САМОРЕГУЛИРУЕМАЯ СИСТЕМА ВОДООТВЕДЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК E03F3/02 E03F5/10 E03F7/02 

Изобретение относится к области санитарной техники и может быть использовано при отведении и очистке сточных вод в общесплавных системах водоотведения.

Известна система водоотведения, включающая в себя регулирующие резервуары, к которым весь расход дождевых вод подводится по трубе большого диаметра с одновременным отводом (опорожнением) части расхода по трубе малого диаметра (см. Алексеев М.И., Курганов A.M. Организация отведения поверхностного (дождевого или талого) стока с урбанизированных территорий: Учебное пособие. - М.: Изд-во АСВ; СПб.: СПбГАСУ. - 2000. - 352 с., рис. 7.6а, 7.13).

Для известной системы характерны высокие капитальные затраты, поскольку в качестве регулирующей емкости в ней применяется отдельно построенное сооружение, а не используется свободное пространство трубопроводов и колодцев.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявляемому изобретению является система водоотведения мегаполиса (см. патент RU №2438984, C02F 1/00. Система водоотведения мегаполиса / Ф.В. Кармазинов, М.Д. Пробирский, Ю.А. Ильин, B.C. Игнатчик и др. Приоритет от 11.06.2010 г.), включающая: подсистему утилизации шлама, содержащую, по меньшей мере, следующие последовательные блоки: обезвоживания, термической обработки, удаления золы из уходящих газов, очистки дымовых газов, а также резервного хранения обезвоженного шлама, соединенного с блоками обезвоживания и термической обработки, транспортировки золы, загрузки обезвоженного шлама, соединенного с блоком резервного хранения обезвоженного шлама и/или с блоком термической обработки, по меньшей мере одну дополнительную подсистему утилизации шлама, по меньшей мере одну подсистему обработки шламов, содержащую следующие последовательные блоки: очистки сточных вод с извлечением шлама, подготовки к обезвоживанию шлама, обезвоживания, хранения и выгрузки обезвоженного шлама, транспортировки обезвоженного шлама, по меньшей мере один полигон захоронения шламов, при этом блоки транспортировки золы связывают блоки удаления золы подсистемы утилизации шлама, дополнительной/дополнительных подсистем утилизации шлама с полигоном/полигонами захоронения шламов, блоки хранения и выгрузки обезвоженного шлама подсистемы/подсистем обработки шламов при помощи блока/блоков транспортировки обезвоженного шлама соединены с блоком загрузки обезвоженного шлама подсистемы утилизации шлама, дополнительной/дополнительных подсистем утилизации шлама и с полигоном/полигонами захоронения шламов, по меньшей мере одну аварийно-транспортную автомобильную магистраль, которая связывает полигон/полигоны захоронения шламов с блоками резервного хранения обезвоженного шлама, блок резервного хранения обезвоженного шлама подсистемы утилизации шлама - с блоками загрузки обезвоженного шлама дополнительной/дополнительных подсистемы/подсистем утилизации шлама, блок резервного хранения обезвоженного шлама дополнительной/дополнительных подсистемы/подсистем утилизации шлама - с блоком загрузки обезвоженного шлама подсистемы утилизации шламов, по меньшей мере два бассейна канализования и по меньшей мере один пригород мегаполиса, при этом подсистема утилизации шлама, дополнительная/дополнительные подсистемы утилизации шлама и подсистема/подсистемы обработки шламов расположены в различных бассейнах канализования мегаполиса, и/или подсистема/подсистемы обработки шламов расположены в пригороде/пригородах мегаполиса. Подсистема утилизации шлама, по меньшей мере одна дополнительная подсистема утилизации шлама дополнительно снабжены последовательно расположенными перед блоками обезвоживания, блоками транспортировки сточных вод, содержащими последовательно соединенные между собой подводящие коллекторы и главные насосные станции с приемными резервуарами, датчиками максимального и минимального уровня воды, подающими трубопроводами, при этом подводящие коллекторы выполнены с минимально возможным уклоном и соединены с приемными резервуарами на отметке между датчиками максимального и минимального уровня, блоками очистки сточных вод с извлечением шлама, содержащими последовательно соединенные между собой приемную камеру, решетки, песколовки, первичные отстойники, соединенные с блоками обезвоживания, аэротенк, вторичные отстойники, соединенные с блоками обезвоживания для подачи в них избыточного ила и с аэротенком для подачи в него возвратного активного ила, самотечными линиями фугата, при этом блоки обезвоживания и подводящий коллектор соединены самотечными линиями фугата, межбассейновой насосной станцией с подводящим трубопроводом и напорной линией, при этом подводящий трубопровод присоединен к подводящему коллектору подсистемы утилизации шлама, а напорная линия - к подводящему коллектору дополнительной подсистемы утилизации шлама.

Возможны варианты развития известной системы, когда:

1) подводящий трубопровод присоединен к подводящему коллектору дополнительной подсистемы утилизации шлама, а напорная линия - к подводящему коллектору подсистемы утилизации шлама (вариант развития №1);

2) подсистема утилизации шлама, по меньшей мере одна дополнительная подсистема утилизации шлама дополнительно снабжены внутренними насосными станциями с напорными трубопроводами, при этом блоки обезвоживания и внутренние насосные станции соединены самотечными линиями фугата, а напорные трубопроводы внутренних насосных станций соединены с приемными камерами;

3) подсистема утилизации шлама, по меньшей мере одна дополнительная подсистема утилизации шлама дополнительно снабжены по меньшей мере одним самотечным коллектором внутренней системы водоотведения, при этом по меньшей мере один самотечный коллектор внутренней системы водоотведения соединен с внутренней насосной станцией;

4) подсистема утилизации шлама, по меньшей мере одна дополнительная подсистема утилизации шлама дополнительно снабжены районными канализационными насосными станциями с напорными коллекторами, при этом напорные коллекторы соединены с подводящими коллекторами;

5) напорные коллекторы соединены с приемными камерами;

7) напорные коллекторы соединены с внутренними насосными станциями;

8) напорные коллекторы соединены с самотечными линиями фугата;

9) напорные коллекторы соединены по меньшей мере с одним самотечным коллектором внутренней системы водоотведения.

Недостатками указанной системы являются низкие показатели надежности отведения стока за пределы населенного пункта, т.к. высока вероятность подтопления территории мегаполиса, поскольку:

- в периоды сильных или сверхрасчетных дождей, когда пропускная способность подводящих коллекторов будет меньше расхода поступающего стока, может происходить наполнение их свободного объема и выход сточных вод на поверхность в пределах мегаполиса;

- при засорении или аварии на участках подводящих коллекторов, когда стоки от абонентов, расположенных выше этих участков, полностью или частично через колодцы поднимаются на поверхность.

Задачей настоящего изобретения является повышение показателей надежности системы.

Поставленная задача решается тем, что известная система, включающая блок транспортировки сточных вод, содержащий, по меньшей мере, коллектор, в соответствии с настоящим изобретением дополнительно снабжена:

- сетями водоотведения, соединенными с коллектором;

- переливным трубопроводом, соединенным с сетями водоотведения и устройством аварийного перелива, содержащим, по меньшей мере, корпус, прикрепленную к корпусу проушину, поворотную захлопку, жестко соединенную с косынкой, которая связана с проушиной с возможностью выполнения вращения, барьерный груз с переменной массой, присоединенный к косынке или поворотной захлопке, обеспечивающий закрытие поворотной захлопки при уровне воды ниже минимального значения поверхности земли над коллектором и сетями водоотведения.

При этом переливной трубопровод перед устройством аварийного перелива имеет сужение и/или отвод, обеспечивающий горизонтальное расположение поворотной захлопки в закрытом виде.

По сравнению с прототипом предлагаемая система имеет следующие отличительные признаки:

1) дополнительное снабжение системы сетями водоотведения, соединенных с коллектором (известно);

2) дополнительное снабжение системы переливным трубопроводом (известно);

3) соединение переливного трубопровода с сетями водоотведения (известно);

4) соединение переливного трубопровода с устройством аварийного перелива (известно);

5) выполнение устройства аварийного перелива, содержащего, по меньшей мере, корпус, прикрепленную к корпусу проушину, поворотную захлопку, жестко соединенную с косынкой, которая связана с проушиной с возможностью выполнения вращения, барьерный груз с переменной массой (не известно);

6) присоединение барьерного груза с переменной массой к косынке или поворотной захлопке, обеспечивающего закрытие поворотной захлопки при уровне воды ниже минимального значения поверхности земли над подводящим коллектором и сетями водоотведения (не известно);

7) выполнение переливного трубопровода с сужением перед устройством аварийного перелива;

8) выполнение переливного трубопровода с отводом, обеспечивающим горизонтальное расположение поворотной захлопки в закрытом виде.

По сведениям, имеющихся у авторов, отличительные признаки 1-4 в технической литературе известны, а остальные - нет. Однако их совместное применение в заявляемой системе позволит получить положительный эффект и два сверхэффекта.

Положительный эффект состоит в том, что повышаются показатели надежности системы, т.к. уменьшается вероятность подтопления территории мегаполиса, поскольку в периоды сильных или сверхрасчетных дождей, когда пропускная способность сети будет меньше расхода поступающего стока, а так же при засорении или аварии на участках сети, наполнение их свободного объема будет происходить только до того момента, пока уровень воды будет ниже минимального значения поверхности земли над сетью водоотведения, т.е. до выхода воды на поверхность. В этот период времени поворотная захлопка будет закрыта. А когда уровень воды поднимется выше минимального значения поверхности земли над сетью водоотведения, т.е. вода поднимется до поверхности земли, поворотная захлопка откроется и сточная вода организовано будет отведена в места менее опасные для окружающей среды или в регулирующую емкость. В результате выхода на поверхность сточных вод в пределах мегаполиса не произойдет (благодаря наличию отличительных признаков 1-7).

Первый сверхэффект заключается в том, что требуемый уровень показателей надежности может быть достигнут при одновременном повышении показателей экологической безопасности. Это достигается за счет:

- использования дополнительного свободного регулирующего объема сетей водоотведения (благодаря наличию отличительного признака 1);

- регулирования уровня открытия поворотной захлопки устройства аварийного перелива (благодаря наличию отличительных признаков 5, 6).

В результате сбросы сточных вод по переливному трубопроводу будут минимизированы, поскольку поворотная захлопка будет открываться только в исключительных случаях, когда угрожает выход сточных вод на территорию мегаполиса.

Второй сверхэффект заключается в том, что требуемый уровень показателей надежности может быть достигнут при сниженной массе барьерного груза. Это достигается за счет:

- горизонтального расположения поворотной захлопки, когда сила тяжести барьерного груза в момент ее открытия будет действовать перпендикулярно плоскости поворотной захлопки (благодаря наличию отличительного признака 8);

- выполнения переливного трубопровода с сужением перед устройством аварийного перелива, когда площадь поворотной захлопки уменьшается, а следовательно, и уменьшается гидростатическая сила, действующая на ее открытие (благодаря наличию отличительного признака 7).

Таким образом, заявляемая система водоотведения мегаполиса отвечает критерию «изобретательский уровень».

Предлагаемая авторами система отличается от прототипа конструктивно.

На фиг. 1 показан вариант исполнения общей технологической схемы предлагаемой саморегулируемой системы водоотведения, на фиг. 2 - профиль А-Б представленной на фиг. 1 системы, на фиг. 3 - вариант исполнения устройства аварийного перелива.

Общая технологическая схема предлагаемой системы включает в себя (см. фиг. 1, 2):

- блок 1 транспортировки сточных вод, содержащий коллектор 2 и сети 3 водоотведения, соединенные с коллектором 2;

- переливной трубопровод 4, соединенный с сетями 3 водоотведения и устройством аварийного перелива 5.

При этом устройство аварийного перелива 5 (см. фиг. 3) содержит:

- корпус 6;

- прикрепленную к корпусу 6 проушину 7;

- поворотную захлопку 8, жестко соединенную с косынкой 9, которая связана с проушиной 7 с возможностью выполнения вращения;

- барьерный груз 10 с переменной массой, присоединенный к косынке 9 или поворотной захлопке 8, обеспечивающий закрытие поворотной захлопки 8 при уровне воды ниже минимального значения поверхности земли над сетями 3 водоотведения. На фиг. 3 представлен вариант исполнения, когда барьерный груз 10 с переменной массой присоединен к косынке 9.

Настоящим изобретением не исключается наличие дополнительных элементов, например седла 11, составляющего с корпусом 6 единое целое, и уплотнительного элемента 12, присоединенного к поворотной захлопке 8. Вместе они обеспечивают герметичность устройства аварийного перелива 5 при закрытой поворотной захлопке 8.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением переливной трубопровод 4 перед устройством аварийного перелива имеет сужение 13 и/или отвод 14, обеспечивающий горизонтальное расположение поворотной захлопки 8 в закрытом виде.

Саморегулируемая система водоотведения работает следующим образом.

Сточные воды из сети 3 водоотведения поступают в коллектор 2, а из него отводятся за пределы населенного пункта (на фиг. 1 и 2 не показано). В безаварийные периоды работы и в сухую погоду, когда приток сточных вод, поступающий в сеть 3 водоотведения и коллектор 2, меньше их пропускной способности, система водоотведения работает в расчетном режиме. При этом барьерный груз 10 с переменной массой, присоединенный к косынке 9 или поворотной захлопке 8, обеспечивает закрытие поворотной захлопки 8. В результате все сточные воды отводятся за пределы населенного пункта без отвода сточных вод по переливному трубопроводу 4.

В периоды сильных или сверхрасчетных дождей, когда пропускная способность сети 3 будет меньше расхода поступающего стока, начнется наполнение их свободного объема с подъемом уровня воды. При дальнейшем его повышении, пока уровень воды будет ниже минимального значения поверхности земли над сетью 3 водоотведения, поворотная захлопка 8 будет закрыта. А когда уровень воды поднимется выше минимального значения поверхности земли над сетью 3 водоотведения, т.е. будет выше поверхности земли, поворотная захлопка 8 откроется, а сточная вода организованно будет отведена в места менее опасные для окружающей среды или в регулирующую емкость. В результате не произойдет выхода на поверхность сточных вод в пределах мегаполиса. Таким образом, будет обеспечено водоотведение при минимально возможном объеме отведения сточных вод по переливному трубопроводу 4.

Настоящим изобретением допускаются различные варианты определения массы барьерного груза 10, например:

- экспериментальный вариант, когда коллектор 2 с сетью 3 заполняются во время сверхрасчетного дождя или путем создания искусственного засорения до максимально возможного уровня, когда вода из них не изливается на поверхность. В этот период подбирается минимальная масса груза 10, обеспечивающая удержание поворотной захлопки 8 в закрытом положении;

- экспериментальный вариант, от экспериментального, отличающийся тем, что требуемая масса груза 10 определяется на гидравлической модели.

Таким образом, для предлагаемой саморегулируемой системы водоотведения характерна промышленная применимость.

Изобретение может быть использовано при отведении сточных вод общесплавных систем водоотведения. Саморегулируемая система водоотведения включает блок 1 транспортировки сточных вод, содержащий коллектор 2, сети водоотведения 3, соединенные с коллектором 2, переливным трубопроводом 4, соединенным с сетями водоотведения 3 и устройством аварийного перелива 5. Устройство аварийного перелива 5 содержит корпус, прикрепленную к корпусу проушину, поворотную захлопку, жестко соединенную с косынкой, которая связана с проушиной с возможностью выполнения вращения, барьерный груз с переменной массой, присоединенный к косынке или поворотной захлопке, обеспечивающий закрытие поворотной захлопки при уровне воды ниже минимального значения поверхности земли над коллектором 2 и сетями водоотведения 3. Переливной трубопровод 4 перед устройством аварийного перелива 5 имеет сужение и/или отвод, обеспечивающий горизонтальное расположение поворотной захлопки в закрытом виде. Изобретение позволяет повысить показатели надежности системы. 3 ил.

Саморегулируемая система водоотведения, включающая блок транспортировки сточных вод, содержащий, по меньшей мере, коллектор, отличающаяся тем, что система дополнительно снабжена сетями водоотведения, соединенными с коллектором, переливным трубопроводом, соединенным с сетями водоотведения и устройством аварийного перелива, содержащим, по меньшей мере, корпус, прикрепленную к корпусу проушину, поворотную захлопку, жестко соединенную с косынкой, которая связана с проушиной с возможностью выполнения вращения, барьерный груз с переменной массой, присоединенный к косынке или поворотной захлопке, обеспечивающий закрытие поворотной захлопки при уровне воды ниже минимального значения поверхности земли над сетями водоотведения, при этом переливной трубопровод перед устройством аварийного перелива имеет сужение и/или отвод, обеспечивающий горизонтальное расположение поворотной захлопки в закрытом виде.