Способ снабжения города экологически чистой питьевой водой и водосистема для его осуществления

 

Использование: в области водоснабжения. Сущность изобретения: способ снабжения города питьевой водой заключается в том, что забор воды осуществляют в нижних слоях водоема, подают воду выше приемного резервуара потребителей, затем методом сифона подают воду в магистральный трубопровод и транспортируют воду, используя естественный уклон водотока. Забор воды в нижних слоях водоема ведут со скоростью ниже скорости витания донных частиц в потоке воды, а фильтры устанавливают ниже уровня максимального волнения водной поверхности. Водосистема для водоснабжения содержит фильтры, насос, магистральный водопровод, станцию обработки и распределительные сети. Она снабжена платформой с полыми опорами, закрепленными в грунте. На опорах в виде кольца расположены фильтры, водонапорная емкость размещена на платформе и соединена с водопроводом. Над трубопроводом выполнено перекрытие из секторов, закрепленных на шарнирах и соединенных с приводами, а фильтры ограждены защитными сетками. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к системам водоснабжения населенных пунктов питьевой водой из крупных водоемов и открытых водотоков.

В настоящее время известны технические решения в данной области хозяйственно-технологической деятельности, наиболее представительным из которых является способ водоснабжения населенного пункта системой магистрального водовода с фильтрами, узлами обработки и раздачи [1, 2] Существенные и очевидные недостатки этого способа и водной системы заключаются в сложности агрегатов очистки и обеззараживания воды, в низкой степени очистки и невысоком качестве подаваемой в сети воды.

Наиболее близким по технологии является способ, включающий систему забора воды из водоема, подачу воды по магистралям, физико-механическую и биохимическую обработку, распределение воды потребителю [3] Недостатки этого способа и его водоводной системы также известны и очевидны и заключаются в низком качестве очистки воды, несоответствии ее (питьевой воды) нормам ГОСТа и требованиям ВОЗ, высоких затратах на обеззараживающие вещества, что отрицательно влияет на потребителей.

Предлагаемый способ предусматривает устранение недостатков прототипа и существенное повышение качества питьевой воды с доведением ее до экологически чистой родниковой без существенных затрат на обработку и снижение затрат на транспортировку и подачу воды.

Этот технико-экономический и экологический эффект достигается за счет предлагаемого способа водоснабжения и водосистемы для его реализации, использующих естественные природные возможности и условия водного бассейна и географического положения потребителя, что позволяет вести забор экологически чистой воды и подавать ее без обработки или с минимальной обработкой потребителю, как это далее следует из описания предлагаемого способа и раскрытия его сущности.

Предлагаемый способ исследован на соответствие критерию уровня инженерного решения изобретения. Исследование патентных и технических источников информации показало, что предлагаемой заявителем совокупности существенных признаков, составляющих предмет изобретения, как в части способа, так и реализующей его водной системы не обнаружено.

Предлагаемый способ водоснабжения города раскрывается далее при описании технологии сооружения водоснабжения (водосистемы).

На фиг.1 приведена принципиальная схема; на фиг.2 конструкция платформы в водоеме; на фиг.3 сечение по А-А на фиг.2 платформы; на фиг.4 деталь укладки магистрали по дну; на фиг.5 узел А на фиг.4 деталь защиты магистрали сверху; на фиг.6 поперечное сечение магистрали.

Принципиальная схема включает водозаборный узел с фильтрами 1, магистральные трубопроводы 2, распределительную систему 3 и потребителей, а также включает естественные станции биологической обработки, очистки и обеззараживания воды (на чертеже не показаны, входят в комплексы 1 и 3).

Водозаборный узел (водозабор) выполнен в виде платформы 4, установленной на полых опорах 5, закрепленных в донном грунте водоема. Полые опоры 5 одновременно выполняют функцию водоподающих труб в водонапорную емкость 6, имеющую первичный распределитель 7, от которого отходят по меньшей мере два магистральных трубопровода 8 и 9 подачи воды потребителю 4 через распределительную систему 3, включающую станцию биообработки и обеззараживания воды.

Платформа 4 закреплена на опорах выше уровня воды (высокой воды) и выше уровня высокого волнения водной поверхности водоема (например, Ладожского озера). А фильтры 10 закреплены на опорах 5 внизу, ниже уровня волнения водной поверхности, но выше витания частиц донного грунта над дном водоема. Зона фильтров 10, выполненных в виде кольца (фиг.3) вокруг опор 5, защищена сетчатым ограждением из вертикальной сетки 11 и горизонтальных верхней и нижней сеток 12 и 13, что предупреждает подток в зону фильтров притопленных деревьев, попадание водной фауны и флоры.

Магистральные трубопроводы 8 и 9 предусматривают выработку 14 в дне естественного водотока (реки) и прокладку по дну выработки ниже уровня дна реки этих магистральных трубопроводов, чтобы не нарушить живое сечение реки и условия использования ее водного русла.

Отметка первичного распределителя 7 выше отметки распределительной системы 3. Распределительная система 3 имеет емкость 15, куда вода из магистральных трубопроводов 8 и 9 сливается свободно, что позволяет создать эффект сифона и увеличит тем самым пропускную способность всей водосистемы данного способа, так как скорость сифонной подачи воды значительно превосходит скорость водотока реки, т.е. наряду с положительным использованием уклона реки для подачи воды без насосов дополнительно задается сифонная подача.

Магистральные трубопроводы 8 и 9 сверху защищены от падения камней, потерянных предметов (грузов) поворотными секторными перекрытиями 16 и 17 и имеют приводы 18 для поворота вокруг шарниров 19, с которыми закреплены нижние грани стенок перекрытий (фиг.5). Это предупреждает также заливание магистралей 8 и 9.

Магистральные трубопроводы 8 и 9 выполнены из эластичного упругоподатливого материала, армированного сеткой 20 из стеклоткани, имеющей зигзагообразную нить, что позволяет сетке также быть упругоподатливой и работать заодно с материалом магистрали. В качестве такого материала может быть использован прессованный полиэтилен или фторрезинопласт, где внутри - резина, покрытая с обеих поверхностей тонкой пленкой фторопласта при прокатке этого материала.

Такое выполнение магистральных трубопроводов 8 и 9 позволяет регулировать расход и давление, предупреждает заливание и разрушение трубопровода, так как эластичный трубопровод эффективно промывается колебаниями расхода воды и автоколебаниями потока воды.

Описываемый способ водоснабжения города более полно раскрывается на примере его реализации.

Платформу 4 на полых опорах 5 сооружают в водоеме, имеющем глубину от уровня высокой воды до поверхности дна не менее 40 м, располагая платформу и установленный на ней первичный распределитель 7 выше уровня высокой воды (УВВ) на 10-15 м для исключения приводного капельного обрызгивания и аэрозольного увлажнения. Превышение распределителя 7 над емкостью 15 выбирают для обеспечения сифонного эффекта подачи воды, т.е. в пределах 20-50 м при длине водной магистрали около 60 км. При этом конец магистрального трубопровода у емкости 15 оставляют открытым, первоначально на 1/5-1/4 ее сечения, подают воду через распределитель 7 в магистральные трубопроводы 8 и 9 (на начальном этапе используют насос). При наполнении магистральных трубопроводов их сечения полностью открывают, давая воде свободно сливаться в емкость 15, которая изолирована от окружающей среды. Давление, оказываемое на стенки магистральных трубопроводов протекающей по ним водой, уравновешивается давлением водной среды реки (фиг.4), что предохраняет стенки трубопроводов от разрушения.

Дальнейшая работа всей водосистемы от забора до потребителей осуществляется в автономном режиме сифона, что исключает использование насосных станций, приводит к экономии энергии на транспортировку воды по магистральным трубопроводам и позволяет легко регулировать расход воды изменением скорости ее сифонной подачи от 0,5 до 5 м/с, за счет регулирования всасывания объема воды фильтрами 1 и ее потребления у емкости 15.

Забор экологически чистой воды на указанной глубине водоема, где исключается захват донного ила и предупреждается подсасывание верхнего слоя возмущаемого волнением, гарантирует подачу этой воды в емкость 15 распределительной системы 3 для подачи потребителям чистой воды.

При необходимости удаления возможного осадка со стенок магистральных трубопроводов 8 и 9 в них прогоняют воду с изменением скорости в режиме пульсации потока, что приводит к автоколебаниям водопроводов по длине и автоколебанию стенок по сечению, что, в свою очередь, ведет к отслаиванию отложений на стенках и удалению осадка при таком процессе очистки магистральных трубопроводов. Такая профилактика возможна не чаще одного раза в год, что не нарушает общей схемы использования водосистемы по данной разработке.

При техосмотре (водолазами) магистральных трубопроводов их открывают для осмотра путем поднятия секторов 16 и 17 посредством гидроприводов 18.

Эффективность и целесообразность использования такой системы водоснабжения проверена заявителем на опытно-лабораторной модели в 1/1000 натуральной величины в условиях моделирующего гидролотка. Долговечность магистральных трубопроводов гарантируется не менее чем на 25 лет эксплуатации в напорном режиме при профилактическом осмотре и техуходе один раз в год (на 2-3 дня), при этом наличие двух и более ниток магистральных трубопроводов гарантирует безопасность водоснабжения потребителя.

Формула изобретения

1. Способ снабжения города экологически чистой питьевой водой, включающий забор воды из водоема, обработку, подачу и распределение воды потребителям, отличающийся тем, что забор воды осуществляют в нижних слоях водоема, подают воду выше геодезической отметки сетей потребителя приемного резервуара потребителя, затем методом сифона подают воду в магистральный трубопровод, далее, используя ествественный водоток, транспортируют воду по естественному уклону водотока с указанным сифонным ускорением к приемному резервуару потребителя, дно которого расположено на уровне ниже отметки для водотока, при этом забор воды в нижних слоях водоема ведут со скоростью ниже скорости питания донных частиц в потоке воды, а фильтры забора воды устанавливают ниже уровня максимального волнения водной поверхности водоема.

2. Водосистема для снабжения города экологически чистой питьевой водой, содержащая водозаборные фильтры, насос, магистральный трубопровод, станцию обработки и распределительные сети, отличающаяся тем, что она снабжена платформой с полыми опорами-водоводами, закрепленными в донном грунте, на нижней части опор закреплены по периметру в виде кольца водозаборные фильтры, соединенные посредством полых опор-водоводов с водонапорной емкостью, размещенной на платформе и соединенной с магистральным трубопроводом, проложенным на дне русла водной магистрали, а над магистральным трубопроводом выполнено перекрытие из секторов, закрепленных одной своей стороной на шарнире и снабженных приводами для их поворота вокруг шарнира, при этом фильтры ограждены вертикальными и горизонтальными защитными сетками.

3. Водосистема по п. 2, отличающаяся тем, что магистральные трубопроводы выполнены из эластичного материала, армированного упругоподатливой сеткой, а их стенки покрыты агрессивно-стойким материалом, например фторопластом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6