СПОСОБ ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЁННОГО ПУНКТА Российский патент 2017 года по МПК E03B1/00 

Изобретение относится к области снабжения населенного пункта (города, поселка городского типа, села) водой питьевого качества (питьевой водой). Оно предназначено для действующих систем водоснабжения любой производительности с сооружениями для очистки и обработки воды дезинфектантом, внутренними водопроводами в зданиях и распределительной (наружной) сетью труб, которые спроектированы и возведены по нормам прошлого века, в т.ч. действующих СНиП 2.04.02-84* «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» и СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий» (в описании изобретения используются термины этих СНиП).

Известен способ водоснабжения населенного пункта с высокоскоростным фильтрованием воды (на скорых фильтрах и контактных осветлителях АКХ), обеспечивающем ее очистку благодаря применению реагентов, обработкой воды дезинфектантом, подачей питьевой воды потребителям по наружной сети труб и внутренним водопроводам с заданными технико-экономическими скоростями движения и вычисленными расходами воды в трубах по нормам водопотребления прошлого века, определивших их экономически выгодные диаметры (СНиП 2.04.02-84* - табл. 1, 4, 15 - пп. 1-6, и п. 8.46).

Подобным является способ водоснабжения населенного пункта с медленным фильтрованием воды (на медленных фильтрах), но обеспечивающем ее очистку без применения реагентов; как в предыдущем аналоге, воду обрабатывают дезинфектантом, подачу питьевой воды потребителям осуществляют по наружной сети труб и внутренним водопроводам с заданными технико-экономическими скоростями движения и вычисленными расходами воды в трубах по нормам водопотребления прошлого века, определивших их экономически выгодные диаметры (СНиП 2.04.02-84* - табл. 1, 4, 15 - п. 14, и п. 8.46).

Технический недостаток этих аналогов состоит в том, что последующее, изначально не предусмотренное для способа водоснабжения населенного пункта, обязательное оснащение внутренних водопроводов счетчиками воды (СНиП 2.04.01-85* - п. 1.1, 11.1; Федеральный закон РФ от 23 ноября 2009 года №261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации", ст. 13, п. 5) постепенно приводит к устойчивым отрицательным технико-экономическим последствиям, связанным с падением скоростей движения воды в трубах заложенных диаметров относительно экономически выгодных скоростей в них:

- растут (в первом аналоге) концентрации в воде характерных веществ для данного материала труб, например железа и др. металлов, мигрирующих с внутренней поверхности труб, что увеличивает электропроводность воды и поэтому ускоряет электрохимическую коррозию труб, сокращает срок их службы, может делать воду небезвредной по химическому составу и ухудшать органолептические показатели качества питьевой воды;

- а резкое снижение, в несколько раз, скоростей движения воды в трубах, повышает опасность образования застойных зон на сети, благоприятных для размножения микроорганизмов, т.е. ухудшения качества питьевой воды по главному показателю - бактериологическому; приводит к образованию в хлорированной воде, при ее затяжной во времени транспортировке по трубам, вторичных загрязнителей - тригалогенметанов (хлороформа и других - Амин Абдулфаттах Ахмад Амин. Исследование формирования тригалогенметанов в системе водоснабжения Багдада. - http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_15_Abdulfattah.pdf_1753.pdf);

- замена же всех скорых фильтров и контактных осветлителей АКХ (с их реагентами) медленными фильтрами (без реагентов) для снижения коррозионной агрессивности питьевой воды за счет исключения обработки исходной воды реагентами (это следует из СНиП 2.04.02-84* - Приложение 5, пп. 1, 2, 3 и рис. 1) представляет собой дорогостоящую задачу из-за необходимости больших площадей и материальных затрат для строительства медленных фильтров.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и решаемой задаче является способ водоснабжения населенного пункта, включающий оснащение обязательными счетчиками воды внутренних водопроводов системы водоснабжения с расчетной производительностью и размерами сооружений, в т.ч. труб и фильтров, отвечающих нормам водопотребления прошлого века, высокоскоростное фильтрование воды и техническое обеспечение его в коррозионно безопасных режимах безреагентного или с пониженными дозами реагентов дельта-фильтрования, обработку воды дезинфектантом, контроль качества питьевой воды, энергоснабжение и определение экономической эффективности способа (СНиП 2.04.01-85* - п. 1.1, 11.1; Федеральный закон РФ от 23 ноября 2009 года №261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации", ст. 13, п. 5; монография Ю.А. Ищенко. Явление и технология дельта-фильтрования природных и сточных вод. ВГСХА, Волгоград, 1997; RU 2405614 C1, B01D 24/46, 10.12.2010; RU 2570021 С2, C02F 9/08, C02F 1/50, C02F 103/04, 10.12.2015).

Технический недостаток прототипа: не известны критерии необходимого перевода высокоскоростного фильтрования воды в коррозионно безопасные режимы безреагентного или с пониженными дозами реагентов дельта-фильтрования в связи с оснащением внутренних водопроводов обязательными счетчиками воды.

Кроме того:

не установлена возможная потребность технологических операций, направленных на повышение надежности способа ввиду дополнительного замедления скоростей движения воды в трубах перекрытием внутренних водопроводов при оснащении их счетчиками воды, а также отключений подачи воды после аварийных прорывов поспешно оборудованных водомерных узлов, заливающих квартиры в многоэтажных домах;

не определено наиболее доступное решение, из известных, альтернативного энергоснабжения способа для многочисленных систем водоснабжения на берегах Мирового океана;

требуется формула для определения экономической эффективности способа, т.к. известные формулы некорректны (например, в Постановлениях Правительства РФ от 22.12.2010 №1092 и 26.06.2012 №640).

Техническая задача. Определение критерия необходимого перевода высокоскоростного фильтрования воды в коррозионно безопасные режимы безреагентного или с пониженными дозами реагентов дельта-фильтрования в связи с оснащением внутренних водопроводов обязательными счетчиками воды;

установление технологических условий, направленных на повышение надежности способа;

применение наиболее доступного решения, из известных, альтернативного энергоснабжения способа для многочисленных систем водоснабжения на берегах Мирового океана;

разработка математической формулы для определения экономической эффективности способа.

Согласно изобретению в способе водоснабжения населенного пункта, включающем оснащение обязательными счетчиками воды внутренних водопроводов системы водоснабжения с расчетной производительностью и размерами сооружений, в т.ч. труб и фильтров, отвечающих нормам водопотребления прошлого века, высокоскоростное фильтрование воды и техническое обеспечение его в коррозионно безопасных режимах безреагентного или с пониженными дозами реагентов дельта-фильтрования, обработку воды дезинфектантом, контроль качества питьевой воды, энергоснабжение и определение экономической эффективности способа, высокоскоростное фильтрование воды переводят в режимы дельта-фильтрования незамедлительно в пределах периода допустимых технико-экономических последствий обнаруженного превышения интенсивности миграции характерных веществ с внутренней поверхности труб над таковой до оснащения водопроводов счетчиками воды.

Кроме того:

ввиду дополнительного замедления скоростей движения воды в трубах перекрытием внутренних водопроводов при оснащении их счетчиками воды, а также отключений подачи воды после аварийных прорывов поспешно оборудованных водомерных узлов, заливающих квартиры в многоэтажных домах, подаваемую в сеть труб воду обрабатывают дезинфектантом повышенного пролонгированного действия с соблюдением правила суммарной токсичности дезинфектанта, чрезвычайно и высокоопасных веществ в питьевой воде, в т.ч. ниже их предельно допустимых концентраций;

энергоснабжение способа для многочисленных систем водоснабжения на берегах Мирового океана осуществляют от альтернативных станций преобразования наиболее доступной гидродинамической энергии волн на откосах - как набегающих на берега и обладающих большим запасом энергии набега и ската волн, к тому же успешно поддающейся преобразованию в электрическую энергию;

экономическую эффективность способа определяют по математической формуле

где

n - количество факторов (показателей), диктующих экономическую эффективность способа;

значения от i=1 по i=k - номера показателей, численные значения которых, в %% отклонения от норм, предусмотрено планомерно уменьшать (концентрации мигрирующих характерных веществ) по отчетным периодам;

значения от i=k+1 по i=n - номера показателей, численные значения которых нарастают, в %% затрат на использование способа от затрат в случае применения традиционных методов очистки воды от мигрирующих характерных веществ по отчетным периодам, направленные на обеспечение достижения численных значений показателей с номерами от i=1 по i=k;

Xp - планируемое численное значение i-го показателя, %;

- фактически достигнутое численное значение i-го показателя, %.

При этом термин «показатель» принят согласно Гост Р 52104-2003 «Ресурсосбережение. Термины и определения» (вопреки частому в официальных источниках не всем понятному словосочетанию «показатели и индикаторы», например, в Постановлениях Правительства РФ от 22.12.2010 №1092 и 26.06.2012 №640).

Проверка формулы. Принимаем n=8, k=4. Для уменьшения объема расчетов варьируем фактически достигнутым численным значением только показателя с порядковым номером i=1 и только, условно, в 2017 г., в остальных позициях, i=2÷8, 2017 г. принимаем совпадающими с запланированными Xp, и тогда их отношения в формуле равны 1:

если например, 14,4%, то справедливо получаем эффективность Э=(((100-14,4)/(100-14,4)+1+1+1)+1+1+1+1)100/8=(1+1+1+1+1+1+1+1)100/8=(8)100/8=100%;

если например, принимаем что равносильно краху способа, то получаем соответственно провальную эффективность Э=(((100-100)/(100-14,4)+1+1+1)+1+1+1+1)100/8=(0+1+1+1+1+1+1+1)100/8=(7)100/8=87,5%;

когда например, принимаем что соответствует наилучшему достижению способа, то получаем высокую эффективность Э=(((100-0)/(100-14,4)+1+1+1)+1+1+1+1)100/8=(1,17+1+1+1+1+1+1+1)100/8=(8,17)100/8=102,1%.

Следовательно, разработанная математическая формула определения экономической эффективности способа является корректной.

Способ водоснабжения населенного пункта осуществляют согласно изобретению в такой последовательности. Оснащают обязательными счетчиками воды внутренние водопроводы системы водоснабжения с расчетной производительностью и размерами сооружений, отвечающих нормам водопотребления прошлого века, например, по СНиП 2.04.02-84* - таблицы 1 и 4. Ведут высокоскоростное фильтрование воды. Технически обеспечивают ему режимы дельта-фильтрования (путем оборудования скорых фильтров стуктуризаторами фильтрующей загрузки, например, как в RU 2405614 C1, B01D 24/46, 10.12.2010 и RU 2568720 C2, B01D 24/48, 20.11.2015 с примером эффекта структурирования загрузки - фиг. 3; или средствами управления торможением осаждения загрузки после ее промывки в контактных осветлителях АКХ, как описано в монографии Ю.А. Ищенко. Явление и технология дельта-фильтрования природных и сточных вод. ВГСХА, Волгоград, 1997 - с. 211, рис. 58 и 59), обрабатывают воду дезинфектантом (например, как в RU 2570021 C2, C02F 9/08, C02F 1/50, C02F 103/04, 10.12.2015), контролируют качество питьевой воды, незамедлительно в пределах периода допустимых технико-экономических последствий обнаруженного превышения интенсивности миграции характерных веществ с внутренней поверхности труб над таковой до оснащения водопроводов счетчиками воды высокоскоростное фильтрование воды переводят в коррозионно безопасные режимы дельта-фильтрования.

Кроме того:

подаваемую в сеть труб воду обрабатывают дезинфектантом повышенного пролонгированного действия с соблюдением правила суммарной токсичности (по аналогии с СанПиН 2.1.4.1074-01, п. 3.4.4.) дезинфектанта, чрезвычайно и высокоопасных веществ в питьевой воде, в т.ч. ниже их предельно допустимых концентраций;

энергоснабжение способа для систем водоснабжения на берегах Мирового океана осуществляют от альтернативных станций преобразования наиболее доступной гидродинамической энергии волн на откосах - как набегающих на берега (это естественные откосы) и обладающих большим запасом энергии набега и ската волн, к тому же успешно поддающейся преобразованию в электрическую энергию (например, как в RU 2598922 C2, F03B 13/18, 10.10.2016 и RU 2598921 C2, F03B 13/08, 10.10.2016);

определяют экономическую эффективность способа по разработанной в настоящем изобретении математической формуле.

Пример решения технической задачи по п. 1 формулы изобретения.

Анализ публикаций о состоянии наружных сетей и внутренних водопроводов во многих населенных пунктах, в т.ч. Российской Федерации (РФ), отвечающих нормам водопотребления прошлого века, говорит о том, что установленный изобретением критерий необходимого перевода высокоскоростного фильтрования воды на системах водоснабжения в коррозионно безопасные режимы безреагентного или с пониженными дозами реагентов дельта-фильтрования является актуальным. Детальными технико-экономическими расчетами определены следующие выгодные показатели реализации данного изобретения на скорых фильтрах:

- удельные (уд.) затраты денежных средств: не более 56 рублей на систему водоснабжения уд. производительности 1 куб.м/сут, что требует для крупной городской системы водоснабжения производительностью, например, 550000 куб.м/сут не более 31 млн рублей;

- общие затраты, например, по РФ: не более 4 млрд рублей (для сокращения объема расчетов все исходные фильтры РФ приняты скорыми);

- расчетный срок окупаемости способа только за счет попутного снижения числа промывок фильтров в 2-4 раза и получения соответственно дополнительного объема питьевой воды (то есть без учета полного или частичного исключения реагентов дельта-фильтрованием, экономию средств на которых можно использовать, при необходимости в отдельных случаях, на защиту ахиллесовой пяты в фильтрах - дренажей, применяя надежную конструкцию, например, по RU 2064811 C1, B01D 35/12, 10.08.1996, п. 2 формулы изобретения): от 4,3 месяцев до нескольких дней;

- доход поэтапно: от 2,5 до ~100 руб./год (ближайшая перспектива на прямых и косвенных затратах, в т.ч. за счет устранения коррозии труб и утечек воды) с каждого вложенного 1 рубля;

- укрупненный суммарный доход только по РФ: до 400 млрд. руб./год в ценах 2008 г.; сейчас, в 2016 г., это около 1 трлн руб./год.

Таким образом, в связи с оснащением внутренних водопроводов обязательными счетчиками воды изобретением решена техническая задача определения критерия необходимого перевода высокоскоростного фильтрования воды в коррозионно безопасные режимы безреагентного или с пониженными дозами реагентов дельта-фильтрования;

установлены технологические условия, направленные на повышение надежности способа;

применено наиболее доступное решение, из известных, альтернативного энергоснабжения способа для многочисленных систем водоснабжения на берегах Мирового океана с его энергонасыщенными волнами;

разработана математическая формула для определения экономической эффективности способа.

Изобретение относится к области водоснабжения. Способ состоит в оснащении обязательными счётчиками воды внутренних водопроводов системы водоснабжения с расчётной производительностью и размерами сооружений, в т.ч. труб и фильтров, отвечающих нормам водопотребления прошлого века, высокоскоростном фильтровании воды и техническом обеспечении его в коррозионно-безопасных режимах безреагентного или с пониженными дозами реагентов дельта-фильтровании. Способ дополнительно состоит в обработке воды дезинфектантом, контроле качества питьевой воды, энергоснабжении и определении экономической эффективности. Высокоскоростное фильтрование воды переводят в режимы дельта-фильтрования незамедлительно в пределах периода допустимых технико-экономических последствий обнаруженного превышения интенсивности миграции характерных веществ с внутренней поверхности труб над таковой до оснащения водопроводов счётчиками воды. Обеспечивается оперативный перевод высокоскоростного фильтрования воды на системах водоснабжения в коррозионно-безопасные режимы дельта-фильтрования. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ водоснабжения населённого пункта, включающий оснащение обязательными счётчиками воды внутренних водопроводов системы водоснабжения с расчётной производительностью и размерами сооружений, в т.ч. труб и фильтров, отвечающих нормам водопотребления прошлого века, высокоскоростное фильтрование воды и техническое обеспечение его в коррозионно-безопасных режимах безреагентного или с пониженными дозами реагентов дельта-фильтрования, обработку воды дезинфектантом, контроль качества питьевой воды, энергоснабжение и определение экономической эффективности способа, отличающийся тем, что высокоскоростное фильтрование воды переводят в режимы дельта-фильтрования незамедлительно в пределах периода допустимых технико-экономических последствий обнаруженного превышения интенсивности миграции характерных веществ с внутренней поверхности труб над таковой до оснащения водопроводов счётчиками воды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ввиду дополнительного замедления скоростей движения воды в трубах перекрытием внутренних водопроводов при оснащении их счётчиками воды, а также отключений подачи воды после аварийных прорывов поспешно оборудованных водомерных узлов, заливающих квартиры в многоэтажных домах, подаваемую в сеть труб воду обрабатывают дезинфектантом повышенного пролонгированного действия с соблюдением правила суммарной токсичности дезинфектанта, чрезвычайно высокоопасных веществ в питьевой воде, в т.ч. ниже их предельно допустимых концентраций.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что энергоснабжение способа для многочисленных систем водоснабжения на берегах мирового океана осуществляют от альтернативных станций преобразования наиболее доступной гидродинамической энергии волн на откосах, как набегающих на берега и обладающих большим запасом энергии набега и ската волн, к тому же успешно поддающейся преобразованию в электрическую энергию.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что экономическую эффективность способа определяют по математической формуле:

,

где n - количество факторов/показателей, диктующих экономическую эффективность способа;

значения от i=1 по i=k - номера показателей, численные значения которых в % отклонения от норм, предусмотрено планомерно уменьшать концентрации мигрирующих характерных веществ по отчётным периодам;

значения от i=k+1 по i=n - номера показателей, численные значения которых нарастают в % затрат на использование способа от затрат в случае применения традиционных методов очистки воды от мигрирующих характерных веществ по отчётным периодам, направленные на обеспечение достижения численных значений показателей с номерами от i=1 по i=k;

Хр - планируемое численное значение i-го показателя, %;

Xƒ - фактически достигнутое численное значение i-го показателя, %.