Ретехнологизация способа подготовки дренажных и сбросных вод для оросительной мелиорации

Коэффициенты трения по двум рассматриваемым методикам практически совпадают. Величина расхождения между этими значениями коэффициентов не превышает 1,5%.

Выводы. При значении коэффициента трения скольжения минеральных удобрений по лопатке центробежного аппарата до 0,5 угол установки лопаток к радиусу устанавливается положительным в интервале от 0 до 6°, используя рисунок 3. При коэффициенте трения более 0,5 угол установки лопаток к радиусу — отрицательный и для минеральных удобрений находится в интервале от 0 до -6°. Коэффициенты трения материала, определённые по стандартной методике, отличаются от значений величин, которые определены по углу установки лопаток с использованием номограммы или расчётных зависимостей. Значение коэффициента трения, определённого по номограмме, несущественно отличается от расчётного значения, величина которого установлена по расчётным зависимостям. Величина расхождения — 1,5%. Методика определения коэффициента трения по расчётным формулам, с использованием прибо-

ра, имеет меньшую трудоёмкость и обеспечивает высокую точность в сравнении с методикой его определения по номограмме.

Литература

1. Патент на изобретение RUS 2177216 Устройство для поверхностного рассева минеральных удобрений и других сыпучих материалов / Якимов Ю.И., Иванов В.П., Припоров Е.В., Заярский В.П., Волков Г.И., Селивановский О.Б.; заявл. 14.03.2000.

2. Патент на изобретение RUS 2177217 Центробежный рабочий орган для рассева сыпучего материала / Якимов Ю.И., Припоров Е.В., Иванов В.П., Заярский В.П., Волков Г.И., Селивановский О.Б; заявл. 14.03.2000.

3. Василовский М.И., Хроликов В.М. Методика определения коэффициента трения для сыпучих зерновых материалов // Конструирование и технология производства сельскохозяйственных машин. Киев, 1975. Вып. 5. С. 35—37.

4. Якимов Ю.И. Определяющее условие качественного внесения минеральных удобрений машинами с центробежными рабочими органами // Сборник научных трудов. Краснодар, 1984. Вып. 271. С. 3-15.

5. Якимов Ю.И. Исследование факторов, влияющих на распределение удобрений однодисковым центробежным аппаратом // Состояние и перспективы машин для внесения минеральных удобрений: матер. научн.-технич. совета. Вып. 26. М., 1969. С. 81-89.

6. Патент на изобретение №161471 USSR Способ определения трения сыпучего материала о твёрдую поверхность / Ю.И. Якимов; заявл. 22.09.1983.

7. Василенко П.М. Теория движения частиц по шероховатым поверхностям сельскохозяйственных машин. Киев: УАСХН, 1960. 276 с.

Ретехнологизация способа подготовки дренажных и сбросных вод для оросительной мелиорации

Д.Г. Васильев, аспирант, ФГБНУ РосНИИПМ

Развитие водных мелиораций находится в тесной зависимости от рационального использования и охраны водных ресурсов. Дренажные и сбросные воды с сельскохозяйственных территорий могут рассматриваться в качестве стратегического резерва для удовлетворения постоянно растущего спроса на природную воду.

В мире основная масса потребляемой воды — 70% используется в сельском хозяйстве, в основном для орошения. Так, для выращивания 1 т пшеницы, продаваемой на мировом рынке, в среднем требуется 1 тыс. м3 воды. Значительную часть воды — 20% расходует промышленность, а остальная вода — 10% направляется в коммунальное хозяйство.

Одним из направлений приоритетных стратегий устойчивого управления доступными водными ресурсами является повторное использование дренажно-сбросных вод для оросительной мелиорации в сельском хозяйстве с учётом гидрогеолого-мелиоративных условий местности [1].

Целью исследования являлось обоснование ретехнологизации способа подготовки дренажных и сбросных вод для оросительной мелиорации.

В задачи исследования входило:

— проанализировать существующие способы подготовки дренажных и сбросных вод для сельскохозяйственного использования;

— изучить эффективность очистки дренажных и сбросных вод на коалесцентных модулях;

— усовершенствовать способ подготовки дренажных и сбросных вод для орошения сельскохозяйственных угодий сельскохозяйственного использования.

Материал и методы исследования. Химический состав дренажного стока изучали на территории Семикаракорского района Ростовской области на полях СПССК «Семикаракорский» (ИП Ана-стасиадис). Геологическое строение опытного участка делювиальные глинистые и аллювиальные песчаные отложения верхне-четвертичного возраста. Почвы представлены чернозёмами южными, характеризующимися как не засолённые и не подверженные ощелачиванию. Содержание нитратного азота в почве, который является основным элементом питания растений, соответствует низкой обеспеченности и в среднем не превышает 6 мг/кг. В границах исследуемого участка реализуется овощной севооборот: лук — средняя капуста — картофель — поздняя капуста.

Глубина залегания грунтовых вод составляла в период исследования 3,0—3,5 м. Дренаж на участке имеет глубину заложения от 2,6—3,7 м, междренные расстояния 240—200 м.

Отбор проб производился из коллекторов дренажной сети в тёплый период года (с мая по октябрь). В пробах определяли содержание рН,

сухого остатка, НСО3, С1, БО4, Са, Na, меди, железа.

Физико-химический состав исследуемых дренажных и сбросных вод представлен в таблице 1.

Результаты исследования. Традиционно орошение сельскохозяйственных культур дренажными и сбросными водами осуществлялось согласно следующим технологическим вариантам [2]:

I — предварительное снижение минерализации, без улучшения химического соотношения солей;

II — предварительное снижение минерализации и улучшение химического и солевого состава;

III — без снижения минерализации, но с улучшением химического солевого состава; IV — без снижения минерализации и без улучшения химического солевого состава.

I технологический вариант нашёл применение в зернокормовых севооборотах за счёт подкачки дренажных и сбросных вод в межхозяйственные распределительные каналы. Минерализация усреднённых смешанных вод не превышала 0,5 г/дм3 на протяжении всего вегетационного периода. При этом суммарный объём дренажных и сбросных вод, используемых в данной технологии, не превышал 20 млн м3 в год.

Исследования, проводимые в условиях засушливых и полузасушливых районов Индии в сухой зимний период, показали, что при орошении дренажными водами урожайность проса и сорго значительно снизилась только при применении воды с солесодержанием 12 Ds/м [3].

В свою очередь II вариант применения подразумевает не только снижение минерализации дренажных и сбросных вод путём их разбавления, но и создание условий для натрия с кальцием в обменных основаниях. При этом необходимо, чтобы соотношение Са2+: Mg2+ было ниже единицы, а Na+(Са2++Mg2+) — меньше 0,7. Описанные условия могут быть достигнуты путём внесения химических мелиорантов (гипс, фософгипс, известь).

Последние два варианта технологических решений используются в случае слабой минерализации сбросных и дренажных вод (до 3 г/дм3) и без предварительного снижения минерализации, но с улучшением состава обменных оснований за счёт внесения гипса в воду или почву.

На сегодняшний день в связи с широким применением при возделывании сельскохозяйственных культур различных химических удобрений, пестицидов, гербицидов возникает риск загрязнения ими подземных вод и почвенных горизонтов. Как показывают многочисленные исследования эксплуатирующих организаций, на сбросе дренажных

и сбросных вод в поверхностные водотоки и водоёмы наблюдается значительное превышение по таким соединениям, как нитратный и нитритный азот, фосфор, калий, магний, кальций, хлориды, сульфаты и органические вещества [4].

В связи с этим возникла необходимость в разработке технологий подготовки дренажных вод для дальнейшего использования в сельском хозяйстве. Предложена биологическая очистка дренажных и сбросных вод хлорококковыми микроводорослями — Chlorella pyrenoudosa (Chik) u Scenedesmus obliguus (Kitz). После реализации предложенной схемы дренажные и сбросные воды можно применять для орошения сельскохозяйственных культур и для предпосевной обработки (замочки) семян хлопчатника, а также избыточные микроводоросли могут использовать для кормления растительноядных рыб [5].

Следует также остановиться на электромембранном методе, который широко используется в практике подготовки дренажных и сбросных вод. Он нашёл своё применение при снижении общего солесодержания. Нами предложена технологическая схема, имеющая следующий принцип работы: дренажные и сбросные воды в самотёчном режиме поступают на решётки для удаления крупных примесей, далее вода направляется на песколовки, а оттуда — на блок тонкослойного отстаивания. Доочистка производится на песчаных и электромембранных фильтрах [6]. Эффективность предложенного метода подтверждена исследованиями иракских учёных, которые доказали возможность использования NF-мембраны для опреснения дренажных и сбросных вод [7].

В мировой практике для обеспечения безопасного повторного использования дренажных и сбросных вод выделяют три технологических комплекса. Первый основан на удалении взвешенных и растворимых органических загрязнителей из дренажных и сбросных вод. Второй включает традиционные методы обессоливания — обратный осмос, электромембранные методы и т.д. Третий технологический комплекс позволяет удалять токсичные загрязнения [8].

Нами предложен способ подготовки дренажных и сбросных вод, базирующийся на применении всех трёх общепринятых технологических комплексов и особенностях формирования дренажно-сбросных вод и формирующихся на их основе качественных показателей. Данный способ подготовки позволяет удалить механические примеси, органические вещества, ионы тяжёлых металлов и также избыток солей [9].

1. Физико-химический состав исследуемых дренажных и сбросных вод

Cl-, г/дм3 SO42-, г/дм3 HCO3-, г/дм3 Ca2+, г/дм3 Mg2+, г/дм3 Na2+, г/дм3 pH Сумма ионов, г Сухой остаток, г Cu, мг/дм3 Fe, мг/дм3

0,502 0,786 0,124 0,150 0,132 0,341 7,85 2,235 2,2 0,24 1,158

а 8 с

о

И 7,5

е 6,5

Рис.

__

у- 0,27231п(х) + 7.3004 К1 = 0.8293

26

31

6 II 16 21

Масса облака осаждаемых части!! г

Зависимость скорости осаждения минеральных веществ от массы облака частиц диаметром 0,04 см и температуры воды t= 18°С

Более подробно остановимся на изучении процесса отстаивания дренажных и сбросных вод в отстойниках с коалесцентными модулями. Согласно технологии подготовки, дренажные и поверхностные воды из промежуточной накопительной ёмкости погружным насосом подаются в нижнею часть горизонтального отстойника, где происходит равномерное распределение потока воды по сечению. В месте стыка днища и коробчатой обечайки смонтирована съёмная решётка, на которую помещён коалесцетный модуль. Далее осветлённая вода поступает на фильтрующие сорбционные кассеты, которые наполняют сорбентами в равном соотношении в следующей последовательности: С-ВЕРАД, цеолит, кварц.

Перемещаясь через коалесцентные модули, минеральные примеси осаждаются на их поверхности. При достижении критической толщины слоя загрязнения наблюдается их отрыв от поверхности модулей и осаждение на дно отстойной части, при этом процессе формируется дополнительный взвешенный фильтрующий слой.

При осаждении минеральных частиц в коалес-центных модулях происходит их взаимодействие между собой, причём скорость их осаждения увеличивается пропорционально массе облака частиц. Данное утверждение подтверждается зависимостью, представленной на рисунке.

Как показывает зависимость, при увеличении массы облака оседающих минеральных частиц скорость осаждения увеличивается, тем самым повышается эффективность очистки.

В таблице 2 представлены результаты экспериментального исследования очистки дренажных и

сбросных вод соответственно до и после реализации предлагаемого способа.

По результатам исследования, способ, реализуемый по предложенной технологической схеме, позволяет удалить из воды грубые механические примеси и нефтепродукты с эффектом очистки 70—80%, тяжёлые металлы, органические вещества и соли — 85—90%. Применение съёмной фильтрующей кассеты позволит значительно упростить процесс регенерации сорбентов, так как их возможно изъять из сбросного канала подъёмными механизмами и осуществить процесс обратной промывки над защищённой поверхностью, тем самым предотвратить попадание промывной воды на орошаемые участки.

Выводы. 1. Выделено три технологических комплекса по подготовке дренажных и сбросных вод для водных мелиораций. Первый основан на удалении взвешенных и растворимых органических загрязнителей из дренажных и сбросных вод. Второй включает традиционные методы обессо-ливания — обратный осмос, электромембранные методы и т.д. Третий технологический комплекс позволяет удалять токсичные загрязнения.

2. Предложен способ очистки дренажно-сброс-ных вод для орошения сельскохозяйственных культур, включающий удаление механических примесей и нефтепродуктов (на первой стадии) на коалесцентных модулях, смонтированных непосредственно на сбросном или дренажном канале в виде каркасного модуля, и выделения ионов тяжёлых металлов, органических веществ и избытка солей (на второй стадии) в сорбционном блоке, включающем три сорбционных слоя С-ВЕРАД, цеолит, кварц в равном соотношении, помещённых в сетку фильтрующей кассеты кассетоудерживаю-щего устройства.

3. При осаждении минеральных частиц в коа-лесцентных модулях происходит их взаимодействие между собой, при этом скорость их осаждения увеличивается пропорционально массе облака частиц, тем самым повышается эффективность очистки.

4. Способ позволяет повысить качество подготовки дренажно-сбросных вод для орошения сельскохозяйственных культур, расширить диапазон использования дренажных и сбросных вод, имеющих различный химический состав, упростить процесс монтажа фильтрующих элементов за счёт применения модульных фильтрующих блоков.

2. Результаты исследований до и после подготовки дренажных и сбросных вод для орошения сельскохозяйственных культур

№ п/п С1-, г/дм3 БО^-, г/дм3 НСО3-, г/дм3 Са2+, г/дм3 Мё2+, г/дм3 №2+, г/дм3 рн Сумма ионов, г Сухой остаток, г Си, мг/дм3 Ее, мг/дм3

До очистки

1 0,502 0,786 0,124 0,150 0,132 0,341 7,85 2,235 2,2 0,24 1,158

После очистки

2 0,127 0,298 0,052 0,021 0,080 0,154 7,5 1,596 1,23 0,04 0,56

Литература

1. Vasilyev S, Domashenko Y. Agroecological substantiation for the use of treated wastewater for irrigation of agricultural land // Journal of ecological engineering / Volume 19, Issue 1, January 2018. Р. 48-54.

2. Супряга И.К. Дренажно-сбросные воды: количество, качество и пути утилизации // Мелиорация и водное хозяйство. 1988. № 12. С. 25-27.

3. Sharma D., Rao K. Strategy for long term use of saline drainage water for irrigation in semi-arid regions // Soil and Tillage Research. 1998. Т. 48. №. 4. С. 287-295.

4. Rhoades J.D. et al. Use of saline drainage water for irrigation: Imperial Valley study // Agricultural Water Management. 1989. Т. 16. №. 1-2. С. 25-36.

5. Рашидов Н., Джумаев Л., Уракова М. Способы очистки коллекторно-дренажных вод с помощью микроводорослей и их использование в сельском хозяйстве // Проблемы

рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства: матер. IV междунар. науч. экологич. конф. Краснодар, 2015. С. 241—243.

6. Калыбек У.М. Рекомендуемая технологическая схема для опреснения поливных, коллекторно-дренажных вод // Современные тенденции развития науки и технологий. 2016. № 11-2. С. 52-56.

7. Talaat H.A., Ahmed S.R. Treatment of aricultural drainage water: technological schemes and financial indicators // Desalination. 2007. Т. 204. №. 1-3. С. 102-112.

8. Talaat H.A. et al. Pretreatment of agricultural drainage water (ADW) for large-scale desalination // Desalination. 2003. Т. 152. №. 1-3. С. 299-305.

9. Васильев Д.Г. Оценка пригодности дренажно-сбросных вод для орошения с учётом почвенно-мелиоративных условий / Д.Г. Васильев, Ю.Е. Домашенко, С.М. Васильев // Бюллетень науки и практики. 2018. № 3. Т. 4. С. 63-68. - DOI: 10.5281/zenodo.1197906.

Система дифференцированного дозирования минеральных удобрений для пропашных сеялок

М.А. Канаев, к.т.н., В.А. Милюткин, д.т.н., профессор, С.А. Васильев, к.т.н., С.А. Иванайский, к.т.н., О.М. Парфенов, к.т.н., ФГБОУ ВО Самарская ГСХА

На сегодняшний день в мире всё активнее получают развитие системы точного земледелия. Важнейшим компонентом данных систем являются комплексы дифференцированного внесения удобрений ввиду постоянного удорожания минеральных удобрений и негативного влияния на почвы при переизбытке. Для дифференцированного внесения удобрений при посеве выпускаются различные дозирующие системы, основные из которых разрабатываются и изготавливаются за рубежом и применяются в основном при посеве зерновых, чаще всего исключая использование их на пропашных сеялках [1]. Исходя из этого на базе Самарской ГСХА разрабатывается дозирующая система для дифференцированного внесения минеральных удобрений при посеве пропашных культур [2—5].

Материал и методы исследования. Для нормального функционирования разрабатываемой системы предполагалось изготовление дозирующего блока. Дозирующий блок предлагаемой конструкции представляет собой бункер для удобрений с системой дозирования (рис. 1). Для унификации конструкции дозирующего блока были использованы стандартные бункеры для сеялки УПС-8 Веста, имеющие распределительный вал и два отверстия в днище бункера. В стандартном исполнении валы туковысевающего аппарата соединены между собой карданными передачами. В нашей разработке эти передачи отсоединены, и каждый вал туковысевающего аппарата снабжён звёздочкой, цепью и сервоприводом с регулируемой частотой вращения. Согласно технической документации к туковысевающим аппаратам сеялки УПС частота вращения вала в зависимости от вида используемых удобрений варьируется от 25 до 52 об/мин. Для реализации системы дозирования провели ис-

следование по подбору звёздочек и цепи для них. По их результатам были выбраны оптимальные звёздочки для заданных режимов работы, передаточное отношение 1 : 1, ведущая звёздочка для вала сервопривода однорядная литая со втулкой 08В-1 /ПР12,7-1820-2 D=12 Z=18 и ведомая для вала туковысевающего аппарата однорядная литая со втулкой 08В-1/ПР12,7-1820-2 D=20 Z=18. Цепь, используемая для передачи крутящего момента, однорядная роликовая ПР12,7-1820-2(08В1). Цепи отрезались до необходимого размера и с учётом натяжения соединялись звеньями С-ПР12,7-1820-2.

В качестве управляемого сервопривода в работе использовался мотор-редуктор [6, 7]. В предварительных исследованиях опытным путём было установлено, что при максимальном заполнении бункера удобрениями крутящий момент на валу туковысевающего аппарата при установившемся режиме работы составляет порядка 70 кг • см. С учётом повышенной нагрузки до 30% в момент начала вращения мотор-редуктор должен иметь запас мощности, в результате чего по этим параметрам был выбран мотор-редуктор SF7152. Цилиндрический мотор-редуктор SF7152 состоит из реверсивного коллекторного электрического двигателя постоянного тока с максимальным крутящим моментом 100 кг •см. Передаточное отношение электродвигателя и редуктора — 1:50, частота вращения — 55 об/мин, мощность электродвигателя — 150 Вт. Напряжение питания мотора редуктора 24у Каждый мотор-редуктор устанавливался на днище тукового ящика, закреплялся кронштейном и соединялся цепной передачей с валом туковысевающего аппарата.

Для плавной регулировки частоты вращения каждого мотора-редуктора использовали блоки управления коллекторным двигателем (контроллер) BMD. Блок управления BMD представляет собой электронное устройство, предназначенное для