УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ СТОЧНОЙ ЖИДКОСТИ
WASTE LIQUID CONVEYING DEVICE

Изобретение относится к канализации, а именно к устройствам для транспортирования жидких отходов с территории населенных пунктов и может быть использовано в коммунальном хозяйстве для сбора и транспортирования отходов глубоко заложенными коллекторами, а также для интенсификации разбавления концентрации, транспортировки ядовитых и агрессивных газов, образующихся по ходу и выделяющихся из массы, транспортируемой в зону их нейтрализации.
Известно устройство - канализационный перепад (а.с. № 1454931, МПК Е03F 5/00 от 20.04.89 г.), содержащее шахту, подводящий и отводящий коллекторы, верхнюю и нижнюю плиты перекрытия, стояк с эжектором, трубопровод для отвода газа с воронкой в нижней части и оголовком на верхнем конце, имеющим расположенные по винтовой ребра, сухой фильтр, газосборную камеру с наклонной передней стенкой и патрубком, оканчивающимся корпусным насадком, приточную трубу с зонтом.
Недостатком устройства является повышенная коррозия внутренних и внешних поверхностей устройства из-за интенсификации выхода газов из жидких отходов в шахту, над шахтой - в атмосферу. Кроме того, устройство не способно транспортировать жидкие отходы в отводящем коллекторе при повышенном объеме жидкости, поступающей внезапно, не запланированно в подводящий коллектор и вертикальный ствол, особенно если он - собирающий жидкости в виде вязких отходов из промышленных или коммунальных хозяйств, а также дополненных дождевыми сливами.
Известно устройство - канализационный трубчатый перепад (а.с. № 1463882, МПК Е03F 5/00 от 23.03.87 г.), содержащее вертикальную шахту с верхним и нижним перекрытиями, подводящий и отводящий коллекторы, водобойный колодец, стояк, выпускное отверстие которого размещено в водобойном колодце, а впускное соединено с подводящим коллектором. Нижнее перекрытие выполнено с отверстием, в котором размещен щит, имеющий элемент, соединенный со щитом под тупым углом. Элемент размещен в надводном пространстве отводящего коллектора с образованием щели для прохода воздуха.
Недостатком известного устройства является то, что устройство ограничено функционально для транспортирования дождевой воды от поверхностной сети и аварийного подтопления шахты. Оно не рассчитано на транспортировку отходов коммунального хозяйства, содержащих вязкую составляющую и выделяющих токсичные газы, которые разрушают стояк и шахту.
Известно устройство - перепадный колодец для канализационных сетей (а.с. № 785444, МПК Е03F 5/00 от 20.11.78 г.), содержащий вертикальную шахту с двумя трубчатыми стояками, между которыми размещен дополнительный стояк, впускное отверстие которого размещено выше дна общей водосливной воронки, а также подводящий и отводящий коллекторы и водобойную камеру.
Недостатком известного устройства является то, что оно не рассчитано на транспортировку агрессивной жидкости в виде отходов коммунального хозяйства, которые содержат постоянно разлагающуюся составляющую и выделяют агрессивные газы, которые быстро разрушают стенки основных и дополнительного стояков.
Известно устройство - перепадной колодец для канализационных сетей (а.с. № 1118755, МПК Е03F 5/00 от 23.05.83 г. ), содержащий основание колодца, вертикальную шахту, в верхней части которой находится подводящий трубопровод, соединенный с основным стояком дополнительным V-образным стояком с воронкой на выпускном отверстии.
Выпускное отверстие основного стояка и V-образного стояка направлены навстречу друг другу и расположены в водобойной части, которая представляет собой обечайку с загнутой внутрь нижней кромкой. Водобойная часть расположена над основанием колодца, где закреплен поворот V-образного стояка и установлен лоток отводящего коллектора.
Недостатки устройства следующие:
-Устройство функционально ограничивает основной и дополнительный стояки тем, что в них жидкость поступает одновременно и тем, что их размещение навстречу друг другу только для гашения энергии в водобойной части.
2
2
3
2
-Устройство рассчитано на изоляцию основания от разрушения, но не корпуса шахты и оборудования, элементов конструкции внутри шахты при поступлении в обечайку вязкой жидкости отходов коммунального хозяйства и выделяющихся из отходов газов (HS, CO, NH, CHSH и т.д.), газов ядовитых и хорошо химически взаимодействующих с окружающей средой и материалами (стенами, перегородками и т.д.), оперативно разрушая их и загрязняя окружающую среду.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство - перепадной колодец для канализационных сетей (а.с. №1641140, МПК 03F5/00, от 03.11.89г.), содержащее вертикальную шахту, подводящий поверхностный коллектор, отводящий глубокозаложенный коллектор, перепадный стояк, объединяющий их, перекрытый плитой. В шахте установлен вытяжной воздуховод с горизонтальными перемычками, соединяющими его с перепадным стояком. Горизонтальные перемычки оборудованы регулирующей арматурой. Над воронкой перепадного стояка установлен прямоточный воздуховод с запорным устройством и обратным клапаном. Шахта разбита на два отделения - рабочее и эксплуатационное. Для спуска в отводящий коллектор и предотвращения проскока воздуха и подтопления жидкостью отделения снабжены напорными люками. Данное устройство принято за прототип.
2
2
3
2
Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является то, что оно усложнено автоматической системой регулировки и, соответственно, не гарантирует улучшение условий эксплуатации его в случае выхода из строя регуляторов. Для отвода не поверхностных жидкостей (дождя, например), а жидкостей вязких, постоянно выделяющих ядовитые газы, дурно пахнущих (HS, CO, NH, CHSH и т.д.) от отходов коммунальных хозяйств устройство малопригодно, так как приточный и вытяжной воздуховоды находятся в эксплуатационной части устройства и вытяжной воздуховод беспрепятственно доставляет из отводящего коллектора газы в атмосферу. Приточный воздуховод снабжает воздухом перепадный стояк через открытую воронку. Поэтому часть газов из подводящего коллектора, смешиваясь в воронке, поступает (как от обечайки) в эксплуатационную часть шахты. В зависимости от концентрации и частоты поступления в шахту газов, происходит быстрый или медленный выброс их в атмосферу.
Задачей изобретения является повышение работоспособности и упрощение, улучшение условий эксплуатации устройства перепадной системы разгрузочной канализационной сети при транспортировании жидких отходов коммунального и промышленного производств.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном устройстве для транспортирования сточной жидкости содержится вертикальная шахта, расположенное в ней оборудование: подводящий коллектор, отводящий коллектор, отделенный от шахты нижней плитой, перепадной стояк, соединяющий отводящий и подводящий коллекторы, приточная система подачи воздуха из атмосферы с обратным клапаном вверху - над перепадным стояком, воздуховод-стояк, соединенный с перепадным стояком перемычками, вытяжная система вентиляции, включающая трубопровод с обратным клапаном в верхней части, согласно изобретению перемычки, соединяющие воздуховод-стояк с перепадным стояком, выполнены с наклоном вниз от стояка-воздуховода, трубопровод приточной системы подачи воздуха из атмосферы над перепадным стояком плотно соединен с перепадным стояком и стояком-воздуховодом переходником дугообразной формы, дополнительно в шахту подведена вторая приточная система подачи воздуха из атмосферы, выполненная в виде трубопровода из вертикальной и горизонтальной частей, размещенных над шахтной верхней плитой и под плитой, соответственно, при этом горизонтальная часть выполнена со сквозными отверстиями, трубопровод вытяжной система вентиляции в эксплуатационной части шахты размещен в нижней части шахты, проходя вдоль боковой стенки шахты вверх до выхода из верхней плиты шахты, оборудование, находящееся в рабочей и эксплуатационных частях шахты, подверженное коррозии в процессе эксплуатации выполнено или защищено материалом обладающим коррозионной стойкостью и антифрикционными свойствами.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показал, что оно обладает новизной, т.к. неизвестно и изобретательским уровнем, т.к. существенно отличается при сравнении с известными техническими решениями. Промышленно применимо, т.к. реализовано с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов и может быть изготовлено на любом предприятии производства композиционных материалов и изделий с использованием принципа «труба в трубе» для защиты основной несущей трубы трубой, защищающей ее поверхность от коррозии и придающей основной трубе антифрикционные свойства, что позволяет широко применять в системах глубокой канализации, разгрузочных коллекторов.
В отличие от прототипа, воздуховод-стояк соединен наклонными вниз перемычками с перепадным стволом под эжекционным углом наклона, одновременно обеспечивая упрощение условий эксплуатации за счет смешивания и разбавления агрессивных газов атмосферным воздухом, штатного разряжения в период переполнения. Тем самым ускоряя работу отводного коллектора заполнения жидкими отходами коммунальных хозяйств при одновременном сбросе в канализационные сети большого количества отходов и при регулировании сети или дождевых потоков. Таким образом, перемычки способствуют разгрузке основного перепадного стояка, сбрасывая «лишнюю» массу отходов в воздуховод-стояк. Выполнение перемычек под углом позволяет в обычном режиме работы из воздуховода-стояка по перемычкам перемещаться, поднимаясь из отводящего коллектора только газам. Причем, за счет работы вытяжной системы вентиляции в шахте из отводящего коллектора поднимаются, в основном, легкие газы и смешиваются с воздухом из атмосферы, поступающим сверху из трубопровода в дугообразный переходник и одновременно в перепадной стояк и в воздуховод-стояк.
В обычных условиях воздуховод-стояк функционирует как воздуховод-стояк, а в экстремальных - как одновременно воздушный-газовый и транспортирующий жидкие отходы (воздушно-жидкостный ствол). Тем самым повышая работоспособность устройства городской сети разгрузочного коллектора в целом.
Верхние части воздуховода-стояка и перепадного стояка объединены дугообразным полым переходником, один торец которого выполнен с двумя выходами в перепадной стояк, обеспечивая подачу атмосферного воздуха из трубопровода приточной системы вентиляции, соединенного с переходником вдоль стенок перепадного ствола, образуя воздушную смазку между стояком и жидкими отходами и тем самым упрощая транспортировку их по стояку. Благодаря этому повышается работоспособность устройства и улучшаются его эксплуатационные условия.
Трубопровод приточной системы подачи воздуха из атмосферы размещен в переходнике в верхней части дуги. Поэтому, свободно во второй конец переходника воздух из атмосферы поступает в воздуховод-стояк и через перемычки, усиливая разбавление концентрации агрессивных взрывоопасных пахучих газов, поступающих по воздуховоду снизу из отводящего коллектора, смешиваясь с воздухом атмосферы по всей длине воздуховода- стояка и перепадного стояка шахты с учетом того, что фракционно газы делятся на тяжелые и легкие. Перемычки соединяют стояки в систему для отвода, циркуляции, смешивания, разбавления газов в нижней средней и верхней частях дугообразным переходником и удаления газов за счет вентиляции отводящего коллектора.
Таким образом, приточная система вентиляции, закрепленная в дугообразном переходнике, дугообразный переходник, воздуховод-стояк, перепадный стояк и перемычки между ними образуют замкнутую систему, обеспечивающую выход газовой составляющей из жидких отходов в атмосферу только через отводящий коллектор с разбавлением их за счет общего смешивания.
Замкнутая система из современных антикоррозионных, антифрикционных материалов обеспечивает улучшение условий эксплуатации шахты и повышает работоспособность устройства, не допуская попадания в эксплуатационную часть шахты агрессивных ядовитых газов из отводящего коллектора и перепадного ствола.
Дополнительно в шахте размещены приточная и вытяжная системы вентиляции, обеспечивающие надежность усиленного разбавления ядовитых и пахучих газов воздухом из атмосферы и вынос в атмосферу их при ПДК значительно ниже критического уровня.
При этом приточная система вентиляция выполнена в виде трубопровода из сплошной вертикальной и со сквозными отверстиями горизонтальной частей. Горизонтальная часть размещена непосредственно под верхней плитой шахты- вдоль нее, обеспечивая упрощение и безопасность условия эксплуатации устройства при ремонтных работах или контроля за состоянием конструкций в шахте за счет полного охвата проветриванием шахты всего объема, и, что особенно важно - быстрого безопасного вывода газов из труднодоступных мест и тяжелой составляющей газов в атмосферу, минимизируя концентрацию их в воздухе при хорошем разбавлении газовой составляющей непосредственно в шахте.
Вытяжная же система вентиляции выполнена с расчетом, что ввод в трубопровод газов размещен в нижней части шахты, обеспечивая надежный выход и легкой, и тяжелой составляющих смеси газа, что гарантирует улучшение безопасных условий работы в шахте ремонтных бригад и соответственно выполнение требований по эксплуатации устройства и может оснащаться мобильной или пассивной системой очистки воздуха.
В качестве материалов трубопроводов, перемычек и стояков использованы композиционные материалы, обладающие коррозионной стойкостью и антифрикционными свойствами, в виде армированных полимеров или несущей трубы (железо-бетон, бетон, нержавеющая сталь), в которую и на которую в натяг закреплены трубы из полимера, обладающие антифрикционными свойствами, обеспечивая повышение ресурса эксплуатации оборудования, защищая от коррозии при контакте с агрессивными газами, которые выделяют транспортируемые отходы, т.к. они не вступают во взаимодействие с полимером. При этом антифрикционные свойства полимеров надежно обеспечивают ускорение транспортировки вязких отходов, даже содержащих жиры, масла и т.д. как по стенкам трубопроводов, так и по перемычкам.
На фиг. 1 схематично показано устройство, разрез.
На фиг. 2 схематично показана замкнутая система соединение воздуховода-стояка с перепадным стояком через наклонные перемычки и через переходник.
На фиг. 3 схематично показана труба из полимера - полиэтилена.
На фиг. 4 схематично показана труба из композита - стеклопластика.
На фиг. 5 схематично показана труба из композита по типу «труба в трубе» - бетонная труба в центре, полимерные трубы с внешней и внутренней сторон.
На фиг. 6 схематично показана труба из бетона в центре, при этом полимерные трубы вставлены на и в бетонную трубу, образуя плотное соединение между собой. Полимерные трубы выполнены из коррозионностойкого материала и обладают антифрикционными свойствами.
Устройство содержит: шахту 1, подводящий коллектор 2, соединенный с перепадным стояком 3, отводящий коллектор 4, воздуховод-стояк 5, соединенный под углом с перепадным стояком 3 перемычками 6, выполненными с эжекционным наклоном вниз от воздуховода -стояка 5.
Воздуховод-стояк 5 с перепадным стояком 3 вверху соединен полым переходником - 7, 8 дугообразной формы. При этом часть переходника 8 выполнена в виде двух рукавов 9 и 10 и плотно вставлена в перепадной стояк 3.
В шахту 1 подведены две приточные системы подачи воздуха из атмосферы. В переходник 7, 8 вставлен трубопровод 11 первой приточной системы подачи воздуха из атмосферы с обратным клапаном 12 в нем. Над верхней плитой шахты 13 и под верхней плитой размещен трубопровод 14, 15 второй приточной системы подачи воздуха из атмосферы, состоящий из вертикальной части 14 из сплошного материала и горизонтальной части 15 - со сквозными отверстиями 16. Вытяжная вентиляция в шахте 1 выполнена трубопроводом 17 вдоль шахты 1, с выходом из нее. Трубопровод 17 снабжен обратным клапаном 18. Отводящий коллектор 4 в нижней части шахты 1 снабжен плитой 19, в которой закреплены перепадной стояк 3 и воздуховод-стояк 5. В отводящем коллекторе 4 транспортируется вязкая жидкость отходов 20 и газов 21.
В шахте 1 в отводящем коллекторе 4 при обычных условиях эксплуатации, без переполнения жидкостью коллекторов, обычно должен быть зазор 22 между нижней плитой 19 и поступающей жидкой составляющей отходов в отводящий коллектор 4 из перепадного стояка 3. В случае переполнения жидкой массой отводящего коллектора 4 зазор отсутствует. В нижней плите 19 шахты 1 размещен люк 23.
Устройство работает следующим образом.
2
2
3
2
4
Отходы коммунального хозяйства или промышленного производства попадают в канализацию и транспортируются в ней в глубокозаложенный коллектор. Отходы попадают в шахту 1 из подводящего коллектора 2 в переходной стояк 3 и отводящий коллектор 4. При этом транспортируется как жидкость (вязкая, разлагающаяся в канализации составляющая отходов), так и газы (HS, CO, NH, CHCS, CH и т.д.) по своим свойствам представляющие собой агрессивные, в основном, резко пахнущие, ядовитые газы (фиг. 1). Они по плотности делятся на легкие и тяжелые. С учетом перечисленного, газы и отходы, поступая из подводящего коллектора 2 в перепадной стояк 3, аэрируются из приточной системы подачи воздуха из атмосферы через трубопровод 11 и дугообразный переходник 7, 8 (из части 8), плотно соединяющий воздуховод- стояк 5, размещенный в шахте 1 параллельно перепадному стояку 3 (фиг 2).
Дугообразный переходник 7, 8 имеет возможность подачи воздуха из атмосферы в виде распределенных в части 8 двух потоков 9, 10, способствуя не только более интенсивному перемешиванию с газовой составляющей отходов и, таким образом, разбавляя концентрацию их в потоке, но и подачи воздуха к внутренним стенкам стояка 3 в качестве воздушной смазки. Перепадной стояк 3 и воздуховод -стояк 5 закреплены в нижней плите 19 шахты 1. При этом, перепадной стояк 3 выходит из нижней плиты 19 в зазор 22 между плитой 19 и жидкой составляющей 20, а воздуховод- стояк 5 размещен в шахте 1, не выходя из плиты. Попадая в отводящий коллектор 4, в верхнюю часть 21 над жидкими отходами 20, газ отходов 21, за счет перекрытия плитой 19 нижней части шахты 1 проходит в воздуховод- стояк 5, соединенный с перепадным стояком 3 перемычками 6, выполненными под углом с наклоном вниз, например, ~17-22 °.
Газы 21, попадая в воздуховод- стояк 5 и воздух, проходящий по дугообразному переходнику через часть 7 в этот же воздуховод -стояк 5 из приточной системы подачи воздуха из атмосферы 11, перемешиваются и по перемычкам 6 и, частично, по дугообразному переходнику, в зависимости от концентрации газов 21 и давления воздуха из приточной системы 11, попадают в перепадной стояк 3. За счет наличия перемычек 6 и воздуховода- стояка 5 газ из жидкости разбавляется воздухом в перепадном стояке 3. Таким образом, разбавленный воздух поступает в отводящий коллектор 4 в концентрации значительно меньшей, чем при разбавлении его в одном перепадном стояке через переходник (часть 8) и потоки 9, 10. При этом, за счет того, что перепадной стояк 3, воздуховод-стояк 5 и перемычки 6, трубопроводы приточных систем подачи воздуха выполнены из материала, обладающего коррозийной стойкостью и антифрикционными свойствами, то они защищают от разрушения оборудование в целом не только в спокойном режиме транспортирования отходов и газов из них, т.е. без переполнения коллекторов отходами или в случае подсоединения к массе отходов дождевых потоков, но и в критические периоды- переполнения коллекторов, когда подача воздуха затруднена.
В качестве таких материалов возможно использование труб из армированного полимера- стеклопластика или труб из полимеров ПП или ПЭ (фиг. 3, 4), или трубы, плотно контактирующие с трубой, например, из железобетона, бетона, путем закрепления в натяг труб из полимера на несущую трубу (железобетон и т.д.) в качестве «покрытий» на внешней и внутренней поверхности несущей трубы (по аналогии с биметаллическими трубами или «труба в трубе» с образованием слоистой композиции (фиг. 5, 6). Шахту 1 и все, что способно корродировать в ней (лестницу и т.д.) защищает: нижняя железо-бетонная плита 19, приточная система 14, 15, 16 вентиляциии подвода воздуха из атмосферы в шахту размещена над и под верхней плитой 13 шахты 1 и вытяжная система отвода 17, 18 попавшего в шахту газа из отходов. Это и гарантия безопасности работы людей, контролирующих состояние оборудования в шахте и производящих ремонт, замену устаревшего оборудования новым. В критический период переполнения коллекторов жидкими отходами воздуховод с наклонными вниз перемычками функционирует как дополнительный стояк к перепадному стояку, в который перекидывается часть жидких отходов по перемычкам, спасая ситуацию. За счет антифрикционных свойств поверхностей труб, стояков защищено оборудование от зарастания гниющими отходами и налипания на поверхности его, от проблем очистки от жироподобных продуктов в отходах системы труб и коллекторов в их объеме. Наклон перемычек 6 вниз обеспечивает непопадание жидких отходов в «дополнительный стояк»- воздуховод 5 при транспортировке жидких отходов по перепадному стояку 3 в режиме «незаполнения» или «непереполнения» отводящего коллектора 4. В то же время, в период «заполнения, переполнения» отводящего коллектора 4 воздуховод -стояк 5 функционирует как приемник жидких отходов из перепадного стояка и из отводящего коллектора в отсутствии воздушной подушки в воздуховоде, т.к. воздух вытесняется в приточную систему вентиляции 11 подачи воздуха из атмосферы при открытом обратном клапане 12, в момент заполнения газами дугообразного переходника 7, 8.
Контролируется состояние оборудования и всей системы в целом, а также ведутся восстановительные работы в шахте 1 и отводящем коллекторе 4 за счет наличия вытяжной системы газа в шахте и наличия люка 23 в нижней плите 19 шахты. Тем самым повышается работоспособность устройства.
Предлагаемое изобретение, по сравнению с прототипом, имеет преимущества. Устройство позволяет расширить функциональные и конструктивные возможности за счет наличия замкнутой системы подачи воздуха и одновременно из атмосферы в перепадной стояк и в воздуховод- стояк.
Воздуховод -стояк при этом, поменял функцию: из выходного для газов из отходов в атмосферу - в приточный того и другого в нем, и из воздушного- в воздушно-жидкостной (в период переполнения отводного коллектора). При поступлении газов вверх из отводящего коллектора и воздуха сверху из атмосферы образуется смесь, поступающая затем многократно в перепадной стояк по перемычкам и переходнику.
Устройство позволяет повысить работоспособность оборудования с 5-10 лет до 25-30 лет и сохранить шахту от коррозии, минимизируя контакт их с агрессивными газами, поступающими непрерывно вместе с гниющими жидкими отходами в отводящий коллектор, за счет отдельной приточно-вытяжной системы в самой шахте. При этом приточная система вентиляцииобеспечивает подачу воздуха из атмосферы и в открытые и труднодоступные места в шахте, а вытяжная система в первую очередь гарантировано выбирает снизу сильноразбавленные тяжелые газы и затем подает в атмосферу легкие газы, также сильноразбавленные.
Устройство позволяет упростить и улучшить эксплуатационные условия за счет минимизации автоматизации его (только обратные клапаны в трубопроводах вентиляции), а также за счет переброса по наклонным перемычкам воздуха или жидких отходов, в зависимости от ситуации, от степени заполнения отводящего коллектора жидкими отходами.