Спосіб водопостачання регіонів з підвищеною кількістю атмосферних опадів

1 Спосіб водопостачання регіонів із підвищеною КІЛЬКІСТЮ атмосферних опадів, який включає збір і акумулювання опадів, очищення і подачу води споживачам, який відрізняється тим, що збір і акумулювання опадів виконують у нагромаджувачі води з об'ємом не більше 20 % річної потреби у ній, нагромаджувач обладнують гідромеханічною системою змиву донних відкладень і плаваючим утеплювачем на дзеркалі відкритої води у вигляді двох прошарків полімерних кульок, споруди механічної очистки води системи очищення виконують у 3 рази більшими за розмірами від розрахункових для годинної продуктивності усієї технологічної лінії очищення, після механічного очищення воду в об'ємі подвійної розрахункової витрати повертають у гідромеханічну систему змиву донних відкладень, а очищену і знезаражену, наприклад УФ-опромшенням, воду розділяють на два потоки, один із яких, в об'ємі до 98 % добової витрати води, направляють на господарські потреби, інший потік, в об'ємі біля 2 % добової витрати, направляють на купірування реагентами і фільтрацію крізь набір роздроблених гірських по Передбачуваний винахід відноситься до способів забезпечення водою населення і промислових підприємств для господарчих і питних потреб і може бути використаний в регіонах із підвищеною КІЛЬКІСТЮ атмосферних опадів для водопостачання окремих об'єктів, віддалених від місць компактного проживання населення і розміщення промисловості, наприклад, туристичних баз, санаторних комплексів, пансіонатів та баз відпочинку Відомий спосіб забезпечення водою населення і промислових підприємств, у якому вода забирається з поверхневого джерела (ріки, водоймища, озера), очищається й знезаражується і за допомогою насосних станцій та складної сітки водоводів подається до споживачів [Н Н Абрамов Водоснабжение -М Стройиздат, 1982 ] Недоліками відомого засобу є те, що він неприйнятний для окремо й віддалено розташованих об'єктів від місць компактного проживання населення і розміщення промисловості через необхідність прокладки довгих водоводів, великих енерге тичних витрат на перекачування води, протікання у водоводах біологічних і ХІМІЧНИХ процесів, що змінюють властивості та якість води ВІДОМІ способи залучення підземних запасів води за допомогою свердловин, водозбірних галерей, кяризів, джерел для постачання водою населення і промислових підприємств після ВІДПОВІДНОГО очищення і знезаражування води [Seppanen H Biological treatment of groundwater in basis with floating filters - м the roll of microorgamsmus in floating filters //Water Sci and Technol -1988 - Vol 20, №3 -P 185-187] Однак підземні води в багатьох регіонах мають несприятливий для використання в господарчих і питних цілях сольовий склад (високий солевміст), а для його зниження необхідно дороге устаткування і великі експлуатаційні витрати Найбільше близьким по технічній сутності є засіб водопостачання, який включає збір і акумулювання атмосферних опадів із поверхні землі в загатах, системи механічного очищення і знезара рід 2 Спосіб водопостачання за п 1, який відрізняється тим, що в очищену питну воду вводять набір ХІМІЧНИХ елементів, наприклад кальцій, калій, фтор, мікроелементи й ш , у кількостях, які рекомендуються медициною 3 Спосіб водопостачання за п 1, який відрізняється тим, що в набір роздроблених гірських порід уводять, наприклад, кремній, кварц, кристобаліт, польовий шпат, змішаний каолініт та ш в об'ємах і з поверхнями однакового співвідношення між ними, а фільтрування здійснюють протягом не менше двох діб CO сч Ю ю 55923 жування накопиченої в загатах води і подачі її споживачам по трубопроводам [Burnett MJ the problems of waterrmg the Rock // Water Bulletin, 1983 -№68 -P 6-7] До недоліків відомого способу відносяться неможливість забезпечити безперебійне постачання водою протягом усіх періодів року, необхідність вільних площ землі, потреба в протифільтраційних заходах, які виключають втрати води на просочування в грунт, великі втрати води на випар із відкритого дзеркала води, недостатня якість питної води В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу водопостачання регіонів з підвищеною КІЛЬКІСТЮ атмосферних опадів, у яких збір і акумулювання води здійснюють у нагромаджувачах води з об'ємом не більш 20% річної потреби у ній, нагромаджувач обладнують гідромеханічною системою змиву донних відкладень і плаваючим утеплювачам на дзеркалі відкритої води, розміри споруд механічного очищення води очисної станції виконують утроє більшими розрахункових, очищену і знезаражену воду розділяють на два потоки, один із яких направляють на господарські потреби, а другий - на купірування реагентами і фільтрацію через набір гірських порід, що забезпечує виключення замулювання нагромаджувача води і поліпшення структури питної води, цим також забезпечується безперебійне постачання споживачів водою протягом усіх періодів року, виключення потреби у великих площах землі, а також виключення втрат води на випар з відкритого дзеркала води й просочування її в грунт, надання питній воді смакових і ГІГІЄНІЧНИХ властивостей екологічно чистої води Поставлена задача вирішується тим, що в способі водопостачання регіонів з підвищеною КІЛЬКІСТЮ атмосферних опадів, що включає збір і акумулювання опадів, систему очищення і подачу води споживачам, ВІДПОВІДНО ДО винаходу передбачені наступні ВІДМІНИ збір і акумулювання опадів здійснюють у нагромаджувачах води, з об'ємом не більш 20% річної потреби у ній, нагромаджувач обладнують гідромеханічною системою змиву донних відкладень і на дзеркалі відкритої води плаваючим утеплювачем у вигляді двох прошарків полімерних кульок, розміри споруд механічної очистки води системи очищення виконують у 3 рази більшими розрахункових для годинної продуктивності всієї технологічної лінії очищення води, після механічного очищення подвійну розрахункову витрату води повертають у гідромеханічну систему змиву донних відкладень, очищену і знезаражену воду розділяють на два потоки, один з яких, в об'ємі до 98% добової витрати води, направляють на господарчі потреби, а інший потік, в об'ємі біля 2% добової витрати направляють на купірування реагентами і фільтрацію через набір гірських порід Крім того, в очищену питну воду вводять набір ХІМІЧНИХ елементів, наприклад кальцій, калій, фтор, мікроелементи та ш , в кількостях, які рекомендуються медициною, а також вводять у набір роздроблених гірських порід, наприклад кремній, кварц, кристоболіт, польовий шпат, змішаний каолініт та ш , в об'ємах і з поверхнями однакового співвідношення між ними, при цьому фільтрування через них здійснюють протягом не менш двох діб Аналіз відомих технологій, які відносяться до способів водопостачання населення і промислових підприємств, показав, що технічних рішень, які містять ту ж сукупність суттєвих ознак, що і спосіб, який заявляється, не виявлено, що дозволяє зробити висновок проте, що спосіб, який заявляється, відповідає критерію "новизна" Аналіз виявлених ВІДМІТНИХ ВІД прототипу ознак показав, що такі або подібні з ними ознаки у відомих технічних рішеннях, із проявом тих же властивостей, які вони виявляють у сукупності, яка заявляється, не виявлені, що дозволяє зробити висновок проте, що спосіб, який заявляється, відповідає критерію "ІСТОТНІ ВІДМІННОСТІ" Запропонований спосіб пояснюється кресленням, де на фіг 1 приведена технологічна схема збору, акумулювання і водопідготовки атмосферних опадів для їхнього використання у господарчих та питних цілях, на фіг 2 приведена технологічна схема водопідготовки, на фіг 3 наведений графік КІЛЬКОСТІ опадів, які випадають, протягом року, на фіг 4 - графік води, яка випадає і споживається, на фіг 5 - графік залежності втрат води на випаровування від температури, на фіг 6 - графік залежності ступеня рециркуляції води від швидкості виведення донних відкладень і швидкості розпаду відкладень і внесення домішок у водяний розчин Спосіб здійснюють наступним чином Атмосферні опади 1, які випадають у виді дощу або снігу на дахи житлових будинків 2 або господарчих будівель збираються лотками або водозбірними трубами і по системі ВОДОВІДВІДНИХ труб З надходять до нагромаджувача 4, ВІДКІЛЯ заглибним насосом 5 відкачуються на водопровідні очисні споруди 6 Освітлена вода по рециркуляційному трубопроводу 7 частково повертається у нагромаджувач для пдровзмучування донних відкладень Потік очищених вод розділяється на два потоки, один із яких (потік 8) після знезаражування направляється на використання на господарчі потреби, а другий (потік 9) після змішання з купажем реагентів 10 фільтрується через фільтр 11 для структурування води і надання їй цілющих, смакових і ГІГІЄНІЧНИХ властивостей Атмосферні опади, що збираються з дахів житлових будинків і господарчих будівель, можуть містити домішки у вигляді сміття від опалого листя дерев і ВІДХОДІВ деревини, пилюки, занесеної на стріху вітром, пташиного посліду, абсорбованих із повітря викидів в атмосферу продуктів спалювання видів палива, у тому числі вихлопних газів автотранспорту, газових викидів печей і котельних, промислових викидів різного складу У той же час атмосферні опади мають солевміст не більш 50мг/л, у них на низькому рівні знаходяться сульфати, хлориди, солі жорсткості, сполуки мінерального азоту, що полегшує задачу освітлення і глибокого очищення води У районах із вологим кліматом сухий період року звичайно не перевищує двох МІСЯЦІВ, тому з урахуванням втрат води на випар із нагромаджу 55923 вача його об'єм повинний бути на рівні 70-добовоі потреби у воді об'єкта, тобто 20%-ноі річної потреби у воді Упоряджене житло має площу забудови не менш 30м на одного мешканця При випаданні в районах із вологим кліматом 3 - 3,5м3 води на кожний квадратний метр площі на рік, яка збирається з атмосферних опадів води, достатньо для задоволення усіх потреб мешканців на питні і господарчі потреби Для поливу зелених насаджень цілком придатні очищені СТІЧНІ води На фіг 2 представлений один із графіків випадання атмосферних опадів у м Сочі протягом календарного року з нанесеним водоспоживанням із розрахунку 240л/чол*добу Побудований за даними фіг 3 інтегральний графік випадання атмосферних опадів і водоспоживання фіг 4 дає по максимальній величині розриву між ламаними ЛІНІЯМИ об'єм потрібного нагромаджувача на одну людину від річної потреби у воді (478мм/м2 до 3020мм/м2) приблизно 16% Якщо до цієї величини додати величину втрат на випар, то утворюється названа величина 20% Скорочення втрат на випар можливо лише закриванням дзеркала води плаваючим утеплювачем, який знижує поверхню випару, не реагує з водою і вільно приймає зміни ВІДМІТКИ води у нагромаджувачі і величину площі дзеркала води при ЗМІНІ прошарку води Використання утеплювача обгрунтовано спробою не допустити передачу тепла від атмосферного повітря до води У якості утеплювача доцільно використовувати пластмасові кульки з харчової пластмаси в два прошарки (по типу кульок для настільного тенісу) За даними лабораторних досліджень наявність кульок, які плавають на ВІЛЬНІЙ поверхні в два прошарки (Фіг 5), забезпечує багатократне зниження КІЛЬКОСТІ води, що випаровується, у всіх вивчених діапазонах температур (від 10 до 40 С°) Подальше збільшення прошарків кульок не має смислу й економічної ДОЦІЛЬНОСТІ Забезпечення нагромаджувачів пдромеханізованою системою змиву донних відкладень до місця розташування заглибної помпи за рахунок підводу до неї рециркуляційного потоку освітленої води гарантує швидке виведення з нагромаджувачів механічних домішок, особливо органічного походження, біологічне розкладання яких у воді, яка акумулюється, може різко збільшити експлуатаційні витрати на стадії доведення якості води до необхідного рівня на водопровідній очисній станції (ВОС) Призначення продуктивності споруд механічного очищення води на ВОС у три рази більшої розрахункової годинної продуктивності ВОС обумовлене необхідністю забезпечення гідромеханічної системи змиву донних відкладень нагромаджувача необхідною КІЛЬКІСТЮ води і вимогою якнайшвидшого виведення механічних домішок для зменшення ролі біологічних процесів у ЗМІНІ якості води На Фіг 6 показаний вплив величини рециркуляції води на властивість виведення відкладень й інтенсивність зміни біологічного забруднення води, як слідує з графіків зниження розчинення органічних речовин у воді і виведення донних відкладень, величина співвідношення між рециркуляційною і розрахунковою витратою води Орец/ Орозр - 2 забезпечує достатньо швидке виведення відкладень і істотне зниження ролі біологічних процесів у ЗМІНІ якості акумульованої води Отже, (Орец + Орозр) / (Орозр варто прийняти рівним З Велика величина співвідношення збільшує витрати (капітальні вкладення й енерговитрати) при незначному зниженні витрат на фізико-хімічне доочищення води, тобто економічно недоцільне Водопровідна очисна станція (ВОС) включає у своєму складі такий набір споруд і процесів очищення води (Фіг 2) Першою спорудою для освітлення води є йоржевий фільтр 12, що забезпечує 80 - 90% - не видалення з води механічних домішок за рахунок адгезії їх на розвиненій волокнуватій поверхні Модифікація поверхневих властивостей волокон забезпечується протіканням на них біологічних процесів, бюобростанням волокон, наявністю слизів і бюполімерів На другому етапі очищення вже втроє меншої витрати води передбачається фільтрація води крізь фільтр з антрацитовим (пуролатовим) завантаженням 13 із крупністью зерен 0,8 - 2,0мм Цей фільтр гарантує залишковий зміст механічних домішок не більш 1мг/л Заключним етапом очищення води на ВОС є фільтрація води через завантаження 14 із гранульованим активованим вугіллям Активоване вугілля сорбірує у воді органічні речовини, усуває запахи і присмаки Очищена вода накопичується в резервуарах чистої води 15, де знезаражується, наприклад пропусканням крізь УФ - промені 16, вона підготовлена для використання на побутові і господарчі потреби (ванна, душові, туалет, прання, миття посуду і т д ) Така вода ще негожа до використання на питні потреби Однак на питні потреби витрачається не більш 2% очищеної на ВОС води У воді не вистачає таких ХІМІЧНИХ елементів, як кальцій, калій, фтор, мікроелементів, зв'язаних із функціонуванням таких органів людини, як нирки, печінка, шлунок, передміхурова залоза, щитовидна залоза, серце, селезінка Дозування цих елементів і мікроелементів (купірування води) провадиться тільки в 2% - ній КІЛЬКОСТІ добової витрати води, яка споживається і очищується на ВОС, Дозування купажів провадиться у трубопровід, який подає воду у фільтр 10, заповнений дробленими гірськими породами (кремінь, кварц, кристоболіт, польовий шпат, шунгіт, змішані каолініти й ш) Із дводобовим терміном контакту води з гірськими породами Крупність зерен роздроблених порід 5 - 10мм У наборі співвідношення зерен по об'єму і поверхні контакту з водою рівне За даними [А Д Малярчиков Вада, якой баїцца рак // Праця - 05 04 90 ] проходження крізь гірські породи забезпечує структурування води і надання у сукупності з наявністю у воді в достатній КІЛЬКОСТІ біологічно активних ХІМІЧНИХ елементів і мікроелементів цілющих властивостей води Приклад Житловий будинок на одну родину з 5 чоловік (батьки, діти, онуки) площею даху 130м2 із потребою у воді по середньодобовим даним лічильника водопровідної води - 1м /добу, потребою у питній воді не більш 15л/добу розташований у лісопарковій зоні м Сочі З річною КІЛЬКІСТЮ атмосферних 55923 опадів не менше Зм3/м2*рік Річний СТІК атмосферних опадів із даху складає не менше 400м3/рік, потреба будинку у воді 365м3/рік Приймаємо об'єм нагромаджувача рівний 73м3 Нагромаджувач виконаний із бетону і має розміри максимальна висота прошарку води 6,5м, розміри в плані 3,5 х 3,5 (зовні), усередині 3,3 х 3,3м Пірамідальний приямок має висоту 1,5м, нахил стінок під кутом 45° до горизонтальної площадки з установленою по центру помпою типу Septik На поверхні води у нагромаджувачі плаває 0,5м3 пластамасових кульок діаметром 25мм Будинок виконаний у трьох рівнях, із висотою від плити підвалини до даху у самому и низькому МІСЦІ - 9м Оскільки фільтрувальна очисна установка розташована на ПІДЛОЗІ у напівпідвальному помешканні, то подача води до неї у період відсутності дощів здійснюється без вмикання помпи, із плаваючого у нагромаджувачі дозувального бачка постійною витратою 1м3/добу У період випадання дощів через кожні 6 годин, тобто 4 рази на добу включається помпа типу Septik на 20 хвилин, перекривається електромагнітним клапаном подача води на фільтр з антрацитовим (пуролатовим) завантаженням і вода циркулює лише крізь йоржевий фільтр і назад, у нагромаджувач на пдрозамутнення води в пірамідальному приямку, де по кутам розташовані 4 сопла, спрямовані по діагоналям похилих стінок Продуктивність йоржевого фільтра Зм3/годину (відповідає продуктивності помпи "Septik"), швидкість фільтрації води у йоржевому фільтрі при пропусканні максимальної витрати - 10м/годину Площа фільтра, виконаного з труби діаметром 600мм - 28дм , висота прошарку йоржевої насадки - 2м, загальна висота - 2,4м Фільтр виконаний із нержавіючої сталі товщиною 1 мм Потреба в йоржах - 15кг 30%-ного підшерстя Пуролатовий фільтр має прошарок завантаження - 1м, висоту фільтра - 2м, діаметр 200мм, швидкість фільтрації -1,5м/годину Фільтр з активованим вугіллям має розміри, аналогічні розмірам пуролатового фільтра Потреба в зернистому пуролаті і гранульованому активованому вугіллі по 30кг Очищена вода збирається у бачку об'ємом 125 літрів і періодично, через Фіг. 1 8 кожні 3 години відкачується у бак об'ємом 0,5м , який розташований на горищі будинку (у верхній частині дахи) 3 верхнього бака вода подається по трубам до всіх санітарних приладів будинку Для приготування води питної якості є бачок об'ємом 80 літрів із нержавіючої сталі на 2 відділення, заповнений роздробленими гірськими породами з поровим простором біля ЗО літрів Вода до першого відділення бачка подається в КІЛЬКОСТІ 15 літрів один раз на добу й у цей період зливається підготовлена вода з другого відділення При цьому спочатку вода зливається, а потім добавляється нова порція води У порції води, яка добавляється, розчиняють набір реагентів купажу Відібрана порція підготовленої питної води зберігається в цептерівській посуді Акумулювання атмосферних опадів, зібраних із дахів житлових будинків і господарських будівництв об'ємом не менш 20% річного об'єму у нагромаджувачі з великою глибиною і малою площею дзеркала води, покритою для зниження втрат води на випар плаваючим утеплювачем гарантує забезпечення безперебійного постачання водою споживача протягом усіх періодів року, а постачання нагромаджувача системою трубопроводів для гідрозмиву відкладень і заглибної помпи подачі води на очищення і байпасною ЛІНІЮ на гідрозмив відкладень дозволяє виключити замулення нагромаджувача і розвиток у ньому небажаних біологічних процесів Збільшення розмірів споруд механічної очистки води системи очищення втроє більшими, ніж необхідно для освітлення розрахункової витрати споживаної води, продуктивністю споруд механічного очищення води і рециркуляцією у нагромаджувач освітленої води забезпечує швидке звільнення нагромаджувача від механічних домішок, які надійшли до нагромаджувача після закінчення сухого періоду року і початку сезону дощів Поділ потоку очищеної води на два, один із яких забезпечує питні, а інший - господарські потреби об'єкта водопостачання забезпечує істотне зниження потреби системи водопостачання у реагентах для водопідготовки й об'єму споруд для структурування питної води і надання їй смакових і ГІГІЄНІЧНИХ властивостей екологічно здорової і навіть цілющої води Запропонований засіб апробовано на ПІЛОТНІИ установці в м Сочі 10 55923 Фіг. 4 Фіг. 5 Фіг. 6 Підписано до друку 05 05 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24