УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПУСКА ОЧИЩЕННЫХ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ В РУСЛОВЫЕ ВОДОТОКИ
DEVICE FOR DISCHARGE OF CLEANED LIVESTOCK WASTES TO CHANNEL WATER COURSES

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 (сброса) очищенных стоков в русловые водотоки (реки, ручьи и т.п.).
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 открытых каналах-собирателях (в коллекторах) замкнутого типа. Затем эти дренажные воды подаются и накапливаются в прудах-накопителях дренажных вод.
Выпуски - это специальные сооружения, целью которых является обеспечение сброса стоков, прошедших доочистку на ЗПО, и сбор таких вод, так называемые пруды-накопители дренажных вод.
По типу водные водоемы бывают: речные, озерные и морские; по месту положения: береговые, русловые и глубинные; по конструкции: затопленные, незатопляемые, сосредоточенные, рассеивающие и эжекторные.
При выборе типа выпуска (сброса) и места его расположения исходят из того, чтобы было обеспечено как можно полное смешение дренажных стоков с водой. Поэтому выпуски всех типов надлежит размещать в местах с повышенной турбулентностью, т.е. в порогах, в протоках, сужениях и т.д.
4
3
2
2
Сточные воды и животноводческие стоки подают на земледельческие поля орошения (ЗПО) согласно разработанным графикам полива из регулируемых емкостей-накопителей, прошедших основной этап очистки и обеззараживания в очистных сооружениях на животноводческих комплексах. Навоз содержит около 30 газовых соединений, принадлежащих к группе аминов, амидов, спиртов, дисульфидов, сульфидов, меркаптанов, помимо классических газов CH, NH, HS, CO.
Зона активного загрязнения может быть неоднородной и состоять из различных составных частиц. Эффективный полив на осушительно-увлажнительной системе в дренируемых почвах, полного очищения не происходит окончательно, и через дрены дренажная вода собирается в открытые собиратели (коллекторы) с последующей перекачкой этих вод в пруды-накопители дренажных вод.
Сооружения для сбрасывания дренажных вод (по разрешению природоохранных организаций) из водоемов называют выпусками. Отсюда необходимо создавать благоприятные условия для лучшего смешивания выпускаемой сточной воды со всей массой речного или других водотоков, протекающих в них; поэтому выпуск дренажной (сточной) воды следует строить на некотором расстоянии от берега реки, ручья и т.п., устраивая его так, чтобы сточная или дренажная вода разделялась на отдельные струйки. Для этого выбирают места, пригодные для устройства таких сооружений, где движение воды способствует лучшему перемешиванию и большему использованию самоочищающей способности источника водотока.
Поэтому, учитывая такие животноводческие (свиноводческие) стоки, которые поступают из индустриальных очистных сооружений, вторым этапом является почвенная доочистка жидкой фракции навозных стоков (животноводческих стоков).
Мелиоративная система с использованием животноводческих стоков содержит орошаемые поля утилизации как с близким залеганием грунтовых вод, так и может с глубоким залеганием грунтовых вод, независимо от уклонов рельефа местности водосборной площади. Открытый канал (коллектор) сбора дренажных вод имеет замкнутый характер, т.е. сам по себе отсутствует сброс дренажного стока непосредственно в ручьи, реки и т.д., накопленный за вегетационный период полива в коллекторе, который всегда расположен ниже дренируемых сетей, и устья их не подтоплены.
Аккумулированные дренажные воды с помощью передвижной насосной станции (типа СНП для различной производительности от 100 до 400 л/с), выпускаемой промышленностью, перекачивают дренажные воды в пруд-накопитель дренажных вод.
3
Пруд-накопитель дренажных вод с низким залеганием грунтовых вод в основном строят в насыпи для больших объемов накопления до 400 м, а в полувыемке пруды-накопители строятся в основном с малыми объемами накопления дренажных вод. При этом, как правило, такие пруды-накопители располагают вблизи протекания ручьев, а рек несколько дальше. Таким образом, все зависит от размера водосборной площади осушительно-дренажной сети, вокруг орошаемого поля (участка).
Перенаполнение безуклонных каналов (коллекторов) по высотному расположению не допускается сразу непосредственно в ручьи, реки, озера, болота и т.п. в целях соблюдения экологической безопасности окружающей среды и животного мира, в частности в летний и зимний периоды времени, когда концентрация таких стоков еще высока - отсутствует разбавление чистой водой, а также еще не наступило время таяния снега (паводкового периода) в связи с низкой температурой окружающей среды.
При накоплении прудов-накопителей дренажных вод в них животноводческие стоки еще не полностью очищены, и в прудах-накопителях 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.п.), 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.
Отсюда вытекает, что по санитарным нормам с накоплением прудов-накопителей дренажными водами они остаются заполненными на весь зимний период времени, а весной в период массового таяния снега сбрасываются после определения ее химического анализа на отсутствие нарушения экологии окружающей среды.
Порядок реализации сброса таких дренажных вод зависит от комплекса применяемых сооружений для выпуска (сброса) дренажной воды в ручьи, реки, моря, болота и т.п. Отсюда требуется и разбавление их чистой водой до определенной концентрации, на что требуется разрешение Росприродонадзора после обработки их анализа на пригодность сброса на момент массового таяния снега, т.е. в течение определенного короткого времени не более 15 суток сначала сброса дренажной воды, и наличия на этот момент таяния снега.
Поэтому сооружения для сбрасывания сточной жидкости (дренажных вод) в такие водные объекты еще называют выпусками и создания благоприятных условий для лучшего смешивания выпускаемой сточной жидкости со всей массой воды, протекающей в ручьях, в реках и т.п. Поэтому выпуски строят на некотором расстоянии от берега, устраивая его так, чтобы сточная жидкость разделялась на отдельные струйки. В этом случае трубы выпуска укладывают на 0,6…1,0 м выше уровня дна ручья, реки для предохранения их от засорения и заиливания. Здесь еще необходимо учитывать то, что распределение сточной жидкости в потоке, например речной воды, должно быть равномерным с учетом применяемых элементов конструкции сооружения.
Исходя из этого, автор рассматривает такие выпуски из прудов-накопителей дренажных вод на примере использования орошения животноводческими стоками (свиноводческих) на ЗПО. Известно, что в таких случаях необходимо использовать кислород, находящийся непосредственно в чистой воде.
Из-за невозможности достичь на сооружениях биологической очистки требуемых природоохранными органами нормативов сброса для каждого очистного сооружения устанавливается временно согласованный сброс на определенный период, в течение которого допускаются несколько повышенные концентрации загрязняющих веществ в сбрасываемой дренажной воде, а также с учетом возможной степени их разбавления в водоеме или ручье, реке и т.п. на участке выпуска сточных вод до ближайшей границы рыбохозяйственного участка, водоема.
По результатам проведенного патентного поиска аналогов изобретений к заявляемому устройству не обнаружено.
Известно устройство для выпуска очищенных вод в водоемы, включающее напорный трубопровод и оголовок, последний выполнен округлой формы с цельной и перфорированными стенками, на дно береговой траншеи уложен слой геотекстильного иглопрбивного полотна для возможности защиты береговой траншеи по всему ее периметру от суффозии грунта основания при перепадах уровня воды в водоеме, причем со стороны прилегания оголовка на слой геотекстильного иглопробивного полотна траншеи стенка оголовка выполнена цельной, а со стороны укладки каменной засыпки на оголовок его стенки выполнены перфорированными с отверстиями, причем оголовок установлен наклонно под заданным углом по отношению к берегу, не нарушая его естественного откоса, при этом верхний его конец соединен с напорным трубопроводом, где для возможности жесткой фиксации оголовка в его верхнем положении под ним установлена бетонная опора, а нижний конец оголовка замоноличен бетоном с образованием монолитного упора для возможности жесткой фиксации нижнего положения оголовка внутри береговой траншеи (Патент ПМ №103821, E03F 5/00, от 27.04.2011).
Недостатком известного устройства является то, что оно не может быть применено для очистки сточных вод (дренажных вод, поступивших с ЗПО) вследствие отсутствия дополнительной чистой воды с воздухом для разбавления и сброса их в русловые водотоки, в отличие от известного, которое предназначено для подачи в пруды и накопления их. Кроме того, это дает возможным накоплением в водоеме загрязняющих веществ и делает невозможным сброс в русловые водотоки. Эксплуатацию затрудняет большой объем укладки каменной засыпки сверху на перфорированную трубу, и он дорогостоящ, а в дальнейшем также необходима дополнительная очистка отверстий при возможной их забивке иловым осадком. Серьезным недостатком указанного устройства является отсутствие возможности надежного смешения сточных вод с чистой водой в водотоках, например, рек и ручьев, и по указанной выше причине сточные воды ухудшают санитарное состояние пруда-накопителя при отсутствии их сброса длительное время, а также низкая производительность.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для спуска сточных вод, преимущественно в водоем, включающее напорный трубопровод с оголовками, в напорный трубопровод вмонтирован эжектор, имеющий аэрационную трубу (Авторское свидетельство SU №431286, E02F 5/00, C02C 1/10, от 10.04.1974).
Однако использование эжектора эффективно только при большом напоре воды, а сам эжекторный узел не связан с разбавлением сточной жидкостью, так как его задача насыщать сточную воду растворенным кислородом из атмосферного воздуха и регулировать наполнение водоема сточными водами. Другим недостатком является то, что распределительный трубопровод с оголовками зафиксирован ниже уровня воды в водоеме непосредственно в грунт, а это серьезный недостаток в том, что эксплуатация таких оголовков ухудшается, устройство в целом постепенно заиливается илом и другими плавающими предметами, а также не предусмотрены мероприятия по защите попадания молоди рыб в оголовки.
Техническим результатом является повышение производительности при сбросе (выпуске) дренажных вод, прошедших почвенную очистку с использованием полей орошения животноводческими стоками, с последующим накоплением их в прудах-накопителях дренажных вод и одновременно повышение качества сброса таких вод за счет комплексного использования природных факторов в виде русловых водотоков, а также повышение рыбозащитной функции устройства.
Технический результат достигается тем, что в устройство для выпуска очищенных животноводческих стоков в русловые водотоки, включающее напорный трубопровод, эжектор и стояки с оголовками, пруд-накопитель дренажных вод, снабженный напорным самотечным трубопроводом, разделен на две неравные части, на подводящую цельную трубу и на отводящую нагнетательную перфорированную трубу, между которыми размещен эжекторный узел разбавления дренажных вод, выполненный камерой с эжектором и конусом, активное сопло эжектора направлено в сторону конуса, связанного с нагнетательной перфорированной трубой, при этом оголовки, закрепленные на стояках, сверху выполнены рассеивающими водовыпусками, внутренняя полость которых выполнена насадком-делителем, имеющим ромбовидную форму с вогнутыми боковыми стенками, и рассеивающие водовыпуски снабжены гибкими диафрагмами, выполненными из резины, взаимодействующей с насадком-делителем с выпускными отверстиями на внешней стороне, причем нижний конец нагнетательной перфорированной трубы имеет заглушку.
Кроме того, напорный самотечный трубопровод, разделенный на две неравные части, эжекторный узел и рассеивающие водовыпуски выполнены из пластмассового материала.
Кроме того, напорный самотечный трубопровод, разделенный на две неравные части, закреплен к сваям-стоякам в сторону руслового водотока.
Новизна заявленного устройства обусловлена тем, что подача чистой воды под напором от насоса в эжекторный узел исключает необходимость подачи воздуха в пруд-накопитель в нижние горизонты воды. Эжекторный узел позволяет смешивать в напорной перфорированной трубе дренажные воды с чистой водой еще до выпуска их в русловые водотоки, и переводя эти смешанные потоки из турбулентного режима с поступлением в рассеивающие водовыпуски с целью избежать размыва дна водотока и завала их илом даже в случае отсутствия их работы в водотоке, так как гибкие диафрагмы в виде резины защищают водовыпускные отверстия рассеивающих водовыпусков и препятствуют попаданию не только мусора, но и молоди рыб в водовыпуски и в трубу. Таким образом, нет необходимости в специальных мероприятиях по их очистке. При этом сам узел уже снижает концентрацию загрязнений в момент сброса дренажных вод из подводящей цельной трубы и способствует интенсивности дополнительного разбавления сточных вод (дренажных), тем самым обеспечивается максимально экологическое вхождение воды в природную среду и происходит одновременно дополнительный процесс ее очистки, так как при разбавлении чистой водой в узле эжектора чистая вода всегда в своем составе имеет выделяющийся воздух. Таким образом, полное смешивание дренажной воды с дополнительной чистой водой поступает в русловые водотоки в виде рассеивающих струек по длине напорной перфорированной трубы на заданном расстоянии от берега пруда-накопителя и с учетом наполнения горизонта и скорости воды в водотоке.
Кроме устройства по утилизации дренажной воды настоящее техническое решение может предлагать и сам способ утилизации дренажной воды.
Устройство для выпуска очищенных животноводческих стоков в русловые водотоки схематически поясняется чертежом, где на фиг. 1 показано плановое положение устройства в общем виде; на фиг. 2 показан разрез по длине напорного самотечного трубопровода; на фиг. 3 - рассеивающий водовыпуск, разрез.
Устройство включает пруд-накопитель 1 дренажной воды, напорный самотечный трубопровод, разделенный на две неравные части. Одна часть является подводящей цельной трубой 2, а вторая часть выполнена отводящей нагнетательной перфорированной трубой 3, соответственно, между которыми размещен эжекторный узел. Эжекторный узел состоит из всасывающей камеры 4, активного сопла 5, направленного в конус 6, соединенный с отводящей нагнетательной перфорированной трубой 3. Отводящая нагнетательная перфорированная труба 3 выполнена с отверстиями, снабженными по всей тубе 3 полиэтиленовыми стояками 7, сверху снабженными рассеивающими водовыпусками 8 и внутренняя полость которых снабжена насадком-делителем 9, имеющим ромбовидную форму с вогнутыми боковыми стенками 10. Для возможности защиты от поступления обратного тока воды в рассеивающие водовыпуски 8 снабжают гибкими диафрагмами 11 в виде резины, взаимодействующими с насадком-делителем 9 с водовыпускными отверстиями 12 и 13 на внешней стороне.
Напорный самотечный трубопровод, эжекторый узел и рассеивающие водовыпуски выполняют из пластмассового материала для устранения их коррозии, уменьшения веса и экономии материальных затрат. Соединение полиэтиленовых труб, узла эжектора и рассеивающих водовыпусков выполняют с быстромонтируемыми полиэтиленовыми муфтами (не показано для упрощения).
Подводящую цельную трубу 2 и отводящую нагнетательную перфорированную трубу 3 закрепляют с помощью свай-стояков 14 на 0,6…1,0 м выше уровня дна руслового водотока в зависимости от наполнения водой для предохранения их засорения и заиления.
Длину отводящей нагнетательной перфорированной трубы 3, ее внутренний диаметр, размеры и количество отверстий в ее перфорированных стенках с креплением полиэтиленовых стояков 7 с рассеивающими водовыпусками 8 задают расчетным путем, в зависимости от расходуемого объема дренажных вод дополнительно разбавленных чистой водой из подводящего напорного трубопровода 15, который вмонтирован во всасывающую камеру 4 через рассеивающие водовыпуски 8, внутренняя полость которых выполнена насадком-делителем 9.
Для проведения ремонта или регулирования подачи воды, или технического обслуживания устройства в начале напорного самотечного трубопровода установлен колодец 16 с задвижкой 17. Нижний конец нагнетательной перфорированной трубы 3 снабжен заглушкой 18 для возможного ее промыва.
Камера 4 с активным соплом 5 в свою очередь включает напорный трубопровод 15 чистой воды для разбавления дренажной воды посредством, например, включения насоса из руслового водотока, если он размещен вблизи пруда-накопителя 1 дренажной воды, или за счет наличия привозной цистерны с чистой воды на период сброса дренажных вод в короткий и ограниченный период времени, т.е. в течение 10…15 дней на время активного таяния снега в теплый период времени (не показано для упрощения).
Длину напорного самотечного трубопровода, включающего две части 2 и 3, задают в зависимости от места расположения пруда-накопителя 1 дренажных вод до руслового водотока.
Перед началом работы устройства для выпуска дренажных вод русловые водотоки устанавливают на свайные крепления 14, укладывают и фиксируют на них сверху под уклоном, по отношению к начальному участку напорного самотечного трубопровода от колодца 16 с задвижкой 17, т.е. подводящую цельную трубу 2 и отводящую напорную перфорированную трубу 3, нижний конец которой закрыт заглушкой 18. Таким образом, устройство полностью зафиксировано под заданным уклоном, не менее с уклоном 0,005, обеспечивает устойчивое положение на сваях-стояках 14 и дает возможность использовать под напором работу рассеивающих водовыпусков 8, и в трубах 2 и 3 отсутствуют прогибы и разрушения.
Расчет рассеивающего водовыпуска 8 ведется аналогично расчету для цилиндрического оголовка и необходимо также учитывать гидравлическое сопротивление насадка-делителя 9 с вогнутыми боковыми стенками 10.
Благодаря прикрытой конструкции рассеивающего водовыпуска 8 гибкими диафрагмами 11 в виде резины нет необходимости в специальных мероприятиях по очистке таких водовыпусков. Так, например, в реке или ручье. Рассеивающие водовыпуски, установленные на напорной перфорированной трубе 3 со стояками 7 с помощью свайных опор 14 в подводящем горизонте воды, позволяют приблизить створ смешения и разбавленных дренажных вод, после эжекторного узла, непосредственно слив в более глубокую толщу воды в русловые водотоки.
Устройство для выпуска очищенных животноводческих стоков в русловые водотоки работает следующим образом.
Очищенные и обезвреженные сточные воды (животноводческие) на индустриальных сооружениях комплекса, прошедшие дополнительно через почвенную доочистку на ЗПО, с помощью дренажных труб собираются в открытые замкнутые каналы (коллекторы), затем далее эти воды перекачивают передвижной насосной станцией типа СНП в пруд-накопитель 1 дренажных вод. Открывают задвижку 17 и выполняют (по разрешению Росприродонадзор) сброс дренажной воды в напорный самотечный трубопровод, состоящий из двух неравных частей 2 и 3. Дренажная вода поступает в камеру 4 эжектора с активным соплом 5, при этом поступающая чистая вода из подводящего напорного трубопровода 15 в эжекторный узел создает в конусной трубе 6 разрежение. Это вызывает подсос дренажной воды из камеры 4, соединенной с трубой 2, т.е. происходит поступление дренажной воды через отверстие всасывающей камеры 4. Вытекающая под напором чистая вода из подводящего трубопровода 15 создает область пониженного давления, при этом возникает эффект эжекции, способствующий интенсификации дополнительного разбавления дренажной воды. Струя чистой воды, увлекая перемещенную дренажную воду, подает ее далее в отводящую нагнетательную перфорированные трубу 3 с отверстиями в ее стенке, при этом полностью уже разбавленной.
Под напором регулируемой задвижкой 17 дренажная вода, разбавленная дополнительно чистой водой, проходит через рассеивающие водовыпуски 8, во внутренней полости которых размещен насадок-делитель 9, выпускные отверстия водовыпуска с насадком-делителем, которые прикрыты гибкими диафрагмами 10 в виде резины, при этом степень разбавления дренажных вод уменьшена до оптимального, чем в начале подачи их в подводящую цельную трубу 2 от границы берега пруда-накопителя 1 дренажных вод. Обеспечивается далее рассредоточенный выпуск по длине напорной перфорированной трубы 3, обеспечивается лучшее дополнительное смешение с водой руслового водовода при равномерном сбросе дренажных вод по фронту руслового водотока, а также с учетом направления и скорости течения в последнем, а это обеспечивает движение всей массы воды по течению без подпора. Скорости течений в подводной части выпуска желательно принимать возможно большими (не менее 0,2 м/с) с целью предохранения от заиления вблизи трубы 3 с рассеивающими водовыпусками 8, а также следует располагать их на достаточной высоте трубы 3 от дна руслового водотока во избежание размыва дна или заноса самой трубы 3 с водовыпусками 8, особенно в случае отсутствия работы в русловом водотоке. Гибкие диафрагмы 10 в виде резины защищают водовыпускные отверстия рассеивающих водовыпусков 8 от попадания плавающего сора и позволяют выполнять роль рыбозащитного устройства при отсутствии сброса (выпуска) дренажных вод, так как препятствуют попаданию не только сора, но и молоди рыб в водовыпуски 8, а также в трубу 3.
Кроме того, эжекторный узел позволяет с подачей чистой воды под напором в несколько раз снизить концентрацию загрязнений от момента выпуска дренажных вод из пруда-накопителя, вследствие чего дренажная вода не сразу поступает в напорную перфорированную трубу 3, так как в нее вовлекается некоторое количество дренажной воды, обтекая активное сопло 5 эжектора. При этом эжекторный узел позволяет снизить в 1,5…3 раза концентрацию загрязненных вод (сточных) в момент сброса дренажных вод. Это достигается путем возникновения эффекта интенсификации дополнительного разбавления в перфорированной трубе.
Предлагаемое изобретение для выпуска очищенных сточных вод (животноводческих) в русловые водотоки по сравнению с вышеперечисленными аналогами при более эффективном разбавлении и смешиваемыми дренажными водами с природной водой дает возможность снизить степень загрязнения окружающей среды с соответствующей экономией материалов, из которого выполнено устройство в целом. Обеспечивается этим самым выполнение повышенных экологических требований надзорных органов «Росприродонадзора». Условия выпуска сточных вод в русловые водотоки определяют «Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения» (СПиН №4630-88), утвержденные в 1988 года. В «Правилах» рассматриваются общие положения, нормативы качества воды для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, требования к охране вод при различных видах хозяйственной деятельности, к условиям отведения сточных вод в водные объекты, к размещению, проектированию, влияющих на состояние поверхностных вод. Кроме того, оно имеет простую конструкцию монтажа, устойчиво к разрушению и надежно в работе за счет прочного фиксированного укрепления труб со всеми узлами устройства, а также обеспечивает рыбозащитную функцию конструкции сооружения за счет закрытия выпускных отверстий рассеивающих водовыпусков, позволяет с помощью свайных креплений в подводной части водотока защитить устройство от коррозии при выполнении всего устройства из пластмассового материала по сравнению с прототипом. Все это в целом значительно повысит технико-экономические показатели предлагаемого устройства.