PL210924B1

PL210924B1 - Gravitational storage reservoir of liquids

Info

Publication number: PL210924B1
Application number: PL381427A
Authority: PL
Inventors: Daniel Słyś; Józef Dziopak
Original assignee: Politechnika Rzeszowska
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2012-03-30
Also published as: PL381427A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest grawitacyjny zbiornik retencyjny cieczy, a zwłaszcza ścieków ogólnospławnych i deszczowych, którego zadaniem jest regulacja natężenia przepływu ścieków siecią kanalizacyjną oraz odciążenie hydrauliczne obiektów i urządzeń oczyszczalni ścieków.The subject of the invention is a gravity storage reservoir for liquids, especially combined and rainwater sewage, the task of which is to regulate the flow rate of sewage through a sewage system and to relieve the hydraulic load of facilities and devices of sewage treatment plants.

Cechą charakterystyczną systemów spławiających ścieki pochodzące z opadów atmosferycznych i ścieki ogólnospławne jest bardzo znaczne zróżnicowanie wartości przepływów w okresach pogody bezdeszczowej oraz w czasie występowania deszczów. Jak wynika z powszechnie dostępnych danych literaturowych wielkość przepływów ścieków w okresach występowania opadów noże być nawet kilkadziesiąt razy większa niż w okresach bezdeszczowych. Przekroje kanałów są dobierane w oparciu o wyznaczane wartoś ci przepł ywów przy przyję ciu krótkotrwał ych czasów trwania deszczów. Wpływa to na konieczność stosowania znacznych średnic przewodów kanalizacyjnych, z czego wynika stosunkowo niski stopień wykorzystania przepustowości kanałów w całym okresie ich eksploatacji. Stąd też obserwuje się ciągłe dążenie do ograniczania krótkotrwałych ekstremalnych przepływów ścieków i przekształcania ich w odpływy wielokrotnie niższe, ale trwające dłużej. Zadanie to realizowane jest poprzez stosowanie różnej konstrukcji zbiorników retencyjnych do magazynowania nadmiernych przepływów ścieków siecią kanalizacyjną. W ostatnich latach odnotowuje się znaczący postęp w rozwoju wysokoefektywnych układów hydraulicznych zbiorników, poczynając od grawitacyjnych zbiorników wielokomorowych poprzez zbiorniki grawitacyjno-podciśnieniowe, a na zbiornikach grawitacyjno-pompowych kończąc.A characteristic feature of the systems draining the sewage from precipitation and combined sewage is a very significant differentiation of the value of flows in periods of dry weather and during rainfall. As it results from the commonly available literature data, the size of the wastewater flows in the periods of rainfall may be even several dozen times greater than in the rainless periods. The cross-sections of the channels are selected on the basis of the determined values of the flows, assuming the short-term duration of rains. This results in the necessity to use large diameters of sewage pipes, which results in a relatively low level of channel capacity utilization throughout the entire period of their operation. Hence, there is a constant desire to limit short-term extreme flows of wastewater and transform them into outflows many times lower, but lasting longer. This task is carried out through the use of different designs of retention reservoirs to store excessive flows of sewage through the sewage system. In recent years, significant progress has been made in the development of highly efficient hydraulic systems for tanks, ranging from gravity multi-chamber tanks, through gravity-vacuum tanks, to gravity-pump tanks.

Biorąc pod uwagę cechy użytkowe dostępnych rozwiązań zbiorników retencyjnych, a w szczególności ich skomplikowane układy hydrauliczne, opracowano rozwiązanie wielokomorowego grawitacyjnego zbiornika retencyjnego będącego przedmiotem niniejszego zgłoszenia patentowego, który zapewnia wysoką efektywność retencjonowania ścieków przy zastosowaniu prostego układu hydraulicznego.Taking into account the functional features of the available solutions of retention reservoirs, and in particular their complex hydraulic systems, a multi-chamber gravity retention reservoir solution being the subject of this patent application was developed, which ensures high efficiency of wastewater retention using a simple hydraulic system.

Grawitacyjny zbiornik retencyjny cieczy zawierający komorę przepływową połączoną hydraulicznie z komorą akumulacyjną poprzez ścianę przelewową i równocześnie poprzez przewód dławiący oraz komorę rozprężną lub regulator przepływu z kanałem odpływowym, zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że przestrzeń komory akumulacyjnej jest połączona z przestrzenią komory przepływowej, przez co najmniej jeden otwór w ścianie przelewowej, w którym zlokalizowane jest pływakowe zamknięcie połączone z wymienioną ścianą przelewową przegubem.A gravity liquid retention tank comprising a flow chamber connected hydraulically with the accumulation chamber through an overflow wall and simultaneously through a throttle conduit and an expansion chamber or a flow regulator with an outflow channel, according to the invention, the accumulation chamber space is connected to the flow chamber space, thereby at least one opening in the overflow wall in which a float closure is located connected to said overflow wall by a joint.

W wyniku zastosowania rozwią zania grawitacyjnego zbiornika retencyjnego cieczy wedł ug wynalazku został znacznie uproszczony jego układ hydrauliczny. Wyeliminowano zespoły pomp do przepompowywania ścieków w okresie zwiększonych opadów, uzyskując istotne obniżenie kosztów eksploatacji tego zbiornika. Znacznym postępem w znanym rozwiązaniu zbiornika jest zastosowanie do opróżniania komór akumulacyjnych przewodów lewarowych, jednak w przypadku znacznych zanieczyszczeń ścieków mogą one ulegać blokadzie, co na pewno nie będzie miało miejsca przy stosowaniu zamknięć pływakowych, które zastosowano w rozwiązaniu zgodnie z niniejszym wynalazkiem.As a result of the application of the gravity liquid retention tank solution according to the invention, its hydraulic system has been significantly simplified. Pump sets for pumping wastewater in the period of increased rainfall were eliminated, resulting in a significant reduction in the operating costs of this reservoir. A significant improvement in the known solution of the tank is the use of siphon lines for emptying the accumulation chambers, but in the case of significant pollution of the sewage, they may become blocked, which will certainly not be the case with the use of float closures, which were used in the solution according to the present invention.

Zbiornik retencyjny według wynalazku pokazany jest w postaci schematów przykładowych rozwiązań na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny zbiornika z rurą dławiąca, natomiast fig. 2 przedstawia przekrój poprzeczny zbiornika z regulatorem przepływu. Na fig. 3 pokazano przekrój poziomy zbiornika posiadającego rurę dławiącą obok komory akumulacyjnej, a z kolei na fig. 4 zbiornik retencyjny w przekroju poziomym z rurą dławiącą, która jest usytuowana pod komorą akumulacyjną. Przekrój podłużny zbiornika z regulatorem przepływu pokazano na fig. 5. Charakterystyczne położenia zamknięcia pływakowego pokazują fig. 6, 7, 8 i 9. Natomiast fig. 10, 11, 12, 13, 14, 15 oraz 16 przedstawiają charakterystyczne fazy działania nowej konstrukcji zbiornika retencyjnego wyposażonego w rurę dławiącą, a fig. 17, 18, 19 i 20 wyjaśniają poszczególne fazy działania przykładowego rozwiązania zbiornika, który jest wyposażony w regulator przepływu.The retention tank according to the invention is shown in the form of diagrams of example solutions in the drawing, in which: Fig. 1 shows a cross-section of the reservoir with a throttle pipe, while Fig. 2 shows a cross-section of the reservoir with a flow regulator. Fig. 3 shows a horizontal section of a reservoir having a throttle tube next to the accumulation chamber, and Fig. 4 shows a retention reservoir in horizontal section with a throttle tube which is positioned below the accumulation chamber. A longitudinal section of the tank with a flow regulator is shown in Fig. 5. The characteristic positions of the float closure are shown in Figs. 6, 7, 8 and 9. Figures 10, 11, 12, 13, 14, 15 and 16 show the characteristic phases of operation of the new design of the tank. and Figures 17, 18, 19 and 20 illustrate the various operating phases of an exemplary reservoir arrangement that is provided with a flow regulator.

Zbiornik retencyjny cieczy według wynalazku, którego przykładowe rozwiązania pokazują fig. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 i 9 posiada komorę akumulacyjną i wykonaną z różnych materiałów w postaci dowolnej figury o określonych wymiarach, której zadaniem jest gromadzenie nadmiaru ścieków w sieci kanalizacyjnej w okresach ich zwiększonego przepływu. Bezpośrednio przed komorą akumulacyjną i zlokalizowano komorę przepływową 2 połączoną z nią poprzez otwór przepływowy 3 z zamknięciem pływakowym 4 usytuowanymi w ścianie przelewowej 5. Komora akumulacyjna i oraz komory przepływowa 2 i rozprężna 6 posiadają konstrukcję zamkniętą lub otwartą od góry.The liquid retention tank according to the invention, examples of which are shown in Figs. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 and 9, has an accumulation chamber made of various materials in the form of any figure with specific dimensions, the purpose of which is to accumulate excess wastewater in the sewage system during periods of their increased flow. Immediately in front of the accumulation chamber there is a flow chamber 2 connected to it through a flow opening 3 with a float closure 4 situated in the overflow wall 5. The accumulation chamber 1 and the flow chambers 2 and expansion 6 have a closed or open structure at the top.

PL 210 924 B1PL 210 924 B1

Dławienie przepływu ścieków siecią kanalizacyjną realizowane jest w zbiorniku retencyjnym poprzez rurę dławiącą 7 lub przez regulator przepływu 8. Rura dławiąca 7 ułożona z założonym spadkiem o określonej przepustowości hydraulicznej łączy komorę przepływową 2 z komorą rozprężną 6, z której ścieki wypływają do kanału odpływowego 9. Rura dławiąca 7 może być zlokalizowana obok komory akumulacyjnej 1, co przedstawiono na fig. 3 lub pod nią, co zostało uwidocznione na fig. 4. Regulator przepływu 8 zlokalizowany jest na wlocie do otworu wypływowego 10 z komory przepływowej 2 do kanału odpływowego 9, zgodnie ze schematem przedstawionym na fig. 2 i 5.Throttling of the sewage flow through the sewage system is realized in the retention tank through the choke pipe 7 or through the flow regulator 8. The choke pipe 7, laid with a predetermined slope with a specific hydraulic capacity, connects the flow chamber 2 with the expansion chamber 6, from which the sewage flows into the drainage channel 9. Pipe the throttle 7 can be located next to the accumulation chamber 1 as shown in Fig. 3 or below it as shown in Fig. 4. The flow regulator 8 is located at the inlet to the discharge opening 10 from the flow chamber 2 to the discharge channel 9 according to the diagram shown in Figures 2 and 5.

Zamknięcie pływakowe 4 może być wykonane z różnych materiałów, np. z tworzywa sztucznego lub stali i posiada ciężar umożliwiający jego unoszenie się na powierzchni ścieku. Konstrukcja wymienionego zamknięcia pływakowego 4 posiada wymiary gwarantujące zamknięcie otworu 3 w ścianie przelewowej 5, jak to przedstawia fig. 9. W przypadku, gdy otwór 3 od strony górnej krawędzi 12 ściany przelewowej 5 jest otwarty, wówczas zamknięcie pływakowe 4 po uzyskaniu pozycji pionowej pracuje, jako przelew pomiędzy komorami, przepływową 2 i akumulacyjną 1, co z kolei przedstawia fig. 8. Zamknięcie 4 posiada możliwość swobodnego przemieszczania się wokół osi przegubu ii w zależności od poziomu cieczy w komorze przepływowej 2 i jest zamykane i otwierane samoczynnie w wyniku wyporu cieczy, w której się znajduje. W zależności od poziomu cieczy zamknięcie pływakowe 4 przyjmuje położenie: otwarte, co pokazano na fig. 6, częściowo lub całkowicie zamknięte, które uwidoczniono odpowiednio na fig. 7, 8 i 9.The float closure 4 can be made of various materials, e.g. plastic or steel, and has a weight that allows it to float on the surface of the drain. The structure of said float closure 4 is dimensioned to close the opening 3 in the overflow wall 5 as shown in Fig. 9. In the event that the opening 3 on the side of the upper edge 12 of the overflow wall 5 is open, the float closure 4, after achieving the vertical position, works, as an overflow between flow chambers 2 and accumulation chambers 1, which in turn is shown in Fig. 8. The closure 4 is free to move around the hinge axis ii depending on the liquid level in the flow chamber 2 and is closed and opened automatically due to the buoyancy of the liquid, in which it is located. Depending on the liquid level, the float closure 4 takes the position: open, as shown in Fig. 6, partially or completely closed, which is shown in Figs. 7, 8 and 9, respectively.

Ze względu na problem zanieczyszczania dna przez osady pozostawiane przez odpływające ze zbiornika retencyjnego ścieki, korzystne jest stosowanie większej liczby komór akumulacyjnych i przy wymaganej znacznej objętości zbiornika. Mogą one posiadać wówczas ściany przelewowe 5 z krawędzią przelewową zlokalizowaną na różnych wysokościach. Umożliwia to szeregowe napełnianie kolejnych komór akumulacyjnych i w zależności od występującej zmienności i czasu trwania deszczów, które mają wpływ na wartości natężenia dopływu ścieków do zbiornika, co przedstawiono na fig. 3, 4 i 5.Due to the problem of contamination of the bottom by sediments left by the sewage flowing out of the retention tank, it is advantageous to use a greater number of accumulation chambers and with the required large volume of the tank. They can then have overflow walls 5 with an overflow edge located at different heights. This makes it possible to fill successive accumulation chambers in series, depending on the variability and duration of rainfall that affects the value of the flow rate of sewage into the tank, as shown in Figs. 3, 4 and 5.

W rozwiązaniu zbiornika, w którym regulacja natężenia przepływu cieczy siecią kanalizacyjną realizowana jest przy pomocy rury dławiącej 7 w okresach bezdeszczowych w przewodzie tym występuje grawitacyjny przepływ cieczy. Sytuacja ta została zobrazowana na fig. 10. Zamknięcie pływakowe 4 rozdzielające komorę przepływową 2 i akumulacyjną 1 pozostaje w położeniu otwartym. W miarę przyrostu natężenia dopływu cieczy przez kanał dopływowy 13 spowodowanego spływem wód deszczowych następuje przyrost napełnienia ściekami w komorze przepływowej 2, który powoduje podnoszenie się zamknięcia pływakowego 4, a sytuację taką obrazuje fig. 11. W tym czasie rura dławiąca 7 zostaje wypełniona całkowicie cieczą i rozpoczyna działanie hydrauliczne, jako przewód ciśnieniowy. W dalszym etapie następuje całkowite wypełnienie komory przepływowej 2 jak to pokazano na fig. 12, tj. do momentu przyjęcia przez zamknięcie pływakowe 4 pionowego położenia. Dalszy nadmiar dopływających ścieków odprowadzany jest nad położonym w pozycji pionowej zamknięciem pływakowym 4 do komory akumulacyjnej i, co zostało pokazane na fig. 13. Pływakowe zamknięcie 4 pełni wówczas rolę przelewu międzykomorowego, co umożliwia utrzymywanie stabilnego poziomu ścieków w komorze przepływowej 2 i maksymalne wykorzystanie przepustowości hydraulicznej rury dławiącej 7 oraz sieci kanalizacyjnej zlokalizowanej poniżej zbiornika retencyjnego. W ostatnim etapie procesu napełniania komora przepływowa 2 i komora akumulacyjna 1 mogą funkcjonować hydraulicznie, jako jedna komora i napełniane są do chwili całkowitego wykorzystania ich kubatury retencyjnej. Sytuację tą przedstawia fig. 14.In the tank design, in which the regulation of the flow rate of the liquid through the sewage system is carried out by means of a choke pipe 7 during rainless periods, the pipe is subject to a gravitational flow of liquid. This situation is illustrated in Fig. 10. The float closure 4 separating the flow chamber 2 and the accumulation chamber 1 remains in the open position. As the liquid inflow through the inflow channel 13 increases due to the rainwater runoff, the filling with sewage in the flow chamber 2 increases, which causes the float closure 4 to rise, as shown in Fig. 11. At this time, the choke pipe 7 is completely filled with liquid and starts hydraulic operation as a pressure line. In a further step, the flow chamber 2 is completely filled as shown in Fig. 12, i.e. until the float closure 4 is in a vertical position. A further excess of incoming sewage is discharged over the vertical float closure 4 into the accumulation chamber and as shown in Fig. 13. The float closure 4 then acts as an inter-chamber overflow, which allows the level of sewage in the flow chamber 2 to be kept stable and the capacity to be used to the maximum. a hydraulic choke pipe 7 and a sewage network located below the reservoir. In the last step of the filling process, the flow chamber 2 and the accumulation chamber 1 can function hydraulically as one chamber and are filled until their retention volume is fully used. This situation is shown in Fig. 14.

Opróżnianie zbiornika retencyjnego rozpoczyna się z chwilą obniżenia się zwierciadła ścieków w komorze przepływowej 2 poniżej poziomu ścieków w komorze akumulacyjnej i. Jak pokazano na fig. 15 ścieki przepływają nad zamknięciem pływakowym 4, które działa jako przelew, lub krawędzią 12 ściany przelewowej 5, gdy otwór 3 jest poniżej tej krawędzi, co przedstawia fig. 9, a wraz z obniżaniem się poziomu ścieków w komorach zbiornika wychylane jest zamknięcie pływakowe 4 z pozycji pionowej, co ilustruje fig. 16. Rura dławiąca 7 funkcjonuje cały czas w zakresie przepływów ciśnieniowych. Po całkowitym opróżnieniu komory akumulacyjnej i zbiornik powraca do sposobu działania jak przy przepływach w okresie pogody bezdeszczowej.The drainage of the collection reservoir begins as soon as the wastewater table in the flow chamber 2 lowers below the wastewater level in the accumulation chamber i. As shown in Fig. 15, the waste water flows over the float closure 4, which acts as an overflow, or the edge 12 of the overflow wall 5, when the opening 3 is below this edge as shown in Fig. 9, and as the level of wastewater in the tank chambers decreases, the float closure 4 is pivoted out of the vertical position as illustrated in Fig. 16. The choke tube 7 continues to function in terms of pressure flows. After the accumulation chamber is completely empty, the tank returns to the mode of operation as for flows in dry weather.

Inna wersja rozwiązania zbiornika retencyjnego według wynalazku przedstawiona na fig. 2 posiada analogiczne wykonanie i usytuowanie komór: przepływowej 2 i akumulacyjnej 1, natomiast rura dławiąca 7 wraz z komorą rozprężną 6 zostały zastąpione przez regulator przepływu 8, z którego ścieki przepływają do kanału odpływowego 9.Another version of the retention tank according to the invention, shown in Fig. 2, has an analogous design and location of the flow 2 and accumulation chambers 1, while the choke pipe 7 together with the expansion chamber 6 have been replaced by a flow regulator 8, from which the sewage flows to the drainage channel 9.

W tej wersji w okresie bezdeszczowym ścieki przepływają przez komorę przepływową 2 bez jakiegokolwiek piętrzenia i odpływają przez regulator przepływu 8 do kanału odpływowego 9, co pokazanoIn this version, in a rainless period, the waste water flows through the flow cell 2 without any damming and flows through the flow regulator 8 into the drainage channel 9, as shown

PL 210 924 B1 na fig. 17. Przy wzroście dopływu ścieków regulator przepływu 8 dławi przepływ zapewniając odprowadzanie założonej wielkości przepływu ścieków do kanału odpływowego 9. Nadmiar ścieków wypełnia komorę przepływową 2 unosząc pływakowe zamknięcie 4 uniemożliwiając ich przepływ do komory akumulacyjnej 1, co ilustruje fig. 18. Po wypełnieniu komory przepływowej 2 następuje odprowadzanie nadmiaru ścieków nad zamknięciem pływakowym 4 i od tego momentu rozpoczyna się napełnianie komory akumulacyjnej 1, co pokazano na fig. 19. Proces ten trwa do czasu całkowitego wypełnienia użytkowej kubatury retencyjnej zbiornika. Proces opróżniania realizowany jest poprzez przepływ ścieków nad pływakowym zamknięciem 4, z komory akumulacyjnej i do komory przepływowej 2, który wraz z obniżaniem się poziomu ścieków w zbiorniku wychylany jest z pozycji zamknięcia osiągając przy całkowitym opróżnieniu położenie całkowitego otwarcia, co pokazano na fig. 20. Po opróżnianiu komory akumulacyjnej 1, a w następnej kolejności komory przepływowej 2 zbiornik powraca do działania jak w okresie pogody bezdeszczowej.In Fig. 17. When the sewage inflow increases, the flow regulator 8 throttles the flow, ensuring the discharge of the assumed flow rate of sewage into the drainage channel 9. Excess sewage fills the flow chamber 2, lifting the float closure 4, preventing its flow into the accumulation chamber 1, as shown in Fig. 18. After the flow chamber 2 is filled, excess waste water is discharged above the float closure 4 and the accumulation chamber 1 begins to fill, as shown in Fig. 19. The process continues until the usable retention volume of the tank is completely filled. The emptying process is carried out by the flow of sewage over the float closure 4, from the accumulation chamber and into the flow chamber 2, which as the level of sewage in the tank decreases, is swung out of the closed position, reaching the fully open position with complete emptying, as shown in Fig. 20. After emptying the accumulation chamber 1, and then the flow chamber 2, the tank returns to operation as in the rainless period.

Claims

Gravitational liquid retention tank containing a flow chamber connected hydraulically with the accumulation chamber through an overflow wall and simultaneously through a throttling conduit and an expansion chamber or a flow regulator with an outflow channel, characterized in that the space of the accumulation chamber (1) is connected with the space of the flow chamber (2) through at least one opening (3) in the overflow wall (5) in which a float closure (4) is located connected to said overflow wall (5) by a joint (11).