντέλα συστημάτων διανομής νερού, τα οποία είναι ενσωματωμένα στα πακέτα ( EPA, 2005) Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (GIS) Ένα σύστημα GIS είναι ένα, βασισμένο σε ηλεκτρονικό υπολογιστή, σύστημα πληροφοριών, το οποίο είναι σχεδιασμένο για να εργάζεται με δεδομένα που αναφέρονται σε χωρικές ή γεωγραφικές συντεταγμένες ( Star and Estes, 1990). Σε αντίθεση με τους επίπεδους έντυπους χάρτες, όπου βλέπουμε μόνο τις πληροφορίες που υπάρχουν πάνω στο χάρτη, ένα σύστημα GIS μπορεί να παρουσιάσει πολλά στρώματα διαφορετικών πληροφοριών ( ESRI, 2002). Επιπλέον, η παροχή μηχανισμού για χειρισμό, ανάλυση και παρουσίαση των γεωγραφικών πληροφοριών, κάνουν τα συστήματα GIS να διαφέρουν από τα άλλα συστήματα πληροφοριών. Ένα επιτυχημένο σύστημα GIS είναι η αρμονική σύνθεση μηχανημάτων, λογισμικού, δεδομένων, ανθρώπων και μεθόδου. Επιπλέον, είναι

75 σημαντικό να αναλογιστούμε τη διεπιστημονική φύση της εξέλιξης και των εφαρμογών των συστημάτων GIS. Το Σχήμα 1 παρουσιάζει μερικά από τα επιστημονικά πεδία που επηρέασαν την εξέλιξη των συστημάτων GIS ( Morad και Connolly, 2004). Τα συστήματα GIS άρχισαν να αναπτύσσονται στα τέλη της δεκαετίας του1950, αλλά το πρώτο λογισμικό GIS δημιουργήθηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1970 από το Ινστιτούτο Ερευνών Περιβαλλοντικών Συστημάτων ( ESRI ). Το 1985 τίθεται σε λειτουργία το Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού Θέσης ( GPS ). Παρόλο που υπήρχαν προβλήματα σχετικά με την ευαισθησία, αυτό το σύστημα διευκόλυνε την εισαγωγή δεδομένων και έγινε ένα από τα κύρια συμπληρωματικά συστήματα των συστημάτων GIS. Σχήμα 1. Διεπιστημονική φύση των συστημάτων GIS (μετά από τους Morad και Connolly, 2004) Η φύση της παρουσίασης των δεδομένων έχει σημαντική επίδραση στην ανάλυση, η οποία μπορεί να εφαρμοστεί. Τα χωρικά δεδομένα στα συστήματα GIS οργανώνονται συνήθως σε διανυσματικές δομές ή δομές ράστερ (λεπτό πλέγμα) (Σχήμα 3). Στη διανυσματική δομή, τα γεωγραφικά χαρακτηριστικά των αντικειμένων παρουσιάζονται με σημεία, γραμμές και πολύγωνα, τα οποία τοποθετούνται με ακρίβεια σε ένα συνεχή χώρο στο χάρτη, με τον ίδιο τρόπο που παρουσιάζονται στους παραδοσιακούς χάρτες ορόσημα, κτίρια, δρόμοι, ρυάκια, μάζες νερού και άλλα στοιχεία με σημεία, γραμμές και σκιασμένες περιοχές. Επιπλέον, στη διανυσματική δομή, κάθε αντικείμενο περιλαμβάνει τοπολογικές πληροφορίες, οι οποίες περιγράφουν τη χωρική του σχέση με γειτονικά αντικείμενα και κυρίως, τη συνδεσιμότητα και τη γειτνίασή του. Αυτός ο ρητός και ξεκάθαρος καθορισμός των αντικειμένων και των συνδέσεων μεταξύ τους, καθιστούν τη διανυσματική δομή μια ελκυστική επιλογή και επιτρέπουν την αυτόματη ανάλυση και διερμηνεία των χωρικών δεδομένων σε περιβάλλοντα GIS (Johnson, 2009). Οι επιφανειακές ή ράστερ δομές, από την άλλη πλευρά, διαιρούν το χώρο σε ένα δισδιάστατο (2-D) πλέγμα κυψελίδων, όπου κάθε κυψελίδα περιέχει μια τιμή, η οποία αντιπροσωπεύει το χαρακτηριστικό που χαρτογραφείται. Ένα ράστερ είναι μια x, y μήτρα, η οποία περιέχει χωρικά ταξινομημένους αριθμούς. Κάθε κυψελίδα καθορίζεται από ένα αριθμό γραμμής και ένα αριθμό στήλης, με το όριο του πλέγματος να καθορίζεται στο χώρο σε γνωστές συντεταγμένες. Οι δομές ράστερ δημιουργούνται από πηγές απεικόνισης, όπως οι δορυφόροι και υποθέτουν ότι ο

76 γεωγραφικός χώρος μπορεί να θεωρηθεί σαν μια επίπεδη Καρτεσιανή επιφάνεια. Ένα σημείο παρουσιάζεται σαν μια κυψελίδα, μια γραμμή από σειρά γειτονικών κυψελίδων και μια περιοχή από ομάδα γειτονικών κυψελίδων. Οι διανυσματικές δομές και οι δομές ράστερ, αποτελούν και οι δύο έγκυρες παρουσιάσεις των χωρικών δεδομένων. Τα συμπληρωματικά χαρακτηριστικά των δύο δομών έχουν αναγνωριστεί εδώ και πολύ καιρό και τα μοντέρνα συστήματα GIS μπορούν να επεξεργαστούν και τις δύο δομές, συμπεριλαμβανομένων μετατροπών μεταξύ των δομών και επικαλύψεις και των δύο δομών (Johnson, 2009). Σχήμα 2. Τα επίπεδα του χάρτη παρουσιάζουν διάφορα θέματα ( Johnson, 2009) Η φύση της παρουσίασης των δεδομένων έχει σημαντική επίδραση στην ανάλυση, η οποία μπορεί να εφαρμοστεί. Τα χωρικά δεδομένα στα συστήματα GIS οργανώνονται συνήθως σε διανυσματικές δομές ή δομές ράστερ (λεπτό πλέγμα) (Σχήμα 3). Στη διανυσματική δομή, τα γεωγραφικά χαρακτηριστικά των αντικειμένων παρουσιάζονται με σημεία, γραμμές και πολύγωνα, τα οποία τοποθετούνται με ακρίβεια σε ένα συνεχή χώρο στο χάρτη, με τον ίδιο τρόπο που παρουσιάζονται στους παραδοσιακούς χάρτες ορόσημα, κτίρια, δρόμοι, ρυάκια, μάζες νερού και άλλα στοιχεία με σημεία, γραμμές και σκιασμένες περιοχές. Επιπλέον, στη διανυσματική δομή, κάθε αντικείμενο περιλαμβάνει τοπολογικές πληροφορίες, οι οποίες περιγράφουν τη χωρική του σχέση με γειτονικά αντικείμενα και κυρίως, τη συνδεσιμότητα και τη γειτνίασή του. Αυτός ο ρητός και ξεκάθαρος καθορισμός των αντικειμένων και των συνδέσεων μεταξύ τους, καθιστούν τη διανυσματική δομή μια ελκυστική επιλογή και επιτρέπουν την αυτόματη ανάλυση και διερμηνεία των χωρικών δεδομένων σε περιβάλλοντα GIS (Johnson, 2009).

77 Οι επιφανειακές ή ράστερ δομές, από την άλλη πλευρά, διαιρούν το χώρο σε ένα δισδιάστατο (2-D) πλέγμα κυψελίδων, όπου κάθε κυψελίδα περιέχει μια τιμή, η οποία αντιπροσωπεύει το χαρακτηριστικό που χαρτογραφείται. Ένα ράστερ είναι μια x, y μήτρα, η οποία περιέχει χωρικά ταξινομημένους αριθμούς. Κάθε κυψελίδα καθορίζεται από ένα αριθμό γραμμής και ένα αριθμό στήλης, με το όριο του πλέγματος να καθορίζεται στο χώρο σε γνωστές συντεταγμένες. Οι δομές ράστερ δημιουργούνται από πηγές απεικόνισης, όπως οι δορυφόροι και υποθέτουν ότι ο γεωγραφικός χώρος μπορεί να θεωρηθεί σαν μια επίπεδη Καρτεσιανή επιφάνεια. Ένα σημείο παρουσιάζεται σαν μια κυψελίδα, μια γραμμή από σειρά γειτονικών κυψελίδων και μια περιοχή από ομάδα γειτονικών κυψελίδων. Οι διανυσματικές δομές και οι δομές ράστερ, αποτελούν και οι δύο έγκυρες παρουσιάσεις των χωρικών δεδομένων. Τα συμπληρωματικά χαρακτηριστικά των δύο δομών έχουν αναγνωριστεί εδώ και πολύ καιρό και τα μοντέρνα συστήματα GIS μπορούν να επεξεργαστούν και τις δύο δομές, συμπεριλαμβανομένων μετατροπών μεταξύ των δομών και επικαλύψεις και των δύο δομών (Johnson, 2009). Σχήμα 3. Τύπος GIS δεδομένων ράστερ (αριστερά) και διανυσματικών (δεξιά) ( Johnson, 2009) Τα συστήματα GIS είναι ένα εργαλείο, το οποίο μετατρέπεται με γοργούς ρυθμούς σε ένα πολύτιμο στοιχείο διαχείρισης για πολλές εταιρίες υδάτων. Τα συστήματα GIS έχουν κάνει σημαντικά βήματα προς τη συμπλήρωση ή αντικατάσταση των πακέτων CAD. Αν χρησιμοποιηθεί απλά σαν βάση χωρικών δεδομένων, ένα σύστημα GIS μπορεί να βοηθήσει σε μεγάλο βαθμό διάφορες εφαρμογές μοντελοποίησης, μέσω της ανάπτυξης αυτοματοποιημένων εργαλείων για την κατασκευή και διατήρηση αξιόπιστων μοντέλων υδραυλικών δικτύων των συστημάτων διανομής νερού (Ennis et al., 2001). Τα συστήματα GIS χρησιμοποιούνται συνήθως για τη χαρτογράφηση, ανάλυση, οπτικοποίηση, μοντελοποίηση και σχεδίαση των συστημάτων διανομής νερού. Οι ικανότητες των συστημάτων GIS για αποθήκευση, πρόσβαση και χαρτογράφηση δεδομένων, οδηγούν στην αυξημένη χρήση των συστημάτων GIS σε πεδία όπως ο σχεδιασμός, η διαχείριση εγκαταστάσεων και η διαχείριση δεδομένων όσον αφορά συνδρομητές και ποιότητα νερού. Μερικές εταιρίες υδάτων μοιράζονται μια βάση

78 δεδομένων GIS με τις κυβερνήσεις των πόλεων ή των επαρχιών και με άλλες υπηρεσίες κοινής ωφέλειας, όπως οι εταιρίες υγραερίου, ηλεκτρισμού και τηλεφώνου. Σε πολλές υπηρεσίες κοινής ωφέλειας, η τεχνολογία GIS έχει αναλάβει τις αρμοδιότητες των συστημάτων, τα οποία ήταν γνωστά σαν συστήματα Διαχείρισης Ενεργητικού/Διαχείρισης Εγκαταστάσεων (AM/FM systems). Παρομοίως, τα συστήματα GIS μπορεί να περιλαμβάνουν ένα Σύστημα Πληροφοριών Γης (LIS), σαν μέσο αποθήκευσης πληροφοριών ιδιοκτησίας γης, τεμαχίων και ιδιοκτησίας και γεωγραφικών πληροφοριών. Τα Ηλεκτρονικά Μοντέλα Υψομέτρου (DEMs) αποτελούν, επίσης, ένα συνηθισμένο χαρακτηριστικό των πακέτων GIS. Προσφέρουν ένα μηχανισμό για αποθήκευση τοπογραφικών πληροφοριών. Τα τελευταία χρόνια, η ολοκλήρωση των συστημάτων GIS με μοντέλα συστημάτων διανομής νερού, αποτελεί ένα σημαντικό πεδίο έρευνας και ανάπτυξης στη βιομηχανία ύδατος (EPA, 2005) Συστήματα Πληροφοριών Πελατών (CIS) Το σύστημα CIS προσφέρει ένα μηχανισμό για αποθήκευση και χρήση πληροφοριών για την κατανάλωση νερού από τους συνδρομητές. Το γεωγραφικό στοιχείο σε ένα σύστημα CIS είναι μια διεύθυνση και/ή γεωγραφικές συντεταγμένες. Τα συστήματα Αυτόματης Ανάγνωσης Μετρητή ( AMR ) διευκολύνουν τη συλλογή δεδομένων κατανάλωσης, τα οποία μπορούν να αποθηκευτούν σε βάσεις δεδομένων. Η δυνατότητα των συστημάτων GIS για «αντιστοίχιση διεύθυνσης» διευκολύνουν τη μετατροπή των διευθύνσεων σε γεωγραφικές συντεταγμένες. Ένα γεωγραφικά ενεργοποιημένο σύστημα CIS προσφέρει έναν άριστο μηχανισμό καταγραφής δεδομένων τρέχουσας κατανάλωσης, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μοντέλα συστημάτων διανομής νερού ( EPA, 2005) Απεικόνιση της Διαδικασίας και Τηλεχειρισμός της Εγκατάστασης (SCADA) Τα συστήματα SCADA, τυπικά, περιλαμβάνουν δυνατότητες τηλεπρόσβασης σε πληροφορίες που αφορούν την κατάσταση των συστημάτων διανομής, χειροκίνητου ή αυτόματου ελέγχου εξαρτημάτων, όπως αντλίες και βαλβίδες και αποθήκευσης και παρουσίασης τρεχόντων ή ιστορικών δεδομένων σε μορφή χρονοσειρών, που αφορούν τη λειτουργία του συστήματος. Υπάρχει διαθέσιμη μια μεγάλη ποικιλία συστημάτων μηχανημάτων/λογισμικού SCADA, τα οποία μπορούν να διαμορφωθούν ανάλογα με τις συγκεκριμένες ανάγκες μιας εταιρίας υδάτων. Κάθε στοιχείο το οποίο αναφέρεται σε ένα σύστημα SCADA μπορεί να έχει ένα μοναδικό γεωγραφικό στοιχείο αναγνώρισης, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν σύνδεσμος με ένα σύστημα GIs ή άλλα συστήματα διαχείρισης χωρικών δεδομένων. Η έρευνα και ανάπτυξη όσον αφορά την αφομοίωση από τα συστήματα SCADA, μοντέλων υδραυλικής ποιότητας και ποιότητας νερού στα συστήματα διανομής νερού, βρίσκεται σε εξέλιξη, ούτως ώστε αυτά τα μοντέλα να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη λειτουργία και τα επείγοντα σε πραγματικό χρόνο ( EPA, 2005) Σύστημα Διαχείρισης Εργαστηριακών Πληροφοριών (LIMS) Τα συστήματα LIMS είναι μηχανογραφικά συστήματα για τη διαχείριση δειγμάτων σε ένα εργαστήριο. Τέτοια συστήματα περιλαμβάνουν μηχανισμό για αποθήκευση, διαχείριση, παρουσίαση και ανίχνευση δειγμάτων. Καθώς η προέλευση ενός δείγματος πρέπει να αναγνωριστεί τόσο χωρικά, όσο και χρονικά, αυτή πληροφορία προσφέρει ένα μέσο σύνδεσης των δεδομένων των συστημάτων LIMS με άλλα συστήματα διαχείρισης βάσεων χωρικών δεδομένων ( EPA, 2005).

79 2.1.6 Τεχνολογική Υποστήριξη Άλλες τεχνολογικές εξελίξεις που σχετίζονται με τη διαχείριση βάσεων χωρικών δεδομένων και οι οποίες χρησιμοποιούνται από τις εταιρίες υδάτων, περιλαμβάνουν το Σύστημα Παγκόσμιας Θέσης ( GPS ) και Συστήματα Διαχείρισης Συγκριτικών Βάσεων Δεδομένων ( RDBMS ). Η τεχνολογία GPS χρησιμοποιείται ευρέως στη χωρομέτρηση και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για σύνδεση των δεδομένων πεδίου με γεωγραφικές συντεταγμένες. Τα συστήματα RDBMS είναι μια γενική μεθοδολογία για αποτελεσματική αποθήκευση πληροφοριών σαν μια σειρά συνδεδεμένων δισδιάστατων πινάκων. Τα περισσότερα μοντέρνα συστήματα διαχείρισης βάσεων δεδομένων, τα οποία σχετίζονται με GIS, LIMS και άλλα συστήματα, χρησιμοποιούν τη δομή RDBMS ( EPA, 2005). Τα πιο κοινά λογισμικά τα οποία βασίζονται σε GIS και CAD και χρησιμοποιούνται στη μοντελοποίηση συστημάτων διανομής νερού αναφέρονται πιο κάτω: ArcGIS : Το Πρότυπο Διόρθωσης Δικτύων Εταιριών Υδάτων είναι μια, συγκεκριμένη για τη βιομηχανία, σύνθεση του ArcGIS Desktop που χρησιμοποιείται για την ενημέρωση της διανομής νερού, του συστήματος υπονόμων και των βάσεων γεωδεδομένων για τη συλλογή καταιγίδων. Προσφέρει σχετικούς χάρτες βάσης, ένα ενημερωμένο μοντέλο δεδομένων για εταιρίες υδάτων και μια σειρά εργαλείων του ArcGIS Desktop, ούτως ώστε οι βελτιώσεις στη διανομή νερού, στο σύστημα των υπονόμων και η συλλογή καταιγίδων, να μπορούν να προστεθούν αποτελεσματικά στη βάση γεωδεδομένων ( ESRI, 2010). Το σύστημα διανομής νερού της πόλης Ντενιζλί στην Τουρκία είναι μοντελοποιημένο στο ArcGIS (Σχήμα 4).

80 Σχήμα 4. Σύστημα διανομής νερού της πόλης Ντενιζλί στην Τουρκία σε ArcGIS ( Toprak et al., 2009) WaterMAP : Το WaterMAP είναι μια εφαρμογή διαχείρισης δικτύων νερού για τις εταιρίες υδάτων, βασισμένη στο AutoCAD και είναι σχεδιασμένο για να βοηθήσει στη διαχείριση της χαρτογράφησης και της ανάλυσης ενός δικτύου διανομής νερού (Σχήμα 5). Το WaterMAP προσφέρει εργαλεία για ακριβή μοντελοποίηση, στο γεωγραφικό χώρο, της υποδομής μιας εταιρίας υδάτων (Smartmap, 2010).

81 Water GEMS: Σχήμα 5. Στιγμιότυπο οθόνης από το πρόγραμμα WaterMap Το WaterGEMS είναι μια εφαρμογή μοντελοποίησης της διανομής νερού. Το WaterGEMS μπορεί να λειτουργήσει σε ArcGIS, AutoCAD και MicroStation ή σαν αυτόνομη εφαρμογή (Σχήμα 6). Από τις προσομοιώσεις ροής πυρκαγιάς και ποιότητας νερού, μέχρι την ανάλυση κρισιμότητας και ενεργειακών κοστών και τη βελτιστοποίηση ανώτερων γενετικών αλγορίθμων, το WaterGEMS έρχεται εξοπλισμένο με οτιδήποτε χρειάζεστε από ένα ευέλικτο πολυπλατφορμικό περιβάλλον ( Bentley, 2010).

82 Σχήμα 6. Στιγμιότυπο οθόνης από το πρόγραμμα WaterGEMS H2OMAP: Το H2OMAP είναι ένα σύστημα υποστήριξης λήψης αποφάσεων που χρησιμοποιείται για την αποτελεσματική διαχείριση των συστημάτων διανομής νερού (Σχήμα 7). Το σύστημα λογισμικού συνδέει ένα ανεπτυγμένο προσομοιωτή υδραυλικών δικτύων με τεχνολογία GIS, για διαχείριση βάσεων χωρικών δεδομένων και για γραφική παρουσίαση και ανάλυση των αποτελεσμάτων. Η διεπαφή χρηστών δημιουργήθηκε με τη χρήση τεχνολογίας MapObjects και προσφέρει ένα πληροφοριακά δομημένο πλαίσιο για κατασκευή μοντέλων δικτύων, ανάλυση και παρουσίαση αποτελεσμάτων (Ennis et al., 2001).

83 2.2 Γνωρίσματα Σχήμα 7. Στιγμιότυπο οθόνης από το πρόγραμμα H2OMAP Τα δεδομένα για τα στοιχεία του δικτύου μπορούν να αποθηκευτούν σε συστήματα GIS ή CAD για χωρική επερώτηση. Τα κύρια δεδομένα που θα αποθηκευτούν θα είναι η τοποθεσία και τα χαρακτηριστικά των σωλήνων και των κόμβων, λεπτομέρειες για τους ταμιευτήρες, λεπτομέρειες για τις βαλβίδες και ανάλογα με το επίπεδο πολυπλοκότητας, μπορούν ακόμα και να περιλαμβάνουν τον τύπο και λεπτομέρειες της θέσης των καταναλωτών. Οι πληροφορίες για τους σωλήνες αποθηκεύονται στο σύστημα σε μορφή κόμβων και τύπου σωλήνωσης. Αυτό ταιριάζει ιδανικά στον τύπο συστημάτων σωληνώσεων με κόμβους και συνδέσεις σωλήνων. Τα δεδομένα μπορούν να εισαχθούν με διάφορους τρόπους, είτε κατευθείαν στην οθόνη, από έναν ψηφιοποιητή, είτε από δεδομένα που συλλέχθηκαν προηγουμένως, τα οποία μπορούν να εισαχθούν στη βάση δεδομένων, φτάνει να υπάρχει σε αυτή αρχείο με τις συντεταγμένες του πλέγματος και τη συνδεσιμότητα του. Το σύστημα GIS περιλαμβάνει μια εφαρμογή εισαγωγής για τα τυπικά συστήματα GIS, η οποία επιτρέπει τη διαλειτουργικότητα. (Anand and Vairavamoorthy, 2002). Κάθε στοιχείο στο πίνακα γνωρισμάτων πρέπει να έχει έναν αριθμό ταυτότητας (ID number). Το λογισμικό GIS μπορεί να δώσει αυτόματα ταυτότητα σε κάθε στοιχείο, αλλά ο χρήστης μπορεί να αλλάξει τον αριθμό ταυτότητας, για παράδειγμα, ανάλογα με το υπάρχον project. Ανάλογα με το στόχο της ανάλυσης, οι πληροφορίες για ένα στοιχείο στον πίνακα γνωρισμάτων, μπορούν να αλλάξουν. Τυπικές πληροφορίες για τα γνωρίσματα των διάφορων στοιχείων των συστημάτων διανομής νερού, αναφέρονται πιο κάτω.

84 2.2.1 Σωλήνας Οι σωλήνες παρουσιάζονται σε μορφή γραμμών διανυσματικού τύπου. Μερικά γνωρίσματα που αναφέρονται στους σωλήνες περιγράφονται πιο κάτω. Υλικό Τα πιο κοινά υλικά σωλήνων των δικτύων διανομής νερού (Pilcher et al., 2009) αναφέρονται πιο κάτω. Τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των υλικών παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Αμιαντοτσιμέντο (AC) Ο σωλήνας αμιαντοτσιμέντου ήταν δημοφιλής σε ορισμένες χώρες κατά το μέσο του 20ου αιώνα, κυρίως επειδή ήταν λιγότερο ακριβός από άλλα υλικά (Σχήμα 8). Όσον αφορά την υγεία και την ασφάλεια, πρέπει να λαμβάνονται προφυλάξεις κατά την επεξεργασία του μετάλλου, για να μην αναπνέεται η σκόνη αμιάντου. Σήμερα, οι σωλήνες αμιάντου δε χρησιμοποιούνται στην κατασκευή νέων συστημάτων και εξαιτίας των κινδύνων για την υγεία, αποθηκεύονται μόνο για επιδιόρθωση. Όλοι οι σωλήνες αμιαντοτσιμέντου χρησιμοποιούνται χωρίς επίστρωση και κατασκευάζονται σε τυποποιημένα μήκη των 4.0 μέτρων. Οι σωλήνες αμιαντοτσιμέντου παράγονται σε ονομαστικές διαμέτρους 80mm με 600mm. Οι μικρότερες διάμετροι ήταν επιρρεπείς στις διαρροές, ειδικά στα σημεία σύνδεσης. Σχήμα 8. Σωλήνες αμιάντου που έφτασαν στο τέλος της χρήσιμης ζωής τους (Pilcher et al., 2009) Χυτοσίδηρος (CI) Ο σωλήνας από χυτοσίδηρο χρησιμοποιούταν συχνά από τις αρχές, μέχρι το μέσο του 20ου αιώνα, αλλά σήμερα χρησιμοποιείται πολύ λιγότερο. Ο σωλήνας ήταν δυνατός αλλά εύθραυστος και είχε μεγάλη διάρκεια ζωής. Υπάρχουν μερικοί σωλήνες από χυτοσίδηρο που βρίσκονται ακόμα σε λειτουργία και ενώ είναι παλαιότεροι των 150 χρόνων, είναι ακόμα σε καλή κατάσταση. Οι σωλήνες από χυτοσίδηρο είναι διαθέσιμοι σε ονομαστικές διαμέτρους από 100mm μέχρι 600mm και σε μήκη 3.0, 4.0 και

85 5.0 μέτρων. Ένας από τους πιο κοινούς τύπους διαρροών σε ένα σωλήνα από χυτοσίδηρο, είναι οι δακτυλιοειδείς θραύσεις, που προκαλούνται από την κί