Устройство для очистки воды в системах капельного орошения
Владельцы патента RU 2259951:
Федеральное государственное научное учреждение "Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации" (RU)
Изобретение относится к сельскохозяйственной мелиорации, в частности к капельному орошению, и может быть использовано для очистки воды при орошении овощных культур, виноградников, садов, лесных питомников, плодово-ягодных и т.п. насаждений. Устройство содержит заполненную фильтрационным материалом горизонтально установленную емкость, верхнюю и нижнюю распределительные системы для подвода воды из водоема и отвода очищенной воды соответственно, и сеть для отвода продуктов загрязнения. Устройство снабжено гидроциклонами, пневмогидроаккумуляторами и двухпозиционным распределителем потоков. Корпус распределителя гидравлически связан патрубками с верхней и нижней водораспределительными системами для подвода воды из водоема и отвода очищенной воды. Плунжер распределителя кинематически связан с мембраной пневмогидроаккумулятора. Гидравлическая полость пневмогидроаккумулятора соединена посредством вентилей с системой отвода очищенной воды и сетью отвода продуктов загрязнения. Верхняя и нижняя распределительные системы герметичной емкости двухпозиционным распределителем потоков воды связаны сетью для отвода продуктов загрязнения и последовательно установленным на входе и выходе в гидравлической сети циклонами. В полости циклонов смонтированы самоочищающиеся сетчатые фильтры. Донные части циклонов сопряжены со сборниками продуктов загрязнения. Технический результат заключается в снижении себестоимости растениеводческой продукции, повышении эксплуатационной надежности и снижении затрат труда на обслуживание установки. 5 ил.
Изобретение относится к сельскохозяйственной мелиорации, в частности к капельному орошению, и может быть использовано для очистки воды при орошении овощных культур, виноградников, садов, лесных питомников, плодово-ягодных культур и т.п.насаждений.
Известна система капельного орошения [1], включающая источник водоснабжения, подводящую сеть, распределительную сеть и увлажнители с инъекторами, в которой с целью улучшения аэрации увлажняемой зоны и обеспечения контроля за подачей воды в почву, на входе в каждый инъектор установлено гидравлическое сопротивление, а под ним, в стенке инъектора выполнено отверстие; с целью стабилизации и регулирования расхода воздуха, подаваемого в почву, каждый инъектор снабжен гидрозатвором, расположенным ниже отверстия; с целью равномерного распределения воды по увлажненным зонам при изменении напора по длине увлажнителя инъекторы подключены к увлажнителям через трубчатые вставки различной длины; гидравлическое сопротивление выполнено в виде поплавкового регулятора уровня воды.
К недостаткам данной системы капельного орошения относятся неудовлетворительное качество очистки воды, подаваемой из водопроводящей сети в увлажнители инъекторами. Последние забиваются растительными остатками и иловатыми взвесями в оросительной воде.
Часть указанных недостатков устраняется в системе капельного орошения [2], включающей водоисточник, бассейн-отстойник, насосную станцию и оросительную сеть с капельницами, в которой с целью повышения надежности работы и снижения эксплуатационных затрат система снабжена линейно-протяженными трубчатыми фильтрами, уложенными в грунте вдоль берега водоисточника и заглубленными под уровень грунтовых вод, при этом трубчатые фильтры сообщены с бассейном-отстойником, который выполнен закрытым.
К недостаткам данной системы капельного орошения относятся большие материальные и трудовые затраты на укладку линейно-протяженных трубчатых фильтров в грунт на нижний уровень залегания грунтовых вод.
Известен горизонтальный отстойник [3], содержащий емкость, верхнюю и нижнюю распределительные системы подвода нефтесодержащей воды и отвода очищенной воды соответственно, трубку слива нефтепродуктов, входной и выходной патрубки, в котором с целью повышения эффективности очистки нефтесодержащих вод верхняя и нижняя распределительные системы выполнены в виде соединенных с коллектором горизонтальных перфорированных труб, при этом трубы верхней и нижней систем выполнены с диаметром, увеличивающимся и уменьшающимся соответственно от входного патрубка к выходному, суммарная площадь поперечного сечения верхней и нижней распределительных систем составляет не более 1,3 площади поперечного сечения соответствующего коллектора, а входной и выходной патрубки расположены в диаметрально противоположных концах емкости.
К недостаткам описанного отстойника относятся ограниченные функциональные возможности - сбор аварийных разливов нефтепродуктов.
Наиболее близким техническим решением является установка для очистки воды [4], содержащая корпус с патрубками, верхним и нижним распределительными устройствами, согласно формуле полезной модели в установке размещена ионообменная смола, а в корпусе дополнительно размещен с возможностью перемещения фильтрационный материал с плотностью ниже плотности воды, причем над поверхностью материала в корпусе имеется свободное от сорбентов пространство.
К недостаткам данной установки, принятой нами в качестве прототипа, относятся неудовлетворительное качество очистки воды, малая производительность, незначительный и разовый срок службы сорбента.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - повышение качества очистки воды.
Технический результат - снижение себестоимости растениеводческой продукции, повышение эксплуатационной надежности и снижение затрат труда на обслуживание установки.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для очистки воды в системах капельного орошения, содержащем заполненную фильтрационным материалом горизонтально установленную герметичную емкость, верхнюю и нижнюю распределительные системы для подвода воды из водоема и отвода очищенной воды соответственно, и сеть для отвода продуктов загрязнения, согласно изобретению оно снабжено гидроциклонами, пневмогидроаккумуляторами и двухпозиционным распределителем потоков воды, корпус которого гидравлически связан патрубками с верхней и нижней водораспределительными системами для подвода воды из водоема и отвода очищенной воды, а его плунжер кинематически связан с мембраной пневмогидроаккумулятора, гидравлическая полость которого соединена посредством вентилей с системой отвода очищенной воды и сетью для отвода продуктов загрязнения, а верхняя и нижняя распределительные системы герметичной емкости двухпозиционным распределителем потоков воды связаны сетью для отвода продуктов загрязнения и последовательно установленными на входе и выходе в гидравлической сети гидроциклонами, в полости которых смонтированы самоочищающиеся сетчатые фильтры, при этом донные части циклонов сопряжены со сборниками продуктов загрязнения.
Изобретение поясняется фигурами 1-5.
На фиг.1 схематично показано устройство для очистки воды в системах капельного орошения при работе в режиме очистки воды.
На фиг.2 - то же, в режиме промывки фильтрационного материала и удаление кольматажа.
На фиг 3 - сечение А-А на фиг.1, поперечно-вертикальный разрез емкости фильтра при работе устройства в режиме очистки воды.
На фиг.4 - сечение Б-Б на фиг 2, поперечно-вертикальный разрез емкости фильтра при работе устройства в режиме удаления кольматажа.
На фиг.5 - сечение В-В на фиг.1, горизонтальное сечение нижних водораспределительных труб системы отвода очищенной воды из емкости фильтра в коллектор.
Для нормальной и бесперебойной работы систем капельного орошения к оросительной воде предъявляются следующие требования: содержание твердых осадков на 1 литр воды не более 3 г; степень минерализации воды не выше 6 г/л.
Устройство для очистки воды в системах капельного орошения содержит заполненную фильтрационным материалом 1 горизонтально установленной на раме герметичную емкость 2. Фильтрационный материал 1 представлен крупнозернистым просеянным песком с размерами гранул 1-5 мм и абсорбционной поверхностью 103 м2. Емкость 2 снабжена верхней и нижней водораспределительными системами в виде перфорированной трубы 3 и соединенные через коллектор 4 дренажные трубы 5 для подвода воды из водоема и отвода очищенной воды соответственно.
Устройство для очистки воды в системах капельного орошения снабжено гидроциклонами 6 и 7, пневмогидроаккумулятором 8 и двухпозиционным распределителем 9 потоков воды. Двухпозиционный распределитель 9 и пневмогидроаккумулятор 8 снабжают устройство для очистки воды в системе капельного орошения возможностью автоматического изменения режима работы: очистка воды - промывка фильтрационного материала 1 путем переключения двухпозиционного распределителя 9 потоков воды при изменении гидравлического сопротивления фильтрационного материала 1.
Корпус двухпозиционного распределителя 9 гидравлически связан патрубками 10, 11, 12, 13, 13 и 14 с трубами 3 и 5 верхней и нижней распределительных систем для подвода воды из водоема и отвода очищенной воды, сетью 15 для отвода продуктов загрязнения и последовательно установленными в гидравлической сети гидроциклонами 6 и 7 со сборниками 16 и 17 продуктов загрязнения за пределы устройства посредством вентилей 18 и 19. За патрубком 8 в системе подачи воды в герметичную емкость 2 на входном конце перфорированной трубы 3 установлен контрольный манометр 20, фиксирующий режим работы устройства.
В корпусе двухпозиционного распределителя 9 потоков воды установлена гильза из антикоррозионного материала и плунжер 21. Корпус двухпозиционного распределителя 9 потоков воды смонтирован под корпусом пневмогидроаккумулятора 8 и выполнены моноблоком. Плунжер 21 двухпозиционного распределителя 9 потоков кинематически связан с мембраной 22 пневмогидроаккумулятора 8. Мембрана 22 делит полость пневмогидроаккумулятора 8 на две части: гидравлическую и пневматическую. Пневматическая полость снабжена манометром 23. Заправка пневматической полости воздухом производится через ниппель. Сброс конденсата из пневматической полости осуществляют вентилем. Гидравлическая полость пневмогидроаккумулятора 8 снабжена вентилем 24 и патрубком 25 гидравлически связана с коллектором 4 дренажных труб 5, а вентилем 26 и патрубком 27 соединена с сетью 15 для отвода продуктов загрязнения. Таким образом гидравлическая полость пневмогидроаккумулятора 8 соединена посредством вентилей 24 и 26 с системой отвода очищенной воды 28 через гидроциклон 7 и патрубок 14 и сетью 15 для отвода продуктов загрязнения. Верхняя водораспределительная система в виде перфорированной трубы 3 и нижняя водораспределительная система в виде дренажных труб 5 и коллектора 4 герметичной емкости 2 двухпозиционным распределителем 9 потоков воды связаны с сетью 15 для отвода продуктов загрязнения и последовательно установленными на входе и выходе в гидравлической сети герметичной емкости 2 гидроциклонами 6 и 7 и трубопроводом 29 подачи под рабочим давлением воды от насосной установки. В полости гидроциклонов 6 и 7 смонтированы самоочищающиеся фильтры 30 и 31. Донные части гидроциклонов 6 и 7 сопряжены со сборниками 16 и 17 продуктов загрязнения. Последние вентилями 18 и 19 соединены с трубопроводом 32 сети 15 для отвода продуктов загрязнения.
Устройство для очистки воды в системах капельного орошения функционирует следующим образом.
Работу устройства рассмотрим на двух примерах: в режиме очистки воды и в режиме удаления кольматажа из фильтрационного материала.
Из прилегающего водоема насосной установкой по трубопроводу 29 подается в корпус гидроциклона 6. При тангенциальной подаче под давлением в корпус гидроциклона 6 массе воды придается вращение вокруг вертикальной оси симметрии гидроциклона 6. Крупные растительные примеси, минеральный сор и взвеси из общей массы воды за счет сетчатой поверхности фильтра 30 оседают вниз, т.е. в сторону донной части корпуса гидроциклона 6 и поступают в сборник 16 продуктов загрязнения из очищаемой воды на первой ступени.
Вода с более мелкими размерами взвесей из полости гидроциклона 6, пройдя сетчатый фильтр 30, поступает по трубопроводу в патрубок 13 на корпусе двухпозиционного распределителя 9 потоков воды.
В исходном положении мембрана 22 под избыточным давлением воздуха, отслеживаемой манометром 23, в воздушной полости пневмогидроаккумулятора 8 занимает крайнее нижнее положение и удерживает плунжер 21 в корпусе двухпозиционного распределителя 9 также в крайнем нижнем положении (см. фиг.2). По этой причине вода из гидроциклона 6 через патрубок 13 поступает в полость плунжера 21 и из двухпозиционного распределителя 9 через патрубок 11 подается в патрубок 25, а из него - при открытом вентиле 24 - заполняет гидравлическую полость пневмогидроаккумулятора 8. При закрытом вентиле 26 патрубка 27 вода под давлением заполняет гидравлическую полость пневмогидроаккумулятора 8, перемещая мембрану 22 в крайнее верхнее положение, повышая давление воздуха в воздушной полости. Это давление отслеживается манометром 23. Перемещение мембраны 22 в полости пневмогидроаккумулятора 8 приводит к перемещению плунжера 21 вверх (см. фиг.1). При таком положении плунжера 21 вода из гидроциклона 6 через патрубок 10 и корпус двухпозиционного распределителя 9 потоков поступает в патрубок 10, а из него - в верхнюю водораспределительную систему, т.е. в полость перфорированной трубы 3 и заполняет полость герметичной емкости 2. По величине давления в сети отслеживаемого контрольным манометром 20 судят о работе устройства. Из перфорированной трубы 3, установленной в верхней части герметичной емкости 2 за фильтрационным материалом, поток воды равномерно распределяется в объеме герметичной емкости 2. За счет гравитационной силы молекулы воды проникают сквозь толщу слоя крупнозернистого песка, уложенного в герметичной емкости 2 в качестве фильтрационного материала 1. Взвеси из воды оседают на поверхности песка и в порах между его частицами. Профильтрованная вода поступает через щели или перфорации дренажных труб 5 в коллектор 4, а из него под давлением в патрубки 25 и 11. Избыточное давление воды в патрубке 25 удерживает мембрану 22 в крайнем верхнем положении в полости пневмогидроаккумулятора 8. Из патрубка 11 на корпусе двухпозиционного распределителя 9 через проточки плунжера 21 вода после второй ступени очистки направляется в патрубок 14, соединяющий корпус гидроциклона 7 для тонкой очистки. Отделяемые из воды микроорганизмы высшего класса сеткой самоочищающегося фильтра 31 направляются в осадочную камеру сборника 17 гидроциклона 7. Очищенная таким образом вода после третьей ступени очистки поступает в систему 28 отвода очищенной воды, а далее либо в магистральный либо распределительный трубопроводы системы капельного орошения посредством капельниц или инъекторов распределяется в почве непосредственно в корневые системы растений возделываемых культур. Взвеси, минеральный сор, растительные остатки из воды осаждаются и накапливаются в сборниках 16 и 17 продуктов загрязнения оросительной воды.
О нормальной работе устройства для очистки воды в системах капельного орошения судят по количественным показателям манометров насосной установки (не показан), контрольного манометра 20 на перфорированной трубе 3 и манометра 23 на корпусе пневмогидроаккумулятора 8. При перепаде давлений более 0,005 МПа плунжер 21 в корпусе двухпозиционного распределителя 9 потоков под давлением воздуха на мембрану 22 перемещается в крайнее нижнее положение, переводя устройство в режим работы для промывки фильтрационного материала 1.
Рассмотрим режим работы устройства при кольматации слоев фильтрационного материала 1. Кольматаж из герметичной емкости 2 удаляют следующим образом.
При кольматаже фильтрационного материала 1 давление воды в коллекторе 4 резко падает и соответственно в патрубке 25, следовательно, и в гидравлической полости пневмогидроаккумулятора 8. Взвеси и микроорганизмы резко увеличивают гидравлическое сопротивление фильтрационного материала 1 и снижают производительность устройства. Мембрана 22 переводит плунжер 21 в крайнее нижнее положение в корпусе двухпозиционного распределителя 9 потоков воды, занимая крайнее нижнее положение, изображенное на фиг.2. Очищенная вода, пройдя через щели самоочищающегося фильтра 30, из корпуса гидроциклона 6 направляется в патрубок 13 на корпусе двухпозиционного распределителя 9 и из него - в патрубок 11, соединенного трубопроводом с коллектором 4. Из коллектора 4 через дренажные трубы 5 выходящие потоки воды перемещаются в направлении перфорированной трубы 3 (см. фиг.4 и 5), омывая слои песка. Кольматаж из пор между песчинками и с их поверхностей в виде мелкодисперсного наноса поднимается и потоками воды выводится перфорированной трубой 3 из герметичной емкости 2 через патрубок 10 в полость корпуса двухпозиционного распределителя 9 потоков воды, а далее в патрубок 12 и в сеть 15 для отвода продуктов загрязнения. После промывки фильтрационного материала 1 давление воды в коллекторе 4 падает. За счет разницы давлений воздуха в пневматической полости и воды в гидравлической полости мембрана 22 смещает плунжер 21 в крайнее нижнее положение. Далее процесс отделения взвесей из воды происходит в вышеописанной последовательности без вмешательства оператора.
Сор и наносы из сборников 16 и 17 продуктов загрязнения посредством вентилей 18 и 19 в гидроциклонах 6 и 7 удаляют при завершении очередного полива.
Вентилями 24 и 26 на корпусе пневмогидроаккумулятора 8 плунжер 21 может быть зафиксирован в корпусе двухпозиционного распределителя 9 потоков как в крайнем верхнем положении (см. фиг.1), так и в крайнем нижнем положении (см. фиг.2), обеспечивая принудительный режим работы устройства.
Простота конструкции устройства и доступность фильтрационного материала 1 в любом хозяйстве, эксплуатирующей систему капельного орошения, обеспечивает бесперебойную работу орошаемых массивов в течение вегетационного периода возделываемых растений. Затраты труда на обслуживание установки снижены в 3-5 раз по сравнению с известными аналогами.
Описанная совокупность существенных отличительных признаков в заявленном объекте обеспечивает достижение поставленной задачи - повышение качества очистки воды при сохранении большой производительности.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР № 545305 А 01 G 25/02, БИ № 5, 1977 г.
2. Авторское свидетельство СССР № 1551285 A1. A 01 G 25/02, БИ № 11,1990 г.
3. Авторское свидетельство СССР № 1544712 А1. С 02 F 1/40, В 01 D 21/24, 17/032, БИ № 7, 1990 г.
4. Авторское свидетельство СССР № 21912. U1. С 02 F 1/42, БИ № 6, 2002 г.
Устройство для очистки воды в системах капельного орошения, содержащее заполненную фильтрационным материалом горизонтально установленную герметичную емкость, верхнюю и нижнюю распределительные системы для подвода воды из водоема и отвода очищенной воды соответственно и сеть для отвода продуктов загрязнения, отличающееся тем, что оно снабжено гидроциклонами, пневмогидроаккумулятором, двухпозиционным распределителем потоков воды, корпус которого гидравлически связан патрубками с верхней и нижней водораспределительными системами для подвода воды из водоема и отвода очищенной воды, а его плунжер кинематически связан с мембраной пневмогидроаккумулятора, гидравлическая полость которого соединена посредством вентилей с системой отвода очищенной воды и сетью для отвода продуктов загрязнения, а верхняя и нижняя водораспределительные системы герметичной емкости двухпозиционным распределителем потоков воды связаны с сетью для отвода продуктов загрязнения и последовательно установленными на входе и выходе в гидравлической сети гидроциклонами, в полости которых смонтированы самоочищающиеся сетчатые фильтры, при этом донные части гидроциклонов сопряжены со сборниками продуктов загрязнения.
