СИСТЕМА ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА НАСЕЛЁННОГО ПУНКТА
SETTLEMENT WATER MANAGEMENT SYSTEM

Изобретение относится к области очистки и обеззараживания хозяйственно-бытовых сточных вод биологическими и физико-химическими методами и может быть использовано для очистки сточных вод населенных пунктов, коттеджных поселков, вахтовых поселков, образовательных и лечебных учреждений, в том числе инфекционных и туберкулезных больниц.
Известно устройство для очистки и обеззараживания сточных вод, включающее насосную станцию, приемную емкость, вибрационный грохот, дуговое сито, барабанный или дисковый вакуум-фильтр, насос для подачи механически очищенной воды, механический дезинтегратор-активатор, насос, эжектор, механический аэротенк, аппарат электрохимической очистки, электрохимический дезинтегратор-активатор, гидродинамический активатор, аппарат электрохимической очистки и электрической обработки воды, насос, аппарат для обработки воды в электрическом поле, вакуум-фильтр кислой воды, вакуум-фильтр фильтрации щелочной воды, эжектор, озонатор, контактную камеру, вакуум-фильтр, приемную емкость очищенной воды, насосную станцию второго подъема, ленточный фильтр, насос (Патент РФ №2094394, МПК C02F 9/00, опубл. 27.10.1997).
Недостатком устройства являются необходимость сброса очищенной воды, невозможность пополнения запасов природных вод в водных объектах.
Наиболее близким техническим решением является система водного хозяйства населенного пункта, содержащая отстойник с тонкослойными модулями, плазмохимический реактор с генератором импульсных напряжений, канализационную насосную станцию, решетки, песколовку, биопруд с ботанической площадкой, насосную станцию перекачки очищенных вод, фильтрующие траншеи, причем частота следования высоковольтных импульсов равна 0,1-0,2 Гц (Патент РФ 2466103, МПК C02F 9/14, опуб. 10.11.2012).
Недостатком изобретения является невозможность пополнения запасов природных вод в водных объектах и невысокая эффективность очистки сточных вод.
Задачей изобретения является пополнение запасов природных вод в водных объектах, увеличение эффекта очистки сточных вод.
Сущность изобретения заключается в том, что система водного хозяйства населенного пункта включает последовательно соединенные решетки, песколовку, первичный тонкослойный отстойник, биофильтр, вторичный тонкослойный отстойник, компрессор, плазмохимический реактор с генератором импульсных напряжений, биопруды с высшей водной растительностью, насосную станцию, траншейные геохимические барьеры, загруженные силицированным кальцитом, в которых размещены медные и алюминиевые стержневые электроды, образующие электрохимические источники тока,  и перфорированная по всей длине труба.
На фиг. 1 приведена схема водного хозяйства населенного пункта, на фиг. 2 - сечение траншейного геохимического барьера.
На фиг. 1 приведена схема водного хозяйства населенного пункта 1, содержащая водозаборное устройство 2, расположенное на водном объекте, и коллектор 3, подводящий воду к населенному пункту 1. Сточная вода, образованная в населенном пункте 1, аккумулируется в канализационной насосной станции 4. Система водного хозяйства населенного пункта представляет собой последовательно соединенные устройства: решетки 5, песколовку 6, первичный тонкослойный отстойник 7, биофильтр 8, вторичный тонкослойный отстойник 9, компрессор 10, плазмохимический реактор 11 с генератором 12 импульсных напряжений, биопруды 13 с высшей водной растительностью, насосную станцию 14, траншейные геохимические барьеры 15. Сечение траншейного геохимического барьера 15 имеет трапецеидальную форму (фиг. 2), загружено силицированным кальцитом 16 фракции 5-20 мм, в котором размещены медные 17 и алюминиевые 18 стержневые электроды и перфорированная по всей длине полимерная труба 19.
Осадочная часть песколовки 6 соединена с песковой площадкой 20, осадочная часть отстойников 7, 9 и биофильтра 8 - с иловой площадкой 21, которая в свою очередь соединена с компостной площадкой 22.
Система водного хозяйства населенного пункта работает следующим образом. Воду из водозаборного устройства 2 по коллектору 3 подают в населенный пункт 1, распределяют по всем потребителям. Сточная вода, образованная в результате хозяйственной деятельности, по уличным канализационным сетям самотечно поступает в канализационную насосную станцию 4, из которой насосами воду подают на очистку. Механическую очистку производят так же, как в прототипе, а именно, решетками 5, песколовкой 6, первичным тонкослойным отстойником 7. Далее воду очищают биофильтром 8 с гранулированной загрузкой и вторичным тонкослойным отстойником 9. Аппараты 5-9 представляют собой классическую последовательность сооружений биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, после которых необходимо применить методы доочистки для получения качества воды, соответствующего предельно допустимым концентрациям загрязняющих веществ для сброса очищенных вод в водные объекты.
Однако в последние годы установлен запрет на сброс нормативно очищенных сточных вод в водные объекты во II и III поясе санитарной охраны водного объекта.
Границы этих поясов, определяемые расчетным путем, составляют десятки и сотни километров, что является серьезным препятствием для проектирования и строительства очистных сооружений канализации.
С другой стороны, изъятие вод из водных объектов для хозяйственно-бытовых и производственных нужд приводит к дефициту воды в источниках водоснабжения, вследствие чего «Свод правил» (СП 31.13330.2012) рекомендует предусматривать инфильтрационную подпитку источников водоснабжения водой высокого качества.
С целью получения очищенной сточной воды высокого качества предложено дозировать в воду воздух с помощью компрессора 10, а затем обрабатывать воду в плазмохимическом реакторе 11 с генератором 12 импульсных напряжений, который вырабатывает высоковольтные импульсы напряжением 100-110 кВ длительностью 1 мкс, частотой следования импульсов 0,1-0,2 Гц. При этом в плазмохимическом реакторе 11 образуется озон, пероксид водорода, ультрафиолетовое излучение. Происходит окисление загрязняющих органических веществ, обезвреживание воды от микроорганизмов, образование газообразного азота из нитритов и нитратов, снижение показателя БПК (биологическое потребление кислорода).
Окончательная очистка происходит в биопрудах 13 с высшей водной растительностью, аэрация воды в которых происходит за счет излива воды из одной секции в другую. Очищенная в биопрудах 13 сточная вода поступает в насосную станцию 14, которая перекачивает воду в траншейные геохимические барьеры 15.
Для рассеивания очищенных сточных вод в окружающей среде СНиП 2.04.03-85 (Канализация. Наружные сети и сооружения) рекомендует применять поля орошении, песчано-гравийные фильтры, фильтрующие траншеи, фильтрующие колодцы. В изобретении предложено использовать фильтрующие траншеи не только как устройство рассеивания очищенных сточных вод, но и как средство глубокой доочистки сточных вод от трудно извлекаемых тяжелых металлов, нефтепродуктов. В качестве фильтрующих траншей предложено использовать геохимические барьеры, названные нами траншейными геохимическими барьерами. Эффективность очистки вод геохимическими барьерами доказана нами экспериментально (Ахметов Т.О., Назаров В.Д., Горячев B.C. Очистка загрязненных вод в геохимическом барьере. // Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура. - 2014, №4. - С. 48-54).
Траншейные геохимические барьеры 15 представляют собой параллельно размещенные траншеи, направленные от очистных сооружений к водному объекту, причем вдоль берега реки устраивается такая же траншея, объединяющая поступающие потоки воды. Траншейные геохимические барьеры 15 (фиг. 2) имеют трапецеидальное сечение, заполнены минеральным зернистым активным фильтрующем материалом - силицированным кальцитом фракции 5-20 мм. Внутри фильтрующего материала размещена полимерная перфорированная труба 19, по которой поступает очищенная в биопрудах вода и далее распределяется по всему сечению траншеи. Длина траншеи составляет 10-40 м.
В фильтрующем материале размещены медные 17 и алюминиевые 18 стержневые электроды, которые образовывают электрохимические источники тока, увеличивающие эффект доочистки сточных вод. Вода, доочищенная траншейными геохимическими барьерами 15, фильтруется в грунте по направлению к водному объекту.
Происходит инфильтрационное пополнение запасов природных вод очищенными сточными водами. Для контроля влияния инфильтрационной подпитки на качество воды в водном объекте необходимо производить отбор проб воды в реке выше и ниже по течению траншейных геохимических барьеров 15.
В процессе очистки сточных вод образуются осадки влажностью 97-98%, извлекаемые отстойниками и биофильтром. Осадки обезвоживаются на иловых площадках 21 дренажной системы. После обезвоживания осадки сточных вод перемещают на компостные площадки 22, где происходит их биодеструкция совместно с разрыхлителями, в том числе песком с песковой площадки 20, отходами аграрного и лесокомплекса, минеральными добавками, иннокуляторами. Результатом являются товарные почвогрунты, пригодные для использования в аграрном комплексе.
Пример 1.
Проводили опыты по очистке сточной воды по прототипу и изобретению. По изобретению использовали траншейный геохимический барьер длиной 10 м при скорости фильтрования 5 м/ч. В качестве нефтепродуктов использовали бензол, обладающий высокой растворимостью в воде [Назаров В.Д., Зенцов В.Н., Назаров М.В. Водоснабжение в нефтедобыче. - Уфа: Нефтегазовое дело. 2010 - 447 с. см. с. 20]. Результаты приведены в таблице 1.
хп
*ПДК - предельно допустимая концентрация загрязняющих веществ при сбросе очищенных вод в водоемы хозяйственно бытового назначения.
Пример 2. Проводили опыты по доочистки сточной воды траншейным геохимическим барьером длиной 10 м при скорости фильтрования от 3 до 10 м/ч. Результаты приведены в таблице 2.
Из приведенных в таблице 1 данных следует, что траншейный геохимический барьер увеличивает эффект очистки сточных вод от хлоридов, сульфатов, сульфидов, железа, марганца, нефтепродуктов.
Из данных таблицы 2 следует, что оптимальная скорость фильтрования в траншейном геохимическом барьере составляет 3 м/ч.
Технический результат заключается в достижении возможности пополнения запасов воды в водных объектах за счет инфильтрации, в увеличении эффекта очистки сточных вод.