СПОСОБ ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЁННОГО ПУНКТА
METHOD OF WATER SUPPLY OF SETTLEMENT POINT

Изобретение относится к области снабжения населенного пункта (города, поселка городского типа, села) водой питьевого качества (питьевой водой). Оно предназначено для действующих систем водоснабжения любой производительности с сооружениями для очистки и обработки воды дезинфектантом, внутренними водопроводами в зданиях и распределительной (наружной) сетью труб, которые спроектированы и возведены по нормам прошлого века, в т.ч. действующих СНиП 2.04.02-84* «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» и СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий» (в описании изобретения используются термины этих СНиП).
Известен способ водоснабжения населенного пункта с высокоскоростным фильтрованием воды (на скорых фильтрах и контактных осветлителях АКХ), обеспечивающем ее очистку благодаря применению реагентов, обработкой воды дезинфектантом, подачей питьевой воды потребителям по наружной сети труб и внутренним водопроводам с заданными технико-экономическими скоростями движения и вычисленными расходами воды в трубах по нормам водопотребления прошлого века, определивших их экономически выгодные диаметры (СНиП 2.04.02-84* - табл. 1, 4, 15 - пп. 1-6, и п. 8.46).
Подобным является способ водоснабжения населенного пункта с медленным фильтрованием воды (на медленных фильтрах), но обеспечивающем ее очистку без применения реагентов; как в предыдущем аналоге, воду обрабатывают дезинфектантом, подачу питьевой воды потребителям осуществляют по наружной сети труб и внутренним водопроводам с заданными технико-экономическими скоростями движения и вычисленными расходами воды в трубах по нормам водопотребления прошлого века, определивших их экономически выгодные диаметры (СНиП 2.04.02-84* - табл. 1, 4, 15 - п. 14, и п. 8.46).
Технический недостаток этих аналогов состоит в том, что последующее, изначально не предусмотренное для способа водоснабжения населенного пункта, обязательное оснащение внутренних водопроводов счетчиками воды (СНиП 2.04.01-85* - п. 1.1, 11.1; Федеральный закон РФ от 23 ноября 2009 года №261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации", ст. 13, п. 5) постепенно приводит к устойчивым отрицательным технико-экономическим последствиям, связанным с падением скоростей движения воды в трубах заложенных диаметров относительно экономически выгодных скоростей в них:
- растут (в первом аналоге) концентрации в воде характерных веществ для данного материала труб, например железа и др. металлов, мигрирующих с внутренней поверхности труб, что увеличивает электропроводность воды и поэтому ускоряет электрохимическую коррозию труб, сокращает срок их службы, может делать воду небезвредной по химическому составу и ухудшать органолептические показатели качества питьевой воды;
- а резкое снижение, в несколько раз, скоростей движения воды в трубах, повышает опасность образования застойных зон на сети, благоприятных для размножения микроорганизмов, т.е. ухудшения качества питьевой воды по главному показателю - бактериологическому; приводит к образованию в хлорированной воде, при ее затяжной во времени транспортировке по трубам, вторичных загрязнителей - тригалогенметанов (хлороформа и других - Амин Абдулфаттах Ахмад Амин. Исследование формирования тригалогенметанов в системе водоснабжения Багдада. - http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_15_Abdulfattah.pdf_1753.pdf);
- замена же всех скорых фильтров и контактных осветлителей АКХ (с их реагентами) медленными фильтрами (без реагентов) для снижения коррозионной агрессивности питьевой воды за счет исключения обработки исходной воды реагентами (это следует из СНиП 2.04.02-84* - Приложение 5, пп. 1, 2, 3 и рис. 1) представляет собой дорогостоящую задачу из-за необходимости больших площадей и материальных затрат для строительства медленных фильтров.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и решаемой задаче является способ водоснабжения населенного пункта, включающий оснащение обязательными счетчиками воды внутренних водопроводов системы водоснабжения с расчетной производительностью и размерами сооружений, в т.ч. труб и фильтров, отвечающих нормам водопотребления прошлого века, высокоскоростное фильтрование воды и техническое обеспечение его в коррозионно безопасных режимах безреагентного или с пониженными дозами реагентов дельта-фильтрования, обработку воды дезинфектантом, контроль качества питьевой воды, энергоснабжение и определение экономической эффективности способа (СНиП 2.04.01-85* - п. 1.1, 11.1; Федеральный закон РФ от 23 ноября 2009 года №261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации", ст. 13, п. 5; монография Ю.А. Ищенко. Явление и технология дельта-фильтрования природных и сточных вод. ВГСХА, Волгоград, 1997; RU 2405614 C1, B01D 24/46, 10.12.2010; RU 2570021 С2, C02F 9/08, C02F 1/50, C02F 103/04, 10.12.2015).
Технический недостаток прототипа: не известны критерии необходимого перевода высокоскоростного фильтрования воды в коррозионно безопасные режимы безреагентного или с пониженными дозами реагентов дельта-фильтрования в связи с оснащением внутренних водопроводов обязательными счетчиками воды.
Кроме того:
не установлена возможная потребность технологических операций, направленных на повышение надежности способа ввиду дополнительного замедления скоростей движения воды в трубах перекрытием внутренних водопроводов при оснащении их счетчиками воды, а также отключений подачи воды после аварийных прорывов поспешно оборудованных водомерных узлов, заливающих квартиры в многоэтажных домах;
не определено наиболее доступное решение, из известных, альтернативного энергоснабжения способа для многочисленных систем водоснабжения на берегах Мирового океана;
требуется формула для определения экономической эффективности способа, т.к. известные формулы некорректны (например, в Постановлениях Правительства РФ от 22.12.2010 №1092 и 26.06.2012 №640).
Техническая задача. Определение критерия необходимого перевода высокоскоростного фильтрования воды в коррозионно безопасные режимы безреагентного или с пониженными дозами реагентов дельта-фильтрования в связи с оснащением внутренних водопроводов обязательными счетчиками воды;
установление технологических условий, направленных на повышение надежности способа;
применение наиболее доступного решения, из известных, альтернативного энергоснабжения способа для многочисленных систем водоснабжения на берегах Мирового океана;
разработка математической формулы для определения экономической эффективности способа.
Согласно изобретению в способе водоснабжения населенного пункта, включающем оснащение обязательными счетчиками воды внутренних водопроводов системы водоснабжения с расчетной производительностью и размерами сооружений, в т.ч. труб и фильтров, отвечающих нормам водопотребления прошлого века, высокоскоростное фильтрование воды и техническое обеспечение его в коррозионно безопасных режимах безреагентного или с пониженными дозами реагентов дельта-фильтрования, обработку воды дезинфектантом, контроль качества питьевой воды, энергоснабжение и определение экономической эффективности способа, высокоскоростное фильтрование воды переводят в режимы дельта-фильтрования незамедлительно в пределах периода допустимых технико-экономических последствий обнаруженного превышения интенсивности миграции характерных веществ с внутренней поверхности труб над таковой до оснащения водопроводов счетчиками воды.
Кроме того:
ввиду дополнительного замедления скоростей движения воды в трубах перекрытием внутренних водопроводов при оснащении их счетчиками воды, а также отключений подачи воды после аварийных прорывов поспешно оборудованных водомерных узлов, заливающих квартиры в многоэтажных домах, подаваемую в сеть труб воду обрабатывают дезинфектантом повышенного пролонгированного действия с соблюдением правила суммарной токсичности дезинфектанта, чрезвычайно и высокоопасных веществ в питьевой воде, в т.ч. ниже их предельно допустимых концентраций;
энергоснабжение способа для многочисленных систем водоснабжения на берегах Мирового океана осуществляют от альтернативных станций преобразования наиболее доступной гидродинамической энергии волн на откосах - как набегающих на берега и обладающих большим запасом энергии набега и ската волн, к тому же успешно поддающейся преобразованию в электрическую энергию;
экономическую эффективность способа определяют по математической формуле
где
n - количество факторов (показателей), диктующих экономическую эффективность способа;
значения от i=1 по i=k - номера показателей, численные значения которых, в %% отклонения от норм, предусмотрено планомерно уменьшать (концентрации мигрирующих характерных веществ) по отчетным периодам;
значения от i=k+1 по i=n - номера показателей, численные значения которых нарастают, в %% затрат на использование способа от затрат в случае применения традиционных методов очистки воды от мигрирующих характерных веществ по отчетным периодам, направленные на обеспечение достижения численных значений показателей с номерами от i=1 по i=k;
Xp - планируемое численное значение i-го показателя, %;
- фактически достигнутое численное значение i-го показателя, %.
При этом термин «показатель» принят согласно Гост Р 52104-2003 «Ресурсосбережение. Термины и определения» (вопреки частому в официальных источниках не всем понятному словосочетанию «показатели и индикаторы», например, в Постановлениях Правительства РФ от 22.12.2010 №1092 и 26.06.2012 №640).
Проверка формулы. Принимаем n=8, k=4. Для уменьшения объема расчетов варьируем фактически достигнутым численным значением  только показателя с порядковым номером i=1 и только, условно, в 2017 г., в остальных позициях, i=2÷8, 2017 г. принимаем  совпадающими с запланированными Xp, и тогда их отношения в формуле равны 1:
если  например, 14,4%, то справедливо получаем эффективность Э=(((100-14,4)/(100-14,4)+1+1+1)+1+1+1+1)100/8=(1+1+1+1+1+1+1+1)100/8=(8)100/8=100%;
если  например, принимаем  что равносильно краху способа, то получаем соответственно провальную эффективность Э=(((100-100)/(100-14,4)+1+1+1)+1+1+1+1)100/8=(0+1+1+1+1+1+1+1)100/8=(7)100/8=87,5%;
когда  например, принимаем  что соответствует наилучшему достижению способа, то получаем высокую эффективность Э=(((100-0)/(100-14,4)+1+1+1)+1+1+1+1)100/8=(1,17+1+1+1+1+1+1+1)100/8=(8,17)100/8=102,1%.
Следовательно, разработанная математическая формула определения экономической эффективности способа является корректной.
Способ водоснабжения населенного пункта осуществляют согласно изобретению в такой последовательности. Оснащают обязательными счетчиками воды внутренние водопроводы системы водоснабжения с расчетной производительностью и размерами сооружений, отвечающих нормам водопотребления прошлого века, например, по СНиП 2.04.02-84* - таблицы 1 и 4. Ведут высокоскоростное фильтрование воды. Технически обеспечивают ему режимы дельта-фильтрования (путем оборудования скорых фильтров стуктуризаторами фильтрующей загрузки, например, как в RU 2405614 C1, B01D 24/46, 10.12.2010 и RU 2568720 C2, B01D 24/48, 20.11.2015 с примером эффекта структурирования загрузки - фиг. 3; или средствами управления торможением осаждения загрузки после ее промывки в контактных осветлителях АКХ, как описано в монографии Ю.А. Ищенко. Явление и технология дельта-фильтрования природных и сточных вод. ВГСХА, Волгоград, 1997 - с. 211, рис. 58 и 59), обрабатывают воду дезинфектантом (например, как в RU 2570021 C2, C02F 9/08, C02F 1/50, C02F 103/04, 10.12.2015), контролируют качество питьевой воды, незамедлительно в пределах периода допустимых технико-экономических последствий обнаруженного превышения интенсивности миграции характерных веществ с внутренней поверхности труб над таковой до оснащения водопроводов счетчиками воды высокоскоростное фильтрование воды переводят в коррозионно безопасные режимы дельта-фильтрования.
Кроме того:
подаваемую в сеть труб воду обрабатывают дезинфектантом повышенного пролонгированного действия с соблюдением правила суммарной токсичности (по аналогии с СанПиН 2.1.4.1074-01, п. 3.4.4.) дезинфектанта, чрезвычайно и высокоопасных веществ в питьевой воде, в т.ч. ниже их предельно допустимых концентраций;
энергоснабжение способа для систем водоснабжения на берегах Мирового океана осуществляют от альтернативных станций преобразования наиболее доступной гидродинамической энергии волн на откосах - как набегающих на берега (это естественные откосы) и обладающих большим запасом энергии набега и ската волн, к тому же успешно поддающейся преобразованию в электрическую энергию (например, как в RU 2598922 C2, F03B 13/18, 10.10.2016 и RU 2598921 C2, F03B 13/08, 10.10.2016);
определяют экономическую эффективность способа по разработанной в настоящем изобретении математической формуле.
Пример решения технической задачи по п. 1 формулы изобретения.
Анализ публикаций о состоянии наружных сетей и внутренних водопроводов во многих населенных пунктах, в т.ч. Российской Федерации (РФ), отвечающих нормам водопотребления прошлого века, говорит о том, что установленный изобретением критерий необходимого перевода высокоскоростного фильтрования воды на системах водоснабжения в коррозионно безопасные режимы безреагентного или с пониженными дозами реагентов дельта-фильтрования является актуальным. Детальными технико-экономическими расчетами определены следующие выгодные показатели реализации данного изобретения на скорых фильтрах:
- удельные (уд.) затраты денежных средств: не более 56 рублей на систему водоснабжения уд. производительности 1 куб.м/сут, что требует для крупной городской системы водоснабжения производительностью, например, 550000 куб.м/сут не более 31 млн рублей;
- общие затраты, например, по РФ: не более 4 млрд рублей (для сокращения объема расчетов все исходные фильтры РФ приняты скорыми);
- расчетный срок окупаемости способа только за счет попутного снижения числа промывок фильтров в 2-4 раза и получения соответственно дополнительного объема питьевой воды (то есть без учета полного или частичного исключения реагентов дельта-фильтрованием, экономию средств на которых можно использовать, при необходимости в отдельных случаях, на защиту ахиллесовой пяты в фильтрах - дренажей, применяя надежную конструкцию, например, по RU 2064811 C1, B01D 35/12, 10.08.1996, п. 2 формулы изобретения): от 4,3 месяцев до нескольких дней;
- доход поэтапно: от 2,5 до ~100 руб./год (ближайшая перспектива на прямых и косвенных затратах, в т.ч. за счет устранения коррозии труб и утечек воды) с каждого вложенного 1 рубля;
- укрупненный суммарный доход только по РФ: до 400 млрд. руб./год в ценах 2008 г.; сейчас, в 2016 г., это около 1 трлн руб./год.
Таким образом, в связи с оснащением внутренних водопроводов обязательными счетчиками воды изобретением решена техническая задача определения критерия необходимого перевода высокоскоростного фильтрования воды в коррозионно безопасные режимы безреагентного или с пониженными дозами реагентов дельта-фильтрования;
установлены технологические условия, направленные на повышение надежности способа;
применено наиболее доступное решение, из известных, альтернативного энергоснабжения способа для многочисленных систем водоснабжения на берегах Мирового океана с его энергонасыщенными волнами;
разработана математическая формула для определения экономической эффективности способа.