СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ИСПАРЕНИЯ СТОЧНОЙ ВОДЫ С ПОВЕРХНОСТИ ПРУДОВ-НАКОПИТЕЛЕЙ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ
METHOD FOR PREVENTING WASTEWATER EVAPORATION FROM THE SURFACE OF LIVESTOCK WASTE CONTAINMENT POND

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к орошаемому земледелию при утилизации сточных и животноводческих стоков в системе дождевания из распределительных трубопроводов на ЗПО (земледельческие поля орошения), а также для предотвращения испарения воды из поверхности искусственных либо естественных водоемов (прудов), содержащих потенциально опасные вещества (отходы свиностоков, птичьего помета и т.п.). Оно может быть применено предприятиями по откорму свиноводства или разведения птицеводства на комплексах и их утилизации с последующим утилизацией в глубокие слои почвы с превращением сточных вод в полезные органические удобрения как неопасные продукты (отходы животноводческих комплексов).
В процессе работы животноводческих комплексов (свиноводческих стоков или птицеводства фабрик - куриного помета) и биологической переработки их на комплексах на первом этапе, на втором этапе происходит их накопление в естественных условиях в прудах-накопителях круглогодично, а затем подача сточных вод на поля орошения, например с помощью дождевания, из распределительных трубопроводов. Экологическая безопасность таких накопителей связана с миграцией токсичных продуктов запаха метана, исходящего в процессе брожения в теплое время и размножения микроорганизмов в жидком навозе с илом или процесс гидролиза органического вещества куриного помета идет с разложением до образования солей, воды и с выделением двуокиси углерода, а также с синтезированием новых органических соединений, т.е. в пульпе птичьего помета, в конечном итоге, устранение запаха аммиака, исходящий из биоудобрения, а затем подача на поля различными видами разбрызгивателей машин, т.е. внесение жидких органических удобрений на поверхность почвы. Например, вносят пульпу биологически переработанного птичьего помета на поверхность почвы из расчета 1 т пульпы на 1 га поля.
Продолжительность периода хранения, например, обрабатываемых животноводческих стоков и их концентрации в прудах-накопителях зависит от процесса способности к загниванию и уплотнению на дне пруда, из которого выходит большое количество в атмосферу вредного запаха метана, исходящего из поверхности зеркала пруда-накопителя.
Требуется в таких обстоятельствах доступные в экономическом аспекте и эффективные в технологическом плане способы создания прудов (водоемов) на длительные сроки хранения путем резкого уменьшения либо полного предотвращения испарения из них влаги с запахом в атмосферу при последующей использовании органических жидких отходов с подачей на поверхность в глубокие слои почвы путем дополнительного орошения, и превращением их со временем в полезные удобрения.
Известен способ борьбы с последствиями и предотвращения засухи в Калифорнии (США) (https://ecotechica.com.ua/ekologiya/193-milliony-chernykh-plastik…). Опубликовано 03.09.2015. Ученые и власти штата прибегли к нестандартным решениям. В водохранилище Лос-Анджелеса (Los Angeles Reservoir) было заполнено миллионами черных шаров, которые не только сохранили водную поверхность от испарения, но и сохранили живительную влагу водоема и очистили его от химикатов сточных вод и мусора. Было сброшено 96 миллионов черных пластиковых шаров в водохранилище, которые «затемняют» водоем, улучшают качество воды и защищают его от бурного роста водорослей. Кроме того, поверхность водохранилища, покрытая непроницаемым для солнечных лучей «слоем» значительно меньше испаряет воды, а значит и запасы могут храниться более длительное время.
2
Поверхность водохранилища водоизмещением в 12,5 млрд литров, заполненная «противозасушливыми» шарами, составляет площадь около 0,7 км. Каждый такой шарик обошелся бюджету в 36 центов, а общая сумма составила порядка 34,5 миллионов долларов. Однако при этом их расчет показывает, что таким способом можно будет сократить испарение воды на 300 млн галлонов (приблизительно 1,1 млрд литров в год - количество, достаточное чтобы обеспечить питьевой водой, более 8000 жителей штата). Черный цвет выбран для защиты материала шаров от разрушительного действия ультрафиолетового излучения солнца.
В нашем конкретном предложении стоки становятся высококонцентрированными сточными водами с последующей очисткой на других сооружениях. Особенностью таких прудов является зависимость их работы от климатических условий, необходимость длительного выдерживания сточных вод в прудах-накопителях (водоемах). Поэтому в теплый летний период испаряемость зеркала водной поверхности резко увеличивается, когда запах метана также резко поднимается в атмосферу, а это значит, оказывает вредное состояние на зеленую фауну природы (лес, поля и т.п.), населенные вокруг деревни проживания людей на многие километры. С наступлением холодного периода (зимнего) этот процесс заметно сокращается, т.к. идет медленное разложение илового осадка и действие микроорганизмов.
Пруды-накопители (водоемы) могут применяться как естественной, так и искусственной аэрации. Методика расчета их различна.
Таким образом, вредное испарение воды наносит значительный ущерб обитанию животных и птиц.
Известны аналоги по снижению испарения воды из бассейнов и водоемов (Патент SU 3285680, Е02В 15/00 от 29.10.1970; авторское свидетельство SU №968139, Е02В 1/00 от 23.10.1982). Суть в первом случае его состоит в том, что для предотвращения испарения воды с поверхности открытых водоемов, используют нанесение защитной пленки из жирного вещества. Суть во втором случае его состоит в том, что сбор и отвод осадковых вод с поверхности покрытия и рассеивания в атмосферу газов, образующихся под покрытием, связано с поплавками, уложенными в гирлянды параллельными рядами под уровень жидкости, и имеют коллектор сбора газов с вытяжной трубой, расположенной на краю водохранилища. Недостатки аналогов следующие:
- применение их снижает испарения воды незначительно при большой температуре атмосферного воздуха и не позволяет достаточно полно предотвратить испарение воды вместе с метаном (аммиаком), т.е. и летучих запахов;
- применяемые способы являются ненадежными и дорогостоящими, например жидкого вещества, а также требует больших эксплуатационных затрат.
Известен аналог способ предотвращения испарения воды с поверхности водоемов и водотоков, включающий нанесение защитной пленки на поверхность воды, при этом нанесение пленки производят в период предшествующий сезонному увеличению уровня солнечной активности путем ламинарного истечения из сосудов, размещенных по периметру водоема, а также с помощью плавсредств или авиационной техники, покрытие водотока начинают с верховья, а водоема с подветренной стороны, а в качестве пленки используют жидкие вещества с низкими показателями теплоемкости, теплопроводности и высокими показателями поверхностного натяжения с удельном весом меньше, чем удельный вес воды (Патент RU №2102560, Е02В 15/00 от 20.01.1998).
Недостатками данного технического решения являются недостаточная эффективность, связанная со снижением защиты для покрытия прудов-накопителей сточных вод (свиноводческих), имеющих значительный объем испарения вредного запаха от разложения ила, исходящего из воды, а также периодического восстановления жидкого вещества, например, растительного масла для большой площади зеркала таких прудов - оно дорого и нецелесообразно, когда постоянно в летнее время идет сработка пруда-накопителя для подачи стоков на поля орошения; в этом случае положительный эффект от применения жидкого вещества и расхода, неоправданно экономически в целом, так как оно просто уйдет на поля орошения, что недопустимо в практике. Таким образом, себестоимость его требует больших эксплуатационных затрат, т.е. попуск таких масел в систему орошения почв не допустим в практике. Кроме того, толщина масляной пленки не должна быть менее 0,05 мм, в противном случае, пленка становится непрочной и имеет место испарение воды. Отсюда требуется большой расход масляной пленки, чтобы достаточно обеспечит заданной толщине масляной пленки, т.е. не менее 0,1 мм - перерасход масла, а значит, положительный эффект отсутствует с учетом присутствия возможностью розы ветров, так как при движении воздуха имеет место смещение пленки к берегам загрязняющего водоема (пруда) и уменьшению стабильности.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является известный источник, используемый нами в качестве прототипа (Авторское свидетельство SU №1446234, Е02В 15/00 от 23.12.1986). Разработчики предлагают включать укладку на поверхность воды защитного покрытия, фиксацию его в рабочем положении при одновременном сохранении кислородного режима в водоеме, перед укладкой защитного покрытия, выполненного в виде пенопластовых плит, на поверхность воды, в покрытии выполняют сквозные отверстия под острым углом к поверхности плиты, а после укладки плит на водную поверхность ориентируют их так, чтобы оси отверстий располагались в северном направлении, после чего плиты фиксируют в данном положении.
Недостатками данного технического решения (прототипа) являются недостаточная эффективность при невысокой степени защиты зеркала испарения с поверхности сточной воды, имеющей вредный запах метана (аммиака), а также необходимо учитывать то, что такие процессы происходят на прудах-накопителях, когда стоки необходимо проводит на сброс для полива в летний период практически полностью на ЗПО. Конструкция известного устройства не учитывает параметры пруда и его сработку по глубине сточной воды. Кроме того, известное устройство не применимо и не учитывает процессы брожения активного ила, когда он имеет выделение сильного запаха метана (аммиака), исходящего от пульпы.
Технический результат заключается в существенно исключении испарения с поверхности прудов-накопителей животноводческих стоков и расширения арсенала существующего комплекса, гидроизоляционных мер, т.е. в разработке высокоэффективного и доступного способа (изменения состава веществ, закрепленных на сетке) вследствие использования впитывающей губки, при этом покрывая всю поверхность зеркала пруда-накопителя животноводческих стоков для практической реализации способа.
Предложенный способ дает немалый народохозяйственный эффект при его широком применении, особенно в тех районах, область, где развиты комплексы животноводства. Использование способа ориентировано в основном на пруды-накопители, не имеющих рыбохозяйственного значения, или те из них, где это значение не является определяющим. Это, например, пруды-накопители животноводческих стоков и т.п., т.е. объекты, где экологические последствия применения не нанесут ущерба биоценозам или этот ущерб будет компенсирован эффектом, достигаемым в результате интенсивного использования земледельческих полей орошения (ЗПО) и получения высоких урожаев сельхозкультур, т.е. в ирригации, а значит, достижим и экологический эффект.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе для предотвращения испарения сточной воды с поверхности прудов-накопителей животноводческих стоков, содержащих воду, укладку на поверхность воды защитного покрытия, фиксацию его в рабочем положении, устранения солнечной радиации на открытую водную поверхность при одновременном сохранении кислородного режима, согласно изобретения открытую водную поверхность зеркала пруда-накопителя животноводческих стоков, используют впитывающий материал, выполненный в виде губки из пенополиуретана, закрепленной на гибкой сетке, покрывающей зеркало пруда-накопителя животноводческих стоков и, с закрепленными на блоко-тросовой конструкции, имеющей стягивающие стальные кольца через которые пропускают железные тросы в одном направлении и закрепляют сеть к противоположным берегам пруда-накопителя, при этом сетку с губкой прошивают швами в продольном и поперечном направлениях, таким образом обеспечивающее отсутствие негативных и экологических последствий к применению.
Кроме того, после сработки пруда-накопителя и освобождения сети с ее закрепленными элементами от воды, она вновь становится пригодной для работы в качестве мобильного приспособления в процессе последующего периода заполнения сточными водами, а при необходимости сеть с приспособлениями на зимний период убирают и хранят на складах.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом.
Гибкую сеть 1 предварительно снабжают впитывающей губкой 2 по всей площади сетки 1 и прошивают швами в продольном и поперечном направлениях. Площадь зеркала 3 стоков пруда-накопителя 4по акватории дамы разбивают на рабочие отдельные участки с монтажом стоек 5. Эксплуатируют гибкую сеть 1 с впитывающей губкой 2 следующим образом. Железные тросы 6 пропускают через растягивающие закрепленные к гибкой сетке 1 кольца 7 и тросы 6, монтируют тросо-блочную конструкцию 8, верхние концы которой закрепляют к лебедкам 9, имеющих реверсивные электродвигатели 10, установленные по акватории дамб со стойками 5 на разбитые рабочие отдельные участки.
Глубина пруда-накопителя равна 3-4 м. На поверхность площади зеркала 3 накладывают плавучую сетку 1 с закрепленной на ней впитывающей губкой 2 и укладывают параллельными рядами по всему пруда-накопителя 4 животноводческих стоков (свиноводческих), сетка 1, которая поддерживается натянутыми железными тросами 6 с растягивающими кольцами 7 с помощью тросо-блочной системы 8, 9 и 10, сетка с впитывающей губкой, которая покрывает всю площадь зеркала 3 пруда-накопителя 4. Кроме того, возможен вариант выполнения использования вместо впитывающей губки 2, использовать также гранулы сорбента (не показано), заполняя поверхность сетки из квадратных мелких ячеек посредством дозирующих веществ с покрытием равномерным слоем гранулами сорбента, обладающих теми же свойствами набухания и впитывания воды (Патент RU №2574722 от 10.02.2016), обеспечивающие отсутствие негативные и экологические последствия их применения. Таким образом, по новому способу для предотвращения испарения сточной поверхности воды пруда-накопителя 4 водное зеркало покрывают гибкой сеткой 1 с впитывающей губкой 2, в отличие от прототипа, по которому водное зеркало покрывают пенопластовыми плитами с закреплением их к берегам. По новому способу достигается полное (100%-ное) предотвращение испарения сточных вод (животноводческих) при летней положительной температуре при длительных соках (4-6 месяцев), в отличие от прототипа, по которому не достигается полного улетучивания вредных газов в атмосферу при испарении сточной воды при высокой температуры нагрева поверхности водного зеркала пруда-накопителя стоков. Кроме того, снабжают пруд-накопитель 4 животноводческих стоков напорным (сбросным) подводящим трубопроводом 11 с устройством задвижки 12 для регулирования подачи сточной воды или технического обслуживания устройства. В целом приемы предложенного способа позволяют достигать предотвращение испарение сточной воды, и выделяющего из нее запаха в теплое время года, его выброса в виде «летучего облака» в атмосферу, т.е. отсутствует загрязнение природной в объектах окружающей среды, когда запах метана (аммиака), исходящий от разложения ила задерживается в толще сточной воды.
Таким образом, сточная вода (животноводческие стоки) при поступлении с комплекса, поступают в оросительную сеть на ЗПО вместе с илом, что повышает урожайность сельскохозяйственных культур.
Пример конкретного применения.
3
Способ предотвращения испарения сточной воды при использовании на полив ЗПО, направлен на повышение разработки высокоэффективного и доступного способа предотвращения испарения при утилизации сточной воды, вследствие поданной с комплекса, обладающих высокой степенью процессами брожения органического вещества (ила) и размножения микроорганизмов с выделением запаха метана (аммиака) возможно, использовать новым техническим решением на примере производственного комплекса ЗАО по свиноводству «Владимирское», который имеет два одинаковых по объему пруда-накопителя глубиной до 4 м и, каждый из них по 300 тыс. м сточных вод. Пруды-накопители созданы замкнутыми по акватории с зоной накопления ила из жидких стоков (свиноводческих), и представляет собой акваторию с ограничивающей дамбой в теле, которой устроен подводящий напорный (сбросной) трубопровод, подающий стоки с комплекса, а противоположно - водоприемник подачи стоков на ЗПО. Площадь ЗПО составляет 1143 га.
В известных прудах-накопителях их работа в теплый период (летний), когда температура атмосферного воздуха резко повышается, возникает заметное испарение сточной воды с «летучим облаком» в виде метана (аммиака), определяемое активной фазой разложения ила микроорганизмами, т.е. возникает сильно действующий запах метана, исходящий от разложения илового осадка в сточной воде. Особо это связано движение «летучего облака» при ветреней погоде в направление лесного массива, сел с проживанием в них людей и т.п.
В связи с этим охрана окружающее среды требует постоянное совершенствовании строительство и эксплуатация таких прудов-накопителей сточных вод (животноводческих), а значит необходимо устранить жалобы от населения деревень, дачных участков и т.п. Другой важной задачей - это сохранения лесов и обитания в них диких животных и птиц.
В связи с этим, новое техническое решение надежно защищает водную поверхность сточных вод от разрушительного действия нагрева ультрафиолетового излучения солнца при длительном выдерживании сточных вод до них использовании на ЗПО.
Следует также отметить, что по условиям режима работы в зимний (холодный) период времени пруды-накопители не используются для ЗПО, а только накапливают заданный объем стоков, поэтому возникает необходимость демонтажа всего устройства на хранение в складских помещениях до следующего сезона применения.
Оригинальность и простота нового способа предотвращения испарения сточной воды с поверхности прудов-накопителей, в течение эксплуатационного периода находится в гарантированном происходящем процессе, выполняя функцию водоохранного сооружения, и представляет собой особый интерес для таких прудов (водоемов), где сокращен или отсутствует облако тумана с запахом метана с капельками воды. Поэтому данное новое предложение весьма перспективно при реконструкции уже существующих сооружений прудов-накопителей с последующей их сработки сточной воды на ЗПО, в местах по строительству животноводческих комплексов в целом.
Способ включает комплекс операций, направленных на поддержание регулирования испарения вредных веществ с поверхности прудов сточного водного зеркала, которое покрывают с впитывающей губкой с устройствами закрепления сетки с железными тросами, с кольцами на блочно-тросовой конструкции, выполненных на берегу по акватории пруда-накопителя, с размещением по возможности с разбивкой на отдельные участки, что облегчает их эксплуатацию в целом при отсутствии практически в окружающую среду атмосферы летучего запаха метана (аммиака), при предотвращения испарения с прудов-накопителей в сезоном их использовании и позволяет достигнуть вышеуказанного технического результата.