УДОБРИТЕЛЬНО-УВЛАЖНИТЕЛЬНАЯ ОРОСИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОДГОТОВЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД
FERTILIZER-MOISTURIZING IRRIGATING SYSTEM USING PREPARED WASTE WATER

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к мелиорации почв, и может быть использовано для капельного и внутрипочвенного орошения различных сельскохозяйственных культур с использованием сточных вод.
Известна система полива животноводческими стоками (RU 2599546, 10.10.2016), которая включает аэротенки, распределительный трубопровод, водораспределительное устройство, поливные трубопроводы. Распределительный трубопровод одновременно является транспортирующим и поливным, для этого он оснащен напорными гидрантами для подключения дождевальной машины.
Недостатком указанного изобретения является то, что проходимость при движении дождевальной машины, как правило, будет затруднена для транспортировки упомянутых жидкостей по полю, на котором распределяют удобрительный полив животноводческими стоками; большие энергозатраты, неравномерность распределения сточных вод и низкая технологическая надежность выполнения процесса полива.
Известна мелиоративная водооборотная система с использованием животноводческих стоков (RU 2577591, 20.03.2016), которая содержит источник подачи жидких удобрений, самотечный закрытый трубопровод, разделенный на две части (подводящая и отводящая), насосную станцию. Земледельческие поля орошения снабжены закрытыми поливными трубопроводами со стояками-гидрантами для дождевальной техники.
К недостаткам такой системы относятся высокая энергоемкость, повышенные строительные и эксплуатационные затраты. К основному недостатку относится вынужденный сброс воды, что недопустимо при внесении на полив животноводческих стоков, так как это приводит к нарушению экологической ситуации вокруг мелиоративной водооборотной системы.
Известно устройство для подпочвенного орошения (RU 2384049, 20.03.2010), где в качестве увлажнителя используют металлопластиковую трубку с отверстиями в нижней ее части, покрытую фильтром, и с глухим конусным наконечником в конце. Вода в металлопластиковую трубку поступает из капельниц, которые закреплены на гибком водопроводном шланге.
Недостатком данного технического решения является то, что не увлажняется верхний слой почвы, поэтому требуется дополив дождеванием при недостатке весенней влажности для всходов растений (это усложняет или ограничивает его применение).
Известно устройство внутрипочвенного орошения (SU 1501983, 23.08.1989), в котором внутрипочвенный ороситель укладывается в корытообразный желоб, в голове которого имеется устройство для автоматического поддержания уровня.
Недостатками данного технического решения являются: сложность конструкции и необходимость тщательной планировки участка орошения; в экологическом плане не совсем благоприятно решение из-за использования большого количества полимерной пленки; относительная дороговизна.
Известна система внутрипочвенного орошения для склоновых земель (SU 1250219, 15.08.1986), включающая транспортирующую сеть, оросительные трубопроводы с водовыпускными отверстиями, увлажнители в виде кротовин, причем оросительные трубопроводы выполнены прерывистыми и из отдельных отрезков труб, размещенных в теле перемычек наклонно, при этом водоприемные отверстия отрезков труб расположены выше входных отверстий кротовых увлажнителей.
Недостатком является недостаточное увлажнение поверхностного слоя почвы (0-0,1 м), большие расходы воды, относительная дороговизна из-за большего расхода материала, движение воды зависит от рельефа используемого поля (уклона).
Известна система капельного орошения (SU 1551285, 23.03.1990), включающая водоисточник, бассейн-отстойник, линейно-протяженные трубчатые фильтры, уложенные в грунте вдоль берега водоисточника и заглубленные под уровень грунтовых вод, насосную станцию и оросительную сеть с капельницами.
В известной системе орошения не обеспечиваются комфортные условия роста растений, что мешает получить гарантированный урожай при капельном орошении, в верхних слоях почвы нарушается ее структура и образуется корка.
Известна система внутрипочвенного орошения, включающая насосную станцию, магистральный и распределительные трубопроводы, к которым подключены внутрипочвенные увлажнители, уложенные под пахотным слоем (Григоров, М.С. Основы внутрипочвенного орошения. -М: Изд-во МСХА, 1993. - С. 39).
Недостатком системы является использование для создания напора воды насосной станции, потери поливной воды на глубинную фильтрацию, недостаточное увлажнение приповерхностного слоя почвы.
Известен способ орошения сточными водами (SU 1674747, 07.09.1991) включающий нарезку зигзагоообразных поливных борозд, на которые укладывается водонепроницаемая пленка, затем после наполнения борозд сточными водами пленка убирается и проводится полив дождеванием чистой водой.
Недостатками известного способа является сложность реализации технологии обработки почвы для подготовки поля, а именно обеспечивается высокая стоимость техники полива, значительный расход горюче-смазочных материалов, вызванные густой сетью нарезаемых борозд для внесения сточной воды.
Прототипом является оросительная система (RU 2346427, 20.02.2009), которая включает водоисточник, насосную станцию, магистральный трубопровод, последовательно установленные распределительные трубопроводы внутрипочвенного и капельного орошения, оросительные трубопроводы, увлажнители в виде полиэтиленовых труб с перфорациями внутрипочвенного орошения и гибкие поливные трубопроводы капельного орошения, напорный резервуар снабжен гидропневмоаккумулятором, под каждым увлажнителем в виде полиэтиленовой трубы с перфорациями размещен водонепроницаемый экран, а над трубой установлен выравниватель потока воды в виде полиэтиленовой пленки.
К недостаткам описанного изобретения относятся: ограниченные функциональные возможности оросительной системы (работает только на увлажнение как при капельном, так и при внутрипочвенном орошении); сложность конструкции; дополнительные материальные затраты на изготовление под каждым увлажнителем водонепроницаемого экрана в виде полиэтиленовой трубы с перфорациями; невозможность использования очищенных сточных вод с целью увлажнения сельскохозяйственных культур.
Сущностью заявленного изобретения является разработка удобрительно-увлажнительной оросительной системы с использованием подготовленных сточных вод, а именно повышение эффективности совместного взаимодействия увлажнения почвы с помощью системы капельного орошения и внесения удобрения через систему внутрипочвенного орошения.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности использования подготовленных животноводческих сточных вод за счет комбинации систем капельного и внутрипочвенного орошения в комплексе удобрительно-увлажнительной оросительной системы с использованием подготовленных сточных вод, повышение плодородия почвы, экологичности возделывания сельскохозяйственных культур, снижение затрат на эксплуатацию.
3
Указанный технический результат достигается тем, что удобрительно-увлажнительная оросительная система с использованием подготовленных сточных вод включает комплекс очистных сооружений по известному способу (RU 2551505, 27.05.2015) с распределением жидкой фазы (воды) в систему капельного орошения и твердой фазы (органоминерального удобрения) в систему внутрипочвенного орошения, позволяющая применять технологии полива для различных типов почв с учетом оросительной нормы в пределах 600-6000 м/га и нормы вносимых органоминеральных удобрений: азота 20-100 кг/га, фосфора 20-120 кг/га, калия 20-100 кг/га за вегетационный период.
Использование удобрительно-увлажнительной оросительной системы с использованием подготовленных сточных вод способствует непрерывной подачи оросительной воды на поверхностный слой почвы, удобрений в кор-необитаемый слой, повышает экологичность возделывания сельскохозяйственных культур, снижение затрат на строительство и эксплуатацию оросительной системы, утилизацию сточных вод.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 схематично представлена удобрительно-увлажнительная оросительная система с использованием подготовленных сточных вод и их движением самотеком с участком системы капельного орошения (I) и участком системы внутрипочвенного орошения (II).
На фиг. 2 схематично представлена удобрительно-увлажнительная оросительная система с использованием подготовленных сточных вод и их движением в напорном режиме с участком системы капельного орошения (I) и участком системы внутрипочвенного орошения (II).
Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.
Удобрительно-увлажнительная оросительная система с использованием подготовленных сточных вод и их движением самотеком (фиг. 1) включает комплекс очистных сооружений 1, на параллельно расположенных напорных трубопроводах 2 и 3 системы капельного орошения (I) с движением по ней воды и системы внутрипочвенного орошения (II) с движением по ней органоминерального удобрения.
Система капельного орошения (I) с движением по ней жидкой фазы подготовленных сточных вод включает в себя пруд-накопитель 4, запорно-регулирующую арматуру 5, магистральный трубопровод 6, запорно-регулирующую арматуру 7, перпендикулярно расположенные распределительные трубопроводы 8, поливные трубопроводы 9 с расположенными на них капельницами 10.
Система внутрипочвенного орошения (II) с движением по ней твердой фазы подготовленных сточных вод включает бак-накопитель 11, запорно-регулирующую арматуру 12, магистральный трубопровод 13, запорно-регулирующую арматуру 14, перпендикулярно расположенные распределительные трубопроводы 15, поливные кротовые дрены 16. На удобрительно-увлажнительной оросительной система с использованием подготовленных сточных вод и их движением в напорном режиме (фиг. 2) дополнительно устанавливаются насосные станции 17 и 18 для капельной системы орошения и внутрипочвенной системы орошения соответственно.
Функционирует удобрительно-увлажнительная оросительная система с использованием подготовленных сточных вод следующим образом.
Рассмотрим подробнее движение жидкой фазы (воды) в системе капельного орошения и движение твердой фазы (органоминерального удобрения) в системе внутрипочвенного орошения подготовленных сточных вод.
Сточные воды животноводческих ферм поступают на комплекс очистных сооружений 1, где происходит их разделение на жидкую и твердую фазы. Движение жидкой фазы (воды) осуществляется в системе капельного орошения. По напорному трубопроводу 2 вода поступает в пруд-накопитель 4. С помощью запорно-регулирующей арматуры 5 движение воды осуществляется самотеком по магистральному трубопроводу 6. Движение воды самотеком осуществляется при уклонах рельефа не менее 0,002-0,003. Затем по перпендикулярно расположенным распределительным трубопроводам 8 с помощью запорно-регулирующей арматуры 7 вода движется по поливным трубопроводам 9 с расположенными на них капельницами 10. На распределительном трубопроводе 8 запорно-регулирующая арматура устанавливается для создания в нем напора и передачи его в поливные трубопроводы 9. Запорно-регулирующая арматура позволяет автоматизировать полив и не мешает механизации полевых работ на участке. На системе капельного орошения лучше использовать относительно короткие капельные трубки и относительно короткие капельные оросители. Указанное достоинство позволяет обеспечить достаточно приемлемое постоянство давлений по длине оросителей и поливных линий, стабильность подаваемых капельницами поливных расходов и достаточно высокую равномерность увлажнения поверхностного слоя почвы в пределах всего орошаемого участка.
Движение твердой фазы (органоминерального удобрения) осуществляется в системе внутрипочвенного орошения. По напорному трубопроводу 3 вода поступает в бак-накопитель 11. С помощью запорно-регулирующей арматуры 12 движение органоминерального удобрения осуществляется самотеком по магистральному трубопроводу 13. Движение воды самотеком осуществляется также при уклонах рельефа не менее 0,002-0,003. Распределительные трубопроводы укладывают вдоль по уклону, а кротовые увлажнители поперек склона. Затем по перпендикулярно расположенным распределительным трубопроводам 15 с помощью запорно-регулирующей арматуры 14 органоминеральное удобрение движется по кротовым увлажнителям 16. Органоминеральное удобрение капиллярными силами подается непосредственно в подпахотный слой к корням сельскохозяйственных культур. Концы кротовых увлажнителей могут быть соединены с водосбором для отвода лишней воды. Техника орошения по кротовым увлажнителям является одной из дешевых по стоимости, т.к. для ее устройства не требуется больших затрат.
Для удобрительно-увлажнительной оросительной системы с использованием подготовленных сточных вод и их движением в напорном режиме с участком системы капельного орошения (I) и участком системы внутрипочвенного орошения (II) характерно расположение наносных станций 18 и 19 для системы капельного орошения и системы внутрипочвенного орошения. Насосные станции обеспечивают забор и подачу в закрытый магистральный трубопровод 6 и 13 и далее в закрытые распределительные трубопроводы 8 и 15 расчетного расхода воды и органоминерального удобрения.
В результате совмещенной технологической схемы увлажнения и удобрения животноводческими стоками происходит одновременно поступление заданной оросительной нормы в систему капельного орошения и нормы органоминерального удобрения в систему внутрипочвенного орошения, что увязано с периодичностью поступления подготовленных сточных вод в течение всего вегетационного периода. Результаты рассчитанной периодичности функционирования удобрительно-увлажнительной оросительной системы с использованием подготовленных сточных вод за вегетационный период представлены в таблице 1.
3
Пример 1. Рассмотрим технологию полива для чернозема обыкновенного и южного Европейской части России, расположенного в зоне с коэффициентом увлажненности 0,77-0,44. Оросительная норма нетто (рассчитана при обеспеченности по дефициту водного баланса - 75%) составляет 1300-4700 м/га для увлажнения сельскохозяйственных культур в системе капельного орошения. Норма вносимых органоминеральных удобрений по системе внутрипочвенного орошения составляет: азота 40-80 кг/га, фосфора 40-60 кг/га, калия 20-40 кг/га. В итоге за вегетационный период необходимо по системе капельного орошения осуществить 3-7 поливов, а в системе внутрипочвенного орошения внести 1-2 удобрения в результате функционирования удобрительно-увлажнительной оросительной системы с использованием подготовленных сточных вод.
3
Пример 2. Рассмотрим технологию полива для светло-каштановых и бурых полупустынных почв Европейской части России, расположенных в зоне с коэффициентом увлажненности 0,33-0,12. Оросительная норма нетто (рассчитана при обеспеченности по дефициту водного баланса - 75%) составляет 1800-6000 м/га для увлажнения сельскохозяйственных культур в системе капельного орошения. Норма вносимых органоминеральных удобрений по системе внутрипочвенного орошения составляет: азота 60-100 кг/га, фосфора 70-120 кг/га, калия 60-100 кг/га. В итоге за вегетационный период необходимо по системе капельного орошения осуществить 4-10 поливов, а в системе внутрипочвенного орошения внести 1-2 удобрения в результате функционирования удобрительно-увлажнительной оросительной системы с использованием подготовленных сточных вод.
При функционировании удобрительно-увлажнительной оросительной системы с использованием сточных вод не разрушается структура почвы, в ней поддерживается постоянное увлажнение. Хорошее увлажнение верхних слоев почвы и постоянное глубокое удобрение способствуют лучшему развитию корневой системы растений и усилению жизнедеятельности полезных почвенных микроорганизмов. Таким образом, обеспечивается не только водное питание растений с использованием подготовленных сточных вод в системе капельного орошения, но и создаются условия для улучшения биологических, физических и химических свойств почвы при удобрении сельскохозяйственных культур при внутрипочвенном орошении. Таким образом, сохраняется структура почвы, благоприятный воздушный режим, процесс полива автоматизирован и менее трудоемок.