Современные технологии и технические средства повышения эффективности оросительных систем

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 631.67

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

В.Г. Абезин, доктор технических наук, профессор Волгоградский государственный аграрный университет A.Л. Сальников, доктор биологических наук, профессор Астраханский государственный университет

Приведены современные технологии и технические средства повышения эффективности оросительных систем с обоснованием наиболее оптимальных способов орошения. Перспективным направлением в мелиорации является использование для орошения электроактивиро-ванной воды. Приведена разработанная автором конструкция двухпоточного электроактиватора воды.

Ключевые слова: оросительные мелиорации, капельное орошение, окислительно-восстановительный потенциал (ОВП), жизненная энергия, активность электронов, анолит, католит, водородный показатель рН, кислотная, щелочная вода, двухпоточный электроактиватор.

Повышение эффективности оросительных систем обеспечивается разработкой современных технологий и технических средств.

Технология орошения должна создавать в корнеобитаемом слое почвы оптимальные водный, воздушный, пищевой, солевой и тепловой режимы, необходимые для роста и развития сельскохозяйственных растений [4].

Современные технологии орошения включают комплекс технических, агротехнических, организационно-хозяйственных мероприятий, обеспечивающих нормированную подачу воды в почву и превращения её в почвенную влагу [5, 6].

Потребность в орошении возникает, когда возделываемые культуры в течение всей вегетации или в определённые фазы развития испытывают недостаток естественной влаги, без которой невозможно высокопродуктивное сельскохозяйственное использование земель.

Наиболее перспективной является технология капельного орошения, при которой подвод воды к растениям производится под некоторым давлением до точки истечения, где она поступает в почву через капельницы.

Такая технология может использоваться в районах с высоким суммарным испарением и острым недостатком оросительной воды.

Применение технологии капельного орошения требует дальнейшего совершенствования с разработкой и использованием элементов нанотехнологии повышения биологической активности оросительной воды, обеспечивающей повышение урожайности сельскохозяйственных культур и получение экологически чистой растениеводческой и животноводческой продукции.

Повышение биологической активности оросительной воды может быть обеспечено введением в оросительную систему модуля электроактивации оросительной воды.

Основными процессами роста и развития любого организма, в том числе и рас-

тений, являются окислительно-восстановительные реакции, связанные с передачей или присоединением электронов в молекулах. Энергия, выделяемая при этих реакциях, расходуется на обеспечение процессов жизнедеятельности.

Наиболее значимым фактором, влияющим на параметры окислительновосстановительных реакций, протекающих в любой жидкой среде, является окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) среды, в которой протекает эта реакция. Если поступающая в растение оросительная вода имеет ОВП, близкий к значению ОВП внутренней среды растений, то жизненная энергия клеточных мембран не расходуется на коррекцию активности электронов воды и вода с питательными веществами хорошо усваивается растением, так как обладает биологической совместимостью по этому параметру. В этом случае энергия и жизненная сила растения возрастают, и его урожайность значительно увеличивается. Если оросительная вода имеет более отрицательную величину ОВП, чем ОВП внутренней среды растения, то вода подпитывает растение этой энергией, которая используется клетками как энергетический резерв антиокисли-тельной защиты растения от неблагоприятного влияния внешней среды.

Изменение окислительно-восстановительного потенциала оросительной воды обеспечивается электроактиваторами, в которых переход электронов через межфазную границу «электрод - жидкость» сопровождается электрохимическими реакциями, среди которых основной является разложение воды [1, 7].

Повышение эффективности оросительных систем капельного орошения требует введения в оросительную систему технических средств электроактивации воды. Получение потока воды заданного электрического потенциала в трубопроводах оросительной системы возможно при использовании разработанной нами конструкции проточного электроактиватора воды (рис. 1), который включает [2] подводящий трубопровод 1 из диэлектрического материала, в котором выполнена резьбовая выточка 2 для присоединительного резьбового наконечника 2а, наружного электрода 3, выполненного из нержавеющей стали, стойкой к электрохимической коррозии. Во внутренней полости электрода 3 установлена полупроницаемая диафрагма 4 из микропористой пластмассы. Полупроницаемая диафрагма 4 отделяет от наружного электрода 3 внутренний электрод, состоящий из стержня 5 с наружной шнековой направляющей, витки 6 которой имеют левостороннюю навивку. В резьбовой выточке 2 с помощью стопорного болта 7 зафиксирована контактная шайба 8, которая имеет электрический контакт с витками 6 для подвода электрического потенциала с помощью клеммы 9. От контактной шайбы 8 наружный электрод 3 изолирован диэлектрической шайбой 10. Присоединительный резьбовой наконечник наружного электрода 3 соединен с резьбовой частью отводящего трубопровода 12. Для подвода электрического потенциала к наружному электроду 3 служит клемма 13. Входная часть стержня 5 имеет коническую направляющую 14, а выходная - конус 15 сужающийся.

Рисунок 1 - Проточный электроактиватор воды

Проточный электроактиватор воды работает следующим образом. Для получения каталота - воды, имеющей отрицательно заряженный потенциал, к клемме 9 подводится отрицательный потенциал от источника постоянного тока, а к клемме 13 - положительный потенциал и включается проточная вода. При этом поток воды обтекает витки 6 шнековой направляющей и приобретает вращательное движение против часовой стрелки, что приводит к увеличению возможности контакта молекул воды с электродами. В то же время отрицательный электрический потенциал от внутреннего электрода через стержень 5 и витки 6 от контактной шайбы 8 передается потоку воды, которая приобретает отрицательный окислительно-восстановительный потенциал (ОВП). При этом повышается величина водородного показателя рН.

Вода с повышенным ОВП и рН обладает повышенной биологической активностью и оказывает положительное влияние на рост и развитие живых организмов. Для получения анолита - воды, имеющей положительно заряженный потенциал, к клемме 9 подводится положительный потенциал от источника постоянного тока, а к клемме 13 -отрицательный потенциал и включается проточная вода.

При этом поток воды обтекает витки 6 шнековой направляющей и приобретает вращательное движение против часовой стрелки, что приводит к повышению ее биологической активности. В то же время положительный электрический потенциал от внутреннего электрода через стержень 5 и витки от контактной шайбы 8 передается потоку воды, которая приобретает положительный ОВП. При этом уменьшается величина водородного показателя рН.

Вода с положительным окислительно-восстановительным потенциалом и пониженным рН обеспечивает уничтожение болезнетворных микробов и вредителей и может использоваться для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных растений вместо протравливания ядохимикатов, а также уничтожения болезнетворных микробов.

В случае необходимости подачи на оросительную систему анолита и католита нами разработан двухпоточный электроактиватор воды [3], включающий корпус 1 (рис. 2), выполненный из диэлектрического материала, который охватывает электроды 2 и 6, выполненные в виде отрезков перфорированных труб из нержавеющей стали, стойкой против электрохимической коррозии. Внутри труб 2 установлены направляющие шнеки 3 с левосторонней навивкой, выполненные также из нержавеющей стали и имеющие электрический контакт с перфорированными трубами. Навивка витков шнека выполнена на оси 4. Отверстия 5 перфорированных труб 2 выполнены на длине электрода, располагающегося только во внутренней полости корпуса 1. Электрод 2 несёт отрицательный заряд, а электрод 6 - положительный заряд. Между электродами 2 и 6 предусмотрена полупроницаемая диафрагма 7. Электрод 6 также имеет витки 8 шнека с левосторонней навивкой, которая выполнена на оси 9. Отверстия 10 положительно заряженного электрода выполнены только во внутренней полости корпуса 1. Для подвода воды к двухпоточному энергетизатору предусмотрен подводящий трубопровод 11, который сопрягается с трубами электродов 2, 6 с помощью раструба 12. Перед входной кромкой электродов 2, 6 на линии полупроницаемой диафрагмы предусмотрен делитель потока 13 с направляющими лопастями 14, имеющими левостороннюю направленность.

Рисунок 2 - Двухпоточный электроактиватор воды

Выходной патрубок отрицательно заряженного электрода 2 имеет цилиндрический отрезок 15, переходной конический отрезок 16, который сопряжён с цилиндрическим отводящим трубопроводом 17 отрицательно заряженной воды (католита), оборудованным регулирующей запорной арматурой 18.

Выходной патрубок положительно заряженного электрода 6 имеет цилиндрический отрезок 19, переходный конический отрезок 20, который сопряжён с цилиндрическим отводящим трубопроводом 21 положительно заряженной воды (анолита), оборудованным регулирующей запорной арматурой 22.

Подвод отрицательного потенциала к электроду 2 выполнен шиной 23, а положительного потенциала к электроду 6 шиной 24.

Двухпоточный электроактиватор воды работает следующим образом.

Подводящий трубопровод 11 соединяется с источником проточной воды, отводящие трубопроводы 17, 21 с потребителями католита и анолита, к электродам 2, 6 подводится отрицательный и положительный потенциал с помощью шин 23, 24 и включается подвод воды.

Поток воды поступает в раструб 12 и направляется делителем 13 во внутреннюю полость электродов 2, 6. При этом направляющие лопасти, имеющие левостороннюю направленность, обеспечивают закручивание потока против часовой стрелки и направление его на витки 3, 8 шнеков. Поток, проходя по межвитковому пространству, приобретает вихревое вращательное движение. На выходе из межвиткового пространства в цилиндрических частях 15, 19 поток образует вихревую турбулентную смесь. При движении в межвитковом пространстве в цилиндрических частях 15, 19 происходит изменение структуры молекулы воды, что обеспечивает повышение её энергии и биологической активности.

Вращающийся против часовой стрелки поток взаимодействует с электродами 2,

6, при этом вода получает отрицательный потенциал от электрода 2 и положительный от электрода 6.

Поток воды, протекающий во внутренней полости электрода 2, приобретает отрицательный окислительно-восстановительный потенциал, величина которого может быть достигнута до 1000 мВ, а водородный показатель до - 12 ед. рН. Поток воды, протекающий по внутренней полости электрода 6, приобретает положительный потенциал, величина которого может быть достигнута до + 1100 мВ, а водородный показатель - до 2,5 ед. рН.

Библиографический список

1. Бахир, В.М. Химический состав и свойства электрохимически активированных растворов [Текст] / В.М. Бахир // Электроактивация, новая техника, новые технологии. - М. : ВНИИМТ, 1990. - Вып. 3. - 11 с.

2. Проточный электроактиватор воды [Текст] : патент 2429202 Российская Федерация. С2 МПК С 02 F 1/46. / Абезин В.Г. ^и), Цепляев АН. ^и), Шапров М.Н. ^и). - Заявка № 2008147991/05; заявлено 04.12.2008; опубл. 20.09.2011, Бюл. № 26.

3. Двухпоточный электроактиватор воды [Текст] : патент 2401808 Российская Федерация. С1 МПК С 02 F 1/46. / Абезин В.Г. (ВД). - Заявка № 2009136610/05; заявлено 02.10.2010; опубл. 20.10.2010, Бюл. № 29.

4. Современное районирование способов орошения агроландшафтов (рекомендации) [Текст] / К.В. Губер, М.Ю. Краблов, В.П. Максименко и др. - М. : Россельхозакадемия ГНУ ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова, 2004. - 23 с.

5. Штепа Б.Г. Справочник по механизации орошения [Текст] / Б.Г. Штепа и др. - M. : Колос, 1979. - 303 с.

6. Щедрин, В.Н. Орошение сегодня: проблемы и перспективы [Текст] / В.Н. Щедрин. -M. : ФГНУ ЦНТИ {^елиоводинформ», 2GG4. - 255 с.

7. Электрохимическая активация: история, состояние, перспектива. [Текст] / Под ред. ВМ. Бахира /Академия медико-технических наук Российской Федерации. - M.: ВНИИMТ, 1999. - 256 с.: ил.

E-mail: alsalnikov@yandex.ru