Бальнеотехника минеральных вод и лечебных грязей

Основной задачей бальнеотехники является научно-обоснованное инженерно-техническое решение вопросов использования в лечебных целях природных факторов, в первую очередь минеральных вод и лечебных грязей. При этом должны быть максимально сохранены физические свойства и химический состав лечебных факторов.

Бальнеотехника охватывает круг научно-исследовательских проблем, связанных с вопросами рационального использования природных лечебных факторов, проектно-конструкторской разработкой, изготовлением и монтажом бальнеотехнических устройств, приспособлений, оборудования и приборов для подготовки кондиционных минеральных вод и пелоидов и их применения в бальнеотерапии, автоматизацией и механизацией как лечебных, так и вспомогательных процессов. Разнообразие типов минеральных вод и пелоидов и методов их лечебного использования диктует необходимость индивидуальных разработок бальнеотехнических систем, в состав которых входят каптажи минеральных вод, грязедобывающие и обогатительные установки, устройства по транспортированию, резервированию, термоподготовке и кондиционированию минеральных вод и пелоидов, питьевые галереи, водогрязелечебницы, бассейны и другие сооружения и устройства.

Технологические схемы

Лечебные минеральные воды и пелоиды относят к категории ценных полезных ископаемых. Ресурсы их зачастую ограничены, а требования к качеству повышены. Основным документом, регламентирующим технологию, способ и режим эксплуатации месторождения, является технологическая схема его разработки. Технологические схемы разработки месторождений лечебных минеральных вод и пелоидов курортами, санаториями, бальнеолечебницами и заводами розлива составляются в целях обеспечения гидрогеологически, технически и экономически обоснованной эксплуатации указанных месторождений, гарантирующей защиту их от загрязнения, преждевременного истощения и изменения естественного состава минеральных вод и пелоидов, ухудшающих их лечебные свойства. Принятые в технологических схемах принципиальные технические решения должны обеспечивать применение оптимальных и перспективных методов доставки и подготовки минеральных вод и пелоидов к местам потребления в таком качественном состоянии, которое обеспечивает наиболее эффективное проведение бальнеотерапевтических процедур и розлив минеральных вод.

Составление технологических схем является важным этапом завершения гидрогеологических работ на месторождении, регламентирующим порядок его разработки. Технологическими схемами определяются:

• оптимальные гидрогеологический, гидрохимический и санитарный режимы месторождения;
• потребности в минеральной воде (лечебной грязи) действующих и намечаемых к строительству лечебных учреждений;
• рациональная система разработки месторождения, при которой обеспечивается безусловное соответствие отбираемых объемов минеральной воды (лечебной грязи) утвержденным запасам, сохранение установленных для данного месторождения их кондиций, наиболее полное обеспечение потребностей в минеральной воде (лечебной грязи);
• технические средства и необходимые сооружения для добычи, транспортирования, кондиционирования, улучшения резервирования (складирования), подогрева или охлаждения, а также попутного энергетического использования термальных вод;
• способы и методы контроля за разработкой месторождения, количеством и качеством отбираемой воды (лечебной грязи);
• основные мероприятия по сохранению и защите окружающей среды от воздействия сбросных минеральных вод и сопутствующих им газов и отходов грязелечения, необходимость и методы регенерации лечебной грязи и т. п.;
• задачи поисковых и эксплуатирующих данное месторождение организаций по наиболее полному и качественному обеспечению существующих и намечаемых к строительству потребителей минеральных вод и лечебных грязей.

На современном этапе разработка технологических схем эксплуатации месторождений минеральных вод и лечебных грязей, как правило, связана с выполнением достаточно сложных исследований и экспериментальных проработок. На рис. 19 и 20 приведены принципиальные технологические схемы разработки и эксплуатации месторождений минеральных вод и лечебных грязей.

Рис. 19. Принципиальная схема подготовки и транспортировки минеральных вод к месту приема процедур.
1 — погружной электронасос; 2 — датчик электроуровнемера; 3 — бак для замера дебита; 4 — вторичные приборы; 5 — датчик термометра; 5—кран для отбора проб; 7 — ротаметр; 8 - теплообменник; 9 — бак горячей минеральной воды; 10 — бак холодной минеральной воды; 11 — смеситель; 12 — узел смешения минеральной воды; 13 — дозаторный бачок; 14 — узел смешения минеральной и пресной воды; 15 — узел смешения пресной воды; 16 - ванна; 17 — кушетка для вагинальных орошений; 18 — лечебно-плавательный бассейн.

Рис. 20. Принципиальная технологическая схема разработки месторождения лечебных грязей и механизации процессов грязелечения.
1 — агрегат для добычи лечебной грязи; 2 — транспортирующий агрегат; 3 — установка для обогащения грязи; 4 — складирование загрязняющих лечебную грязь включений; 5 — установка для обезвоживания лечебной грязи; 6 — сброс жидкой фазы; 7 — склад готовой лечебной грязи; 8 — приемный бункер грязелечебницы; 9 — установка для гомогенизации и доувлажнения лечебной грязи; 10 — сборная емкость грязехранилища; 11 — транспортирующий агрегат с напорным трубопроводом; 12 — устройство для термообработки лечебной грязи; 13 — кушетка с электрическим подогревом; 14 — сброс брезентов с использованной лечебной грязью; 15 — устройство для транспортирования брезентов с использованной лечебной грязью; 16 — устройство для очистки брезентов; 17 — устройство для стирки брезентов; 18 — душевые кабины; 19 — отстойник для сбора и хранения «смывных» грязей; 20 — машина для сушки брезентов; 21 — регенерационная емкость.

Добыча

Сооружения, служащие для закрепления выхода минеральных вод, называются каптажом. Каптаж должен обеспечивать выход минеральной воды с определенной глубины, соответствующей оптимальному составу, и предохранять источники от загрязнения. Выбор типа каптажа определяется гидрогеологическими условиями, генетическим типом месторождения минеральных вод, а также бальнеологическими требованиями к их использованию. Основными требованиями, предъявляемыми к каптажным сооружениям, являются сохранение физико-химического состава и бальнеологических свойств минеральных вод.

Следует различать каптаж минеральных вод естественных источников в минеральных вод, разгрузка и формирование которых происходят на небольшой глубине, а также каптаж минеральных вод, залегающих на значительных глубинах. Первый тип каптажа представляет собой поверхностное сооружение, второй — сооружение, посредством которого вода выводится в более удобном для потребления месте и с наиболее выгодной глубины.

При каптаже воды естественных источников, а также минеральной в разгрузка которой происходит на небольшой глубине от поверхности честве каптажных сооружений применяются подземные камеры, шахтные колодцы и горизонтальные водосборы (дрены, галереи или штольни), в некоторых случаях для этих целей применяются и комбинированные каптажи - горизонтальные водосборы с рядом неглубоких вертикальных и наклонных скважин.

В случае залегания горизонта минеральных вод на значительных глубинах в качестве каптажа применяют буровые скважины. Буровыми скважинами минеральная вода может быть выведена на поверхность самоизливом либо принудительным способом с помощью водоподъемных средств. Самоизлив минеральных вод из скважин происходит в случае, когда статический напор водоносного горизонта превышает отметки поверхности земли, а также при вскрытии газонасыщенных, либо высокотермальных горизонтов минеральных вод за счет явления, обусловленного газлифтом или теомогазлифтом.

Отбор воды из скважин может осуществляться круглосуточно (в том числе для самоизливающихся скважин на полном или ограниченном самоизливе) или периодически (так называемый крановой режим).
В целях предохранения месторождений минеральных вод от загрязнения устанавливаются границы санитарной охраны, которые охватывают как зону наиболее строгого режима, прилегающую непосредственно к источнику, так и зону наблюдений, охватывающую весь район распространения и формирования минеральных вод. Скважины оборудуются оголовками, специальным» приспособлениями, запорно-регулирующей и контрольно-измерительной аппаратурой, служащей для регистрации и регулирования необходимых параметров в процессе управления работой скважин в заданном режиме и для предотвращения процессов солеотложений (например, газоотделителями, дозаторами и проч.).
Оборудование устьевой части скважины должно удовлетворять требованиям нормальной эксплуатации скважины при различных режимах. Принципиальная схема оборудования скважины для управления ее работой в определенном режиме и автоматизации проведения режимных наблюдений показана на рис. 21.

Рис. 21. Схема оборудования скважины для ее управления и автоматизации режимных наблюдений.
I — оголовок скважины. II — узел измерения дебита воды. III — узел газоотделения. IV — узел теплообменника.
1 — водоподъемник погружной (электронасос); 2 — датчик уровня; 3 — пьезометрическая колонна; 4 — спецпатрубок; 5 — датчик температуры; 6 — задвижка (вентиль); 7 — датчик расхода (первичный преобразователь); 8 — система трубопроводов; 9, 10,  11, 12, 13 — задвижки; 14 — мерная емкость; 15, 16, 17 — показывающий или самопишущий прибор дебита (уровня воды); 18 — газоотделитель; 19 — патрубок-гидрозатвор; 20 — газоотводящий патрубок; 21, 22, 23 — вентиль; 24 — осушитель; 25 — манометр для измерения давления газа; 26 — сбросный вентиль; 27 — датчик температуры газа; 28 — датчик расхода газа (расходомер); 29, 30 — показывающий или самопишущий прибор расхода и температуры газа и воды; 31 — теплообменник; 32  — система трубопровода и обводная линия; 33, 34, 35 — задвижка; 36 — датчик температуры воды; 37 — датчик расхода воды; 38, 39 — показывающий или самопишущий прибор расхода и температуры воды.

В проекте разработки месторождений лечебных грязей должны быть предусмотрены специальные зоны, исключающие засорение месторождений, и все мероприятия по их охране. Разработке месторождения, как правило, предшествуют горно-подготовительные работы по проходке пионерных траншей, а на предварительно полностью или частично осушенных (например, торфяных) месторождениях — уборка поверхностного слоя, так называемого очеса, и организация подъездных путей. Месторождения иловых сульфидных, грязей иногда под слоем рапы покрыты корой гипса, например Сакское. Этот слой также подлежит уборке, так как засорение им пелоидов снижает их лечебные качества.

Основными требованиями, предъявляемыми к подводной технологии добычи, являются минимальное увлажнение добываемой грязи и отсутствие загрязнения ее породами подстилающих горизонтов. Необходимым условием правильно организованной разработки месторождения должна быть его предварительная детальная эксплуатационная разведка с фиксированием глубин полезной толщи контрольными вешками или средствами автоматического контроля.

Кондиционирование

Под кондиционированием минеральных вод и лечебных грязей понимают подготовку их к использованию — доведение до норм, соответствующих определенным требованиям. Минеральные воды в природном состоянии представляют собой сложные химические системы (вода, газы, соли), отличающиеся неустойчивым равновесием и агрессивностью по отношению к традиционным материалам, что создает ряд технических трудностей в процессе транспортирования, резервирования, термоподготовки, использования и сброса отработанных минеральных вод. Наиболее часто нарушение равновесия приводит к образованию нерастворимых осадков. К ним в первую очередь относятся: 1) железистые отложения, возникающие при контакте вод, содержащих закисное железо, с кислородом воздуха или пресной воды, с которой минеральная вода (например, рассолы) смешиваются для получения требуемых концентраций; 2) карбонатные отложения (травертин), возникающие при нарушении в воде карбонатного равновесия в связи с изменением давления и температуры; 3) отложения гипса, галита и некоторых других солей, связанные с изменением термодинамических факторов или солевого состава воды при ее выходе на поверхность по сравнению с пластовыми условиями; 4) отложения коллоидной серы или сульфидов железа, возникающие при транспортировании сульфидных вод.

При обеспечении защиты бальнеотехнических систем от железистых отложений для вод лечебно-питьевого назначения сохранение в растворе закисного железа является одним из основных требований, также необходимо полное исключение контакта воды с воздухом. При применении минеральных вод бальнеотерапевтического назначения, когда образуются бурые железистые отложения на стенках ванн и бассейнов, применяется предварительное обезжелезивание методом аэрации и последующее двуступенчатое фильтрование на контактном и осветительном фильтрах.

Основными способами предотвращения карбонатных отложений могут служить:

• создание в системе скважина-трубопровод необходимого избыточного давления, при котором обеспечивается сохранение карбонатного равновесия в системе;
• снижение температуры минеральной воды с использованием для этих целей специальных теплообменников-охладителей непосредственно в скважине или вблизи от устья в системе;
• обработка воды ультразвуком или магнитными полями;
• обработка углекислых вод дозированными количествами гектаметофосфата натрия, дозированное разбавление или промывка системы пресной водой и другие способы.

Подготовка лечебных грязей для аппликаций начинается с выполнения операций по обогащению и гомогенизации их. Под обогащением понимается удаление из нативной грязи (грязи из  месторождения) засоряющих включений (кварца, гипса, растительных остатков и т. д.), ухудшающих их лечебные качества и затрудняющих использование в гидравлических системах стандартных насосных установок. Подаваемая к местам приема процедур лечебная грязь (грязевой препарат) должна быть заданной влажности, достаточно однородной, осредненной по физико-химическим, в первую очередь вязко-пластичным свойствам без радикальных нарушении состава жидкой фазы, что, в целом, определяет сохранение ее лечебных качеств.

В процессе кондиционирования минеральных вод и пелоидов необходимо выполнение определенных лабораторных физико-химических и санитарно-микробиологических анализов. Для пелоидов необходим также оперативный контроль реологического состояния грязевых препаратов, так как разжижение лечебных грязей снижает теплотехнические их свойства при наиболее широком распространенном аппликационном методе их применения. Для такого оперативного контроля реологических параметров состояния лечебных грязевых препаратов рекомендуется использовать пластометры (рис. 22).
Составной и важной частью кондиционирования минеральных вод и пелоидов является термоподготовка. Она может осуществляться различными способами, в том числе водо- и электронагревателями, в скоростных и емкостных теплообменниках и змеевиках и разведением водой (или грязью).

Термоподготовка минеральной воды непосредственно в ванне путем разведения пресной водой допустима в тех случаях, когда имеется достаточно устойчивый химический состав (хлориды натрия, кальция и т. д.), а общая минерализация (или содержание бальнеологических компонентов) превышает верхний лечебный предел ее применения.

Рис. 22. Общий вид цилиндрического пластометра БТЭ.
1 — основание; 2 — вертикальная штанга; 3 —кронштейн; 4 — шток с делениями; 5 — фиксатор; 6 — груз; 7 — рабочий гофрированный цилиндр; 8 — емкость для лечебной гря» ви; 9 — испытуемая лечебная грязь; 10 — предметный столик.

Транспортирование

Проектирование систем для транспорта минеральных вод и лечебных грязей следует осуществлять в строгом соответствии с действующими общестроительными нормами и правилами, специальными методическими указаниями и рекомендациями по проектированию бальнеотехнических сооружений и трубопроводов, а также в соответствии с результатами предпроектных исследований.

В проектах должны быть решены задачи комплексной механизации и автоматизации вспомогательных и подготовительных операций, что наиболее успешно достигается при использовании трубопроводного транспорта.

Трассы трубопроводов, особенно при транспортировании газонасыщенных минеральных вод, не должны иметь резких изменений их положения в вертикальной и горизонтальной плоскостях и резких изменений в диаметре изменения направления движения.

Гидравлические расчеты трубопроводов, транспортирующих минеральные воды, должны учитывать материал труб, наличие в воде газовой фазы, температуру воды к ее минерализацию. Так, для высокоминерализованных вод в расчетные значения гидравлических сопротивлений вводятся поправочные коэффициенты. При транспортировании газонасыщенных вод для расчетов трубопроводов также составлены соответствующие номограммы, учитывающие влияние «газового фактора».

Гидравлический транспорт пелоидов, отличающихся высокими пластическими свойствами специфическими для каждой конкретной грязи, требует выполнения предварительных исследований для количественной оценки их реологических свойств. Для этих целей служит автоматический вискозиметр. В качестве насосного оборудования следует использовать стандартные насосы различных типов в антикоррозийном исполнении, отвечающие основным расчетным параметрам системы.

Резервирование

Резервирование минеральных вод производится в тех случаях, когда суммарный дебит скважин (источников) за время работы лечебных учреждений меньше их расчетной потребности или необходимо наличие запаса воды для заполнения лечебных плавательных бассейнов после их чистки в санитарный день. Объем резервуаров определяется расчетом. Длительное (более одних суток) хранение в резервуарах возможно для минеральных безгазовых вод, используемых для наружного применения, например хлоридных натриевых рассолов. Во всех остальных случаях минеральные воды хранить более суток не рекомендуется, а хранение лечебных питьевых вод без специальных мероприятий (например, создание газовой подушки и т. п.) должно быть по времени минимальным.

В грязелечебницах грязевые резервуары (бассейны) используются для хранения и регенерации лечебных грязей. Необходимость создания определенных запасов лечебной грязи: объясняется также сезонностью ее добычи. Объем и количество емкостей для хранения и регенерации лечебной грязи определяются расчетом, исходя из суточного потребления и продолжительности времени ее регенерации. В целях максимальной механизации транспортирования грязи нижнюю часть емкостей целесообразно выполнять в виде усеченных призм, что позволяет осуществить забор лечебной грязи из нижней зоны, а также обеспечивать слив смывной воды после дезинфекции, резервуаров с применением насосов.

Водогрязелечебницы, бассейны, питьевые галереи

Водогрязелечебницы являются составной частью санаторно-курортных: учреждений и предназначены для лечения больных естественными и искусственными минеральными водами, пелоидами и другими лечебными факторами. В задачу бальнеотехнических систем водогрязелечебниц входит осуществление технологических процессов по подготовке к применению природных лечебных факторов, их использованию и удалению после процедур,, а также организация химико-бактериологического контроля за их состоянием.

Проектирование водогрязелечебниц осуществляется в соответствии со строительными нормами и правилами. Состав и площади процедурных залов и кабинетов, а также вспомогательных помещений водогрязелечебниц определяются в зависимости от емкости санаторно-курортного комплекса и его профиля. При этом следует строго соблюдать габаритные размеры помещений и требования к их отделке. Лечебные кабинеты водогрязелечебниц, как и все Другие основные помещения санаториев, должны размещаться в надземных этажах. В цокольном и подвальном этажах разрешается размещать складские, хозяйственные и некоторые производственные и вспомогательные помещения, Для проведения процедур соответствующие залы и кабинеты оснащаются медицинскими ваннами, кушетками, для проведения грязевых процедур и массажа, ваннами для подводного вытяжения и подводного массажа, аппаратами для кишечного и желудочного промываний, устройствами для ингаляций и т. п.

Одним из важных элементов водолечения является использование бассейнов. Водообмен в бассейнах следует осуществлять либо способом рециркуляции воды (многократное использование с очисткой, обеззараживанием и одновременным пополнением убыли свежей водой) или непрерывным долитии свежей воды (разовое использование с обеззараживанием). При этом продолжительность полного водообмена должна осуществляться за 8 ч для детских и за 12 ч для остальных бассейнов. Водообмен методом периодических наполнений и опорожнений недопустим. Один раз в неделю необходима санитарная обработка чаши бассейна. Водогрязелечебницы и бассейны помимо традиционного инженерного оборудования (холодное и горячее водоснабжение, канализация, отопление, вентиляция и электрооборудование) должны располагать системами минерального водоснабжения и грязеснабжения, увязанными с общими технологическими системами добычи и подготовки минеральных вод и лечебных грязей.

Особые требования предъявляются к проектированию систем вентиляции при применении для процедур сульфидных, углекислых, радоновых вод и иловых сульфидных грязей. В этих случаях расчет выполняется не по кратности воздухообмена, а по предельно допустимым концентрациям с обязательным удалением загрязненного воздуха через бортовые отсосы у ванн. Водогрязелечебницы могут быть оборудованы системами сигнализации и диспетчерской службы.

В состав инженерного оборудования водолечебниц могут входить также ингаляционные устройства (как индивидуальные, так и групповые). Функционально к ним также относятся и инженерные сооружения (градирни, фонтаны и т. п.) для создания искусственного микроклимата.

К лечебным учреждениям с использованием минеральных вод относятся и питьевые галереи (бюветы), которые предназначены для организованного питья минеральных вод на курортах. В питьевых галереях специальное бальнеотехническое оборудование должно обеспечить подвод минеральной воды от источника с минимальным изменением ее физических свойств и химического состава, причем для питьевых вод сохранение бальнеологически активных микрокомпонентов играет особо важную роль. В питьевых галереях предусматривается нагрев или охлаждение минеральной воды (при необходимости). Иногда производится насыщение безгазовых вод углекислотой, что может придавать им дополнительные лечебные свойства и улучшает вкусовые качества.

Питьевые галереи должны быть, как правило, отдельно стоящими и решаться по индивидуальным проектам. Размещение здания питьевой галереи должно быть увязано на генеральном плане курорта (санатория) с местоположением спальных корпусов и столовых и располагаться от них на расстоянии 10-15 минут ходьбы прогулочным шагом в одном направлении. При проектировании питьевых галерей полезные площади должны определяться в соответствии с нормативами.

К бальнеотехническим устройствам для использования конкретного типа минеральных вод относятся радиоэманатории. Радиоэманатории предназначены для проведения радоновых ингаляций и воздушно-радоновых ванн.

Автоматизация

По мере повышения требований к обеспечению кондиций минеральных вод и лечебных грязей, перехода к строительству крупных санаторно-курортных комплексов и повышения требований к охране недр и окружающей среды в практику проектирования и строительства все больше внедряется автоматические устройства и автоматизированные системы, которые должны обеспечить эффективный контроль за сохранением физического состава, химических свойств и необходимых параметров минеральных вод и лечебных грязей, сокращение количества обслуживающего персонала, а также уменьшение потерь минеральных вод и лечебных грязей и других затрат, связанных с эксплуатацией бальнеотехнических систем.

Применительно к этим системам автоматический контроль или автоматизация процесса возможны при организации режимных наблюдений за работой скважины, обеспечении работы насосных агрегатов в зависимости от заполнения резервирующих емкостей, нагреве минеральных вод и лечебных грязей, а также при приготовлении и проведении лечебных процедур и сбросе отработанных вод и др.
При режимных наблюдениях контроль за такими показателями и параметрами, как дебит воды и спонтанного газа (при газирующих водах), динамический уровень и температура воды и др., может осуществляться автоматическими приборами с постоянной или дискретной записью (см. рис. 21).

Наиболее сложной является автоматизация проведения ванных процедур, так как она должна решать ряд задач: подачу в ванну воды заданной концентрации и температуры, выдержку времени процедуры и слив воды из ванны после окончания процедуры, что обеспечивается полуавтоматическими и автоматическими устройствами, действующими на гидравлическом, пневматическом или механическом принципах, очистку и дезинфекцию ванн и т. д. Широко внедряются в практику комплексная механизация и автоматизация в системах грязедобычи и грязелечения: узлы раздачи лечебной грязи непосредственно на процедурное место с автоматическим включением насосных агрегатов, удаления отработанной грязи с помощью вакуумнопневматических установок, насосов и других специальных устройств, установки для механической очистки брезентов от отработанной грязи, схемы автоматического регулирования температуры нагрева лечебной грязи, автоматического контроля за качеством добываемого и транспортируемого пелоида и т.д.

Частью автоматизированных систем водолечебниц и других объектов являются сигнальная и диспетчерская службы.