КОНСТРУКЦИЯ ЛИВНЕОТВОДЯЩЕЙ СЕТИ

Изобретение относится к устройствам для сбора, отведения, аккумулирования и очистки ливневых сточных вод и может быть использовано в коммунальном хозяйстве городов и промышленных предприятий при стесненных условиях канализируемой территории.
Известна конструкция ливнеотводящей сети городов и промышленных предприятий [1], в которой составными частями являются водоприемники, коллектора для отвода ливневых вод, аккумулирующие емкости для сбора и накопления первых порций наиболее загрязненных ливневых вод, ливнеспуски для отвода части ливневых вод в водоем без очистки, очистные сооружения и выпуски очищенных ливневых вод в водоем.
При стесненных условиях канализируемой территории, особенно когда она уже застроена жилыми домами или производственными корпусами, трудно, а в ряде случаев невозможно выделить площадки под размещение аккумулирующих резервуаров и очистных сооружений.
Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому результату является устройство очистной станции в виде трубы коллектора [2], располагаемого под транспортной магистралью, улицей или пешеходной дорогой, тротуаром.
Известная конструкция имеет ряд недостатков, обусловленных отсутствием четкой постановки функциональных требований к предложенной конструкции и условиям ее использования при непрерывной длительной эксплуатации, например, в регионе
Большого Сочи, когда в течение месяца может ежедневно идти дождь достаточно высокой интенсивности.
Задача изобретения - исключение использования площадей, пригодных под жилую или промышленную застройку, под размещение аккумулирующих резервуаров и очистных сооружений ливневой канализации, упрощение эксплуатации емкостных сооружений в условиях длительного, непрекращающегося дождя, обеспечение высокой степени очистки ливневых вод.
Поставленная задача решается выполнением коллектора ливневой канализации, уложенного с уклоном менее 0,005, диаметром, обеспечивающим емкость коллектора ливневой сети, равный потребному объему аккумулирующего резервуара, размещением очистных сооружений ливневой канализации в коллекторе отвода загрязненной порции ливневой воды после ливнеспуска на очистку, снабжением очистных сооружений отсеками: реагентной обработки ливнестока коагулянтами и флокулянтами в контакте с модифицированной присадками ершовой насадкой в виде кассет и приспособлениями для перемешивания реагентов с водой; тонкослойного отстаивания воды с пересеченной схемой движения воды и осадка в отстойнике, фильтровальными блоками с трехслойной зернистой и сорбционной загрузкой; колодцами с промывной и промывочной водой и погружными насосами для подачи промывной воды и отвода промывочной воды и осадков; оборудованием для сгущения и обезвоживания осадков, удаляемых из ливнеотводящей сети с промывочной водой.
Проведенные патентные исследования показали, что ни в патентной, ни в научно-технической литературе нет сведений про аналогичную конструкцию ливнеотводящей сети, какая предложена в формуле изобретения, что дает основание утверждать, что предлагаемая конструкция ливнеотводящей сети отвечает критерию патентоспособности «новизна».
Сравнительный анализ приспособлений, которые используются в известных технических решениях и в том числе в прототипе, показал на существенные признаки, отличающие предлагаемое решение.
Преимущества свидетельствуют о том, что задачи, которые решаются, выполнены на изобретательском уровне, поскольку они не вытекают, очевидно, из известных в данной области техники решений, поэтому отвечают критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Поясняется предлагаемая конструкция ливнеотводящей сети фигурами:
Фиг.1 - конструкция ливнеотводящей сети и ее элементы;
Фиг.2 - технологическая схема очистной станции;
Фиг.3 - продольный и поперечный разрезы одной из секций технологической линии очистных сооружений ливневых вод.
Обозначения на фигурах приведены на позициях 1-33.
1 - Ливнеприемники
2 - Коллектор ливневой сети
3 - Аккумулирующий коллектор ливневой сети
4 - Ливнеспуск
5 - Коллектор отвода ливневых вод в водоем
6 - Очистные сооружения ливневых вод
7 - Выпуск очищенных ливневых вод в водоем
8 - КНС промывочных вод
9 - Трубопровод подачи промывной воды
10 - Установка сгущения осадков промывочных вод
11 - Обезвоженные осадки промывных вод
12 - Трубопровод осветленной промывочной воды
13 - Коллектор подачи ливневого стока на очистку
14 - Коагулятор, флокулятор
15 - Реагентное оборудование с насосом-дозатором
16 - Воздуходувка
17 - Тонкослойный отстойник
18 - Оборудование для обезвоживания осадков
19 - Отсек фильтров
20 - Трубопровод отвода промывочной воды и осадков
21 - Накопитель промывной воды
22 - Насос подачи промывной воды
23 - Воздуховод
24 - Трубопровод очищенной воды
25 - Трубопровод фильтрата
26 - Кассета с ершами
27 - Барботер аэрации
28 - Барботер регенерации
29 - Полочный модуль
30 - Щелевая перегородка
31 - Фильтр с комбинированной сорбционной, цеолитовой и зернистой, например, антрацитовой загрузками
32 - Колпачковая система промывки фильтров
33 - Поворотный затвор
I-I - Разрез коагулятора-флокулятора
II-II - Разрез тонкослойного отстойника
III-III - Разрез фильтра с антрацитовой, сорбционной и цеолитовой загрузками
Ливнеотводящая сеть состоит из ливнеприемников 1, собирающих ливневые воды с поверхности дорог, кварталов, стоянок автотранспорта, скверов и т.д.
Из ливнеприемников 1 вода стекает в коллектора 2 ливневой сети и самотеком в аккумулирующий резервуар 3, который в данном техническом решении выполняем в виде трубы большего диаметра, чем коллектора 2 ливневой сети. Аккумулирующий резервуар 3 заполняется в первые 20 минут интенсивного дождя наиболее грязными порциями ливневых вод, так как при длительном дожде последующие порции ливневых вод менее загрязнены.
До аккумулирующего резервуара 3 на коллекторе ливневой сети устанавливается ливнеспуск 4, который включается в разделение потока ливневых вод тогда, когда аккумулирующий резервуар 3 заполнен и ливневые воды поступают уже менее грязными.
Ливнеспуск 4 разделяет поток ливневых вод на 2 потока, один из которых сразу отводится по коллектору 5 в поверхностный водоем без очистки, а второй направляется на очистные сооружения 6 ливневых вод, после которых по отводящему трубопроводу 24 очищенной воды поступают на выпуск  7 очищенных ливневых вод в поверхностный водоем.
Очистные сооружения 6 и аккумулирующий резервуар 3 ливневых вод снабжены трубопроводами 9 подачи и накопления 21 промывной воды, насосами 22 подачи промывной воды на удаление по трубопроводам 20 отвода промывочной воды и осадков с помощью КНС 8 промывочных вод в установки 10 сгущения осадков, из которых обезвоженные осадки 11 удаляются на утилизацию в качестве строительных материалов, а фильтрат по трубопроводам 25 возвращается в аккумулирующий резервуар 3. Освобождение ершовой насадки кассет 26 с ершами, полочных модулей 29, отсека 19 фильтров 31 с комбинированной загрузкой из сорбционных материалов осуществляется с помощью насосов 22 подачи промывочной воды через колпачковую систему 32 промывки фильтров, а также барботеров 28 регенерации с помощью воздуха, поступающего от воздуходувки 16 по воздуховодам 23.
Процесс выделения осадков из ливневых вод инициируется введением в ливневой сток в коагуляторе-флокуляторе 14 с помощью реагентного оборудования и насоса-дозатора 15 растворов реагентов, которые при взаимодействии с примесями ливневых вод обеспечивают их коагулирование и флокулирование на контактной среде ершовой насадки за счет перемешивания воздухом барботеров 29 нерастворимых в воде хлопьев осадка. Этот осадок частично задерживается на ершах кассет 26 и частично оседает на дне полочного модуля 29, где и удерживается, так как щелевая перегородка 30 его не выпускает, тонкослойного отстойника 17, глубоко взвеси извлекаются из воды в отсеке 19, с фильтрующей сорбционной и антрацитовой зернистой загрузками фильтров 31. На период промывки фильтров 31 одной из секции очистных сооружений 6 ливневых вод эта секция выводится из процесса очистки ливневых вод с помощью поворотного затвора 33.
Работает предлагаемая конструкция ливнеотводящей сети следующим образом. Ливневые воды, стекая с поверхности улиц, крыш домов, тротуаров, газонов, парков, скверов, смывают загрязнения, накопленные от жизнедеятельности птиц, животных, человека, автотранспорта, и транспортируют их в коллектора 2 ливнеотводящей сети.
Наиболее загрязнены ливневые воды первые 20 минут дождя. В этот же период дождь обладает высокой интенсивностью и образуется наибольшее количество воды, поступающей в ливнеотводящую сеть. Для сбора наиболее загрязненной ливневой воды с целью последующей очистки на ливнеотводящей сети предусматриваются аккумулирующие резервуары 3, которые в данном техническом решении предлагается выполнять в форме труб, продолжения коллекторов ливнеотводящей сети, но существенно большего диаметра, чем до того участка сети, который выполняет функцию аккумулирующего резервуара 3. Поскольку в коллекторе - аккумулирующем резервуаре вода должна находиться в течение длительного времени (до суток), а длина участка может
быть сотни метров, то уклон трубы коллектора-аккумулирующего резервуара не должен быть больше 0,005, так как это отразится на степени его заполнения и рациональном использовании объема трубы в качестве аккумулирующего резервуара. До аккумулирующего резервуара 3 на коллекторе 2 ливнеотводящей сети предусматривается ливнеспуск 4, который часть ливневой воды (до 70% от ее объема за один дождь) отводит в коллектор 5 отвода ливневых вод без очистки, а часть ливневой воды пропускает на очистные сооружения 6 ливневых вод и далее по трубопроводу 24 очищенных вод в выпуск 7 очищенных ливневых вод в поверхностный водоем. Для постоянного освобождения аккумулирующего резервуара 3 и очистных сооружений 6 от задержанных осадков ливневых вод емкостные сооружения обеспечены системой устройств для вывода осадков из них на обезвоживание. Высокое качество очистки ливневых вод в очистных сооружениях 6 обеспечивает система устройств и оборудования для поэтапной очистки ливневой воды от загрязняющих примесей.
Очистка ливневых вод от примесей начинается в аккумулирующем резервуаре 3. На дно коллектора аккумулирующего резервуара 3 осаждается песок, тяжелые частицы глины и другие частицы, провалившиеся через прорези решеток дождеприемников (ливнеприемников 1). Накопленные на дне коллектора аккумулирующего резервуара 3 отложения осадка смываются после окончания дождя подачей по трубопроводу 9 подачи промывной воды через специальные спрыски с помощью насоса 22 подачи промывной воды из накопителей 21 промывной воды и отвода этих отложений по трубопроводам 20 отвода промывочной воды и осадков в оборудование 18 для обезвоживания осадков, из которого обезвоженные осадки ливневых вод 11 удаляются для утилизации в качестве строительных материалов, а фильтрат по трубопроводу 25 фильтрата отводится на вход в очистные сооружения 6 ливневых вод.
Основная очистка ливневых вод начинается в реакторах коагуляторах-флокуляторах 14, снабженных кассетами 26 с ершами. В коагуляторы-флокуляторы 14
дозируют реагенты с помощью реагентного оборудования 15 с насосами-дозаторами. На контактной поверхности волокон ершовой насадки, модифицированной добавленными реагентами, проходят процессы коагуляции, флокуляции и колесценции примесей ливневой воды. Образовавшиеся нерастворимые частицы примесей задерживаются в ершовой насадке, накапливаются на дне коагуляторов-флокуляторов, вымываются в объем отсека тонкослойного отстойника 17, где задерживаются в полочном модуле 29. Но некоторая часть взвесей и растворенных в воде примесей проскакивает через щелевую перегородку 30 в отсек 19 с фильтрами 31 с комбинированной, сорбционной и зернистой, например, антрацитовой загрузкой, где при фильтровании они задерживаются, сорбируются этой загрузкой, осветляя воду.
Высокую эффективность коагуляции и флокуляции, использования реагентов обеспечивает циркуляция воды внутри отсека коагулятора-флокулятора 14, создаваемая с помощью барботеров 27 аэрации подачей воздуха воздуходувками 16 по воздуховодам 23, а также наличием развитой поверхности волокон ершовой насадки в кассетах 26 с ершами. Волокна ершей выполнены из капрона или лавсана, имеют гидрофобные свойства, поэтому обладают коалесцирующими свойствами. При контакте с органическими флокулянтами поверхность волокон модифицируется и становится заряженной, поэтому способствует флокуляции примесей, их укрупнению, прилипанию к волокнам ершей.
Эффективное использование объема отсека тонкослойного отстойника 17 обеспечивает полочный модуль 29 с перекрестной схемой движения в полочном пространстве осветляемой воды и осадка и выбранным скоростным движением воды. Ламинарность потока гарантирует расчетная величина Рейнольдса у потока осветляемой воды при пропуске расчетного расхода воды не более Re≤150.
Проскочившие в отсек 19 фильтров 31 с комбинированной, сорбционной и зернистой, например, антрацитовой загрузкой, слоем 500 мм, а также слоем углеродных
сорбентов - модифицированных азотсодержащих углей МАУ марок МАУ-2а, МАУ-200, которые имеют потенциал поверхности, близкий к точке потенциала нулевого заряда, с высокой гидрофобностью поверхности, что способствует адсорбции нефтепродуктов и поверхностно-активных веществ. Слой углей МАУ-2А-500 мм. Третий слой в фильтрах 31 занимает цеолит-клиноптилолит Хоменского месторождения. Слой загрузки цеолита-500 мм.
Трехслойная модифицированная загрузка фильтров 31 гарантирует высокое качество очищенных ливневых вод при выпуске их в поверхностный водоем, а тщательная предварительная очистка ливневых вод в отсеках коагулятора-флокулятора 14, тонкослойного отстойника 17 обеспечивает длительный межрегенерационный период работы отсека 19 фильтров 31.
Периодически, по мере снижения эффективности работы очистных сооружений били заиления их отсеков коагулятора-флокулятора 14, тонкослойного отстойника 17 и отсека 19 фильтров 31 с трехслойной загрузкой производится их регенерация при закрытом поворотном затворе 33, исключающем поступление на выпуск 7 грязных промывочных вод. Регенерация очистных сооружений 6 производится посекционно, т.е. вначале одной, а затем последовательно другой и. т.д. секций.
При регенерации фильтров 31 через колпачковую систему 32 промывки фильтров с помощью насоса 22 вода подается из накопителя 21 промывной воды. Образующаяся промывочная вода протекает в отсек тонкослойного отстойника 17, где расслаивается на осадок и очищенную воду. Осадок из отсека тонкослойного отстойника выводится на механическое обезвоживание. В отсек тонкослойного отстойника 17 отводится и промывочная вода от регенерации объема отсека коагулятора-флокулятора 14 с кассетами 26 ершовой насадки. Регенерация ершей осуществляется подачей воздуха через барботеры 28 регенерации. Содержимое отсека коагулятора-флокулятора 14 откачивается насосами КНС 8 промывочных вод в отсек тонкослойного отстойника 17. Осадок из
отсека тонкослойного отстойника 17 выводится по трубопроводу 20 отвода промывочных вод и осадка в оборудование 18 для обезвоживания осадков, из которого фильтрат направляется в отсек коагулятора-флокулятора 14 работающей секции очистных сооружений 6, а обезвоженный осадок 11 утилизируют в качестве строительного материала.
Выполнение поставленных в изобретении задач обеспечивают:
- размещение аккумулирующих резервуаров, выполненных в виде коллекторов большого диаметра под проезжей частью дорог, тротуарами;
- выполнение очистных сооружений в форме коллекторов большого диаметра также под проезжей частью уличных дорог, тротуарами;
- снабжение очистных сооружений тремя регенерируемыми отсеками, включающими отсеки коагуляции и флокуляции на контактной среде в виде ершей, тонкослойного отстаивания по перекрестной схеме движения воды и осадков и фильтрации через трехслойные фильтры с комбинированной зернистой загрузкой из антрацита, модифицированных азотсодержащих углей и цеолита;
- оснащение очистных сооружений аккумулирующих резервуаров системой промывки, регенерации и устройствами для обезвоживания выделяемых осадков ливневых вод.