СИСТЕМА КИСЛОРОДНОЙ ЗАВЕСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ДРЕНАЖА
SYSTEM OF OXYGEN CURTAIN FOR DRAINAGE PROTECTION

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, для защиты промышленных и жилых территорий от подтопления и может быть использовано в качестве защиты дренажных устройств от кольматажа нерастворимыми соединениями железа и марганца.
Для очистки подземных вод от ионов железа и марганца в водоносном пласте используются установки типа VYREDOX (Виредокс), с помощью которых водозаборные скважины защищены от заиления: применяются односкважинные и двухскважинные установки циклического действия или многоскважинные установки постоянного действия.
Известна установка ВОДГЕО для внутрипластовой очистки подземных вод от железа, стабилизации очищенной агрессивной воды и регенерации водозаборных скважин, состоящая из узла подготовки аэрируемой воды, трубопровода подачи аэрированной воды в скважины, системы напорных трубопроводов и узла стабилизационной обработки воды (Алексеев B.C., Коммунар Г.М., Тесля В.Г. и др. Опыт внутрипластовой очистки подземных вод от железа. // Водоснабжение и санитарная техника, 1989, №5, с.14-15). Конфигурация и комплектация установки зависит от качества подземной воды, состояния распределительной сети и водозаборных скважин.
Недостатком аналога является то, что такая установка служит для защиты только точечных источников водоснабжения (вертикальных скважин) и не может использоваться для защиты от заиления нерастворимыми соединениями железа и марганца линейных дренажных конструкций гидротехнических сооружений, а также линейных дренажных систем защиты жилых и промышленных территорий от подтопления.
Известна установка Виредокс-1, разработанная шведской фирмой VYR-METODER АВ, состоящая из нескольких кустов специализированных скважин наливных и эксплуатационных, наливные скважины используются для подачи в пласт аэрированной воды, эксплуатационные скважины - для отбора очищенной подземной воды, в центре каждого куста специализированных скважин находится эксплуатационная скважина, вокруг которой в радиусе от 5 до 30 м располагается до 6 наливных скважин (Кулаков В.В., Сошников Е.В., Чайковский Г.П. Обезжелезивание и деманганация подземных вод. Учебное пособие. - Хабаровск: ДВГУПС, 1998, с.32). Все скважины работают в постоянном режиме. Часть воды, забираемой эксплуатационными скважинами, по системе трубопроводов подается на оксигенератор, в качестве которого используется аэрационное устройство, и после него по трубопроводам аэрированная (обогащенная кислородом) вода подается в наливные скважины, остальная очищенная вода из эксплуатационной скважины подается потребителю.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого технического решения.
Недостатком прототипа является то, что данная установка служит для защиты только точечных источников водоснабжения (вертикальных скважин) и не может использоваться для защиты от заиления нерастворимыми соединениями железа и марганца линейных дренажных конструкций гидротехнических сооружений, а также линейных дренажных систем защиты жилых и промышленных территорий от подтопления.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении эффективности работы и срока службы линейных дренажных конструкций, предотвращении или минимизации процессов кольматажа линейных элементов дренажа грунтовых плотин и застраиваемых площадей в условиях дренирования вод с повышенным содержанием ионов железа и марганца, в предотвращении загрязнения водных объектов в местах точечных сбросов дренажных вод. Для достижения указанного технического результата в системе кислородной завесы для защиты дренажа, содержащей аэрационную установку, подключенную по системе трубопроводов к нагнетательным скважинам, установленным в дренируемый пласт в зонах протекания грунтовых железо-марганцевых вод на расстоянии 10-30 м от защищаемого дренажа и подающим обогащенную кислородом воду в водоносный дренируемый пласт, нагнетательные скважины объединены в группы и установлены в шахматном порядке вдоль защищаемого линейного дренажа выше него по разгрузке потока грунтовых вод, по защищаемому линейному дренажу происходит отвод очищенной дренируемой воды, причем каждая группа нагнетательных скважин подключена к отдельной аэрационной установке, с которой соединены дренажные колодцы для периодического отбора части грунтовых вод, очищенных от ионов железа и марганца в зоне кислородной завесы и обогащения их кислородом с дальнейшей подачей аэрированной воды в нагнетательные скважины.
Отличительными признаками предлагаемой системы кислородной завесы для защиты дренажа от указанного выше прототипа являются установление нагнетательных скважин в шахматном порядке вдоль защищаемого линейного дренажа, периодический отбор части очищенной от ионов железа и марганца воды из дренажных колодцев, соединенных с аэрационной установкой, с дальнейшей подачей аэрированной воды в нагнетательные скважины и отводом очищенных дренажных вод по системе защищаемого линейного дренажа.
Благодаря наличию этих признаков данная система включает несколько групп нагнетательных скважин, причем каждая группа подключена по системе трубопроводов к собственной аэрационной установке, количество групп определяется протяженностью защищаемого линейного дренажа. Расположение нагнетательных скважин в шахматном порядке позволяет располагать нагнетательные скважины в плане с различной частотой в зависимости от необходимой степени насыщения водоносного пласта обогащенными кислородом водами. Отвод и сброс очищенных от ионов железа и марганца грунтовых вод происходит по системе защищаемого линейного дренажа гидротехнического сооружения или дренируемой площадки.
Предлагаемая система кислородной завесы для защиты дренажа иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-3.
На фиг.1 показан план установки для создания кислородной завесы.
На фиг.2 - разрез установки в перпендикулярном направлении к оси защищаемого дренажа.
На фиг.3 - схемы размещения нагнетательных скважин, обеспечивающие различную плотность кислородной завесы: а) разреженная система скважин; б) сгущенная система скважин.
Система кислородной завесы для защиты дренажа (фиг.1) содержит систему нагнетательных скважин 1, расположенных в шахматном порядке вдоль защищаемого линейного дренажа 2, линии периодического забора воды 3, соединяющие дренажные колодцы 4 защищаемого линейного дренажа 2 с аэрационными установками 5, систему трубопроводов 6, по которой аэрированная вода подается в нагнетательные скважины 1 и по ним в водоносный дренируемый пласт, вмещающий железо- и марганецсодержащие грунтовые воды 7 (фиг.2), зону осаждения (нерастворимых соединений железа и марганца) 8, очищенные (обезжелезенные и деманганированные) грунтовые воды 9, зону подачи аэрированной воды через нагнетательную скважину 10.
Система кислородной завесы для защиты дренажа работает следующим образом.
По линиям забора воды 3 часть обезжелезенной и деманганированной воды из дренажных колодцев 4 защищаемого линейного дренажа 2 периодически отбирается и подается на аэрационную установку 5, в которой происходит насыщение воды кислородом. Далее по системе трубопроводов 6 аэрированная вода подается в нагнетательные скважины 1 и поступает в водоносный дренируемый пласт, вмещающий железо- и марганецсодержащие грунтовые воды 7. В результате интенсивное окисление железа и марганца протекает вне зоны дренажа, нерастворимые соединения этих элементов откладываются в порах грунта в зоне осаждения и в защищаемый линейный дренаж 2 поступают очищенные грунтовые воды 9. Отвод и сброс очищенных от ионов железа и марганца грунтовых вод 9 происходит по системе защищаемого линейного дренажа 2.
Нагнетательные скважины 1, расположенные в шахматном порядке (фиг.3), объединены в группы и по системе трубопроводов 6 каждая группа подключена к (отдельной) аэрационной установке 5.
Расположение нагнетательных скважин в шахматном порядке позволяет обеспечить требуемую плотность кислородной завесы. Увеличение кислородного насыщения грунта на защищаемом участке дренажа достигается изменением количества нагнетательных скважин в линиях кислородной завесы. Крайней позицией шахматного размещения является однорядная установка нагнетательных скважин.
Количество скважин в группе определяется из соотношения транспортируемой по защищаемому линейному дренажу 2 очищенной грунтовой воды 9 и ее количества, необходимого для подачи в водоносный дренируемый пласт через нагнетательные скважины 1, количество групп этих скважин 1 определяется протяженностью защищаемого дренажа.
Предлагаемая система кислородной завесы для защиты дренажа позволяет существенно увеличить срок службы дренажных конструкций за счет предотвращения их кольматажа нерастворимыми соединениями железа и марганца и предотвратить экологический ущерб от сосредоточенного сброса в поверхностные водные объекты дренажных железа и марганецсодержащих вод.