Утилизация поверхностного стока с целью оптимизации водопользования

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(02), 2011 г.

УДК 608. 347.77

В. В. Денисов, А. М. Васильев

УТИЛИЗАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СТОКА С ЦЕЛЬЮ ОПТИМИЗАЦИИ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

В статье рассмотрена возможность утилизации поверхностного стока с крыш зданий урбанизированных территорий, сопровождающейся выработкой электроэнергии, использованием собранного и очищенного стока для орошения и других хозяйственных нужд.

Ключевые слова: сток, территория, вода, очистка, электроэнергия, орошение.

V. V. Denisov, A. M. Vasiliev

RECYCLING OF THE SUPERFICIAL DRAIN FOR THE PURPOSE OF WATER USE OPTIMIZATION

Possibility of recycling for a superficial drain from roofs of buildings of the urbanized territories, by accompanied development of the electric power, use of the collected and cleared drain for irrigation and other economic needs is considered in the article.

Keywords: drain, territory, water, clearing, the electric power, irrigation.

В условиях климата Ростовской области среднегодовая норма осадков - около 500 мм. Сбор воды может традиционно происходить с площадей крыш зданий и сооружений. Согласно несложному расчету, 1 литр воды получается при выпаде 1 мм осадков на 1 кв. м поверхности [1]. Так, среднемесячная норма выпада осадков в Ростовской области составляет 42 мм. Таким образом, с крыши здания площадью 100 кв. м можно собирать в среднем 4200 литров пресной воды ежемесячно.

Этот объем осадков, после дополнительной очистки, может использоваться на оросительные и хозяйственно-бытовые нужды той локации, где сток был собран. Это позволит повысить эффективность утилизации, ее экологичность, и обеспечить экономию воды питьевого качества.

В настоящее время известен ряд технических решений рассматриваемого направления, наиболее эффективными из которых являются:

1 Сеть отвода ливневых и талых вод, являющаяся элементом полной раздельной системы водоотведения, состоящая из водоприемных колодцев, водоотводящих труб и локальных очистных сооружений поверхност-

ного стока (Яковлев С. В., Воронов Ю. В. Водоотведение и очистка сточных вод: учеб. для вузов. - М.: АСВ, 2002. - С. 17, рисунок 1.5, б) [2].

Данная сеть производит сбор и очистку вод ливневого и талого стока, сбрасывая его в дальнейшем в водоем, но не обеспечивает его оперативное использование на хозяйственные нужды, исключая экономию питьевой воды, которая в значительной мере расходуется на орошение и прочие хозяйственные нужды.

2 Устройство отвода и утилизации ливневого и талого стока (Патент на изобретение РФ № 2347039 «Устройство отвода и утилизации ливневого и талого стока», Бюл. № 5, опубликованный 20.02.2009 г.) [3].

Данное устройство уменьшает поступление поверхностного стока с селитебных территорий в подземные коллекторы ливневой канализации, производит его очистку и позволяет использовать сток на хозяйственные нужды. Однако это изобретение не предназначено для сбора и утилизации стока непосредственно с крыш зданий, не обеспечивает энергоэффективность утилизации стока и производство дополнительных продуктов за счет полученной электроэнергии.

На основании вышеизложенного, представляется весьма актуальным разработка и применение устройства утилизации дождевых и талых стоков с крыш зданий урбанизированных территорий (рисунок 1) с целью решения следующих основных задач:

1) уменьшения поступления стока с крыш зданий урбанизированных территорий в подземные коллекторы ливневой канализации;

2) обеспечения энергоэффективности утилизации стока;

3) производства гипохлорита натрия (окислителя-бактерицида) за счет полученной электроэнергии;

4) повышения эффективности очистки собранных стоков;

5) определения возможности оперативного использования собранной и очищенной воды для орошения и других хозяйственно-бытовых нужд.

« / ч /

1 - водоприемная воронка; 2 - водоотводящая труба; 3 - минигидротурбина;

4 - электропровода; 5 - аккумуляторные батареи; 6 - корпус; 7 - здание производства гипохлорита натрия; 8 - вентиляционное устройство; 9 - фильтрующий заполнитель;

10 - фильтрующие колодцы; 11 - подземный накопительный резервуар;

12 - люк доступа

Рисунок 1 - Схема конструктивного решения предлагаемого устройства утилизации поверхностного стока

Утилизацию собранного дождевого стока целесообразно сопровождать выработкой электроэнергии, направляемой в дальнейшем на производство окислителя-бактерицида - гипохлорита натрия (КаСЮ). Собранный и очищенный сток может использоваться для систем пожаротушения, орошения и других хозяйственных нужд, предъявляющих высокие требования к качеству воды. Применение такого устройства, помимо этого, предупреждает постепенное разрушение элементов цоколя и фундамента зданий, расположенных на урбанизированных территориях. Следует отметить, что эффективное функционирование устройства возможно в период положительных температур. В остальное время эксплуатация происходит в режиме обычного ливнеотвода с тем отличием, что талый сток является обособленным, дополнительно фильтруется и аккумулируется в подземном резервуаре.

В качестве электролизера малой мощности могут быть использованы аналоги электродного блока для установок получения раствора гипохлорита натрия, изготовленные согласно ТУ 6-ВМ.72075.000-2005.

Такие электродные блоки предназначены для получения раствора гипохлорита натрия, используемого в целях улучшения качества воды и в качестве дезинфицирующего средства при санитарной обработке. Блок может использоваться в лечебно-профилактических учреждениях, санитарно-эпидемиологических службах, детских и учебных учреждениях, предприятиях общественного питания и др. (таблица 1).

В качестве исходных растворов для работы блока могут использоваться искусственные и природные водные растворы поваренной соли.

Электролизер является неразборным и неремонтопригодным изделием и представляет собой блок из пяти титановых пластин, имеющих высокостабильное металло-оксидное покрытие, заключенных в полимерный корпус. Подвод электрического тока осуществляется электрическим шнуром, залитым полимером той же марки, что и корпус. В качестве источника питания электролизера могут быть использованы аккумуляторные батареи, выпрямители или зарядные устройства с напряжением постоянного тока 12 В и мощностью не менее 200 Вт. В качестве рабочих сосудов для получения растворов гипохлорита должны использоваться емкости из полимерных материалов или стекла.

Таблица 1 - Технические характеристики электродного блока

Наименование параметра Значение параметра

1 Род тока постоянный

2 Номинальное напряжение питания, В, не более 12

3 Номинальный ток, А, не более 6

4 Режим работы - циклический (на литр раствора), мин., не более 30

5 Г абаритные размеры (без шнура), мм, не более 258 х 80 х 22

6 Масса, кг, не более 0,34

В качестве мини-гидротурбин могут быть использованы аналоги ми-ни-ГЭС-гидрогенераторов следующих конструкций: Stream Engine,

LH1000 и Water Baby спроектированных для зарядки аккумуляторов. Ми-ни-ГЭС-гидрогенераторы вырабатывают напряжение 12, 24 и 48 В. Электроэнергия производится при относительно устойчивой скорости, и хранится в аккумуляторах для дальнейшего использования. Во время низкого потребления мощность аккумулируется. Также может устанавливаться дополнительная обмотка для получения большого напряжения (120, 240 Вольт). Для получения переменного тока используется инвертор. Мини-ГЭС оснащены подключаемой электропроводкой, что позволяет устанавливать стандартные генераторы в любом удобном месте. Вода из потока направляется в трубопровод для получения необходимой высоты истока (вертикальное расстояние высоты падения воды). Для работы мини-ГЭС-гидрогенератора Stream Engine необходима высота истока 2 метра и более. Вода попадает на гидравлические насадки, там получает необходимое ускорение, затем ударяет колесо турбины, которое вращает вал мини-ГЭС-гидрогенератора. На одной гидротурбине может быть установлено до 4 гидравлических насадок.

При условии использовании данного технического обеспечения, предлагаемое устройство позволит:

1) сократить расходы на строительство отводящей сети к водному объекту и, соответственно, уменьшить его загрязнение;

2) обеспечить выработку электроэнергии, направляемую в дальнейшем на производство окислителя-бактерицида - гипохлорита натрия, который эффективно используется в борьбе с сине-зелеными водорослями;

3) эффективно очистить поступающие с крыш зданий урбанизированных территорий стоки за счет их прохождения через фильтрующий заполнитель;

4) произвести экономию питьевой воды, которая значительно расходуется на орошение и другие хозяйственно-бытовые нужды.

Применение предлагаемого устройства в практике водохозяйственного строительства позволит получить значительный экономический и экологический эффект.

Список использованных источников

1 Алексеев, М. И. Организация отведения поверхностного (дождевого и талого) стока с урбанизированных территорий: учеб. пособие / М. И. Алексеев, А. М. Курганов. - М.: АСВ; СПб.: СПбГАСУ, 2000. -352 с.

2 Яковлев, С. В. Водоотведение и очистка сточных вод: учеб. для вузов / С. В. Яковлев, Ю. В. Воронов. - М.: АСВ, 2002. - 704 с.

3 Устройство отвода и утилизации ливневого и талого стока: пат. 2347039 Рос. Федерация: МПК Е03F 1/00, 5/14 / Васильев А. М., Шкура В. Н.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «НГМА». -№ 2007115974; заявл. 26.04.07; опубл. 20.02.09, Бюл. № 5. - 3 с.