Устройство для выпуска очищенных животноводческих стоков в русловые водотоки
Изобретение относится к области гидротехнических сооружений. Устройство содержит напорный трубопровод с оголовком и эжектор. Напорный трубопровод разделен узлом, снабженным на входе делителем потока (5), выполненным в виде лотка (4) из двух изогнутых между собой закрытых желобов одинаковой длины с увеличивающимся по направлению движения жидкости сечением, гидравлически связанных между собой и с отводящей частью трубопровода выполненным на входе оголовком со струенаправляющим элементом (9) V-образной формы с острием, направленным навстречу потоку. Отводящий трубопровод снабжен в русловом водотоке соплом насадка (10), который размещен внутри с зазором в цилиндрическом корпусе (12), выполненном в виде камеры смешения, где вход трубы с чистой водой водотока имеет пассивную жидкостную среду, подключенную патрубком к корпусу тангенциально, и отводят образовавшуюся смесь воды и сточной жидкости посредством горизонтального патрубка (15) с диффузором (16). Обеспечивается простота конструкции, повышается производительность и надежность устройства, а также значительно повышается эффективность процесса смешивания дренажных стоков. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к сельскохозяйственной мелиорации в осушительно-увлажнительных системах, в водоохранных мероприятиях, при внесении сточных вод и животноводческих стоков в системе дождевания из распределительных трубопроводов, а также для выпуска очищенных стоков в русловые водотоки (реки, ручьи и т.д.).
Выпуски сточных вод и животноводческих стоков, образующиеся после прохождения доочистки на полях утилизации, т.е. на земледельческих полях орошения (ЗПО), собираются после дренирования через почву в открытые каналы-собиратели (в коллекторах) замкнутого типа. Затем эти дренажные воды с помощью передвижных насосных станций наполняют пруды-накопители дренажных вод.
Выпуски - это специальные сооружения, целью которых является обеспечение сброса дренажных стоков, прошедших доочистку на ЗПО, и сбор этих вод в так называемые пруды-накопители дренажных вод.
При выборе типа выпуска (сброса) и места его расположения исходят из того, чтобы было обеспечено как можно полное смешивание дренажных стоков с водой руслового водотока (река, ручей и т.д.). Поэтому выпуски всех типов надлежит размещать в местах с повышенной турбулентностью, т.е. в порогах, в протоках, сужениях и т.д.
Сточные воды и животноводческие стоки подают на ЗПО согласно разработанным графикам полива, прошедших основной этап очистки и обеззараживания на очистных сооружениях на животноводческих комплексах.
Эффективный полив на осушительно-увлажнительной системе в дренируемых почвах, полного очищения не происходит окончательно, и через дрены дренажная вода собирается в открытые коллекторы с последующей их перекачкой в пруды-накопители дренажных вод.
Сооружения для сброса дренажных вод (по разрешению природоохранных организаций) из водоемов называют выпусками. Отсюда необходимо создавать благоприятные условия для лучшего смешивания выпускаемой воды со всей массой в речные и другие водотоки, протекающих рядом, в основном в начале весеннего половодья или дождевого паводка, когда ассимилирующая способность водотока наибольшая.
Таким образом, полное использование ассимилирующей способности водотока позволяет оптимальным образом осуществить отведение накопленных дренажных вод и тем самым обеспечить сохранение природоохранных мероприятий природного ландшафта, т.е. соблюдения экологической безопасности окружающей среды и животного мира.
Пруды-накопители дренажных вод в основном строят в насыпи с большим объемом накопления в них воды.
Порядок реализации сброса таких дренажных вод зависит от комплекса применяемых сооружений для выпуска (сброса) дренажной воды в ручьи, реки, болота и т.д. В частности, по Разрешению Росприродонадзора, после обработки взятых проб на анализ дренажных вод, сброс практически на момент массового таяния снега в весенний период достигает не более 15 суток, т.е. в начале весеннего половодья.
При накоплении прудов-накопителей дренажных вод животноводческие стоки не достаточно еще очищены, и в них образуется плотная жидкая смесь по отношению к удельному весу чистой воды.
Таким образом, чтобы сохранить фауну (например, размножение рыбы в ручьях вытекающих из болот, возможность гнездования различных птиц и т.д.), дренажные воды накапливают в прудах-накопителях до разрешения специальных надзорных органов на выпуск (сброс) таких вод, в основном в весенний период времени, когда происходит активное таяние снега, собираются большие протоки воды, увеличивается наполнение водотоков и скорость движения воды, а значить есть возможность оптимально и не нарушать равновесие природной окружающей среды.
Узел выпуска из таких прудов-накопителей для разбавления дренажных вод представляет собой комплекс элементов, взаимосвязанных между собой, если бы просто сбрасывать (выпускать) такие неразбавленные воды до меньшей их удельной плотности веса. Кроме того, распределение сточной жидкости в потоке, например, речной воды, должно быть равномерным с учетом применяемых элементов конструкции сооружения.
Известно устройство для выпуска сточных вод, включающее напорный трубопровод с оголовком и вмонтированным в него эжектором, имеющим аэрационную трубу. Напорный трубопровод имеет обводную линию, присоединенную к нему до и после эжектора (Авт. свид. SU №431286, Е03F 5/00, С 1/00 от 05.06.1974).
Недостатком устройства является то, что оно используется только для насыщения сточной воды растворенным кислородом и аэрации водоема, и оно обеспечивает низкую эффективность перемешивания воды в водоеме вследствие того, что перемешивание осуществляется только в местах выхода воды из оголовка путем изменения задвижек. Кроме того, процесс разбавления стоков водой происходит в условиях только через боковую поверхность струи, площадь которой при прочих равных условиях ограничена длиной струи, в связи с чем в водотоке имеется концентрированный факел, предназначенный для насыщения сточной воды растворенным кислородом, при этом сложность конструкции и высокая стоимость.
Известен способ выпуска сточных вод в водоток путем подачи сточной жидкости в поток чистой воды через насадок, сточную жидкость подают пульсирующей струей (Авт. свид. SU №1147831, Е03F 5/00 от 30.03.1985).
Однако это устройство недостаточно эффективно в работе вследствие того, что хотя регулирование выпуска сточных вод производят дискретной струей, но при этом скорость струи достаточно большая, а само уменьшение продолжительности их выпуска трудно контролируемо, кроме того, даже такой способ регулирования дискретной струи недостаточен для сокращения распространения размера факела, который увлекается течением потока, так как скорость его велика, а это, в свою очередь, ведет к удлинению разбавления сточной жидкости (в виде длинного шлейфа) по длине водотока и оказывает свое влияние на загрязнение береговых откосов водотоков, т.е. зона основного разбавления струи отодвигается вниз по течению из-за большой скорости выхода дискретной струи, что увеличивает береговую длину загрязнения водотока.
Известно также устройство для выпуска сточных вод, содержащее напорный трубопровод с оголовком, оно снабжено системой подачи сжатого воздуха, источником электропитания, при этом оголовок выполнен в виде закрепленной на трубопроводе водовоздушной камеры, снабженной клапаном и штоком, установленным с возможностью вертикального возвратно-поступательного движения, а также электромагнитом и мембраной, установленными в торце оголовка (Авт. свид. SU №763540, Е03F5/00 от 15.09.1980).
Известная конструкция выпуска сточных вод позволяет обеспечить отведение накопленных сточных вод, но при всех положительных факторах имеет ряд недостатков, к которым относятся сложность устройства с движущими частями и низкая эффективность работы, ограниченная выпускными отверстиями. Кроме того, не всегда представляется возможным увеличить сброс сточной воды из дренажного пруда-накопителя из-за того, что скорости течения воды в водотоке (например, ручья) не достаточно большие, а это, в свою очередь, влияет на основное разбавление сточной жидкости, увлекаемой течением водотока. Кроме того, известная конструкция оголовка торца трубы приводит к заклиниванию в седле отверстия, перекрываемого клапаном, который должен свободно перемещать направляющий шток, который связан с замыканием электрических контактов посредством штока, это касается того, что в сточной воде всегда присутствуют илистые взвешенные частицы или и других плавающих включений; само отверстие окисляется и тормозит плотное закрытие клапана. Это, в свою очередь, влияет на опускание клапана со штоком по высоте, и тем самым процесс гидроудара нарушается из-за утечки жидкости, что в конечном итоге приводит к снижению надежности конструкции. При этом в результате застойная зона водовоздушной камеры приводит в зимнее время также к замерзанию и долгому времени оттаивания в весенний период.
Техническая задача - создание эффективных гидравлических условий в зоне выпуска сточной жидкости и в зоне влияния водотока, необходимых и достаточных для поддержания повышенной производительности в широких диапазонах, включая малый период использования весеннего половодья для разбавления сбрасываемой сточной воды, включая малые наполнения в водотоке и, как следствие, стабильный сброс стоков в водоток во всём заданном перепаде уровня воды в русловом водотоке от максимального до минимального, т.е. улучшения смешивания сточных и природных вод с соответствующей существенной экономией затрат на такую очистку.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для выпуска очищенных животноводческих стоков в русловые водотоки, включающем напорный трубопровод с оголовком, эжектор, напорный трубопровод разделен узлом в виде лотка из двух изогнутых между собой закрытых желобов одинаковой длины с увеличивающимся по направлению движения жидкости сечением и снабжен на входе делителем потока, гидравлически связанные между собой и с отводящей частью трубопровода выполненным на входе в оголовок со струенаправляющим элементом V-образной формы с острием, направленным навстречу потоку, и сам отводящий трубопровод снабжен в русловом водотоке соплом насадка, который размещен внутри с зазором в цилиндрическом корпусе, выполненном в виде камеры смешения, где вход трубы с чистой водой водотока имеет пассивную жидкостную среду, подключенную к корпусу тангенциально, и отводят образовавшуюся смесь воды и сточной жидкости посредством горизонтального патрубка с диффузором.
Кроме того, выпускной торец трубопровода, выполненный в виде сопла с насадком, располагают параллельно береговой кромке руслового водотока.
Признаки, отличающие заявленное устройство от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной области техники, следовательно, обеспечивают заявленному решению соответствие критерию «существенные отличия».
Наличие, во-первых, между разделенными участками трубопровода лотка в виде двух соединенных между собой изогнутых желобов одинаковой длины, поток в которых обладает одинаковой энергией и скоростью, вызывает определенное гашение энергии поступающей сточной жидкости из водоема, которая далее идет в отводящую часть трубопровода, не вызывая в нем изменения гидравлического режима работы, позволяет истекать из сопла насадка с большой скоростью, и камера смешения обеспечивает необходимый подсос пассивной (жидкой) среды в русле водотока. В этом случае при подаче активной (жидкой) среды коэффициент эжекции возрастает, обеспечивая увеличение энергии смеси воды на выходе из эжектора в горизонтальный патрубок с диффузором, и пропускная способность оголовка с активным соплом соответственно значительно увеличивается, поскольку поток воды постоянно находится в движении, т.е. выпуск сточных вод из накопителя для обеспечения полного использования ассимилирующей способности водотока в период прохождения короткого времени половодья используется полностью, и тем самым обеспечить оптимальную сработку прудов-накопителей до наступления летнего периода, когда сброс таких сточных вод запрещен Росприроднадзором.
Устройство для выпуска очищенных животноводческих стоков в русловые водотоки поясняется чертежом, где на фиг. 1 показано схематично плановое положение устройства в общем виде; на фиг. 2 - показан разрез по длине напорного самотечного трубопровода и установка узла разделения и соединения двух потоков с отводящей частью трубопровода.
Устройство включает: пруд-накопитель 1 дренажной воды, напорный самотечный трубопровод, разделенный на две неравные части 2 и 3 трубопровода. Между частями 2 и 3, гидравлически связанными между собой размещенным узлом в виде лотка 4, выполненным из двух изогнутых, соединенных между собой желобов, имеющих увеличивающееся сечение по направлению движения жидкости. Лоток 4 на входе снабжен делителем потока 5 по высоте лотка 4. В напорной части 2 трубопровода для лучшего деления сточной воды установлена разделительная перегородка 6. Напорная часть 2 трубопровода соединена с прудом-накопителем 1 сточной воды и имеет задвижку 7. Задвижка 7 может быть установлена в специальном колодце 8. Начало части 3 трубопровода снабжено струенаправляющим элементом 9 V-образной формы с острием, направленным навстречу потоку (сточной воды).
Оголовок трубопровода 3 включает в себя насадок 10 с соплом, размещенным в русловом водотоке 11 (например, ручей и т.д.). Сопло 10 закреплено внутри с зазором в корпусе 12 цилиндрической формы. Корпус 12 представляет собой камеру смешения с активным соплом 13 для подвода активной (жидкой) среды и пассивной (жидкой) среды патрубком 14 (водотока), причем выход корпуса 12 снабжен горизонтальным патрубком 15 с диффузором 16.
Устройство для выпуска очищенных животноводческих стоков в русловые водотоки работает следующим образом.
Очищенные и обезвреженные сточные воды (животноводческие) на индустриальных сооружениях и прошедшие дополнительно через почвенную доочистку на ЗПО с помощью дренажных труб собираются в открытые замкнутые каналы (коллекторы), далее эти воды перекачивают передвижной насосной станцией типа СНП в пруд-накопитель 1 дренажных вод. В начале половодья открывают задвижку 7 и выполняют (по разрешению Росприродонадзора) сброс дренажной воды в напорный самотечный трубопровод, состоящий из двух неравных частей 2 и 3 трубопровода. При открытой задвижке 7 сточные воды из пруда-накопителя 1 по напорной части 2 трубопровода и с помощью делителя потока 5 исходный сток делится на два потока, обладающих одинаковой энергией и скоростью. В результате происходит практически полное гашение энергии поступающей сточной жидкости, которая далее идет в отводящую часть 3 трубопровода с выпускным торцом трубопровода, размещенным в русле водотока 11, не вызывая в нем изменения гидравлического режима работы.
В русле водотока 11 насадок 10 находится в толще воды в зоне сброса сточной дренажной воды. Струя сточной воды вытекает из сопла 10 с большой скоростью и смешивается за счет подсоса с поступающей пассивной (жидкой) средой из русла водотока 11, происходит подсасывание пассивной среды в камере смешения корпуса 12. Выполнение сопла насадка 10 последовательно по центру и соосно в сторону активного сопла 13 с горизонтальным патрубком 14, расположенным параллельно береговой кромке руслового водотока 11, патрубок 14 которого связан с диффузором 16, в котором происходит уменьшение скорости и повышение давления смесительной массы. Причем в результате конструктивной особенности сопла насадка 10 и активного сопла 13 эжектора корпуса 12 для подвода сначала чистой воды из руслового водотока 11 и затем смешения сточной дренажной воды пруда-накопителя 1, патрубок 15 чистой воды, который соединен тангенциально с цилиндрическим корпусом 12, после первой стадии смешения на прямом участке патрубка 15 перед диффузором 16, происходит интенфицирование между ними, с начальными условиями для разгона до высоких скоростей, и при выходе из диффузора 16 скорости падают и практически сравниваются с течением воды по движению в русловом водотоке 11. При этом расход через сопло насадка 10 распределяется соотношением сечений камеры смешения корпуса 12 и подвода тангенциально патрубка 15 чистой воды, причем организованный смешанный поток эжектированием активного сопла 13 корпуса 12 уменьшает потери на смешение в горизонтальном патрубке 14 перед диффузором 16, улучшая характеристику устройства в целом. Таким образом, достигается повышение надежности для выпуска очищенных сточных вод (животноводческих) в русловые водотоки в период прохождения короткого половодья в весенний период, и тем самым обеспечивается нормальная работа пруда-накопителя до наступления вновь его наполнения в летне-осенний периоды при подаче сточной воды и животноводческих стоков после полива на ЗПО согласно разработанным графикам полива.
Предлагаемое изобретение по сравнению с вышеперечисленными аналогами при более эффективным разбавлении смешиваемыми дренажными водами с природной водой, может иметь широкое применение в весьма распространенных устройствах для выпуска таких очищенных стоков, особенно с рыбохозяйственным использованием рек и ручьев, обеспечивая этим выполнение экологических требований для таких мест, а также дает более эффективное смешивание сточных и природных вод, кроме того, дает возможность снизить степень загрязнения по длине русловых водотоков, соответственно, улучшить окружающую среду в целом. Условия выпуска сточных вод в русловые водотоки могут выполнить повышенные экологические требования «Росприродонадзора». Кроме того, это удовлетворяет условиям «Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения» (СНиП №4630-88), утвержденные в 1988 году. При этом выполнение всех узлов соединения напорного самотечного трубопровода значительно упрощает конструкцию в целом, одновременно увеличивает износостойкость узлов, а также приводит к повышению производительности устройства в короткие заданные сроки эксплуатации пруда-накопителя дренажных вод для обеспечения полного использования ассимилирующей способности водотока в период прохождения весеннего половодья и тем самым обеспечивает нормальную работу на ЗПО в последующий период, до наступления очередного наполнения пруда-накопителя и очередного весеннего половодья.
1. Устройство для выпуска очищенных животноводческих стоков в русловые водотоки, включающее напорный трубопровод с оголовком, эжектор, отличающееся тем, что напорный трубопровод разделен узлом, снабженным на входе делителем потока, выполненным в виде лотка из двух изогнутых между собой закрытых желобов одинаковой длины с увеличивающимся по направлению движения жидкости сечением, гидравлически связанных между собой и с отводящей частью трубопровода выполненным на входе оголовком со струенаправляющим элементом V-образной формы с острием, направленным навстречу потоку, и сам отводящий трубопровод снабжен в русловом водотоке соплом насадка, который размещен внутри с зазором в цилиндрическом корпусе, выполненном в виде камеры смешения, где вход трубы с чистой водой водотока имеет пассивную жидкостную среду, подключенную патрубком к корпусу тангенциально, и отводят образовавшуюся смесь воды и сточной жидкости посредством горизонтального патрубка с диффузором.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выпускной торец трубопровода, выполненный в виде оголовка с соплом, располагают параллельно береговой кромке руслового водотока.
