УСТРОЙСТВО, СИСТЕМА И СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ ТЕКУЧИХ СРЕД
DEVICE, SYSTEM AND METHOD OF PROCESSING FLUIDS

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ПАТЕНТНЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка относится к и испрашивает приоритет согласно Патентной заявке США № 13/605824, поданной 6 сентября 2012 и озаглавленной ″СИСТЕМА И СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ ВОДЫ НА СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКЕ″, которая является заявкой - частичным продолжением Патентной заявки США № 13/234019, поданной 15 сентября 2011 и озаглавленной ″УСТРОЙСТВО, СПОСОБЫ И СИСТЕМА ОБРАБОТКИ ЛИВНЕВОЙ ВОДЫ И ЖИДКИХ ОТХОДОВ″. Представленные в обеих заявках раскрытия изобретений во всей своей полноте включены в настоящий документ посредством ссылок.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники
Настоящее изобретение в основном относится к устройству, способам и системам для обработки ливневой воды и удаления осадка и взвешенных твердых веществ из воды, сбрасываемой с монтажных, строительных и других площадок, где следует избегать сброса взвешенных твердых веществ в прибрежные системы или ливневые канализации, а также, в частности, для сепарации песка, масла, биомассы и прочих наносов из воды, уменьшения количества пищевых и азотистых соединений в обработанной воде. В широком смысле, настоящее изобретение относится к устройству, способам и системам для обработки больших объемов жидких материалов, смесей, взвесей, и т.п. с целью их разделения на составные части; а также для переработки жидких материалов, смесей, взвесей и т.п. для удаления из них твердой фазы и сброса воды с меньшим количеством взвешенных твердых веществ.
Релевантный уровень техники
Современные ливневые дренажные системы перенаправляют ливневую воду в ливневой или канализационный водосток, где вода накапливается для последующей обработки и удаления или просто сбрасывается в крупные водные объекты. В этих системах ливневая вода стекает в ливневые водостоки со склонов и улиц под действием силы тяжести. Такие потоки ливневой воды могут захватывать наносы, мусор (например, бумагу, банки, окурки), биомассу (например, траву, листья, экскременты и пищевые отбросы), ил, песок, камни, масла, загрязнители, тяжелые металлы, медицинские и личные отходы (например, использованные иглы и презервативы) и другие частицы. В дополнение к этому, системы ливневой канализации могут также накапливать другую сточную воду, такую, как воду, используемую для ирригации. Ливневая вода и сточная вода может естественным образом течь сквозь почву или другой грунт, захватывая органические материалы или химикаты, такие, как растения, листья, углеводороды, нитраты или другие соединения.
Эффективная обработка ливневой воды представляет очень большой интерес. Дренажные системы обычно открываются в естественные водоемы, такие, как океаны, озера, реки, ручьи и другие похожие водные объекты. Реалистичная, низкозатратная возможность отделения антропогенных и естественных примесей и загрязнителей перед сбросом стоков в естественные водоемы поможет избежать нарушения природного экологического равновесия таких систем и защитить окружающую среду. В дополнение к этому, если ливневая вода и другие сточные воды могут быть эффективно обработаны и рециркулированы как чистая вода, или, по меньшей мере, как хозяйственно-бытовые сточные воды, то может появиться возможность использовать рециркулированную таким образом воду для водоснабжения домохозяйств.
Также существует значительная заинтересованность в обработке текучих сред для горных работ, сельского хозяйства и промышленности. Помимо обработки и очистки воды, могут представлять ценность продукты, сепарированные из текучей среды в ходе обработки. Например, сточные воды с горных разработок или ферм содержат высокие концентрации пищевых соединений, различных компонентов смазочных материалов и т.п.; из этих вод могут быть выделены минералы, которые затем можно накопить и повторно использовать или рециркулировать. В дополнение к этому, может представлять интерес рекуперация текучих сред или твердых веществ в промышленных применениях и из потоков отходов.
На монтажных и строительных площадках часто накапливаются или образуются значительные объемы ливневых стоков с высоким содержанием взвешенных твердых веществ, которые должны быть откачаны с площадки. Прибрежные и ливневые дренажные системы могут не вместить сбрасываемую текучую среду, особенно большое количество осадка, которое может в ней находиться. Для защиты окружающей среды в районе таких площадок правительственные постановления могут требовать предварительной очистки воды с площадок для снижения концентрации взвешенных твердых веществ в сбрасываемых стоках. Обычно сбрасываемая вода неопасна для окружающей среды, но может содержать гравий, грязь, песок, глину и другие взвешенные твердые вещества, которые должны быть удалены или концентрация которых должна быть уменьшена. После удаления или уменьшения концентрации взвешенных твердых веществ обработанная вода может быть пригодна для сброса в близлежащую водохозяйственную систему.
Ливневые сточные воды и грунтовые воды обычно хранятся в накопителе на площадке, который может медленно испаряться или просачиваться в окружающий грунт. Такие накопители могут переполняться и вытекать на дороги, в ручьи, на частные владения, в низины, вызывая затопление и загрязнение большим количеством осадка.
Процесс удаления взвешенных твердых веществ из больших объемов воды, хранящихся на монтажных и строительных площадках, часто называют ″водоотливом″. Обычный способ водоотлива подразумевает использование водоотливных мешков. Водоотливные мешки, также известные как грязевые мешки, мешочные фильтры, использующие силу тяжести и седиментационные фильтрующие мешки, являются попросту большими, прямоугольными фильтрующими мешками, которые наполняются из одного или нескольких источников водой, требующей обработки. Насос обычно используется для перемещения воды из накопителя в водоотливный мешок.
Вода течет внутрь мешка и проходит через стенку мешка. Стенка мешка отфильтровывает твердые частицы определенного размера. Вода просачивается сквозь поверхность мешка в окружающую среду. В сущности, водоотливные мешки представляют собой большие фильтры, которые отделяют взвешенные твердые вещества от воды. Мешок заполняется твердыми веществами и затем может утилизироваться.
Размер водоотливного мешка, подходящий для конкретного применения, обычно определяется величиной расхода и теми компонентами, которые присутствуют в предназначенной к обработке воде. Количество твердых веществ в воде может влиять на размер требуемого водоотливного мешка, так как большое количество осадка быстрее заполняет мешок и забивает поры в материале мешка. Некоторые твердые вещества наподобие глины очень быстро засоряют водоотливные мешки.
При оценке подходящего размера водоотливного мешка для конкретного применения следует учитывать, что слишком большой для данной задачи мешок является пустой тратой денег и занимает ценное пространство на площадке, тогда как слишком маленький для данной задачи мешок потребует использования нескольких водоотливных мешков, графика наблюдений и замены этих мешков, затрат времени, усилий и денежных средств на наблюдение и замену мешков.
Вдобавок к этому, переменная величина расхода и непостоянство состава компонентов в воде, выкачиваемой с площадки, могут вызвать необходимость приобретения комплекта мешков. Если желательная высокая величина расхода, может быть использован больший водоотливный мешок (например, 4,5×4,5 м, или 15×15 футов), или же могут использоваться несколько водоотливных мешков, вода в которые подается параллельно системой рукавов, либо может применяться водоотливная ″труба″, которая может достигать длины в сотни футов. Эти большие мешки и трубы громоздки, дороги и порождают большую нагрузку на поверхность вследствие массы воды и собранного осадка. Такие нагрузки могут быть пагубны грунта и других поверхностей. Поток воды через мешок (или трубу) может также приводить к непредсказуемо распространяющейся эрозии окружающей почвы.
Другая проблема, связанная с водоотливными мешками - это их одноразовость. Использование утилизируемого водоотливного мешка вредно для окружающей среды, так как мешок, с содержимым или без, обычно изготавливается из синтетического материала, который требует утилизации. В дополнение к этому, для перемещения наполненного мешка, лежащего на земле, требуется участие тяжелой техники. Переместить частично заполненный мешок без его повреждения может оказаться невозможным. Многоразовые мешки порождают трудности с транспортировкой тяжелых мешков и извлечением большого груза осадка из относительно непрочного мешка.
Непрочность водоотливного мешка также порождает проблемы. Мешок может быть проткнут или порван на строительной площадке самой поверхностью, на которой он находится, или из-за случайного контакта с оборудованием. По мере заполнения водоотливные мешки могут растягиваться для изменения опорной поверхности. Мешок, который заполнен или испытывает чрезмерное давление воды, может лопнуть. При высоких давлениях лопнувший мешок может породить опасный разлет воды и осадка.
Для водоотлива и удаления взвешенных твердых веществ при больших объемах текучей среды нужны улучшенные методы и системы.
Патент США № 7311818 (патентообладатель Гарфинкел -Gurfinkel) описывает подход, при котором блок сепарации воды имеет внутренний и внешний кожухи для сбора ливневой воды. Ливневая вода поступает во внутренний кожух, где предполагается проведение сепарации воды и наносов. Последовательность полых труб соединяет внутренний кожух с внешним кожухом для обеспечения проникновения жидкости внутрь, накопления ее во внешнем кожухе и отвода жидкости из блока через сеть сливных труб. Первая проблема данного подхода - возможное забивание труб наносами. Другая проблема заключается в том, что большая часть ила и песка не накапливается в трубах во внутреннем кожухе; напротив, ил и песок текут по трубам, могут втягиваться сливную трубу и покидать внешний кожух.
Патент США № 7846327 (патентообладатель Хэппел - Happel), запущенный в производство как Nutrient Separating Baffle Box от компании Suntree Technologies описывает подход, при котором короб для фильтрации ливневой воды снабжен фиксированной корзиной для сбора наносов и плавающим сепаратором, который задерживает в коробе плавающий мусор, проскользнувший через сетку корзины. Плавающий сепаратор располагается внутри короба между впускным и выпускным патрубками, поднимается и опускается вместе с уровнем воды в коробе. Ливневая вода направляется через корзину к плавающему сепаратору, где собираются плавающие наносы. Одна проблема этого подхода - возможность поломки или заклинивания движущихся частей, которые совершенно необходимы для обеспечения движения сепаратора. Другая проблема - плавающие наносы продолжают контактировать со сточными водами, из-за чего начинается разложение наносов.
Патент США № 7857966 (правообладатель Дьюрен - Duran) описывает подход, при котором впускное устройство для ливневой воды снабжено впускной и выпускной трубами, расположенными на одном уровне, где сточные воды текут непосредственно через улавливающую чашу. Устройство включает в себя колпак и балку с защитным экраном, которые прикреплены к внутренней стенке чаши над выпускной трубой. Сточные воды текут под колпаком и балкой и вытекают через выпускную трубу. За время прохождения воды по устройству осадок, который тяжелее воды, опускается на дно чаши, тогда как наносы, которые легче воды, плавают на поверхности сточных вод внутри чаши. Проблема здесь заключается в том, что закрытый колпак препятствует движению воздуха, в результате чего формируется сифон, который понижает уровень сточных вод и способен затянуть плавающие наносы, снижая, таким образом, производительность устройства. Кроме того, наносы продолжают контактировать со сточными водами и начинают разлагаться.
Патент США № 7780855 (патентообладатель Эберли - Eberly) описывает подход к системе обработки ливневой воды. Блок обработки соединен с контрольной камерой, через которую течет текучая среда. Текучая среда отклоняется контрольным разделителем и направляется по впускной трубе в блок для обработки и возвращается по выпускной трубе. Если поток текучей среды превышает вместимость впускной трубы, излишки текучей среды текут поверх контрольного разделителя в выпускную трубу контрольной камеры. Одна проблема заключается в том, что данный подход малопригоден для модифицированных применений из-за недостаточной разницы в положении впускной и выпускной труб в контрольной камере. Другая проблема заключается в отсутствии разделения по различным типам наносов, то есть разделения на биомассу, углеводороды, ил, песок и т.д.; все смешано и потенциально токсично.
Патентная публикация США № 10/430170 (Питерс (Peters) и др.) описывает систему удаления примесей из ливневой воды. Ливневая вода течет через технологическую камеру, которая содержит последовательность вертикальных перегородок, выступающих сверху, снизу и с боков камеры. Ливневая вода течет сквозь камеру, обтекая перегородки, и наносы задерживаются на дне камеры, а также фильтрами, находящимися в промежутках между перегородками и камерой. Одна проблема здесь - вся фильтрация производится в воде; таким образом, наносы остаются в контакте с водой, из-за чего начинают разлагаться. Дополнительная проблема данного подхода - все наносы собираются на дне камеры, ограничивая возможности камеры по сбору наносов. Другая проблема - относительно маленькие промежутки между перегородками и камерой могут легко забиваться наносами.
Существует дополнительная потребность в эффективных, экономичных устройстве, способах и системах для сепарации ливневой воды, рабочих текучих сред, смазочных материалов, охладителей, сточных вод и т.п., способных отделить твердые вещества, углеводороды, примеси и загрязнители, а также повторно использовать и рециркулировать желаемые компоненты.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, изобретение направлено на устройство, способы и системы обработки ливневой воды и других текучих сред с примесями в жидкой и твердой фазе.
Задачей варианта реализации изобретения является предоставление устройства для эффективного отделения наносов, биомассы, ила, песка, углеводородов и пищевых соединений от ливневой воды. Дополнительная задача включает в себя эффективное отделение биомассы из накопленных опасных загрязнителей, в результате чего биомасса обрабатывается как обычный мусор, а не как опасные отходы.
Другой задачей варианта реализации изобретения является предоставление автономного устройства для обработки ливневой воды, которое обеспечивает простоту установки и обслуживания. Дополнительной задачей является предоставление устройства, которое компактно, легко устанавливается на городской улице с имеющейся дренажной магистральной линией, легко устанавливается в зоне с высоким уровнем грунтовых вод и с мелкими системами ливневой канализации.
Еще одной задачей варианта реализации изобретения является предоставление системы обработки ливневой воды, которая способна отводить воду с линии во избежание затопления блока обработки в условиях переполнения. Дополнительная задача включает в себя систему, которая не вбрасывает собранные загрязнители обратно в ливневую канализацию. Еще одной дополнительной задачей является предотвращение обратного смыва и выброса на дороги и прочую собственность наносов, считающихся опасными для здоровья: бактерий, мертвых грызунов и др.
Дополнительной задачей варианта реализации изобретения является предоставление устройства и системы обработки текучей среды для отделения смазочных материалов, охлаждающих текучих сред, промышленных текучих сред, сельскохозяйственных текучих сред, горнопромышленных текучих сред и т.п.
Еще одной дополнительной задачей варианта реализации изобретения является предоставление устройства и системы обработки текучей среды без движущихся деталей.
Еще одной дополнительной задачей варианта реализации изобретения является предоставление системы обработки текучей среды, которая не требует использования химикатов или добавок любого рода.
Другой задачей варианта реализации изобретения является предоставление устройства обработки текучей среды, способов и систем обработки текучей среды с твердофазными примесями.
Другой задачей варианта реализации изобретения является предоставление передвижного устройства обработки текучей среды, способов и систем обработки текучей среды с твердофазными примесями.
Другой задачей варианта реализации изобретения является предоставление системы обработки текучей среды для эффективного отделения наносов, биомассы, ила, песка и других твердых веществ от сбрасываемой текучей среды.
Другой задачей варианта реализации изобретения является предоставление устройства обработки жидкости для текучей среды, смешанной с твердыми веществами, причем это устройство является автономным, компактным, передвижным, простым в установке, извлечении и обслуживании.
Другой задачей варианта реализации изобретения является предоставление системы обработки взвешенных твердых веществ, которая отделяет взвешенные твердые вещества от воды посредством осаждения под действием силы тяжести.
Дополнительные признаки и преимущества вариантов реализации изобретения будут изложены в нижеследующем описании и будут очевидны из письменного описания и формулы изобретения в настоящем документе, а также из прилагаемых чертежей.
Согласно особенности варианта реализации изобретения блок обработки ливневой воды и текучей среды содержит сепарационный контейнер, соединенный с впускной трубой и выпускной трубой, стенку с открытым верхним и нижним пространством, расположенную внутри контейнера между впускной трубой и выпускной трубой, проволочную сетку под впускной трубой, сливную трубу, идущую вниз от выпускной трубы, и вентиляционную трубу, соединенную с выпускной трубой. Согласно другой особенности варианта реализации изобретения сливная труба содержит трубопровод. В дополнительной особенности варианта реализации изобретения трубопровод содержит трубный контур с вырезом на верхней стороне нижнего участка кольца.
Согласно особенности варианта реализации изобретения, блок обработки ливневой воды или текучей среды отделяет ливневую воду или другие текучие среды от наносов по их плотности относительно основной жидкой фазы. Текучая среда поступает в блок из впускной трубы и течет в резервуар текучей среды, под стенкой, которая вдается в резервуар, а затем вытекает по выпускной трубе, расположенной ниже уровня впускной трубы. Блок включает в себя собирающую крупные наносы проволочную сетку под впускной трубой и вентиляционную трубу, соединенную с выпускным отверстием во избежание возникновения разрежения в выпускной трубе.
Согласно другой особенности варианта реализации изобретения система обработки ливневой воды и текучей среды содержит две дренажные поточные камеры, сочлененные посредством дренажной магистральной линии, блок обработки текучей среды, сочлененный с двумя дренажными поточными камерами впускной трубой и выпускной трубой соответственно, и перегородку во впускной дренажной поточной камере, причем высота перегородки не превышает высоты расположения верха впускной трубы.
Согласно особенности варианта реализации изобретения система обработки ливневой воды и текучей среды осуществляет отведение ливневой воды или других текучих сред от дренажной магистральной линии в блок обработки ливневой воды или текучей среды. Блок обработки текучей среды сочленен посредством, соответственно, впускной и выпускной трубы с двумя дренажными поточными камерами, расположенными вдоль дренажной магистральной линии. Впускная дренажная поточная камера снабжена перегородкой, которая отводит поток текучей среды из магистральной линии в блок. Если вместимость блока исчерпана, перегородка позволяет избыткам текучей среды течь по существующей магистральной линии.
Согласно дополнительной особенности варианта реализации изобретения, система обработки ливневой воды включает в себя первую и вторую поточные камеры, связанные соединительной дренажной магистральной линией, причем впускная дренажная магистральная линия сочленяется с первой камерой, выпускная дренажная магистральная линия сочленяется со второй камерой; блок обработки ливневой воды сочленен с первой камерой посредством впускной трубы, а со второй камерой - посредством выпускной трубы, при этом первая камера содержит перегородку высотой не более высоты расположения верха впускной трубы в первой камере. Система обработки ливневой воды может дополнительно содержать превентор противотечения; впускная дренажная магистральная линия, соединительная дренажная магистральная линия и выпускная дренажная магистральная линия могут иметь одинаковый уклон; впускная дренажная магистральная линия, соединительная дренажная магистральная линия и выпускная дренажная магистральная линия могут быть коллинеарными.
Согласно другой особенности варианта реализации изобретения, способ переоборудования существующей жидкостной магистральной линии или ливневой магистральной линии включает в себя этапы замены первой секции магистральной линии на первую камеру, замены второй секции магистральной линии на вторую камеру, лежащую ниже по течению и отделенную от первой камеры; и установки блока обработки текучей среды, сочлененного с первой камерой посредством впускной трубы, а со второй камерой - посредством выпускной трубы; при этом первая камера содержит перегородку высотой не более высоты расположения верха впускной трубы в первой камере. Превентор противотечения может быть также установлен в выпускной трубе или второй камере. Блок обработки текучей среды может являться блоком обработки текучей среды согласно варианту реализации изобретения, блоком обработки ливневой воды согласно варианту реализации изобретения, либо иным блоком обработки текучей среды или ливневой воды.
Согласно еще одной дополнительной особенности варианта реализации изобретения, передвижное устройство обработки текучей среды, предназначенное для обработки впускной текучей среды, включает в себя контейнер, соединенный с впускной трубой и выпускной трубой, в котором выпускная труба расположена ниже впускной трубы контейнера; стенку внутри контейнера между впускной трубой и выпускной трубой; при этом стенка отграничивает верхнее пространство между верхней частью стенки и верхом контейнера; при этом стенка отграничивает нижнее пространство между нижней частью стенки и нижней внутренней поверхностью контейнера; при этом стенка отграничивает первая внутренняя секция контейнера со стороны впуска контейнера; и при этом стенка отграничивает вторую внутреннюю секцию контейнера со стороны выпуска контейнера; коллектор в первой внутренней секции, расположенной ниже уровня впускной трубы; сливную трубу, идущую вниз от выпускной трубы внутри контейнера; и вентиляционную трубу, идущую вверх от выпускной трубы.
Согласно еще одной особенности варианта реализации изобретения, передвижное устройство обработки текучей среды для обработки впускной текучей среды со взвешенными в ней твердыми веществами включает в себя емкость с передней, задней, правой, левой сторонами, дном и съемным верхом; при этом емкость содержит множество осаждающих блоков; при этом каждый осаждающий блок включает в себя контейнер, соединенный с впускной трубой и выпускной трубой, причем выпускная труба располагается в контейнере ниже уровня впускной трубы; стенку внутри контейнера между впускной и выпускной трубой; при этом стенка отграничивает верхнее пространство между верхней частью стенки и верхом контейнера; при этом стенка отграничивает нижнее пространство между нижней частью стенки и нижней внутренней поверхностью контейнера; при этом стенка отграничивает первую внутреннюю секцию контейнера со стороны впуска контейнера; и при этом стенка отграничивает вторую внутреннюю секцию контейнера со стороны выпуска контейнера; коллектор в первой внутренней секции, расположенной ниже уровня впускной трубы; сливную трубу, идущую вниз от выпускной трубы внутри контейнера; и вентиляционную трубу, идущую вверх от выпускной трубы.
Согласно дополнительному варианту реализации изобретения, способ обработки впускной воды с примесями твердых веществ включает в себя следующие этапы: впускная вода направляется во впускную трубу блока обработки, впускная вода отражается для растекания по горизонтальному коллектору, твердые вещества собираются в горизонтальном коллекторе, горизонтальный поток впускной воды блокируется с помощью внутренней стенки, расположенной на уровне впускной трубы внутри блока обработки, впускная вода течет под внутренней стенкой и далее наверх в выпускную трубу, расположенную ниже уровня впускной трубы, впускная вода течет во впускную трубу второго блока обработки.
Следует учесть, что изобретение описано в связи с его подробным описанием, однако содержащиеся в настоящем документе описания предназначены для иллюстрирования и не ограничивают объем изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 содержит ряд чертежей блока обработки ливневой воды согласно варианту реализации изобретения. Фиг. 1А показывает вид блока сверху. Фиг.1В изображает блок спереди. Фиг.1С показывает вид блока сбоку.
Фиг.2 содержит ряд чертежей системы обработки ливневой воды согласно варианту реализации изобретения. Фиг.2А изображает систему сверху. Фиг.2В показывает вид системы сбоку.
Фиг.3 изображает впускную дренажную поточную камеру для системы обработки ливневой воды согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.4 является чертежом системы обработки ливневой воды согласно другому варианту реализации изобретения.
Фиг.5 является чертежом блока обработки текучей среды согласно другому варианту реализации изобретения.
Фиг.6 является чертежом блока обработки текучей среды с альтернативным трубопроводом согласно другому варианту реализации изобретения.
Фиг. 7 является чертежом альтернативного трубопровода для блока обработки текучей среды согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.8 является чертежом внешнего бокового вида системы обработки текучей среды, согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.9 является чертежом местного вида сверху системы обработки текучей среды согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.10 является чертежом поперечного сечения системы обработки текучей среды согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.11 является чертежом вида сверху крышки для верхней части системы обработки текучей среды согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.12 является чертежом поперечного сечения системы обработки текучей среды параллельно передней стенке системы согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.13 является чертежом внешнего вида задней стенки системы обработки текучей среды согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.14 является чертежом щита снижения скорости согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.15 является чертежом поперечного сечения блока обработки текучей среды между задерживающей наносы стенкой и задней стенкой согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.16А является чертежом сливной трубы между блоками обработки текучей среды согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.16В является чертежом экранирующей перемычки в сливной трубе согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.17А является чертежом верхнего коллектора согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.17В является чертежом поперечного сечения верхнего коллектора согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.17С является чертежом вида верхнего коллектора в перспективе согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.18А является чертежом среднего коллектора согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.18В является чертежом поперечного сечения среднего коллектора согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.18С является чертежом вида среднего коллектора в перспективе согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.19А является чертежом нижнего коллектора согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.19В является чертежом поперечного сечения нижнего коллектора согласно варианту реализации изобретения.
Фиг.19С является чертежом вида нижнего коллектора в перспективе согласно варианту реализации изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ
Ниже подробно и со ссылками на сопроводительные чертежи описаны варианты реализации настоящего изобретения, которые приводятся исключительно с иллюстративными целями и нисколько не ограничивают изобретение, определяемое в пунктах приложенной формулы изобретения и в их эквивалентах. Описания хорошо известных функций и конструкций опущены для ясности и краткости. Чертежи иллюстрируют особенности примеров реализации изобретения и выполнены без соблюдения масштаба.
Фиг. 1 изображает блок обработки ливневой воды согласно варианту реализации изобретения. Фиг. 1А, 1В и 1С показывают виды блока сверху, спереди и сбоку соответственно.
Блок 100 обработки ливневой воды находится в контейнере 101. Предпочтительные размерности контейнера составляют 180 см в длину, 210 см в ширину, 250 см в высоту (6′×7′×8′4″), контейнер изготавливается из влагонепроницаемого бетона, толщина стенок составляет 15 см (6″). Размерности контейнера могут меняться в зависимости от применения, контейнер может изготавливаться из других подходящих материалов, таких как металл или пластмасса. Внутренняя часть контейнера образует камеру 150.
Контейнер 101 имеет три отверстия, ведущие в камеру 150: входное отверстие 110, выходное отверстие 120 и служебное отверстие 105. Входное отверстие 110 помещается на одной стороне камеры 150, имеет предпочтительный диаметр 30 см (12″) и сочленяется с соответствующей по размеру трубой 111. Выходное отверстие 120 помещается на противоположной стороне камеры 150, имеет предпочтительный диаметр 30 см (12″) и также сочленяется с соответствующей по размеру трубой 121. Служебное отверстие 105, предпочтительно в форме люка, находится предпочтительно в верхней части контейнера 101 и закрывается крышкой. Предпочтительный материалы для труб - ПВХ, металл или другие типы материалов, пригодные для использования с текучими средами и предполагаемыми примесями. Входное отверстие 110, выходное отверстие 120, трубы 111 и 121 могут иметь другие подходящие размеры в зависимости от объемов текучей среды и величин расхода.
В предпочтительном варианте реализации входное отверстие 110 расположено приблизительно на пять дюймов выше выходного отверстия 120. Входное отверстие 110 и выходное отверстие 120 расположены, таким образом, на примерно одинаковой высоте, что позволяет устанавливать блок без заглубления в местах с высоким уровнем грунтовых вод, где невозможно поддерживать большую разницу в высоте расположения между входным отверстием 110 и выходным отверстием 120.
Выпускная труба 121 проходит через выходное отверстие 120 и сгибается вниз в направлении нижней части камеры 150 в контейнере 101. Впускное отверстие 122 трубы 121 направлено вниз в направлении нижней части камеры 150. Выпускная труба 121 отделена от камеры 150 стенкой 140. Стенка 140 предпочтительно тянется от вышерасположенного выходного отверстия 120 до места посередине между выходным отверстием 120 и нижней частью камеры 150, что позволяет жидкости в камере 150 течь в трубу 121. Впускное отверстие 122 расположено на уровне или выше нижней оконечности стенки 140. Необязательной возможностью является перфорация участков выпускной трубы 121 ниже выходного отверстия 120, что позволяет жидкости проходить в трубу 121 через ее стенки для дополнительного рассеивания тяги жидкости.
Если выпускное отверстие 123 трубы 121 расположено ниже уровня 160 воды (что обычно предполагается для обеспечения потока через трубу 121), поток воды в трубе 121 может сформировать сифон, который понизит уровень 160 воды в камере 150 до высоты расположения впускного отверстия 122 выпускной трубы 121. Вентиляционная труба 130 соединяется с выпускной трубой 121 и проходит вверх от последней. Вентиляционная труба 130 обеспечивает поток воздуха в трубе 121 во избежание формирования сифона при потоках большого объема. В качестве альтернативы труба 121 может иметь перфорацию ниже уровня 160 воды для обеспечения потока воздуха, а также для уменьшения или предотвращения сифонного эффекта в случае, если уровень 160 воды упадет ниже выходного отверстия 120.
Между верхней частью стенки 140 и верхней частью камеры 150 имеется пространство, обеспечивающее поток воздуха вблизи вентиляционной трубы 130 и предотвращающий сифонный эффект. Стенка 140 дополнительно служит физическим барьером, защищающим трубу 121 от давления впускной воды и наносов, которые поступают из впускной трубы 111. Стенка 140 предпочтительно выполнена из нержавеющей стали, пластмассы или другого материала, пригодного для использования с предполагаемыми текучими средами и примесями.
Проволочная сетка 171 расположена под впускной трубой 111 и предпочтительно над самой низкой частью выходного отверстия 120. Вследствие выравнивания давлений уровень 160 воды обычно совпадает с уровнем нижней части выходного отверстия 120, так как повышенный уровень воды приводит к ее вытеканию из выпускной трубы 121. Проволочная сетка 171 предпочтительно располагается над линией 160 воды и отделяет крупные наносы из входного потока ливневой воды. Проволочная сетка 171 предпочтительно представляет собой металлическую решетку или проволочную сетку с отверстиями, подходящими по размеру для задерживания наносов из входной текучей среды в верхней части проволочной сетки и пропускания мелкого наноса, частиц и текучей среды. Проволочная сетка 171 собирает листья и другие крупные скопления биомассы выше уровня воды, а также предотвращает впитывание собранными наносами жидкости в камере 150 или плавание собранных наносов на уровне 160 воды. Благодаря задерживанию биомассы за пределами объема воды, на проволочной сетке 171, замедляется процесс разложения этой биомассы и уменьшается смывание нитрата аммония, других нитратов и других компонентов органических веществ. Благодаря удерживанию мусора и других крупных наносов на проволочной сетке 171, за пределами объема воды, снижается смывание химикатов, примесей и загрязнителей в воду.
В предпочтительном режиме функционирования блока 100 обработки ливневой воды впускная вода течет в камеру 150 из впускной трубы 111 сбоку, втекает в объем воды в камере 150 и вытекает из камеры 150 через выпускную трубу 121. Камера 150 предпочтительно заранее заполняется водой до уровня выше впускного отверстия 122. Впускная вода, которая происходит из ливневой воды, стоков или других источников, содержит в различных количествах наносы, биомассу или другие твердые, полутвердые и зернистые вещества. К этим веществам относятся компоненты тяжелее воды, такие, как песок и металлы, и компоненты легче воды, такие, как пластмассы, жиры, смазочные материалы и другие углеводороды. Блок 100 обработки ливневой воды разделяет компоненты загрязненной воды по их плотности. Когда впускная вода течет через проволочную сетку 171, тяжелые компоненты оседают в низу камеры 150; легкие компоненты плавают поверх линии 160 воды как плавающие наносы 165.
Если смазочный материал или другой нефтепродукт проникает в блок как часть плавающих наносов 165, смазочный материал действует как покрытие, уменьшающее или вовсе прекращающее поток воздуха (например, кислорода) в накопившейся внутри блока текучей среды и, таким образом, тормозит рост бактерий, водорослей и т.п. в накопившейся текучей среде. Такое замедление роста микроорганизмов удлиняет цикл технического обслуживания блока и снижает угрозу для окружающей среды и здоровья обслуживающего персонала.
За счет высоты нижнего конца стенки 140 жидкое вещество из срединной секции камеры 150 втягивается во впускное отверстие 122. За счет процесса разделения втянутое во впускное отверстие 122 жидкое вещество содержит меньше легких и тяжелых компонентов, чем первоначальная ливневая вода. Стенка 140 предпочтительно расположена достаточно высоко для того, чтобы предотвратить втягивание осадка (не показан) из нижней части камеры 150 в трубу 121.
Что касается обслуживания, то блок 100 обработки ливневой воды очищается периодически, в зависимости от своей вместимости, объема обработанной ливневой воды и уровней загрязненности. Сухие листья, прочая биомасса и мусор могут собираться с проволочной сетки 171. Плавающие наносы 165, такие, как смазочные материалы и жиры, могут быть сняты с поверхности воды, находящейся на уровне 160. Собранный осадок может быть удален из нижней части камеры 150 вакуумной очисткой или иным способом. Факультативно вакуумная очистка может использоваться для собирания других порций жидкого вещества в камере 150. Открытая и модульная конструкция блока 100 обеспечивает простое обслуживание и очистку блока.
Согласно Фиг. 1А, в варианте реализации выпускная труба 121 предпочтительно является трубопроводом, который состоит из двух или более труб, идущих вниз в камеру 150. Трубы трубопровода могут быть расположены таким образом, чтобы принимать рассеянную тягу из различных мест камеры 150. Такое расположение помогает уменьшить втягивание накопленного осадка из нижней части камеры 150 в трубу 121, а также выровнять распределение накопленного осадка, в отличие от случаев применения единичного центрального впускного отверстия выпускной трубы. В другом варианте реализации изобретения применяется единичное центральное впускное отверстие выпускной трубы.
В другом варианте реализации изобретения отражатель (не показан) располагается под впускной трубой 111 выше проволочной сетки 171. Поступающая ливневая вода стекает на отражатель и разбрызгивается. Отражатель помогает замедлить вытекание впускной воды из трубы 111 и предотвращает глубокое погружение впускной воды, которое способно продавить материалы сквозь проволочную сетку 171 и вызвать сильное завихрение, нарушающее отложение осадка в нижней части камеры 150. В другом варианте реализации изобретения отражатель может представлять собой разбрызгивающую панель, которая отклоняет поток воды и разносит воду по длине и ширине камеры. Для обычного специалиста в данной области техники будут очевидны многочисленные другие отражающие воду конфигурации, прикрепленные к впускной трубе 111 или расположенные в потоке впускной воды.
В предпочтительном варианте реализации изобретения коллекторы 172 и 173 расположены под проволочной сеткой 171. Коллекторы 172 и 173 выполнены предпочтительно из нержавеющей стали и снабжены пазами, благодаря которым коллекторы имеют пильчатый профиль, что сдерживает напор впускной воды в камеру 150 и помогает накапливать осадок. Коллекторы 172 и 173 увеличивают площадь поверхности, контактирующей с впускной водой, и могут быть угловыми, текстурированными, намагниченными, нести на себе покрытие или иметь профиль другого вида, способствующий накоплению некоторых материалов. В предпочтительном варианте реализации глубина пазов коллектора 172 составляет 10 см (четыре дюйма), а глубина пазов коллектора 173 составляет 30 см (двенадцать дюймов). В качестве альтернативы, коллекторы 172 и 173 могут включать в себя выступы, образующие определенный рисунок, которые порождают завихрения для накопления некоторых материалов, таких, как используемые при добыче полезных ископаемых. Коллекторы 172 и 173 также могут быть намагничены для сборки некоторых металлов. В дополнительном варианте реализации изобретения (не показан) коллекторы 172 и 173 размещаются выше линии 160 воды. В еще одном дополнительном варианте реализации изобретения множественные уровни коллекторов 172 и 173 используются для каскадирования впускной воды. Высота расположения коллекторов 172 и 173 может регулироваться.
Факультативно коллектор 155 размещается в нижней части камеры 150 и накапливает осадок примерно так же, как это делают коллекторы 172 и 173. Коллектор 155 также выполнен предпочтительно из нержавеющей стали и снабжены пазами, благодаря которым коллектор имеет пильчатый профиль. Коллектор 155 имеет увеличенную площадь поверхности, контактирующей с текущей текучей средой, и может быть угловым, текстурированным, намагниченным, нести на себе покрытие или иметь профиль другого вида, способствующий накоплению некоторых материалов из текучей среды. Глубина пазов коллектора 155 предпочтительно составляет 5 см (два дюйма).
Также факультативно в нижних углах камеры 150 помещаются блоки-заполнители 158. Блоки-заполнители 158 придают такую форму нижней части камеры 150, которая способствует ослаблению завихрений в потоке воды, дополнительно повышает эффективность сбора осадка и увеличивает расстояние между скопившимся в нижней части камеры 150 осадком и впускным отверстием 122.
В дополнительном варианте реализации изобретения позиция или размерности стенки 140 являются настраиваемыми, служат для регулировки потока воды во впускное отверстие 122 и регулировки эффективности процесса обработки, либо для извлечения воды с различных уровней внутри камеры 150 - то есть, ближе к уровню 160 воды или ближе к нижней части камеры 150. В другом варианте реализации изобретения стенка 140 перфорирована для обеспечения выборочного извлечения с различных уровней внутри камеры 150. Еще в одном варианте реализации изобретения (не показан) впускное отверстие 122 и вентиляционная труба 130 отсутствуют, вследствие чего выпускная труба 121 располагается вровень с выходным отверстием 120 для извлечения текучей среды из камеры 150 через перфорированную стенку. Различные уровни текучей среды в камере 150 могут быть извлечены в зависимости от расположения перфораций в стенке.
Фиг. 2 изображает систему обработки ливневой воды согласно другому варианту реализации изобретения. Фиг. 2А содержит вид системы сверху, а Фиг. 2В - вид системы сбоку.
Система 200 обработки ливневой воды может быть сооружена для модификации существующей магистральной дренажной линии, включающей в себя магистральный впуск 201 и магистральный выпуск 202. В примере варианта реализации изобретения к существующей магистральной дренажной линии добавляются камеры дренажного стока 280 и 290, а также блок 270 обработки ливневой воды. Вид системы сбоку, представленный на Фиг. 2В, не показывает существующую магистральную линию для упрощения изображения. Система 200 имеет преимущество - возможность немагистрального функционирования параллельно существующей магистральной дренажной линии.
Камера 280 включает в себя перегородку 281, которая содержит короткую наклонную стенку для отведения потока из впускной трубы 201 в соединительную трубу 271. Соединительная труба 271 соединяет камеру 280 с блоком 270 обработки. Соединительная труба 272 соединяет блок 270 обработки с камерой 290. Стандартный превентор 291 противотечения предпочтительно находится в сочленении трубы 272 и камеры 290, либо рядом с этим сочленением. Блок 270 обработки может иметь стандартную конструкцию или конструкцию согласно настоящему изобретению (показана).
При функционировании системы 200 впускная вода из впускной трубы 201 магистральной линии отводится перегородкой 281 в трубу 271 и далее внутрь блока 270 обработки ливневой воды. Вода обрабатывается в блоке 270 и возвращается в камеру 290 по трубе 272. Обработанная вода течет из камеры 290 в выпускную трубу 202 магистральной линии. Превентор 291 противотечения уменьшает или предотвращает возврат выпускной воды в блок 270 обработки ливневой воды по выпускной трубе 272.
В предпочтительном варианте реализации изобретения камеры 280 и 290 расположены на одной линии с соответствующими им коллекторами 282 и 292 на дне камер. Коллекторы 282 и 292, схожие с коллекторами 172, 173 и 155 на Фиг.1, предпочтительно выполнены из нержавеющей стали и снабжены пазами для придания им пильчатого профиля, предназначенного для сбора осадка. Коллекторы 282 и 292 предпочтительно ориентированы пильчатым профилем перпендикулярно потоку воды, например, коллинеарно с трубой 271 для коллектора 282 и с трубой 202 для коллектора 290, что обеспечивает максимальный сбор осадка. Коллекторы 282 и 292 могут также нести на себе покрытие, могут быть текстурированы или намагничены, или же могут использовать профили другой формы для сбора некоторых материалов. Пазы коллекторов 282 и 292 имеют глубину предпочтительно 5 см (два дюйма).
Фиг.3 изображает дренажную потоковую камеру для системы обработки ливневой воды согласно варианту реализации изобретения.
Дренажная потоковая камера 380 соединена с впускной трубой 301 от существующей дренажной магистральной линии, выпускной трубой 303 к существующему дренажному трубопроводу, и трубой 371 к блоку 370 обработки ливневой воды. Перегородка 381 в камере 380 перенаправляет обычный поток впускной воды из впускной трубы 301 в трубу 371 к блоку обработки воды. Избыток впускной воды проходит над перегородкой 381 к выпускной трубе 303. Перегородка 381 предпочтительно выполнена из бетона толщиной 15 см (6 дюймов) или из бетонных блоков, но может также сооружаться из других пригодных материалов с другими размерностями. В предпочтительном варианте реализации перегородка 381 имеет высоту не более, чем высота расположения верхней части трубы 371, а коллектор 382 располагается на дне камеры 380.
При функционировании впускная вода поступает в дренажную потоковую камеру 380 из впускной трубы 301, перегородка 381 перекрывает воде доступ в выпускную трубу 303 и вода перенаправляется по трубе 371 для обработки в блок 370 обработки ливневой воды. Если в блоке 370 обработки ливневой воды начинается переполнение, при котором уровень воды в трубе 371 поднимается к верхней части трубы, уровень воды в камере 380 поднимается до верха перегородки 381 и избыточная впускная вода течет через верх перегородки 381 в выпускную трубу 303 дренажной магистральной линии. Камера 380 с перегородкой 381 эффективно действует как система предотвращения переполнения для блока 370. Предотвращение переполнения в блоке 370 обработки ливневой воды является важной особенностью системы, так как переполнение может привести к сливу скопившихся в блоке мусора, осадка, примесей, загрязнителей и т.п. обратно из блока в дренажную систему, что снижает или сводит на нет производительность блока. В качестве альтернативы предусмотрено следующее: если непредвиденный объем ливневой воды, превышающий вместимость трубы 371, поступает через впускную трубу 301, уровень воды в камере 380 поднимается и избыточный поток переливается через перегородку 381 в выпускную трубу 303.
Фиг.4 изображает систему обработки ливневой воды согласно другому варианту реализации изобретения. Система предпочтительно используется для больших потоков ливневой воды. При необходимости могут добавляться дополнительные блоки.
Система 400 обработки ливневой воды содержит два параллельно установленных автономных блока 470А и 470В обработки ливневой воды. Потоковая дренажная камера 480А соединена с впускной трубой 401 магистральной линии, а трубой 403 - с камерой 480В. Камера 480В соединена с камерой 490 трубой 404. Камера 490 соединена с выпускной трубой 402 магистральной линии, идущей к существующей дренажной магистральной линии.
Потоковые дренажные камеры 480А и 480В, с соответствующими коллекторами 482А и 482В на дне камер, перенаправляют поток воды соответственно в трубы 471А и 471В с помощью соответствующих перегородок 481А и 481В. Трубы 471А и 471В соединяются, соответственно, с впускными трубами блоков 470А и 470В обработки ливневой воды. Выпускные трубы блоков 470А и 470В соединены с выпускной трубой 472.
При функционировании системы впускная вода из впускной трубы 401 отводится перегородкой 481А в трубу 471А, ведущую к блоку 470А обработки воды. Если в камере 480А происходит переполнение, избыточная впускная вода переливается через перегородку 481А в трубу 403 и поступает в потоковую дренажную камеру 480В. Перегородка 481В отводит впускную воду в блок 470В обработки воды. Если в камере 480В происходит переполнение, избыточная впускная вода переливается через перегородку 481В в трубу 404.
Обработанная вода вытекает из блоков 470А и 470В в трубу 472, проходит через превентор 491 противотечения и поступает в камеру 490, в том числе в коллектор 492 на дне камеры 490. В примере варианта реализации изобретения диаметр трубы 472 составляет 45 см (18 дюймов). Превентор 491 противотечения является стандартным превентором противотечения, уменьшающим или предотвращающим ток воды из камеры 490 в трубу 472. Выпускные трубы 470А и 470В также могут факультативно оборудоваться превенторами противотечения.
В то время как система 400 содержит только два параллельно установленных блока обработки ливневой воды, дополнительные блоки могут добавляться и устанавливаться в конструкции блока 470В.
Блок и система обработки ливневой воды имеет преимущества в применениях к другим задачам, помимо обработки воды. Фильтрация стоков при горных работах, переработка текучих сред, использовавшихся при гидроразрыве пород в нефтяной скважине, рециркуляция охлаждающих текучих сред для режущих лезвий, переработка загрязненных смазочных материалов с металлической стружкой и тому подобные применения могут быть осуществлены блоками и системами обработки согласно настоящему изобретению.
Фиг.5 изображает вид спереди блока 500 обработки текучей среды согласно варианту реализации изобретения.
Блок 500 обработки текучей среды содержит камеру 550 с отверстиями для впускной трубы 511 и выпускной трубы 521. Впускная труба 511 и выпускная труба 521 разделены стенкой 540, простирающейся на часть расстояния между верхом и низом камеры 550. Из впускной текучей среды, поступающей через впускное отверстие 511, предварительно отфильтровывается крупный мусор с помощью проволочной сетки 571. Вентиляционная труба 530 расположена со стороны выпуска 521 и обеспечивает сброс разницы давления в выпускной трубе 521. В ходе функционирования блок 500 разделяет по плотности протекающую сквозь него текучую среду. Легкие компоненты 565 плавают на поверхности основной текучей среды в камере 550. Тяжелые компоненты 555 оседают и накапливаются на дне камеры 550. Как только уровень текучей среды 560 в камере 550 достигает уровня нижней части трубы 521, переработанная текучая среда вытекает по трубе 521.
Фиг.6 изображает вид сбоку блока 600 обработки текучей среды с альтернативным выпускным трубопроводом 621 согласно другому варианту реализации изобретения. Фиг.7 изображает вид в перспективе альтернативного выпускного трубопровода 621 согласно другому варианту реализации изобретения.
Блок 600 обработки текучей среды содержит камеру, которая характеризуется стенкой 601, отстойником 655 для накопления наносов в нижней части камеры и служебным отверстием 605 в верхней части камеры. Впускная труба 611 расположена на одной стороне камеры, выпускной трубопровод 621 с выпускной трубой 623 расположен на другой стороне камеры. Впускная труба 611 и выпускная труба 623 разделены внутри камеры стенкой 640, имеющей верхнюю часть 641 и нижнюю часть 642 стенки.
Между верхней частью 641 стенки и верхом камеры есть пространство для обеспечения потока воздуха между камерой и вентиляционными трубами 630. Другое пространство существует между нижней частью 642 стенки и дном камеры для обеспечения тока текучей среды из впускной трубы 611 в выпускной трубопровод 621. Выпускной трубопровод 621 включает в себя трубный контур 622 и вентиляционные трубы 630; выпускной трубопровод присоединяется к выпускной трубе 623. Трубный контур 622 имеет вырез 625 на верхней стороне нижнего участка кольца.
В предпочтительном режиме функционирования текучая среда течет из впускной трубы 611 в резервуар текучей среды в камере, обычно на уровне нижней стороны выпускной трубы 623. Текучая среда в резервуаре течет под нижней частью 642 стенки и поступает в выпускной трубопровод 621 через вырез 625, который расположен ниже выпускной трубы 623. Текучая среда, поступившая в выпускной трубопровод 621 через вырез 625, поднимается в трубном контуре 622 по мере подъема уровня текучих сред в камере, достигает уровня нижней стороны выпускной трубы 623 и вытекает по выпускной трубе 623. В выпускную трубу 623 попадает только та текучая среда, которая поступает в выпускной трубопровод 621 через вырез 625. Выпускная труба 623 расположена ниже впускной трубы 611, так что текучая среда под действием силы тяжести может течь из впускной трубы 611 сквозь камеру в выпускной трубопровод 621 через вырез 625, а вытекать - по выпускной трубе 623.
Если имеются частицы, захваченные потоком текучей среды под нижней частью 642 стенки или смытые из отстойника 655, могут столкнуться с нижней стороной нижнего участка трубного контура 622. Такое столкновение может помешать или, по меньшей мере, замедлить поток таких частиц в вырез 625.
Разница давления воздуха между камерой и трубным контуром 622 выравниваются за счет потока воздуха над верхней частью 641 стенки в вентиляционные трубы 630, либо из вентиляционных труб 630 над верхней частью 641 стенки в камеру.
Согласно варианту реализации изобретения, раскрывается способ переоборудования существующей магистральной линии ливневой воды. Во-первых, два отдельных участка магистральной линии заменяются двумя камерами, вторая камера отделена от первой и расположена ниже ее по течению. Во-вторых, блок обработки ливневой воды, раскрытый в настоящем изобретении или известный из предшествующего уровня техники, соединяется с двумя установленными камерами посредством впускной трубы, идущей к первой камере, и выпускной трубы, идущей ко второй камере. Перегородка устанавливается в первой камере не выше верхней части впускной трубы в первой камере, чтобы направить поток во впускную трубу. В другом варианте реализации изобретения превентор противотечения устанавливается между выпускной трубой и второй камерой.
Передвижная система 660 обработки воды, согласно варианту реализации изобретения, выигрывает благодаря сочетанию принципов, связанных с взаимодействием твердых частиц и жидкой фазы в воде. Первый принцип связан с противопоставлением плотности воды плотности твердофазных и жидкофазных загрязнителей. Твердые частицы и жидкофазные примеси с плотностью, превышающей плотность воды, будут тонуть, а частицы и жидкофазные примеси с плотностью меньше плотности воды будут плавать на поверхности. Второй принцип заключается в том, что в спокойной воде частицы имеют более высокую тенденцию к оседанию, чем в быстро движущейся воде или воде с завихрениями. Третий принцип гласит, что количество оседающих из раствора твердых частиц возрастает со временем. Четвертый принцип заключается в том, что количество оседающих частиц возрастает при их столкновении с твердой поверхностью. Раскрываемая передвижная система 660 обработки воды предпочтительно сконфигурирована для удаления из воды максимального объема взвешенных в ней твердых веществ, наносов и нефтепродуктов перед сливом воды в прибрежную полосу, другой водный объект или ливневую канализацию.
На Фиг. 8 и 13 передвижная система 660 обработки воды показана установленной на прицепе 670, который может буксироваться грузовиком, трактором или другим подходящим транспортным средством (например, бульдозером). С учетом размеров прицепа и веса воды во время функционирования передвижной системы обработки воды прицеп оборудован стабилизаторами или выравнивателями 680, которые расположены по углам прицепа и уменьшают нагрузку на шины и оси прицепа, а также выравнивают (либо целенаправленно наклоняют) верхнюю сторону прицепа и передвижной системы обработки воды. Также показаны впускные каналы 830, выпускные каналы 960 и дренажные каналы 685. В качестве альтернативы система 660 может быть собрана на грузовом автомобиле с легковым шасси, грузовом автомобиле, грузовом прицепе, тягаче с прицепом или на другом подходящем моторизованном транспортном средстве, либо являться их частью. Передвижная система 660 обработки воды предпочтительно делается из металла, такого, как нержавеющая сталь и медь, или альтернативно - из бетона, пластмассы, стекловолокна, древесины или других пригодных для этой цели твердых веществ, а также из сочетаний любых перечисленных материалов.
Один или более дренажных каналов 685 для обеспечения дренажа осаждающих блоков соединяются с одним или более осаждающими блоками в системе 660. Фронтальная часть передвижной системы 660 обработки воды снабжена четырьмя дренажными каналами 685, тогда как задняя часть снабжена двумя дренажными каналами 685 (показан только один).
На Фиг.9 предпочтительный вариант реализации передвижной системы 660 обработки воды показан в прямолинейной конфигурации с герметично соединенными между собой передней стенкой 690, задней стенкой 700, левой стенкой 710, правой стенкой 720 и дном 730. Передняя стенка 690, задняя стенка 700, левая стенка 710, правая стенка 720 и дно 730 могут быть плоскими, скругленными или текстурированными. В качестве альтернативы система 660 может иметь конфигурацию цилиндра, сферы, неправильного шестигранника и т.п., либо разновидности этих форм. Внутреннее пространство передвижной системы 660 обработки воды предпочтительно организовано как множество отдельных осаждающих блоков однотипной конструкции. В качестве альтернативы осаждающие блоки могут иметь различные формы и размеры, а также быть асимметричными.
Как показано на Фиг.10, передвижная система 660 обработки воды имеет центральный разделитель 740, благодаря которому осаждающие блоки образуют два ряда по три связанных блока в каждом. В каждом ряду две перегородки 750 и 760, параллельные передней стенке 690 и задней стенке 700, разделяют три осаждающих блока. Эти параллельные перегородки образуют соответствующие задние или передние стенки соседних осаждающих блоков. Передвижная система обработки воды, показанная на чертеже, включает в себя шесть осаждающих блоков 770, 780, 790, 800, 810 и 820. Каждый ряд осаждающих блоков предпочтительно функционирует независимо от других рядов осаждающих блоков.
Стабилизаторы/выравниватели 680 (не показаны на Фиг.9) используются при выравнивании передвижной системы 660 обработки воды для достижения максимума функциональных возможностей и обеспечения свободного тока текучей среды сквозь систему. Текучая среда поступает в первый набор осаждающих блоков 770 и 780 через соответствующие впускные трубы 830. Текучая среда течет под стенкой 840, собирающей наносы, в направлении выпускных труб 930 и по ним поступает во второй набор осаждающих блоков 790 и 800 соответственно. Текучая среда течет под задерживающей наносы стенкой 841 в направлении выпускных труб 950 и по ним поступает в третий набор осаждающих блоков 810 и 820 соответственно. Текучая среда течет под задерживающей наносы сеткой 842 в выпускные трубы 960 для выброса из системы. Задерживающие нанос стенки 840 и 841 препятствуют попаданию плавающих наносов в соответствующие следующие осаждающие блоки. Задерживающая нанос стенка 842 препятствует попаданию плавающих наносов в выпускную трубу 960.
Передвижная система 660 обработки воды изображена с шестью осаждающими блоками, расставленными в два ряда по три осаждающих блока в каждом. Такое изображение приводится с иллюстративными целями и для упрощения описания особенностей изобретения. Однако передвижная система обработки воды на ограничивается вышеуказанной расстановкой. В зависимости от требований конкретной задачи могут использоваться один или более рядов из одного или более осаждающих блоков.
Например, если задача предполагает обработку больших объемов воды с очень малым количеством взвешенной твердой фазы, то передвижная система обработки воды может включать в себя много рядов блоков с несколькими блоками в серии. Такая расстановка позволяет одновременно использовать несколько водяных насосов, причем дистанция откачки и время удаления взвешенной твердой фазы почти не меняется.
Другой пример. Если задача предполагает обработку водоисточника, сильно загрязненного взвешенными рыхлыми твердыми веществами, число блоков в ряду может быть увеличено для того, чтобы текучая среда проводила больше времени в системе для отстаивания взвеси. В качестве альтернативы, передвижная система обработки воды может включать в себя большее число осаждающих блоков, и множество рядов блоков могут быть сгруппированы в серию. Например, могут быть соединены в серию безбортовые прицепы или тягачи с прицепами, на которых установлены несколько осаждающих блоков. Передвижная система обработки воды может легко масштабироваться в сторону укрупнения. Размер каждого блока, число блоков в ряду и число рядов из блоков не ограничены и определяются потребностями конкретной задачи.
Ряд осаждающих блоков в правой части чертежа на Фиг.9 будет описан для иллюстрации обработки воды в связи с Фиг.10. Ряд осаждающих блоков в левой части чертежа структурирован и функционирует соответствующим образом. В альтернативном варианте реализации левый и правый ряды включают в себя осаждающие блоки в разном количестве, разных размеров или в различной конфигурации.
Фиг.10 изображает три осаждающих блока 770, 790 и 810 похожей конструкции. Каждый осаждающий блок включает в себя две секции, разделенные соответствующими задерживающими наносы стенками 840, 841 и 842. Первая секция содержит горизонтальные коллекторы 890, 910 и 920 и заключает в себе большую часть длины осаждающего блока. Вторая секция короче и не содержит коллекторов. Задерживающие наносы стенки 840, 841 и 842 служат частичными барьерами, которые разделяют осаждающие блоки на две секции, обменивающиеся текучей средой. Для облегчения понимания изобретения показаны примеры уровней текучей среды в блоках 770, 790 и 810.
Горизонтальные коллекторы 890, 910 и 920 могут иметь любую форму, размер или конфигурацию поверхности. Поверхности коллекторов могут быть плоскими, рифлеными, зубчатыми и т.п. Форма поперечного сечения коллектора может приближаться к синусоиде, прямоугольной волне или треугольной волне, быть наклонной в одну сторону, скошенной в направлении потока воды или образовывать открытый короб с углублением и т.п. Множество коллекторов могут быть организованы в каскадную пирамиду, где самый верхний коллектор имеет наименьшую длину или ширину среди коллекторов в осаждающем устройстве, каждый последующий коллектор увеличивается в длину или ширину, и, наконец, самый нижний коллектор имеет наибольшую длину или ширину. В качестве альтернативы коллекторы в осаждающем блоке могут быть расположены Х-образно или зигзагом, при этом каждый коллектор перекрывает нижележащий коллектор, что исключает прямой вертикальный ток воды с поверхности воды на дно блока.
Задерживающие наносы стенки 840, 841 и 842 предпочтительно соединены с левой и правой сторонами соответствующего осаждающего блока, в котором эта стенка находится. Верхние кромки стенок 840, 841 и 842 расположены в соответствующих им блоках выше выпускной трубы для воды, так что поверхность воды в осаждающем блоке находится ниже верхней кромки и выше верхней стороны верхнего коллектора 890. Эти стенки останавливают крупные частицы и другие плавающие материалы и не дают им проникать в выпускную трубу блока. Плавающий материал скапливается у стенки и остается в первой секции блока. Верхние кромки стенок 840, 841 и 842 показаны на Фиг.10 на различных расстояниях от верха соответствующих им осаждающих блоков. В качестве альтернативы, упомянутые верхние кромки могут находиться на одинаковом расстоянии от верха соответствующих им осаждающих блоков или на других различных расстояниях.
Нижние кромки стенок 840, 841 и 842 вступает вниз, но остаются над дном соответствующего осаждающего блока для обеспечения потока воды под нижней кромкой из первой секции в соответствующую вторую секцию. Нижние кромки каждой стенки находятся предпочтительно на одинаковом расстоянии от дна 730. В качестве альтернативы нижние кромки соответствующих стенок могут находиться на различных расстояниях от дна 730.
В осаждающих блоках 770 и 790 компоновка 621 труб круглого сечения (показанная на Фиг.7) свисает в воду, собравшуюся во второй секции соответствующего блока. Верх трубы круглого сечения несет на себе две вертикальные трубы 630, выступающие над поверхностью воды и открытые для доступа воздуха. Это предотвращает возникновение сифонного эффекта внутри компоновки 621 труб круглого сечения, которая выводит воду (и осадок) из каждого блока. В нижней части компоновки 621 труб круглого сечения имеется вырез 625, в который поступает вода. Вода из этого вырез 625 проходит вверх по любой стороне компоновки 621 труб круглого сечения и попадает в следующий осаждающий блок по отводящей трубе 623.
Как показано на Фиг.10, в осаждающем блоке 770 отводящая труба 623 (в компоновке 621 труб круглого сечения) соединена с выпускной трубой 930. Для осаждающего блока 790 отводящая труба 623 соединена с выпускной трубой 950. В осаждающем блоке 810 между барьером и задней стенкой находятся уступы 940, прерывающие течение воды. Уступы создают обходной путь к выпускной трубе 960, что способствует отстаиванию взвешенных твердых веществ, как показано на Фиг.15. В качестве альтернативы, уступы 940 могут заменяться на компоновку 621 труб круглого сечения, как в блоках 770 и 790, или же компоновки 621 труб круглого сечения в блоках 770 и/или 790 могут заменяться уступами 940. В качестве дополнительных альтернатив во второй секции одного или нескольких блоков 770, 790 и 810 может применяться сочетание компоновок труб круглого сечения, нисходящих труб с воздушными клапанами и/или уступов.
Как показано на Фиг.10, в каждом блоке предпочтительно размещать коллекторы, задерживающую нанос стенку и выпускную трубу ниже, чем в предшествующем блоке, что позволяет воде естественным образом течь сквозь систему под действием силы тяжести и выравнивать уровень воды по обеим сторонам задерживающей наносы стенке в блоке.
Обычно впускная вода втекает по впускной трубе 830, протекает через блок 770, обтекает коллекторы 890, 910 и 920, течет под стенкой 840 в направлении выпускного трубопровода, а затем вытекает по выпускной трубе 930 в блок 790. Соответствующим образом впускная вода из блока 770 течет сквозь блок 790 в блок 810. Впускная вода из блока 810 вытекает через выпускную трубу 950, течет по блоку 810, обтекает коллекторы 890, 910 и 920, течет под стенкой 840, обтекает уступы 940 и выходит через выпускную трубу 960. Впускная и выпускная трубы имеют размер, соответствующий ожидаемому объему и расходу текучей среды.
Если описывать точнее, то необработанная вода поступает в передвижную систему 660 обработки воды через впускное отверстие 830 на передней стороне осаждающего блока 770. Поступив в осаждающий блок 770, необработанная вода предпочтительно сталкивается с отражающим щитом 850, в результате чего поток воды растекается и замедляется. Отражающий щит 850 выполнен предпочтительно из металла и расположен так, чтобы перенаправить поток воды на большую часть верхнего коллектора 890. Отражающий щит 850 в факультативной конструкции может отсутствовать.
После столкновения впускной воды с верхним коллектором 890 ее скорость уменьшается, а направление - меняется. Вода каскадом устремляется вниз с верхнего коллектора 890 на средние коллекторы 910, а затем - на нижний коллектор 920. Когда осаждающий блок заполняется текучей средой до уровня выпускной трубы 930, впускная необработанная вода течет в резервуар накопленной воды, практически тем же путем обтекая множество коллекторов. Осадок из впускной воды предпочтительно собирается в каждом из коллекторов 890, 910 и 920, а также на дне 730 блока 770. Вода с меньшим, по сравнению с впускной водой, количеством осадка проходит под стенкой 840 в компоновку труб круглого сечения и покидает блок через выпускную трубу 930.
Поток впускной воды в блоке 790 следует тем же путем, что описан для блока 790.
В блоке 810 поток воды несколько отличается. Вода проходит через выпускную трубу 950 и предпочтительно сталкивается с отражающим щитом 850, в результате чего поток воды растекается и замедляется. Отражающий щит 850 в факультативной конструкции отсутствует.
После того, как впускная вода сталкивается с верхним коллектором 890, уменьшается ее скорость и меняется направление ее движения. Вода каскадом низвергается с верхнего коллектора 890 на средние коллекторы 910 и затем на нижний коллектор 920. Когда осаждающий блок заполняется текучей средой до уровня выпускной трубы 960, впускная необработанная вода течет в резервуар накопленной воды, практически тем же путем обтекая множество коллекторов. Осадок из впускной воды предпочтительно собирается в каждом из коллекторов 890, 910 и 920, а также на дне 730 блока 810. Вода с меньшим, по сравнению с впускной водой, количеством осадка проходит под стенкой 842, обтекает один или несколько уступов 940 и покидает блок через выпускную трубу 960.
После того, как вода прошла через все осаждающие блоки, она выходит через выпускную трубу 960. Вода из выпускной трубы 960 содержит меньше твердых примесей по сравнению с первоначальной впускной водой и может быть сброшена в ливневую канализацию, прибрежные воды или другой водный объект. Система обработки взвешенных твердых веществ может иметь много различных конфигураций в зависимости от объемов обрабатываемой воды, количества осадка в воде и требуемого качества воды после обработки.
Как показано на Фиг.11, передвижная система 660 обработки воды предпочтительно включает в себя съемные крышки 970, 971 и 972. Каждая крышка имеет ручки или подъемные точки 973. Крышки 970, 971 и 972 имеют такой размер, чтобы покрывать пары блоков 770 и 780, 790 и 800, 810 и 820 соответственно. Крышки снижают возможность проникновения в систему загрязнителей из окружающего воздуха, а также обеспечивают доступ для чистки блоков. Крышки создают дополнительную структурную поддержку системы 660 во время транспортировки.
На фиг.12 поперечное сечение блоков 770 и 780 показано без снижающих скорость щитов 850. Необработанная вода сначала сталкивается с верхним коллектором 890, который собирает плотный твердые вещества, сразу выпадающий из раствора. Предпочтительно каждый верхний коллектор 890, средние коллекторы 910 и нижний коллектор 920 имеют волнистую поверхность 900, задерживающую осадок и создающую застойную зону движения воды для содействия осаждению взвешенных твердых веществ из впускной воды. Взвешенные твердые вещества собирается в коллекторах и на дне 730 каждого блока.
Вода переливается через левый и правый края верхнего коллектора и течет в левый и правый средние коллекторы 910. Эти коллекторы собирают немного менее плотный взвешенный твердые вещества и любой более плотный осадок, который мог перелиться из верхнего коллектора.
Вода течет по средним коллекторам 910, а затем вниз в нижний коллектор 920, расположенный под и преимущественно между средними коллекторами. После поступления воды в нижний коллектор 920 она может течь как налево, так и направо по нижнему коллектору ко дну осаждающего блока. Число коллекторов в осаждающем блоке может быть увеличено или уменьшено согласно конкретной задаче.
Фиг.14 показывает факультативный щит 850 снижения скорости, который может устанавливаться под углом 851 относительно верхнего коллектора 890. Щит 850 предпочтительно размещается так, чтобы снижать скорость и силу удара воды, поступающей из впускной трубы (такой, как показанная впускная труба 830). Щит 850 также предпочтительно конфигурируется, чтобы вызывать растекание впускной воды по возможно большей области верхнего коллектора 890 уменьшение количества осадка, вымываемого из коллектора 890. Впускная вода, у которой снижена скорость и изменено направление, сталкивается с коллектором 890 с меньшей силой.
Факультативно выпускные трубы 930, 950 и/или 960 могут включать в себя перемычку для сбора дополнительных частиц. Как показано на Фиг. 16А и 16В и объясняется со ссылкой на выпускную трубу 930, выпускная труба 930 может содержать трубу 931 первоначального диаметра и трубу 932 большего диаметра с перемычкой 935. Перемычка 935 предпочтительно содержит металлическую проволоку или другую прочную структуру для сбора частиц. Увеличение диаметра трубы 932 по сравнению с трубой 931 уменьшает порождаемое перемычкой ограничение потока.
Желательно, чтобы размеры передвижной системы 660 обработки воды и ее компонентов допускали достаточный поток воды во избежание переполнения из-за поступления резервной текучей среды в блок. Трубы 830, 930, 950 и 960 имеют предпочтительный размер, который обеспечивает по существу эквивалентные показатели расхода воды. Например, в предпочтительном варианте реализации все четыре трубы 830, 930, 950 и 960 имеют диаметр 7,5 см (три дюйма). В другом варианте реализации диаметр труб 830 и 960 составляет 7,5 см (3 дюйма), тогда трубы 950 и 960 имеют диаметр 10 см (4 дюйма) и содержат перемычки. Расход воды с взвешенными в ней твердыми веществами в ряде осаждающих блоков может составлять до 189 л/мин (50 галлонов/мин), предпочтительно до 378 л/мин (100 галлонов/мин), и более предпочтительно до 567 л/мин (150 галлонов/мин). Более крупные конфигурации настоящего изобретения могут обеспечивать расход 567 л/мин (150 галлонов/мин).
Каждый коллектор имеет предпочтительно волнистую поверхность для увеличения поверхности оседания, для создания застойных зон замедленного движения воды и для отделения осадка от текущей воды. На Фиг. 17А, 17В, 17С, 18А, 18В, 18С, 19А, 19В и 19С коллекторы изображены (для иллюстративных целей) с пильчатой конфигурацией поверхности. Могут использоваться другие формы и профили, в том числе более произвольные. Кроме того, волнистости могут быть идти параллельно, перпендикулярно или наискось относительно направления течения воды. Коллекторы в каждом осаждающем блоке являются предпочтительно съемными для целей очистки.
На Фиг. 17А, 17В и 17С верхний коллектор 890 снабжен фланцами 1130 и 1140, расположенными вдоль передней и задней верхних кромок соответственно, а также волнистой поверхностью 900А. Фланец 1130 останавливает течение воды между передней кромкой коллектора и передней стенкой блока. Фланец 1140 останавливает течение воды между задней кромкой коллектора и задерживающей наносы стенкой блока. Предпочтительно вода должна поступать в верхний коллектор и затем каскадом низвергаться через левую и правую кромки коллектора, сталкиваясь внизу со средними коллекторами 910. Передний фланец 1130 имеет вырез 1135, вмещающий впускную трубу 830. Вдоль низа верхнего коллектора 890 на передней и задней кромках находятся бортики 1150 и 1160, которые контактируют или соединяются в блоке с соответствующими передней стенкой и задерживающей наносы стенкой.
В углублении, образованном сторонами и низом коллектора 890, находится волнистая поверхность 900А. Глубина коллектора и число волнистостей внутри коллектора не ограничены и оставляются на выбор проектировщиков для конкретной задачи. Могут присутствовать необязательные ручки или точки крепления 1160, служащие для извлечения коллектора из осаждающего блока во время очистки.
На Фиг. 18А, 18В и 18С средний коллектор 910 имеет волнистую поверхность 900В между двумя противоположными передней и задней стенками. Вдоль низа среднего коллектора 910 на передней и задней кромках имеются бортики 1170, которые контактируют или соединяются в блоке с соответствующими передней стенкой и задерживающей наносы стенкой. Предпочтительно вода должна втекать в средний коллектор и затем каскадом низвергаться через левую или правую кромки, сталкиваясь внизу с нижним коллектором 920.
В углублении, образованном сторонами и низом коллектора 910, находится волнистая поверхность 900В. Глубина коллектора и число волнистостей внутри коллектора не ограничены и оставляются на выбор проектировщиков для конкретной задачи. Могут присутствовать необязательные ручки или точки крепления 1180, служащие для извлечения коллектора из осаждающего блока во время очистки.
На Фиг. 19А, 19В и 19С нижний коллектор 920 имеет волнистую поверхность 900С между двумя противоположными передней и задней стенками. Вдоль низа нижнего коллектора 920 на передней и задней кромках имеются бортики 1190, которые контактируют или соединяются в блоке с соответствующими передней стенкой и задерживающей наносы стенкой. Предпочтительно вода должна втекать в нижний коллектор и затем каскадом низвергаться через обе (левую и правую) кромки.
В углублении, образованном сторонами и низом коллектора 920, находится волнистая поверхность 900С. Глубина коллектора и число волнистостей внутри коллектора не ограничены и оставляются на выбор проектировщиков для конкретной задачи. Могут присутствовать необязательные ручки или точки крепления 1200, служащие для извлечения коллектора из осаждающего блока во время очистки.
Как показано на вышеописанных чертежах, предпочтительное число волнистостей на поверхностях 900А, 900В и 900С постепенно уменьшается, тогда как глубина волнистостей постепенно увеличивается. Коллекторы показаны с увеличивающейся глубиной волнистостей от верха до низа, согласно расположению в осаждающем блоке. В качестве альтернативы, изменения размера, формы и глубины волнистостей могут происходить в обратном порядке, или же размер, форма и глубина волнистостей каким-то иным образом разнятся в верхнем, средних и нижнем коллекторах или в пределах каждого коллектора. В осаждающем блоке может использоваться большее или меньшее число уровней коллекторов, что позволяет блоку быть короче или выше, если необходимо.
Далее излагаются примеры использования передвижной системы обработки воды согласно варианту реализации настоящего изобретения.
Пример 1
3
3
Действующая строительная площадка попала под сильный ливень, порождающий сток с концентрацией взвешенных твердых веществ 22000 мг/л. Система обработки с тремя осаждающими блоками (внутренние размеры каждого блока 1,5 м ×1,5 м ×1 м) используется для обработки воды, скапливающейся на строительной площадке. Система обработки считается заполненной, когда первый осаждающий блок заполнен твердыми веществами наполовину, второй осаждающий блок заполнен твердыми веществами наполовину, а третий осаждающий блок заполнен твердыми веществами на четверть. Вместимость каждого осаждающего блока составляет приблизительно 1,6 м, так что вместимость системы до возникновения необходимости в очистке составляет приблизительно 2 м.
Сток со строительной площадки, имеющий величину расхода 225 л/мин, может обрабатываться системой непрерывно на протяжении 11 часов, после чего ей потребуется очистка.
Пример 2
Действующая строительная площадка попала под сильный ливень, порождающий сточные воды с концентрацией взвешенных твердых веществ 2000 мг/л. Система обработки из Примера 1 потребует очистки после 127 часов непрерывного использования.
Хотя описание и иллюстрации изобретения содержат некоторые специфические черты, следует понимать, что настоящее раскрытие изобретения выполнено в виде примера, и специалисты в данной области техники могут вносить многочисленные изменения в комбинацию и компоновку частей без отхода от духа и объема изобретения согласно формуле изобретения ниже.