Результат интеллектуальной деятельности: Способ централизованного водоснабжения с созданием системы искусственного круговорота воды в регионах с засушливым климатом

Изобретение относится к способу подготовки питьевой воды для централизованного водоснабжения селитебной территории и может быть использовано в жилищно-коммунальном хозяйстве регионов с засушливым климатом.

Известно использование водохранилищ для забора воды из поверхностного источника на хозяйственно-питьевые нужды населенных пунктов и промышленных предприятий [1].

Централизованное водоснабжение предусматривает наличие водозабора и водопроводных очистных сооружений (ВОС) с резервуаром чистой воды (РЧВ).

К сожалению, водохранилища предусматриваются на реках только со стабильным дебитом воды по сезонам года и наличием проточной воды. Но потребность в воде для централизованного водоснабжения существует и в регионах, где отсутствует стабильность поступления воды в открытых водотоках, хотя в регионах имеются и жилая застройка, и промышленные предприятия, нуждающиеся в централизованном водоснабжении.

Стабильным источником пресных вод являются муниципальные сточные воды и вода атмосферных осадков. Однако после канализационных очистных сооружений качество очищенной воды не стабильно и зависит от многих случайных событий (перерывы в энергоснабжении, низкая квалификация эксплуатационного персонала, аварии с оборудованием т.д.), хотя канализационные очистные сооружения (КОС) должны доводить качество очищенной воды до значений показателей, близких к качеству воды поверхностных источников [2].

Задачи изобретения:

- обеспечение стабильности количества и качества воды созданием искусственных водохранилищ с объемом, позволяющим и проводить в них процессы самоочищения, и накапливать воду для стабильности работы водоочистной станции централизованного водоснабжения;

- учесть паводковые явления в периоды снеготаяния и выпадения дождей;

- обеспечить качество воды, подаваемой на нужды потребителей, на уровне предъявляемых требований.

Наиболее близкими техническими приемами для решения поставленных в изобретении задач являются решения, приведенные в книге [2]. В прототипе [2] предлагается предусматривать накопление очищенных сточных вод и предварительную интенсификацию самоочищающей способности источника водоснабжения за счет работы плавающих водоочистных установок по акватории водохранилища с созданием устройств для регенерации насадки очистных устройств и переработки выпавших в очистном устройстве осадков перед утилизацией их в качестве органо-минеральных удобрений для сельского хозяйства.

При подготовке воды водохранилищ к использованию необходимо использовать сорбционные и физико-химические методы [3], позволяющие гарантированно доводить качество воды до уровня требований потребителей [1].

Предлагаемый способ поясняется Фиг. 1 и 2.

На Фиг. 1 приведена схема искусственного водохранилища, а на Фиг. 2 - технологическая схема процесса водоочистки на водопроводной очистной станции.

На Фиг. 1 и 2 имеются следующие позиции:

1. Русло пересыхающей реки или оврага

2. Плотины

2.1. Основная плотина

2.2. Плотина, отгораживающая акваторию водохранилища с системой оборудования и мероприятий по самоочищению воды и удалению отложений осадков

3. Водохранилище

3^/ Водозабор

3.1. Поплавок

3.2. Насос подачи воды на ВОС

4. Обводной канал паводковых вод

5. Плавающий биореактор

6. Подвод очищенных муниципальных сточных вод

7. Водопроводная очистная станция

8. Устройства для обеззараживания воды из водохранилища

9. Устройства для удаления из воды водохранилища биогенных элементов (азот, фосфор, органические вещества)

10. Водовод подачи воды потребителям

11. Резервуар чистой воды (РЧВ)

11.1. Датчик уровня воды

12. КОС (канализационная очистная станция)

Биологически очищенные сточные воды по коммуникациям (6) поступают до плотины (3) в искусственное водохранилище на базе противопожарного резервуара, русла (1) пересыхающей реки или оврага. Для пропуска паводковых вод или воды интенсивных дождей на искусственном водохранилище предусмотрен обводной канал (4). Вода для подачи на ВОС - водопроводную очистную станцию (7) забирается из акватории водохранилища, созданной основной плотиной (2.1) и плотиной (2.2).

Водопроводная очистная станция (7) обязательно включает устройства (8) для обеззараживания, устройства (9) для удаления из воды биогенных элементов и прочих нежелательных примесей, резервуар чистой воды (11) для обеспечения бесперебойного водоснабжения при неравномерном водоразборе, и водоводы (10) водопроводной сети для потребителей воды.

Наличие двух плотин, разделяющих объем воды водохранилища на две неравновеликие части, обусловлено необходимостью решения задачи интенсификации процессов самоочищения, сопровождающихся выпадением на дно искусственного водохранилища дополнительных осадков и необходимостью периодического сбора этих осадков для переработки и подготовки к утилизации.

Наличие в технологическом процессе водоочистки системы оборудования для обеззараживания воды (8) до ведения процессов водоочистки и после водоочистки обусловлено необходимостью исключить мешающее влияние живых микроорганизмов (гидробионтов) на процесс очистки в устройствах (9) и помешать росту микроорганизмов в РЧВ (11) и водоразборной сети (10).

Способ искусственного круговорота воды осуществляется следующим образом.

Вода от водоводов (10) неравномерно забирается потребителями из РЧВ (11) и после использования на коммунальные и хозяйственные нужды муниципального образования поступает на канализационную очистную станцию КОС (12), где освобождается от основной массы примесей, но ее качество еще не в полной мере отвечает требованиям потребителя, например к качеству питьевой воды. Кроме того, в муниципальном образовании имеются безвозвратные потери воды, например на полив зеленых насаждений, пожаротушение т.д. Объем водохранилища и производительность водопроводной очистной станции ВОС (7) должны это учитывать.

Объем воды водохранилища (3) пополняется во время дождей и таяния снега, за счет дренажа из подземных водоисточников. Но главный поставщик поступающей воды - очищенные муниципальные сточные воды. Ввиду нестабильности состава очищенных муниципальных сточных вод в искусственном водохранилище выделяется объем, в котором инициируются процессы самоочищения воды за счет деятельности гидробионтов, имеющихся в воде водохранилища и в очистной установке плавающего биореактора (5). Безусловно, на объем водохранилища, создаваемого искусственно, влияет климат в регионе, наличие ледостава и т.д.

При протекании процессов самоочищения воды в искусственном водохранилище (3) выделяются осадки и наиболее интенсивно - в верховьях водохранилища. Поэтому верховье водохранилища должно быть оснащено системой оборудования и коммуникаций для отвода осадков на КОС для их переработки и подготовки к утилизации. Объем резервуара (11) накопления очищенной воды должен учитывать неравномерность водоразбора воды потребителями в течение суток. Технологическая схема процессов очистки воды на ВОС (7) должна включать устройства, гарантирующие бесперебойность работы технологии водоочистки и доведение качества воды до требуемого уровня. Обеззараживающие воду устройства (8) могут быть проточными или периодического действия [4]. Для малых расходов воды (до 200 м³/час) используются проточные электролизеры (8), активирующие хлориды сточной воды. Так как каждый житель муниципального образования выделяет в сутки 9 г хлоридов, проточные электролизеры гарантированно проведут первоначальное обеззараживание воды, исключающее влияние гидробионтов на протекание сорбционных процессов в усреднителях (9) последующей водоочистки. Тем более, гарантируют обеззараживающие устройства (8), вносящие активированные хлорсодержащие реагенты после сорбционных устройств (9) [4].

Сорбционные устройства (9) удаляют из воды остаточные количества биогенных элементов, в том числе фосфор, серу и другие химические вещества. Устройства (8) для обеззараживания воды, поступающей в РЧВ (11) и водоводы (10), предназначены для исключения развития микроорганизмов в (10) и (11) по пути следования воды к потребителям.

Используемая литература

1. Водоснабжение II.: Пер. с финск. / Э. Карттунен. - СПб.: Новый журнал, 2005. - 688 c., ил.

2. Очистка муниципальных сточных вод с повторным использованием воды и обработанных осадков: теория и практика / Н.И. Куликов, А.Н. Ножевникова и др. Под общей ред. Н.И. Куликова, А.Н. Ножевниковой. - М.: Логос, 2015. - 400 с.

3. Фесенко Л.Н., Пчельников И.В., Игнатенко С.И., Фесенко А.Л. К выбору режима электролиза морской воды при производстве гипохлорита натрия. Материалы VII Международной научно-практической конференции «Технология очистки воды». Техновод, 2014.

4. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. Л.: Химия, 1982.