ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СООРУЖЕНИЕ ДЛЯ ЗАБОРА ПОДЗЕМНОЙ РОДНИКОВОЙ ВОДЫ
HYDRAULIC STRUCTURE FOR INTAKE OF SUBSURFACE SPRING WATER

Изобретение относится к водоснабжению из подземных источников и касается сооружений для забора подземных родниковых вод, используемых в питьевых целях.
Практически все используемые для целей водоснабжения природные источники воды могут быть отнесены к двум основным группам:
а) поверхностные источники - реки (в естественном состоянии или зарегулированные) и озера;
б) подземные источники - грунтовые и артезианские воды и родники.
Подземные воды, как правило, не содержат взвешенных веществ (т.е. весьма прозрачны) и обычно бесцветны. Артезианские воды, перекрытые сверху водонепроницаемыми породами, защищены от поступления проникающих с поверхности земли загрязненных стоков и обладают поэтому высокими санитарными качествами.
Такими же качествами обладают и родниковые воды. Сравнительный анализ основных показателей качества воды природных источников с основными требованиями к качеству воды главных групп потребителей показал, что для водоснабжения населенных мест наиболее подходящим источником являются подземные (особенно артезианские и родниковые) воды, если они не сильно минерализованы.
Подземные воды являются одним из наиболее перспективных источников питьевого водоснабжения, так как подземные воды в значительно большей степени защищены от воздействия внешних факторов. В Российской федерации из 3597 разведанных крупных месторождений подземных вод в настоящее время эксплуатируется только 46%. Причем для нужд питьевого водоснабжения из них используется меньше половины. Подземные воды характеризуются высокой стабильностью физико-химических и бактериологических показателей качества и поэтому в большинстве случаев не требуют применения таких дорогостоящих и сложных систем очистки и обеззараживания, как при эксплуатации поверхностных вод.
При этом существующие водозаборные сооружения достаточно сложны по конструкции и в эксплуатации, в большинстве случаев не соблюдают гармонию с природной средой, с подземным источником родниковой воды. Поэтому возникла необходимость создать гидротехническое сооружение для забора подземной родниковой воды, отличающееся простотой конструкции и, как следствие, надежностью и простотой в эксплуатации, и которое бы не нарушало существующую экологическую гармонию с природным источником в процессе добычи подземной родниковой воды.
Известно устройство для забора воды из скважины, включающее водоподъемную и обсадную трубы, насос и емкость для сбора воды, камеру, размещенную в обсадной трубе выше максимального уровня воды в скважине, емкость расхода воды, размещенную под емкостью сбора воды, причем корпус насоса размещен в камере, а нагнетательный патрубок насоса соединен с водоподъемной трубой выше камеры (см. авт.св. СССР №653361 на изобретение «Устройство для забора воды их скважины», МПК (5) Е03В 5/04. Дата подачи от 1977.12.12. Опубликовано 1979.03.25. Автор - Игнатов И.Г.).
Известное устройство характеризуется достаточной сложностью конструкции, возможны попадания взвешенных частиц в насос, что неизбежно приводит его к выходу из строя, а соответственно не обеспечивается и высокое качество воды из-за попадания взвешенных частиц в последнюю. Кроме того, устройство не обеспечивает постоянный забор воды, нарушает экологическую гармонию с природной средой при добыче воды.
Анализ отобранной в процессе поиска информации о существующем уровне техники в данной области позволил выявить наиболее близкое к заявляемому устройство для забора подземных вод, содержащее резервуар с фильтром, перекрытием и датчиком уровня воды, насос для откачки воды, наливной бак для сбора родниковой воды, систему трубопроводов, смонтированный на перекрытии золотниковый механизм, установленный с возможностью сообщения полости резервуара с атмосферой и соединенный с программным блоком, связанным с датчиком уровня и насосом (см. авт.св. СССР №1214860 на изобретение «Устройство для забора подземных вод», МПК (4) Е03В 3/08. Дата подачи заявки 25.06.1984. Опубликовано 28.02.1986. Заявитель - Всесоюзный научно-исследовательский институт торфяной промышленности - прототип).
Известное устройство достаточно сложное конструктивно и, как следствие, сложное в эксплуатации. Из-за возможного попадания вместе с водой взвешенных грунтовых частиц в засасывающий насос неизбежно возникают поломки насоса, что не обеспечивает достаточную надежность устройства. Кроме того, грунтовые частицы попадают в родниковую воду, собираемую в наливном баке, не обеспечивая необходимое качество чистоты родниковой воды. Устройство нарушает экологическую гармонию с природным источником подземной воды.
Таким образом, известные устройства и сооружения для забора подземных родниковых вод не отличаются простотой и надежностью конструкций в эксплуатации, не обеспечивают необходимое качество родниковой воды, нарушают экологическую гармонию с природной средой при заборе воды из подземных источников.
Заявляемое в качестве изобретения гидротехническое сооружение для забора подземной родниковой воды позволяет достичь нового технического результата - повышения эффективности эксплуатации сооружения за счет обеспечения простоты и надежности конструкции в эксплуатации, обеспечения высокого качества чистоты родниковой воды и экологической гармонии с природной средой.
Следующая совокупность существенных признаков характеризует сущность предложенного изобретения и способствует достижению нового технического результата.
Гидротехническое сооружение для забора подземной родниковой воды, содержащее установленный в водоносном пласту резервуар с донным фильтром, имеющим засыпку, и определителем уровня воды, насос с всасывающим шлангом для откачивания подземной воды, емкость для сбора и расхода родниковой воды, сообщенную с всасывающим шлангом насоса, систему трубопроводов, отличается тем, что оно дополнительно снабжено вторым рабочим резервуаром, сообщенным с первым резервуаром посредством разноуровневых труб, и резервным резервуаром, сообщенным со вторым рабочим резервуаром и установленным ниже уровня размещения последнего, причем всасывающий шланг насоса размещен во втором резервуаре, оснащенном средствами, обеспечивающими свободное перетекание подземной воды в природный водоем, при этом самая нижняя разноуровневая труба расположена ниже минимального уровня воды в межень в первом резервуаре, оба рабочих и резервный резервуары расположены в последовательном порядке и снабжены гидроизоляционным слоем необходимой высоты, расположенным вокруг каждого резервуара.
Результат достигается и тем, что все резервуары выполнены со съемными крышками, причем в крышке первого резервуара выполнено отверстие для прохождения определителя уровня, в крышке второго рабочего резервуара выполнено отверстие для прохождения всасывающего шланга насоса.
Для достижения нового технического результата сооружение снабжено дополнительным насосом с всасывающим шлангом, в крышке второго рабочего резервуара выполнено дополнительное отверстие для возможности прохождения всасывающего шланга дополнительного насоса, установленного, например, на автомобиле.
Достижению результата способствует и то, что донный фильтр с засыпкой выполнен из 2-х сетчатых пластин, между которыми размещена засыпка, выполненная в виде гравия разного размера, причем нижний слой из гравия крупного размера, промежуточный слой из гравия среднего размера, верхний слой из гравия мелкого размера.
Технический результат достигается и тем, что резервный резервуар сообщен со вторым рабочим резервуаром посредством сливной трубы с запорным органом и выполнен со средствами для слива родниковой воды в тару.
Средства второго рабочего резервуара, обеспечивающие свободное перетекание подземной воды в природный водоем, выполненные в виде сточных труб, также способствуют достижению технического результата.
Выполнение гидроизоляционного слоя из природного материала, например из глины, рубероида, также обеспечивает достижение нового технического результата.
Итак, анализ выявленной информации о существующем уровне техники в данной области и сущность предложенного изобретения показали, что последнее отвечает критерию патентоспособности «новизна».
Снабжение сооружения для забора подземной родниковой воды, содержащего установленный в водоносном пласту резервуар с донным фильтром, имеющим засыпку, и определителем уровня воды, насос с всасывающим шлангом для откачивания подземной воды, емкость для сбора и расхода родниковой воды, сообщенную с всасывающим шлангом насоса, систему трубопроводов, дополнительным вторым рабочим резервуаром, сообщенным с первым резервуаром посредством разноуровневых труб, обеспечивает постоянное поступление родниковой воды после очистки в фильтре из первого рабочего резервуара во второй резервуар. За счет размещения труб, сообщающих первый резервуар со вторым, на разных уровнях по высоте воды в первом резервуаре, и расположения самой нижней трубы ниже минимального уровня воды в межень в первом резервуаре, обеспечивается непрерывное поступление родниковой воды после фильтрации из первого резервуара во второй резервуар вне зависимости от естественного уровня воды в роднике (большая или малая вода), а также достаточный напор воды при ее перетекании из первого резервуара во второй и в последнем. Тем самым обеспечивается достаточно высокая производительность забора родниковой воды, что способствует высокой производительности сооружения.
Прохождение всасывающего шланга насоса через отверстие в съемной крышке второго резервуара и его размещение внутри последнего обеспечивает постоянный забор непрерывно поступающей в него родниковой воды. Кроме того, размещение всасывающего шланга именно во втором резервуаре, в который родниковая вода поступает после фильтрации и уже не содержит взвешенных грунтовых частиц, обеспечивает высокую чистоту забираемой насосом воды. Это же предотвращает износ и поломку насоса, обеспечивая высокую эффективность эксплуатации сооружения.
Снабжение сооружения резервным резервуаром, установленным ниже уровня размещения второго рабочего резервуара, сообщенным с последним посредством сливной трубы с запорным органом и выполненным со средствами для слива родниковой воды в тару, обеспечивает при открытии запорного органа самостоятельный ток родниковой воды из второго рабочего резервуара в резервный. Затем из последнего воду разливают в тару. Тем самым, в случаях плановых и неплановых отключений электроэнергии, что влечет отключение насоса, продолжает обеспечиваться постоянный забор родниковой воды.
Размещение рабочих и резервного резервуаров в последовательном порядке и сообщение их друг с другом обеспечивает свободное самостоятельное перетекание родниковой воды из одного резервуара в другой, обеспечивая простоту конструкции в эксплуатации.
Оснащение второго резервуара средствами, обеспечивающими свободное вытекание подземной родниковой воды в природный водоем, выполненными в виде сточных труб, не нарушает естественного течения подземных родниковых вод, обеспечивая тем самым при промышленном заборе воды экологическую гармонию с естественной природной средой.
Снабжение обоих рабочих и резервного резервуаров гидроизоляционным слоем необходимой высоты, расположенным вокруг каждого резервуара, выполненным из природного материала, например глины, рубероида, препятствует проникновению загрязненных поверхностных вод в место забора родниковой подземной воды, обеспечивая необходимое качество чистоты забираемой родниковой воды.
Выполнение донного фильтра из 2-х сетчатых пластин, между которыми размещена засыпка, выполненная в виде гравия разного размера, причем нижний слой из гравия крупного размера, промежуточный слой из гравия среднего размера, верхний слой из гравия мелкого размера, препятствуют проникновению взвешенных грунтовых частиц в поступающую из подземного источника в первый резервуар родниковую воду. Тем самым обеспечивается высокая степень чистоты родниковой воды.
Выполнение всех резервуаров со съемными крышками позволяет осуществлять плановую и внеплановую очистку фильтра и дна резервуаров, позволяя поддерживать необходимую чистоту фильтра и резервуаров, а значит и чистоту забираемой родниковой воды.
Выполнение в крышке первого резервуара отверстия для прохождения определителя уровня позволяет отслеживать уровень воды в первом резервуаре, что позволяет контролировать процесс забора воды.
Наличие отверстий в съемных крышках рабочих резервуаров и разноуровневых труб, сообщающих между собой рабочие резервуары, обеспечивает естественную вентиляцию резервуаров, что препятствует возникновению нежелательного вакуума.
Следовательно, обеспечивается повышение эффективности эксплуатации сооружения за счет обеспечения простоты и надежности конструкции в эксплуатации, обеспечения высокого качества чистоты родниковой воды и экологической гармонии с природной средой.
Таким образом, заявляемая совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает получение нового технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
В ходе проведенного заявителем поиска информации в области сооружений для забора подземных родниковых вод обнаружены отдельные отличительные признаки заявленного изобретения среди известных объектов того же назначения. Однако совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения, способствующая достижению нового технического результата, и ее влияние на последний из существующего уровня техники не обнаружена.
Именно совокупность существенных отличительных признаков позволяет получить новый технический результат - повышение эффективности эксплуатации сооружения за счет обеспечения простоты и надежности конструкции в эксплуатации, обеспечения высокого качества чистоты родниковой воды и экологической гармонии с природной средой.
Следовательно, предлагаемое изобретение обладает таким критерием патентоспособности как «изобретательский уровень».
Предлагаемое изобретение поясняется с помощью чертежа, где схематично изображено сооружение для забора подземной родниковой воды.
Сооружение для забора подземной родниковой воды содержит установленный в водоносном пласту 1 резервуар 2 с донным фильтром 3, имеющим засыпку 4, и определителем 5 уровня 6 воды в резервуаре 2, насос 7 с всасывающим шлангом 8 для откачивания подземной воды, емкость 9 для сбора и расхода родниковой воды, сообщенную с всасывающим шлангом 8 насоса 7. В сооружение входит второй рабочий 10 и резервный 11 резервуары.
Резервный резервуар 11 установлен ниже уровня 12 размещения второго рабочего резервуара 10 и сообщен с последним посредством сливной трубы 13, оснащенной запорным органом 14, выполненным в виде, например, крана. Резервуар 11 выполнен со средствами 15, например, в виде кранов, для слива родниковой воды в тару 16.
Все резервуары 2, 10, 11 установлены в вырытом котловане и снабжены съемными крышками соответственно 17, 18, 19. В крышке 17 первого резервуара 2 выполнено отверстие для прохождения определителя 5 уровня воды 6. В крышке 18 второго рабочего резервуара 10 выполнено отверстие для размещения всасывающего шланга 8 насоса 7. Насос 7 установлен на поверхности земли.
Резервуар 10 оснащен средствами, обеспечивающими свободное перетекание подземной воды в природный водоем. Средства выполнены, например, в виде сточных труб 20, которые устанавливают на такой высоте резервуара 10, чтобы обеспечить в нем постоянное количество для забора воды. Трубы 20 устанавливают, например, с помощью сварки.
Резервуар 10 сообщен с первым резервуаром 2 посредством разноуровневых труб 21, 22, 23, которые, например, приваривают к обоим резервуарам 2, 10. При этом самая нижняя разноуровневая труба 21 расположена ниже минимального уровня воды в межень в первом резервуаре 2.
Донный фильтр 3 резервуара 2 выполнен из 2-х сетчатых пластин 24, между которыми размещена засыпка 4. Пластины 24 заменяют дно резервуара 2 и вставлены в водоносный пласт 1. Засыпка 4 представляет собой гравий разного размера. Нижний слой состоит из гравия крупного размера, промежуточный слой - из гравия среднего размера, верхний слой - из гравия мелкого размера.
Оба рабочих 2, 10 и резервный резервуары 11 расположены в последовательном порядке и снабжены гидроизоляционным слоем 25 необходимой высоты. Слой 25 расположен вокруг каждого резервуара до стенок котлована и представляет собой природный материал, например глину, рубероид. Слой 25 обеспечивает надежную защиту от проникновения загрязненных поверхностных вод в сооружение и забираемую родниковую воду. Высота слоя 25 зависит от местонахождения конкретного природного источника (грунт, глубина залегания источника и т.п.) и определяется необходимостью надежной защиты чистой подземной воды от проникновения в нее загрязненных поверхностных вод.
Для обеспечения постоянной работы сооружения по забору родниковой воды оно снабжено дополнительным насосом 26 с всасывающим шлангом 27. В крышке 18 второго резервуара 10 выполнено дополнительное отверстие для возможности размещения всасывающего шланга 27 насоса 26, установленного, например, на автомобиле (не показан).
Для сбора выкачиваемой родниковой воды на поверхности земли установлены сливные емкости 9 для сбора и расходования воды, оборудованные кранами 28.
За счет наличия отверстий в съемных крышках 17, 18 соответственно резервуаров 2, 10 и разноуровневых труб 21, 22, 23, сообщающих между собой резервуары 2 и 10, обеспечена естественная вентиляция указанных выше резервуаров. Это исключает возникновение нежелательного вакуума в рабочих емкостях.
Часть оборудования сооружения размещена на земле вырытого в районе источника подземной воды котлована, а часть оборудования - на поверхности, в крытом помещении 29.
Все оборудование, расположенное на поверхности земли (сливные емкости 9, насос 7, тара 16 для воды), расположено в крытом помещении 29.
Устройство работает следующим образом
В районе источника подземной родниковой воды вырывают котлован, в котором последовательно устанавливают рабочие 2, 10 и резервный 11 резервуары. При этом резервуар 2 устанавливают таким образом, чтобы фильтр 3 был размещен в водоносном пласту 1.
Резервуар 10 устанавливают на грунте котлована без соприкосновения с водоносным пластом 1. Заранее определяют минимальный уровень воды в резервуаре 2. Это позволяет правильно выполнить необходимые отверстия в обоих резервуарах 2,10 и с помощью сварки установить разноуровневые трубы 21, 22, 23, сообщающие указанные резервуары. При этом самая нижняя труба 21 расположена ниже минимального уровня воды в резервуаре 2 в период межени.
Справа от резервуара 10 ниже его уровня 12 устанавливают резервный резервуар 11, который сообщают с последним с помощью сливной трубы 13.
Размещают необходимой высоты гидроизоляционный слой 25 вокруг всех резервуаров 2, 10, 11. Возле резервного резервуара 11 размещают настил (не показан) для обеспечения необходимого доступа человека к резервуару 11 и размещения тары 16.
В крытом помещении 29 устанавливают иное необходимое для осуществления контроля и прочих действий при отборе воды оборудование (столы, термометры, кварцевые лампы и т.п.).
Таким образом, устройство готово к работе.
Родниковая вода постоянно поступает через фильтр 3 в первый рабочий резервуар 2, сначала вода по самой нижней трубе 21 поступает в резервуар 10. По мере увеличения уровня 6 воды в резервуаре 2 вода поступает и через другие разноуровневые трубы 22, 23 в резервуар 10. Через всасывающий шланг 8 насоса 7 производят забор воды в емкость 9.
За счет наличия фильтра 3 в первом резервуаре 2 и откачки воды из второго рабочего резервуара 10, обеспечивается высокое качество родниковой воды (без взвешенных грунтовых частиц). Этот же фактор обеспечивает бесперебойную работу основного насоса 7 и дополнительного 26.
По мере наполнения емкости 9 открывают краны 28 на ней, и вода самотеком поступает в тару 16, которую затем отправляют потребителю.
В случаях необходимости забора воды в иные емкости, например в водный танк автомобиля, включают насос 26, по всасывающему шлангу 27 которого вода поступает в танк автомобиля.
В момент работы насоса 7 или дополнительного насоса 26 запорный орган 14 сливной трубы 13 резервного резервуара 11 перекрыт.
Благодаря сточным трубам 20 вода из резервуара 10 постоянно перетекает в природный водоем, например озеро, способствуя обеспечению тем самым не только постоянного уровня воды в резервуаре 10, но и обеспечению экологической гармонии сооружения с природной средой.
В случаях плановых и неплановых отключений электроэнергии, что влечет отключение насоса 7, забор родниковой воды не прекращается. Для этого открывают запорный орган 14 на сливной трубе 13 резервуара 11, и вода самотеком поступает из второго рабочего резервуара 10 в резервный 11. На резервуаре 11 открывают краны 15 и разливают воду в тару 16. Тем самым обеспечивается постоянная работа сооружения по забору подземной родниковой воды.
По мере эксплуатации сооружения и необходимости плановых и неплановых чисток резервуаров 2, 10, 11 снимают съемные крышки соответственно 17, 18, 19 и производят чистку фильтра 3, дна резервуаров 10 и 11.
В результате использования в сооружении фильтра 3 первого рабочего резервуара 2, установленного в водоносный пласт 1, забора родниковой воды из второго рабочего резервуара 10, наличия гидроизоляционного слоя 25, расположенного на необходимой высоте вокруг каждого резервуара 2, 10, 11, обеспечивается необходимое качество чистоты забираемой воды.
Таким образом, в результате использования изобретения достигается новый технический результат - повышение эффективности эксплуатации устройства за счет обеспечения простоты и надежности конструкции в эксплуатации, обеспечения высокого качества чистоты родниковой воды и экологической гармонии с природной средой.
Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Данное сооружение воздвигнуто на территории Мурманской области, с помощью которого промышленно добывается природная родниковая вода из родника Раут. Заявителем налажена не только добыча природной воды, но и бутилирование и ее доставка потребителю. Все стадии производства, включая процесс бутилирования, находятся под постоянным контролем. Получено свидетельство о государственной регистрации и Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека на воду минеральную природную питьевую столовую родниковую питьевую, на ее использование без кипячения. Вода соответствует всем требованиям, предъявляемым к качеству питьевой воды.