Каптажные сооружения, транспортировка, хранение и нагрев радоновых вод

26 Января в 14:58 333 0


По физической структуре радоновые воды нестойкие и при небрежном обращении быстро теряют свои природные качества. Радон как инертный газ очень непрочно связан с водой и любые механические, а также термические воздействия приводят к значительной его потере.

Потери радона из минеральной воды, кроме термического и механического воздействия, обусловлены еще и наличием в ней газов - азота, углекислоты, метана и др. Особое значение имеет наличие в воде спонтанной углекислоты. Пузырьки газа, продвигаясь по воде и покидая ее, захватывают по пути радон, способствуя его выделению. Установлено, что в газовых водах потери радона больше, чем в водах, не содержащих газов.

Следует помнить и то, что в этих водах непрерывно и необратимо происходит естественный распад радона.

Естественный самопроизвольный распад радона нельзя остановить или задержать никакими внешними воздействиями, потери его будут обязательными и тем большими, чем длительнее хранение радоновой воды.

Так, естественные потери, независимо от исходной концентрации радона в воде, составляют за 2 часа 1,5%, за 8 часов 5,9%, за 26 часов 11,4%.

Само собой напрашивается вывод, что, если нельзя приостановить естественный распад радона, надо по возможности сокращать срок хранения радоновой воды в резервуарах.

Формирование радоновых вод в недрах земли имеет свои сложные закономерности. Подземные воды медленно проходят через горные породы, обогащаются газами и минеральными солями. Проходя через радиоактивные породы, воды захватывают радон, торон и другие радиоактивные газы.

Довольно тщательные научные исследования показали, что проходящие через радиоактивный фокус минеральные воды захватывают всего несколько процентов образовавшегося в нем радона. В процессе продвижения радоновых вод через горные породы в них, конечно, происходит не только обогащение, по и распад радона с образованием дочерних продуктов.

Однако в процессе фильтрации последние оседают в породе и практически на поверхность земли выходят воды, содержащие радон без дочерних продуктов.

При многолетних наблюдениях за наиболее перспективными месторождениями были установлены любопытные и практически важные факты. В пределах одного месторождения количество радона в отдельных струях воды источника отличалось в десятки раз. В то же время наблюдались значительные сезонные колебания в содержании радона в воде этих источников.

Эти факты послужили толчком для разработки индивидуальных каптажных сооружений для наиболее рационального захвата радоновых вод. Наглядным примером того, как сложно технически грамотно бывает выполнить индивидуальный каптаж месторождения радоновых вод, служит радиоштольня № 2 в Пятигорске.

На крутом обрывистом берегу реки Подкумок были найдены выходы минеральной воды, в которой обнаружено значительное количество радона.

Горный инженер И.И. Володкевич в 1931-1932 гг. после обстоятельной разведки месторождения заложил штольню длиной 87 м, две водосборные галереи длиной 57 и 122 м и две камеры для сбора воды в начале и в середине большей галереи. Все подземные сооружения протяженностью 274 м закреплены сводчатым перекрытием из тесаного камня.

Просвет штольни 2,0х1,6 м, а водосборной галереи - 3,2х2,5 м. Все сооружение выполнено на глубине от 4 до 12 м от поверхности земли.

Радоновая вода поступает в водосборные галереи многочисленными струйками, собирается в застенном пространстве, откуда по трубкам, заложенным в стенах, стекает в железобетонные сборные каналы с каскадными переливами. Все застенное пространство разделено на камеры длиной по 6-9 м и шириной по 0,5 м. Сборные каналы состоят из отдельных звеньев, откуда вода трубопроводом отводится в главный резервуар.

Для более полного дренирования воды в стенах галереи проведены под углом 45° буровые скважины глубиной 5-9 м. Скважины закреплены 2,5-дюймовыми перфорированными чугунными трубами. Всего заложено 66 буровых скважин, они увеличили дебит штольни на 24%.

Радиоактивность воды в разных местах галерей оказалась различной - от 60 до 140 единиц Махе, а три горизонтальные буровые, № 102, № 104 и № 106, захватили воду, концентрация радона в которой колеблется от 500 до 900 единиц Махе.

Рациональный каптаж месторождения позволил раздельно вывести радоновую воду с различным содержанием радона для бальнеологических целей и для внутреннего употребления.

Приведенный пример наглядно показывает, как важно тщательно изучать каждое месторождение радоновых вод и какие возможности открывает их рациональный каптаж. Следовательно, первым обязательным требованием должна стать детальная радиохимическая и гидрогеологическая разведка месторождения радиоактивных вод и научно обоснованный план их использования, включая выбор наиболее рациональных для этого месторождения каптажных сооружений.

Не менее актуальной является задача максимально сохранить физико-химические, в том числе и радиологические, свойства минеральной радоновой воды от источника до бювета и ванного здания. Решением этой задачи успешно занимались в Пятигорске Г.В. Якимов, М.Я. Кречко и М.С. Каган (1959); в Белокурихе - В.И. Михайлов и другие исследователи (1950).

Эти исследования дали основание для рекомендации наиболее совершенных методов транспортировки, хранения, нагрева радоновых вод. Не претендуя на полное освещение этих вопросов, считаем, что будет полезно привести наиболее важные рекомендации.

Резервуары для сбора и хранения радоновых вод

Устройство резервуаров и подача в них радоновой воды должны быть подчинены главной задаче, состоящей в максимальном сохранении радона и остальных физико-химических свойств воды.

Подача воды от каптажа до резервуаров наиболее рациональна самотеком, однако это не всегда осуществимо. В тех случаях, когда источник находится ниже ванного здания, т.е. когда необходима перекачка воды, может быть принята следующая схема:
а) нижние резервуары располагаются у каптажа и после заполнения их отключаются от питающего трубопровода;
б) верхние резервуары расположены у ванного здания и заполняются из нижних;
в) насосная станция. Пуск насоса производят после полного опорожнения верхнего резервуара. Отключение насоса после его наполнения.

С успехом может быть применено автоматическое управление электродвигателем насоса с помощью поплавкового реле, работающего с точностью до 1 см по высоте резервуара и оправдавшего себя на практике.

Резервуар, из которого начато расходование воды, необходимо опорожнять до конца, не допуская добавления в него свежей воды.

Емкость резервуара определяется мощностью радоновой лечебницы и должна обеспечить бесперебойную подачу воды к лечебным установкам. В то же время обязательным требованием является минимальный срок хранения радоновой воды в резервуарах.

При мощных лечебницах, когда возникает необходимость использовать весь суточный дебит в течение 8-часовой работы ванного здания, целесообразно в целях обеспечения максимальной свежести воды и недопущения длительного пребывания ее в тонком слое устраивать несколько резервуаров, наполняемых и опорожняемых в строгой последовательности.

Секционное устройство резервуаров позволит также максимально приблизить их к ваннам и, следовательно, сократить длину трубопроводов между ними. При устройстве нескольких резервуаров одного назначения желательно устраивать их рядом, располагая все связанные с ним трубопроводы в общей галерее, примыкающей к резервуарам (см. рис. 4).



Емкость каждого резервуара может быть принята в 20-25 м3, что обеспечивает отпуск 100-120 ванн. Это оправдало себя в эксплуатационных целях.

Высота резервуара. Сохранение радона в воде достаточно обеспечивается при высоте столба ее в резервуаре, равной 2 м. Дальнейшее увеличение высоты допустимо, но при этом необходимо учитывать усложнение конструкции резервуара, удорожание его и нежелательность излишних напоров при наливе воды в ванну, приводящим к разбрызгиванию воды.

Расстояние от поверхности воды до низа перекрытия может составлять 0,7-0,8 м. Таким образом, наиболее рациональная высота резервуара 2,5-2,8 м.

Форма резервуаров может быть круглая и прямоугольная. Круглая форма имеет преимущества в статическом отношении. Прямоугольная форма может быть рекомендована, когда резервуары устраиваются посекционно и вписываются в габариты ванного здания, например при расположении поэтажно или в разных частях здания, а также при недостатке территории вблизи ванного здания.

Дно резервуара должно иметь форму воронки с центральным впуском и выпуском воды. Таким образом, будет обеспечено быстрое образование водяной подушки, препятствующей потерям радона, даже при минимальных количествах воды в резервуаре.

Скорость воды в трубе при входе ее в резервуар должна быть не более 1 м/сек. В случае необходимости уменьшить скорость воды при входе в резервуар приводящей трубе может быть придана форма с увеличением ее диаметра в сторону резервуара.

Резервуар должен быть оборудован чугунным люком с двойной крышкой, дыхательным клапаном, переливной трубкой с водяным затвором и указателем уровня воды в резервуаре. В резервуаре, кроме приводящей и отводящей трубы, необходимо иметь еще спускную трубу для очистки резервуара от осадков.

Из материалов, применяемых для устройства резервуара, лучшим является железобетон с последующим железнением его внутренней поверхности. При коррозионных свойствах воды и содержащихся в ней газов должны применяться коррозийностойкие цементы.

В целях сохранения постоянства температуры воды необходимо применять термоизоляцию. Наиболее простой, но оправдывающей себя способ термоизоляции наружных резервуаров - обсыпка их землей, включая перекрытие. Для резервуаров, размещаемых внутри здания, нужно применять теплоизоляционные материалы.

Резервуары ванного здания желательно снабдить электрической сигнализацией и автоматизировать их работу (рис. 4).

Резервуары для радоновой воды в Пятигорске
Рис. 4. Резервуары для радоновой воды в Пятигорске


Нагревание радоновой воды требует так же, как ее транспортировка и хранение, большого внимания. Г.В. Якимов, М.С. Каган и М.Я. Кречко еще в 1949 г. произвели сравнительную оценку следующих методов нагревания радоновой воды:
1. централизованный - с нагреванием радоновой воды в бойлерах и последующим смешиванием холодной и горячей воды в ванне;
2. диффузорный - с пуском нагретой пресной воды через диффузор в ванну, заполненную холодной радоновой водой;
3. змеевиковый - с непосредственным нагреванием радоновой воды в ванне;
4. нагревание радоновой воды до температуры отпускаемых процедур малолитражным аппаратом конструкции Петрова.

В результате исследований авторы пришли к заключению, что, исходя из радиологического сравнения рассмотренных способов, нужно считать удовлетворительным нагревание радоновой воды в бойлерах и в малолитражном противоточном аппарате. Остальные способы нагрева радоновых вод были отвергнуты. Дальнейшие наблюдения побудили отказаться и от системы центрального бойлера.

Нагревание радоновой воды до температуры 34° путем смешивания горячей (70-80°) и холодной (20°) воды в самой ванне приводит к потерям радона до 24%, а растворенного углекислого газа - до 0,04 г/л. Кроме того, нагревание радоновой воды в бойлерах до высокой температуры 70-80° приводит к образованию в них накипи.

Транспортирование нагретой радоновой воды по разводящей сети трубопроводов ванного здания, подводящих горячую радоновую воду к каждой ванне, приводит к дополнительному выделению радона из воды и зарастанию солевыми отложениями трубопроводов.

Этому служит подтверждение - ежегодная замена трубопроводов разводящей сети горячей воды и через 2-3 месяца чистка бойлеров от осадков.

В связи с несовершенством нагрева в 1962 г. вновь было проведено сравнительное исследование, в результате наиболее совершенным методом нагрева признаны малолитражные аппараты «труба в трубе» и противоточный аппарат конструкции Кречко.

Аппарат «труба в трубе» состоял из внутренней трубы диаметром 2 дюйма и наружной трубы диаметром 3 дюйма. Длина аппарата 6,6 м. По внутренней трубе протекает радоновая вода, а по межтрубному пространству - теплоноситель - пар.

Аппарат конструкции Кречко состоит из прямоугольного кожуха с разделяющим ребром в центре. В кожух вставляют изготовленный из листов нержавеющей стали плоский змеевик с перегородками, приваренными к крышке аппарата. По наружному пространству протекает радоновая вода, а по внутреннему - пар.

В малолитражных аппаратах нагревание радоновой воды может производиться до заданной температуры отпускаемых процедур (34-38°), перегревания воды не происходит, необходимость транспортирования нагретой воды отпадает, так как каждый аппарат может обслужить 2-3, но не более 4 ванн и поэтому устанавливается непосредственно у ванн.

Нагревание радоновой воды малолитражным аппаратом дает лучшие результаты по сохранению состава радоновой натуральной лечебной воды в сравнении с существующим способом получения необходимой температуры радоновой воды для ванных процедур путем смешивания горячей и холодной воды в ванне.

В качестве теплоносителя при нагревании радоновой воды следует применять горячую воду температуры 60°, что позволит устранить выпадение осадков в самих аппаратах.

Оба рекомендованных нагревательных аппарата несложны и могут быть изготовлены на месте. Однако надо соблюдать некоторые обязательные условия.

Аппарат должен давать воду с заданной температурой в интервале 34-38°, исключающей необходимость в последующем размешивания воды в ванне.

Нагревание натуральной лечебной воды в малолитражном аппарате должно производиться под избыточным давлением - 0,2-0,5 атм.

Время нагревания должно определяться временем наполнения ванны емкостью 250 л за 3-4 минуты, т. е. нагретая натуральная лечебная вода должна поступать из аппарата в ванны с расходом 1 л/сек.

Диаметр трубопровода, подающего натуральную лечебную воду из аппарата в ванну, должен быть порядка 50 мм, что обеспечит выполнение указанных условий.

Нагревательный аппарат должен располагаться возможно ближе к ванне, и нагретая натуральная лечебная вода из него должна поступать в ванну по восходящей линии. Труба, подающая натуральную лечебную воду в ванну, должна быть расположена возможно ближе к дну ванны.

Из материалов для нагревательных аппаратов могут быть рекомендованы чугун, нержавеющая, хромовая и хромоникелевая сталь.

Е.А. Смирнов-Каменский, С.М. Петелин
Похожие статьи
показать еще
 
Общее в медицине