СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОЧИЩЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК E03F1/00 C02F1/00 

Изобретение относится к строительству, в частности к способам и устройствам для утилизации очищенных сточных вод в водоемы через подземные горизонты.

Известен способ подачи сточных вод в подземный водонепроницаемый пласт, включающий нахождение глубоких изолированных подземных горизонтов, бурение скважин и закачку через них под давлением сточной воды [см. Очистка производственных сточных вод. М.: Стройиздат, 1979 г., стр.275-276].

Данный способ не может использоваться, так как современные требования не допускают исключение воды из природного водооборота.

Известен способ утилизации сильно засоленных вод путем их подачи в подземные горизонты через трубчатый узел, снабженный радиальным распределителем [см. патент США N 5637228, С 2 F 1/58, опубл. 03.07.95]. В данном способе карстовые подземные полости используются как реакционные резервуары, куда также впрыскиваются реагенты для обессоливания вод. Способ требует большого количества энергии для закачки воды в подземные горизонты. При этом подземные горизонты не используются как улучшающий качество воды фактор.

Указанные способы не всегда применимы для утилизации сточных вод, образующихся в городах, как в силу большого их количества, так и в силу неподходящего геологического строения прилегающих к городам подземных горизонтов.

Известен способ очистки воды, включающий подачу воды сначала в сборный резервуар, а затем в искусственно образованный водонепроницаемый канал, находящийся ниже уровня земной поверхности [см. Патент Германии 19737542, C 02 F 3/02. опубл. 07.01.99 г.] Канал выложен почвенным фильтрующим материалом, обогащенным воздухом и микроорганизмами.

Данный способ позволяет очистить сточные воды от механические загрязнений, но он дорогостоящ, и в дальнейшем также необходима дополнительная очистка и утилизация.

Известны способы утилизации очищенных сточных вод путем подачи их в водоемы [см. Канализация. - М.: Стойиздат, 1975, с.421-423]. Способы используют устройства в виде рассекателей потока, которые позволяют частично использовать энергию реки как движущегося водоема для некоторого разбавления сточных вод.

Данные способы широко применяются в городах и населенных пунктах, расположенных у водоемов, однако они позволяют утилизировать лишь хорошо очищенную воду. Серьезным недостатком указанных способов является отсутствие возможности надежного смешения очищенной воды с водой водоема, что приводит к негативным явлениям. Например, при закачке очищенной воды в море через глубоководный выпуск по указанной выше причине очищенные сточные воды всплывают на поверхность и морскими волнами возвращаются к береговой кромке, ухудшая санитарное состояние берега. При этом затраты на устройство глубоководного выпуска превышают или равны стоимости комплекса очистных сооружений.

Наиболее близким аналогам, принимаемым за прототип, является способ утилизации сточных вод, включающий нахождение поглощающего горизонта и обустройство выпуска в него очищенной воды [см. СНиП 2.04.03.85. Канализация. Наружные сети и сооружения. С.41-42].

Данный способ обладает низкой производительностью.

Задачей создания настоящего технического решения и его техническим результатом является повышение производительности при утилизации воды в подземные горизонты, снижение стоимости и одновременно повышение качества утилизированной воды за счет комплексного использования природных факторов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе утилизации очищенных сточных вод, включающем нахождение поглощающего почвенного горизонта и обустройства выпуска в него воды, имеются отличия, а именно находят подземный горизонт с требуемой поглощающей способностью, вклинивающийся в водоем, и, обустраивая самотечный выпуск, доводят скорость подачи воды до скорости фильтрации подземного горизонта и переводят режим движения потока из турбулентного в ламинарный и рассредоточенный.

Предлагаемый способ позволяет использовать инжекционную энергию водоема, что исключает необходимость затрат энергии для закачки сточной воды в подземные горизонты. Рассредоточивая поток и переводя движение воды из турбулентного в ламинарный режим, обеспечивают подачу больших объемов очищенной сточной воды. Кроме того, вода, проходя через фильтрующий подземный горизонт, имеющий определенный электростатический заряд, освобождается от целого ряда полей антропогенного происхождения: магнитных, электромагнитных, электростатических и других, что благотворно сказывается на ее качестве [см. Тезисы докладов научно-технического семинара “Эколого-гигиенические проблемы Мегаполиса XXI века и стратегия их решения. Международная выставка новейших технологий природоохранных и ресурсосберегающих технологий “Человек, город и окружающая среда”. Москва, 1998,стр.33-36].

Проходя через фильтрующие и поглощающие подземные горизонты, вклинивающиеся в водоем, очищенная вода двигается в сторону водоема очень медленно и разгружается в него со скоростью фильтрации подземного горизонта, тем самым обеспечивается максимально экологичное вхождение воды в природную среду и происходит одновременно дополнительный процесс ее очистки. Таким образом, подаваемая вода поступает в водоем рассредоточено, тем самым обеспечивается ее полное смешивание с водой водоема.

Кроме способа утилизации воды настоящее техническое решение предлагает устройство для его осуществления.

Наиболее близким аналогом, принимаемым за прототип, является устройство для утилизации предварительно очищенной сточной воды в подземный поглощающий горизонт, включающее трубопровод подачи воды и приемный фильтрующий колодец с водоупорными стенками, заполненный крупнозернистым наполнителем [см. СНиП 2.04.03.85 г. Канализация, наружные сети и сооружения, с.42].

Недостатком данных устройств является их низкая производительность.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение производительности устройств для утилизации очищенных сточных вод в поглощающие горизонты.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве для утилизации предварительно очищенных сточных вод, включающем трубопровод подачи воды и приемный фильтрующий колодец с водоупорными стенками, заполненный крупнозернистым наполнителем, имеются отличия, а именно, приемный фильтрующий колодец имеет узкую горловину, в полости которой ниже трубы подачи воды установлены в несколько уровней отражатели потока воды, и расширяющийся ко дну фильтр, в верхней части которого расположена накопительная камера, а ниже расположено несколько слоев крупнозернистого наполнителя, при этом размер фракций наполнителя плавно уменьшается сверху ко дну, при этом дно находится ниже верхней границы подземного поглощающего горизонта, вклинивающегося в водоем. Предлагаемое устройство является инфильтрационно-поглощающим.

На фиг.1 показано устройство для утилизации предварительно очищенных сточных вод в разрезе, а также его положение относительно уровня земли, поглощающего горизонта. На фиг.2 показано положение устройства для утилизации предварительно очищенных сточных вод в разрезе, а также его положение относительно уровня земли, поглощающего горизонта и водоема.

Устройство (см. фиг.1) включает трубопровод 1 подачи очищенной сточной воды и приемный фильтрующий колодец 2, состоящий из горловины 3 и фильтра 4, расширяющегося к своему дну 5, а также накопительную камеру 6, отражатели 7 потока воды. Фильтр 4 в сечении имеет вид усеченного конуса. Дно 5 фильтра расположено ниже верхней границы 8 подземного поглощающего горизонта, вклинивающегося в водоем. В верхней части фильтра 4 расположена накопительная камера 6, ниже ее фильтр 4 заполнен несколькими слоями крупнозернистого наполнителя 9, например гравием, размер фракций которого плавно уменьшается ко дну 5 фильтра 4. Стенки 10 фильтра 4 выполнены из водонепроницаемого материала, например бетона или железобетона. Отражатели 7 потока воды расположены в горловине ниже трубопровода 1 подачи воды в несколько уровней и могут иметь форму конуса.

Предлагаемый способ утилизации предварительно очищенной сточной воды осуществляется в предлагаемом устройстве следующим образом. С помощью гидрогеологических изысканий находят поглощающий подземный горизонт с требуемой поглощающей способностью, вклинивающийся в водоем (см. фиг.2), обустраивают выпуск в него воды, для чего используют предлагаемое устройство, которое будет работать в режиме поглотителя и обеспечивать безнапорный самотечный выпуск воды в подземный горизонт. Очищенная сточная вода поступает в горловину 3 приемного колодца 2 из трубопровода 1 подачи воды. Поток очищенной воды имеет скорость V₁ на входе в колодец. Попадая на отражатели 7, установленные в несколько уровней в приемном колодце 2, поток воды дробится на несколько и отражается от граней отражателей 7 на стенки горловины 3 колодца 2 и обратно на следующий ряд отражателей 7. В результате скорость потока уменьшается до скорости V₂ и именно с этой скоростью вода поступает в накопительную камеру 6, при этом движение воды продолжает носить турбулентный характер.

Дно накопительной камеры 6 одновременно является верхним слоем наполнителя, которьм заполнен расширяющийся к низу фильтр 4. Частицы наполнителя 9, например гравия, являются рассекателями потока жидкости. Они гасят его скорость и упорядочивают движение потоков воды, просачивающихся между частиц наполнителя 9. Каждый следующий слой наполнителя 9 является более мелким по размеру, за счет чего поток становится все более рассредоточенным, при этом скорость движения воды уменьшается. Достигнув дна 5 фильтра 4, множественные потоки очищенной воды рассредоточено всасываются в поглощающий горизонт со скоростью V₃, равной скорости фильтрации подземного горизонта. Таким образом движение потока очищенной сточной воды переходит из турбулентного режима в ламинарный и рассредоточенный. Уравнивание скоростей всасывания в подземный горизонт и скорости подачи в него воды достигают за счет большей площади дна 5 фильтра 4 по сравнению с площадью дна накопительной камеры 6. Подаваемая в подземный горизонт очищенная сточная вода далее поступает также рассредоточенно в водоем. В подземных горизонтах эта вода освобождается также от антропогенных полей, полученных ею в результате хозяйственного использования.

Пример. Способ осуществляют следующим образом:

При требуемом объеме утилизируемой воды 100000 м³/сут был найден с помощью гидрологических изысканий подземный горизонт с поглощающей способностью, которая характеризуется скоростью фильтрации 0,0009 м/с. Подземный горизонт залегает на глубине 27 м и вклинивается в водоем на расстоянии 17 км от береговой кромки. Таким образом дно устройства для утилизации должно находиться на глубине не менее 27 м. Площадь дна 5 фильтра 4 рассчитывается исходя из глубины залегания поглощающего горизонта, количества и размеров фракций наполнителя и скорости воды V₂ в накопительной камере 6 и исходной скорости подачи воды V₁. Дно приемного фильтрующего колодца расположено на глубине 27 м.

При скорости подачи воды в трубопроводе V₁=1,0 м/с и количестве рядов отражателей в горловине, равном 4, в накопительной камере площадью 6,28 м², скорость потока воды V₂=0,3 м/с. Для уменьшения до скорости фильтрации подземного горизонта потребуется 5 рядов наполнителя, при этом размеры фракций составят:

1-я фракция - 10 мм;

2-я фракция - 8 мм;

3-я фракция - 6 мм;

4-я фракция - 4 мм;

5-я фракция - 2 мм.

После прохождения 5-ти слоев наполнителя скорость воды V₃ уменьшится до скорости фильтрации подземного горизонта 0,0009 м/с и с этой скоростью вода будет поступать в водоем.

Построенная на основании гидрологических данных компьютерная модель показывает, что при количестве подаваемой очищенной воды 100000 м³/сут в предлагаемое устройство с диаметром основания порядка 15 м площадь выходящего потока очищенной воды составляет около 54 квадратных километров, а время прохождения очищенной воды по подземному горизонту составит 179 суток, что достаточно для восстановления природных качеств воды.

При классической схеме устройства приемных фильтрующих колодцев размером 2×2 глубиной 2,5 м, с поглощающей способностью 80 л/сут на 1 м² поверхности в песчаных грунтах, не вклинивающихся в водоем, потребуется не менее 52 тысяч таких колодцев, что доказывает достижимость заявляемого технического результата предлагаемого технического решения.

Изобретение относится к способам и устройствам для утилизации очищенных сточных вод в водоемы через подземные горизонты. Техническим результатом является повышение производительности при утилизации воды в подземные горизонты, снижение стоимости и повышение качества утилизированной воды. Способ утилизации очищенных сточных вод заключается в том, что находят подземный горизонт с требуемой поглощающей способностью, вклинивающийся в водоем, и обустраивают самотечный выпуск в него воды, доводят скорость воды до скоростей фильтрации подземного горизонта и переводят ее поток в ламинарный и рассредоточенный. Устройство включает трубопровод подачи воды и приемный фильтрующий колодец с водоупорными стенками, заполненный крупнозернистым наполнителем, имеющий узкую горловину, в полости которой ниже трубы подачи воды установлены в несколько уровней отражатели потока воды, и расширяющийся ко дну фильтр, в верхней части которого расположена накопительная камера, ниже которой расположены несколько слоев крупнозернистого наполнителя. Размер фракции наполнителя плавно уменьшается сверху ко дну, при этом дно фильтра находится ниже верхней границы подземного поглощающего горизонта, вклинивающегося в водоем. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ утилизации очищенных сточных вод, включающий нахождение поглощающего почвенного горизонта и обустройство выпуска в него воды, отличающийся тем, что находят подземный горизонт с требуемой поглощающей способностью, вклинивающийся в водоем, а обустраивая самотечный выпуск, доводят скорость воды до скоростей фильтрации подземного горизонта и переводят ее поток в ламинарный и рассредоточенный.2. Устройство для утилизации очищенных сточных вод, включающее трубопровод подачи воды и приемный фильтрующий колодец с водоупорными стенками, заполненный крупнозернистым наполнителем, отличающееся тем, что приемный фильтрующий колодец имеет узкую горловину, в полости которой ниже трубы подачи воды установлены в несколько уровней отражатели потока воды, и расширяющийся ко дну фильтр, в верхней части которого расположена накопительная камера, ниже которой расположены несколько слоев крупнозернистого наполнителя, при этом размер фракции наполнителя плавно уменьшается сверху ко дну, при этом дно фильтра находится ниже верхней границы подземного поглощающего горизонта, вклинивающегося в водоем.