СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОЛИВНОГО ТРУБОПРОВОДА ОТ ЗАИЛЕНИЯ ПРИ ВНЕСЕНИИ ЖИДКИХ УДОБРЕНИЙ НА ОРОСИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ
METHOD OF PROTECTION OF IRRIGATION PIPELINE FROM SILTATION IN APPLICATION OF LIQUID FERTILISER IN IRRIGATION SYSTEM

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к орошаемому земледелию, и может быть использовано в водоохранных мероприятиях распределения сточных вод и животноводческих стоков в системе дождевания из поливных трубопроводов.
Сточные воды и животноводческие стоки подают на земледельческие поля орошения (ЗПО) согласно разработанным графикам полива из регулирующих емкостей-накопителей и распределяют с помощью закрытых отрегулированных поливных трубопроводов и поливной сети, например, подключенных через гидранты-стояки к дождевальным машинам, направленным для этих целей, типа ДКШ-62, ДКН-80, ДКН-100.
4
3
2
2
Навоз содержит около 30 газовых соединений, принадлежащих к группе аминов, амидов, спиртов, дисульфидов, сульфидов, меркаптанов, помимо классических газов CH, NH, HS, CO. Газы определяют запах навоза и оказывают физическое воздействие как на человека, так и на животных.
Зона активного загрязнения может быть неоднородной и состоять из различных составных частиц. Характер растворимых газов (примесей) может быть разным, это зависит от отложений их в поливных трубопроводах, что связано со сбросом в водоемы очищенных животноводческих стоков и сточных вод.
Экономическая оценка ущерба от загрязнения водной среды может быть значительной при сборе его в водоемы. Ущерб оценивается по таким компонентам, как БПК, взвешенные вещества, общий азот, аммиак.
Известен способ промывки поливных трубопроводов путем подачи в них воды под давлением, обеспечивающий вынос наносов, при этом подачу воды осуществляют в конец поливного трубопровода в последующей стадии полива, причем воду забирают из конца соседнего поливного трубопровода (Авторское свидетельство СССР №762808, кл. A01G, 25/02, E03F 9/00, 1980).
Недостаток известного способа: ограниченность применения, вытекающая, с одной стороны, из выполнения основной задачи - промывки промывного трубопровода из одного трубопровода в другой поливной трубопровод и встречного направления потока, где он, турбулизуясь,  выносится на поливной участок по бороздам. Способ  не приспособлен к автоматической промывке трубопроводов посредством регулирования воды в распределительном трубопроводе. С другой стороны, ограничен сброс слежавшихся наносов после прекращения полива, т.е. в продолжительные межполивные и неполивные периоды;
отсутствие автоматического контроля расхода воды на промыв транзитом наносов в сбросной колодец и далее в сборно-коллекторную сеть, так как исходя из подготовки жидкой фракции, например животноводческих стоков (крупного рогатого скота - КРС и свиноводческих стоков), и вытекающих из этого следствием при вышеуказанном описании таких стоков, происходит отложение ила и других газовых соединений (даже взрывоопасных от выделения газа - метана из ила), и это связано в конце поливного трубопровода со сбросом остатков ила и других вредных веществ.
Кроме того, известный способ полива никак не сопоставим с подключением дождевальной машины. При этом известный способ полива не подавляет жизнедеятельность микроорганизмов, оставшихся в остатке ила, накопившегося в поливном трубопроводе после окончания полива.
Известен также способ промывки поливного трубопровода путем подачи  в него воды под давлением, обеспечивающим вынос наносов, где воду в трубопровод подают через водовыпускные отверстия по всей его длине (Авторское свидетельство СССР №1638247, кл. E02B 11/00, A01G 25/06, 1991).
Недостаток известного способа  - отсутствие подавления жизнедеятельности микроорганизмов из-за недостаточной концентрации поступления воздуха с кислородом для их соединения с водой на промыв в водосбросной канал. Кроме того, необходимость визуального контроля за началом промывки трубопровода, ручной точечный режим управления промывкой; отсутствие контроля за эффективностью удаления наносов из поливного трубопровода по его длине; отсутствие связи по продолжительности межполивного и безполивного периодов при активном загрязнении разной массы наносов и состоянии отложений по длине трубопровода. При этом точечная подача под напором воды в каждый водовыпуск не достаточно эффективна, что усложняет систему и делает сложным промывку; отсутствует пульсирующее колебание, которое могло бы быть  регулируемо по длине трубопровода при прохождении промывной воды; большие затраты материалов, учитывая, что таких точечных водовыпусков  может быть  большое количество.
Цель изобретения - интенсификация процесса очистки путем проведения профилактических промывок поливного трубопровода не используемыми для орошения водами и регулирование насыщения сжатым воздухом, разрушение скопления ила, подачи кислорода, выделяемого из сжатого воздуха, и освобождение поливного трубопровода от вредных примесей.
Технический результат достигается тем, что в способе защиты закрытого поливного трубопровода от заиления при внесении жидких удобрений на оросительной системе, включающем проведение промывок закрытого поливного трубопровода путем подачи в трубопровод воды под напором через отверстия по его длине, согласно изобретению,  по команде реле времени по воздуховоду подают сжатый воздух из источника в промывные патрубки, которые выполнены в виде двух металлических стволов, выход одного из которых соединен с перегородками трубопровода, выполненными секционными в виде упругой перфорированной ленты, причем каждая секция закреплена в трубопроводе с образованием замкнутой камеры для подачи воздуха, которая подключена к источнику сжатого воздуха через донное отверстие, перекрываемое эластичным клапаном, выполненным в виде лепестка, при этом камера снабжена внутренним гибким защитным покрытием, имеющим микропоры, а камеры чередуются со свободными участками трубопровода, которые снабжены гидрантами-стояками для подачи стоков к дождевальным машинам.
Кроме того,  с подачей минимально допустимой расчетной нормы воды на промыв из источника в полость поливного трубопровода одновременно подают сжатый воздух, подключенный ко второму промывному патрубку,  соединенному с первым патрубком через поворотный кран с источником сжатого воздуха, при этом в начале поливного трубопровода установлен смотровой колодец, в крышке колодца выполнено отверстие, в котором установлены два промывных патрубка, при этом один конец первого патрубка подключен к воздухораспределительной трубке, которая соединена через патрубок с замкнутой камерой по длине трубопровода и расположена ниже дна поливного трубопровода, а конец второго патрубка подключен к верхней части корпуса  полости поливного трубопровода.
Оседающий ил и его остаточная вредная концентрация после очистки стоков на основном объекте комплекса, при поступлении в поливной трубопровод, обеспечивают промывку в два этапа, который разделен межполивным и безполивным периодами.
Первый межполивной процесс осуществляют включением подачи жидких удобрений из прудов-накопителей после основной очистки на животноводческом комплексе. Затем стоки поступают в поливные трубопроводы и одновременно подают от источника сжатый воздух (компрессор) в течение вегетационного удобрительного полива путем подключения к гидрантам-стоякам дождевальной машины. В данный период полива наибольшего эффекта, получаемого от удобрительных поливов стоками, определяемого по потребности сельскохозяйственных полей в азоте, фосфоре и калии, достигают в 3…4 приема полива за вегетационный период. В этот период полива дождевальными машинами при подаче стоков с взвесями (например, илом) в закрытый поливной трубопровод через первый впускной промывной патрубок в виде металлического ствола, вмонтированного в крышку колодца и сопряженного с воздухораспределительной трубкой малого поперечного сечения, соединенной с каждой секцией перегородки, образующей замкнутую камеру, нагнетают сжатый воздух - порциями воздуха (содержащего достаточно большое количество кислорода, растворимого в воде), подаваемыми кратковременно компрессором по команде реле времени. При этом в стоки одновременно сначала через микропоры, которые открываются от давления воздуха при выгибании вверх внутреннего гибкого защитного покрытия, воздух поступает через перфорированные отверстия упругой ленты в полость трубопровода, так как все микропоры в этот момент, расположенные в верхней части замкнутой камеры, полностью открыты.
Таким образом, ил, мелкие фракции наносов и вредные газы (их соединения), находящиеся в стоках в полости поливного трубопровода, выносятся в гидрант-стояк, к которому подключена дождевальная машина. В этот момент расположенный секционно трубопровод  получает резкие перепады давления в камерах, амплитуда колебаний которых может быть различна: разрушение ила и мелких фракций наносов выраженного завала  происходит по команде реле времени от компрессора по сигналам на выпускном патрубке при выпуске воздуха и впуске его через отверстие с эластичным клапаном (лепестком) в дне камеры трубопровода. Такая работа зависит также и от упругих свойств материала ленты и защитного покрытия внутри камеры. Можно отметить, что резкие перепады в камерах, амплитуда колебаний которых может быть различна, вызывает продольные колебания (волны) стоков по всей длине поливного трубопровода, что способствует интенсификации очистки над камерой, а также на свободном участке. Колебания периодически возникают в течение процесса удаления ила и вредных примесей (газа), что способствует освобождению трубопровода в поливные дождевальные машины, сообщенные посредством гидрантов-стояков по длине трубопровода на поверхности поля при орошении или увлажнении удобрительными поливами, при этом дождевальные аппараты для дождевальных машин рассчитываются на работу таких стоков. Все это в целом создает надежность системы полива жидкими стоками в межполивной период. Концентрация газа в иле  становится не опасной для окружающей среды за счет активного смешения с кислородом, выделяемым из сжатого воздуха во всех случаях предложенной промывки поливного трубопровода. Это блокирует бактериальный процесс гниения ила сточных вод и животноводческих стоков. Процесс заохривания прекращается, срок службы трубопроводов значительно увеличивается.
В период промывки трубопроводы работают полным сечением в напорном режиме с избыточным пьезометрическим напором, отсюда одновременно происходит и промывка гибкой перфорированной ленты сверху, связанной (соприкасающейся) с гибким защитным покрытием, имеющим микропоры.
Систематическую профилактическую промывку также проводят и при отсутствии межполивных периодов (вегетационных) чистой (речной) водой или из отстойников, водохранилищ, определяющим фактором которых являются установление рациональных сроков и норм увлажнительных поливов и их окончание. Все это связано с технико-эксплуатационными параметрами оросительной системы и поливной техники, природно-хозяйственными и организационными условиями хозяйства - водопользователя, концентрацией питательных веществ в активном слое почвы и стоков, учитывая агротехнические приемы возделывания сельскохозяйственных культур.
Предложенная профилактическая промывка происходит также и на втором этапе промывки, т.е. после окончания удобрительного полива стоками. Для этого непроизводительные сбросы воды должны быть минимизированы до расчетных расходов и одновременно поступать с впуском сжатого воздуха в полость поливного трубопровода, например, от компрессора через поворотный кран в виде трехпозиционного, по варианту удаления ила, мелких наносов и выноса при этом вредного газа (метана) вместе с чистой водой. Для этого используют отдельно второй промывной патрубок в виде металлического ствола, конец которого подключен к верхней части корпуса и соединен с полостью поливного трубопровода, при этом первый промывной патрубок отключен через поворотный кран. Таким образом, профилактическая предложенная промывка проводится после окончания каждого полива стоками. Для этого случая (варианта) промывки  в конце поливного трубопровода открывают задвижку в сбросном колодце, сбрасывая оставшийся осадок ил, мелкие наносы и выделяющийся газ из ила (метан) при активном выделении кислорода из сжатого воздуха во всем объеме полости трубопровода по длине в замкнутую коллекторно-дренажную сеть. Сбор такого состава воды с илом может собираться в отстойную камеру или перекачиваться специально в пруд-отстойник посредством применения перекачивающей передвижной насосной станции с последующим обеззараживанием, не оказывающим отрицательного воздействия промывных вод на окружающую среду. Ввиду смешения со сжатым воздухом в напорном режиме со скоростями более расчетных кроме смыва ила идет и выделение кислорода из сжатого воздуха - все компоненты смешиваются. В момент данной профилактической промывки  дождевальные машины отключены от гидранта-стояка - не работают, а гидранты сверху перекрывают заглушками - колпаками.
Надежность и долговечность срока службы трубопроводов значительно увеличивается.
Подобное исполнение способа защиты закрытого поливного трубопровода от завала илом и коррозии стенок трубопровода при внесении жидких удобрений на удобрительный полив системы, по мнению автора, ранее не было известно и отвечает критерию «Изобретательский уровень».
На фиг.1 показано орошаемое поле животноводческими стоками путем подключения дождевальной машины, план; на фиг.2 - показан трубопровод, общий вид; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - трубопровод, поперечный разрез (давление в камере сжатого воздуха отсутствует); на фиг.5 - то же, под давлением сжатого воздуха в камере, момент создания встряхивающего импульса в камере; на фиг.6 - продольный разрез по оси смотрового колодца.
Схема реализации способа защиты состоит из источника орошения 1 (например, пруд-накопитель животноводческих стоков), задвижки 2, насосной станции 3, магистрального трубопровода 4 с установленной задвижкой 5. Система включает пруд 6 чистой воды с трубопроводом 7 с установленной задвижкой 8. Насосная станция 3 обеспечивает забор и подачу в закрытый магистральный трубопровод 4 и распределительные трубопроводы 9 и 10 рассчитанного расхода стоков или воды.
В начале поливных трубопроводов 11 и 12 установлены смотровые колодцы 13, при этом  по всей длине свободные участки 14 трубопроводов 11 и 12 армированы гидрантами-стояками 15 с заглушками-колпаками 16, согласно расчетной схеме для подключения дождевальной машины 17, с возможностью полива и одновременной промывки поливных трубопроводов 11 и 12 применительно к поливу земледельческих полей орошения (ЗПО) животноводческими стоками. Закрытые поливные трубопроводы 11 и 12 имеют концевой сбросной колодец 18 с задвижкой 19, соединенный с замкнутым открытым коллектором 20 с накопителем 21 сбросных вод.
Поливные трубопроводы 11 и 12 состоят из верхнего 22 и нижнего 23 полуцилиндров. Поливные трубопроводы 11 и 12 снабжены перегородкой 24, выполненной в виде упругой перфорированной ленты с отверстиями 25 и расположенной секционно, при этом поливные трубопроводы 11 и 12 также снабжены гибким защитным внутренним покрытием 26 в виде мягкого эластичного материала, имеющего микропоры 27. Продольные края элементов 21 и 26 фиксируются к нижнему полуцилиндру 23 с помощью прижимов 28, а поперечные  - закрепляют к направляющим 29, которые жестко приварены к внешним стенкам полупериметра трубопроводов 11 и 12 с помощью болтов 30. Секции перегородки 24 и перекрытие 26 закреплены в трубопроводе 11 и 12 с образованием замкнутой камеры 31 для подачи сжатого воздуха, связанной с компрессором (К) 32 и с реле (Р) времени (устройство реле - не показано).
Смотровой колодец 13 включает цилиндрический корпус 34, снабженный крышкой 35 и входящие в колодец два промывных воздухопроводящих патрубка 36 и 37 в виде металлических стволов. Промывной воздухопроводящий патрубок 36 соединен сверху с корпусом трубопровода 11 и 12 для подачи сжатого воздуха в полость поливного трубопровода для смешения с чистой водой на промывку. Промывной воздухопроводящий патрубок 37 подключен нижним концом к воздухораспределительной трубке (линии связи) 38 ниже дна поливного трубопровода 11 и 12. Камеры 31 снабжены в нижней части патрубками 39, отверстия 40 которых с отрезками лепестка 41 из эластичного материала (например, из резины) выполняют роль обратного клапана в камере при поступлении сжатого воздуха в камеры. Камеры 31 чередуются со свободными участками 14 с гидрантами-стояками 15 трубопровода 11 и 12. Промывные патрубки 36 и 37 сообщаются в верхней части через трехпозиционный кран 42 с источником сжатого воздуха 32 (например, компрессора).
Промывка закрытых поливных трубопроводов осуществляется следующим образом.
По магистральному трубопроводу 4 и распределительным трубопроводам 9 и 10 стоки направляют в поливные трубопроводы 11 и 12, вдоль которых по разделительной линии осуществляют перемещение дождевальных машин 14, которые производят дождевание сопутствующих культур на данном севообороте поля в заданные сроки полива и могут выполнять как орошение, так и увлажнение почвы стоками в виде органических удобрений. Полив производят за 3-4 раза вегетационного полива, исходя от состава очищенных стоков и концентрации обеззараженных компонентов, связанных с площадью земледельческих полей орошения (ЗПО).
Биохимическая потребность в кислороде (БПК) измеряется количеством кислорода в единице объема жидкости. Концентрация взвешенных и оседающих веществ определяет химическую потребность в кислороде ХПК. Одной из основных характеристик сточных вод является их активная реакция (PH).
Поля орошения - это специально подготовленные земледельческие участки для биологической очистки сточных вод и животноводческих стоков в естественных условиях с одновременным использованием влаги и удобрительных веществ, содержащихся в ней, для выращивания сельскохозяйственных культур.
Поэтому избыточный активный ил должен периодически  удаляться из поливных трубопроводов. Эффективность использования жидких удобрений зависит в поливных трубопроводах от того, как долго трубопроводы могут эксплуатироваться.
При подаче жидких токов с взвесями в поливные трубопроводы 11 и 12 посредством (К) 32 кратковременно нагнетают порции воздуха в напорную линию компрессора - промывной патрубок 36 или 37 в зависимости от их открытия в ту или иную сторону через трехходовой кран 42, а именно, при поливе стоками: по воздухопроводящему промывному патрубку 37 в замкнутую камеру 31 через впускной патрубок 39 нагнетают сжатый воздух с помощью компрессора 32 до ее полного заполнения. Камера 31, увеличиваясь в размерах, выгибается вверх в верхнюю часть секции 22. В этот момент некоторые поры гибкого защитного перекрытия 26 уже открыты. Далее камера 31 увеличивается в размерах, и защитное перекрытие 26 открывает перфорированные отверстия 25 упругой ленты 24 в верхней части, вследствие чего через микропоры 27 воздух с кислородом выходит через перфорацию в ленте 24 в полость трубопровода с жидкими стоками, смешивается и далее через гидрант-стояк 15 поступают стоки в дождевальную машину 17 на поле. При этом ил (подкормка), мелкие наносы, находящиеся на поверхности упругой ленты (перегородки) 24, встряхиваются и стоки в данный момент над перегородкой 24 получают дополнительное импульсное сжатие и ускорение. Таким образом, посредством этого воздуха под его давлением приводят в пульсирующее (взмучивание) движение ил и мелкие наносы в составе жидкого удобрения (стоки) и посредством разбавления поступившего кислорода из воздуха вместе со стоками происходит удобрительный полив (ЗПО) из поливного трубопровода 11 и 12.
Процесс кратковременного нагнетания порции воздуха в камеры 24 от компрессора 32 продолжается до тех пор, пока не поступит сигнал на отключение от реле (Р) времени 33 и не выйдет воздух из замкнутой камеры в полость поливного трубопровода 11 и 12.
При отключении подачи сжатого воздуха, эластичный лепесток 41 в виде обратного клапана перекроет плотно отверстие 40 в патрубке 39, сжатие воздуха постепенно в камере 31 снижается. В результате под действием упругих свойств и веса стока перфорированная лента (перегородка) 24 вместе с защитным покрытием 26 опускаются вниз, т.е. возвращаются в исходное положение на дно полуцилиндра 23, микропоры 27 закрываются. При этом гибкое защитное покрытие 26, контактирующее с перфорированной лентой 24 (перегородкой), при возвращении в исходное положение постепенно сжимается до тех пор, когда практически весь воздух выйдет в полость трубопровода, а микропоры 27 закроются, не давая илу доступ внутрь камеры 31. Отверстия 25 перфорированной ленты 24 не засоряются. Затем цикл повторяется до тех пор, пока идет полив стоками. Таким образом, наличие эластичного лепестка 41 исключает выход обратного воздуха в трубку 38, расположенную по длине ниже поливного трубопровода 11 и 12, в результате чего происходит стабилизирующее положение во всех камерах 31 и их надежность в работе - отсутствует загрязнение полости камеры 31.
Количество отверстий 40 с воздуховыпускными патрубками 39 на нижнем полуцилиндре 23 трубопровода меньше, чем количество гидрантов 15 на свободных участках 14 трубопровода.
Таким образом, пульсирующие колебания упругой ленты 24 возникают с помощью регулируемой команды с реле 23 времени на компрессоре 32 при прохождении воздуха, насыщенного кислородом (объем воздуха может учитываться известными приборами), режим сжатого воздуха которого изменяется выпуском в стоки и его расход зависит от микропор 27 защитного перекрытия 26, а также от упругих свойств перфорированной ленты 24 с отверстиями 25. Кроме того, для отсутствия подсоса воздуха из полости камеры 31 в трубку 38 отверстие 40 в патрубке 39 перекрыто эластичным лепестком в виде обратного клапана (клапан может быть изготовлен также из другого материала и подпружинен со стороны впуска сжатого воздуха). Вегетационные удобрительные поливы позволяют более равномерно утилизировать стоки животноводческих ферм и одновременно реализовать рекомендуемые суммарные нормы внесения, снизить объемы полевых накопительных стоков. Особенно эффективны такие поливы на фоне применения осушительной сети.
Поддержание водного и пищевого режима на оптимальном уровне обеспечивает на ЗПО получение гарантированных урожаев сельскохозяйственных культур.
Процесс полива подготовленными животноводческими стоками заканчивается, например, одним поливом. Наступает момент профилактической промывки поливного трубопровода 11 и 12 до начало второго, третьего полива, т.е. промывка чистой водой из отстойника (бассейна) 6. Систематическую профилактическую промывку проводят, когда отсутствуют межполивные периоды (орошение или увлажнение не производят на ЗПО). Поэтому осуществляют сброс чистой воды из водоисточника 6, открывают задвижку 8 и закрывают задвижку 5, например, животноводческих стоков из пруда-накопителя 1, предусмотренного на период полива по технологическим и эксплуатационным условиям. Одновременно с подачей чистой воды на промыв отложившегося ила и мелких наносов в поливных трубопроводах 11 и 12 предварительно открывают концевые задвижки 19 в сбросном колодце 18, связанные с открытым коллектором 20, производят очередное переключение регулятора в виде трехпозиционного крана (вентиля) 42 и направляют сжатый воздух в полость поливного трубопровода, где воздух смешивается с водой и с выделяющимся газом (метаном) из остатков ила, осевшего на дно по длине трубопроводов 11 и 12. Для этого все гидранты-стояки 15 закрыты, а дождевальные машины 17 отключены от гидранта 15.
Уменьшая подачу чистой воды в напорном режиме от насосной станции 3 со скоростями, большими расчетных, и со смешением от источника сжатого воздуха, обеспечивается активный смыв оставшегося ила и наносов. В это же время газ (метан), выделяемый из ила в полости трубопровода, соединяется с кислородом, выделяемым из сжатого воздуха, так как микроорганизмы не получают достаточного кислорода, удаляется в сбросную коллекторно-дренажную сеть 20.
За счет проведения профилактических промывок увеличивается срок службы трубопровода, отсутствует коррозия стенок трубопровода; обеспечиваются безопасные ремонтно-восстановительные работы на оросительно-увлажнительной системе. Продолжительность проведения промывок зависит от состава засоренности трубопроводов 11 и 12 при использовании межполивного периода на ЗПО. Промывку поливного трубопровода можно проводить одновременно как одного, так и двух и более, все зависит от объемов поступающего от источника сжатого воздуха. Таким образом, предлагаемый способ защиты поливного трубопровода позволит обеспечить промывку ила, наносов и газа (метана) из поливного трубопровода и надежно отводить их как на увлажнительные поливы, так и при использовании чистой воды для сброса в открытый замкнутый коллектор с добавлением кислорода, выделяемого из сжатого воздуха, в конечном итоге повышается надежность работы системы по утилизации стоков из животноводческих комплексов за счет автоматически регулируемых режимом защиты поливного трубопровода.