ОРОСИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДРЕНАЖНЫХ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ
IRRIGATING SYSTEM WITH USE OF DRAINAGE LIVESTOCK WASTE

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности в осушительно-увлажнительных системах, в водоохранных мероприятиях, при внесении сточных вод и животноводческих стоков в системе дождевания из распределительных трубопроводов, и может быть использовано при осуществлении орошения сельскохозяйственных культур аккумулированными дренажными водами, где проводят орошение земель животноводческими стоками.
Дренажные воды зарегулированных животноводческих стоков после полива земель собираются в открытые коллекторы, далее накапливаются в прудах-накопителях и могут проводиться повторно на орошение насосами для дождевальной техники на второй год их использования.
Такое использование дренажных вод животноводческих стоков обеспечивает предупреждение почвенной засухи и последующее улучшение земель, что приводит к росту урожайности и продуктивности сельскохозяйственных угодий, так как в качестве водоисточника используются коллекторно-дренажные воды животноводческих стоков (например, свиноводческих).
Совершенствование технологии орошения на дренажном животноводческом стоке может быть реализовано как сочетание циклического орошения: вначале осушительно-увлажнительный полив земледельческих полей орошения (ЗПО), далее дренаж стоков через толщу почвы в систему сбора в сбросной открытый канал и накопление (аккумулирование) затем в замкнутом открытом коллекторе, забор дренажной воды в пруд-накопитель дренажной воды и осуществление орошения земель дренажными водами на следующий год.
В такой дренажной воде при аккумулировании в прудах-накопителях еще присутствуют питательные элементы (вещества) для питания сельскохозяйственных культур. Такая дренажная вода, накопленная в закрытом коллекторе и поданная в пруд-накопитель дренажных вод, приобретает необходимые для полива характеристики.
Таким образом, технология орошения дренажными водами при поливе животноводческими стоками - это создание условий роста и развития растений на основе выявления биологических, физических, химических, технологических и других закономерностей с целью определения и использования на практике наиболее эффективных агротехнических приемов возделывания сельскохозяйственных культур при сохранении экологически устойчивой и благоприятной среды обитания человека.
Данный выбор использования дренажных вод при поливе животноводческими стоками определяется рядом технических и технологических показателей. Это также связано с природно-климатическими и агробиологическими условиями, и, в конечном итоге, сохранение и повышение плодородия орошаемых земель, улучшение их экологической ситуации - все это составляет технологию орошения.
Степень естественной дренированности территории определяет необходимость применения дренажа. Уровень залегания грунтовых вод (УГВ) и степень их минерализации определяют необходимость устройства дренажа и величину поливной нормы. Это также относится и к нормам внесения осушительно-увлажнительных поливов животноводческими стоками.
4
3
2
2
Сточные воды и животноводческие стоки подают на земледельческие поля орошения (ЗПО) согласно разработанным графикам полива, прошедшие при этом основной этап очистки и обеззараживания на очистных сооружениях на животноводческих комплексах. Навоз содержит около 30 газовых соединений, принадлежащих к группе аминов, амидов, спиртов, дисульфидов, сульфидов, меркаптанов, помимо классических газов CH, NH, HS, CO.
Зона активного загрязнения может быть неоднородной и состоять из различных составных частиц. Эффективный полив на осушительно-увлажнительной системе в дренируемых почвах, полного очищения не происходит, и через дрены дренажная вода должна собираться в замкнутые открытые коллекторы с последующей перекачкой этих дренажных вод в пруды-накопители дренажных вод. В результате отстоя дренажных вод за зимний период их хранения осадок полностью выпадает на дно пруда-накопителя, а при наличии большого количества выпадения снега зимой весной происходит его таяние вместе с дождевыми осадками и дальнейшее разбавление водой для пруда-накопителя дренажных вод (не требуется забора чистой воды из реки-водоприемника, а также не требуются большие строительные затраты).
Сооружение в виде пруда-накопителя дренажных вод и промывка его от осевшего осадка в виде ила и других частиц в ручьи и реки, может осуществляться только в половодье и ранней весной (по разрешению природоохранных организаций). Отсюда требования эколого-мелиоративной обстановки территории возрастают (в противном случае, предъявляются большие штрафные санкции).
Поэтому, учитывая такие животноводческие (свиноводческие) стоки, которые поступают из индустриальных очистных сооружений, вторым этапом является почвенная доочистка жидкой фраки навозных стоков (животноводческих стоков).
Мелиоративная система с использованием животноводческих стоков содержит орошаемые поля утилизации как с близким залеганием грунтовых вод, так и с глубоким залеганием грунтовых вод, независимо от уклонов рельефа местности водосборной площади.
Открытый коллектор должен иметь замкнутый характер для недопущения из него сброса дренажного стока непосредственно в ручьи и реки (водоток), который накапливается за вегетационный период полива в коллекторах, и этот уровень всегда ниже расположения дренируемых дрен без подтопления последних.
Аккумулированные дренажные воды с помощью передвижной насосной станции (типа СНП) перекачивают в пруд-накопитель дренажных вод. Объем пруда-накопителя зависит от размера водосборной площади осушительно-дренажной сети вблизи орошаемого участка.
Перенаполнение открытых замкнутых коллекторов по высотному расположению не допускается в целях соблюдения экологической безопасности окружающей среды и животного мира, а также населенных пунктов.
Таким образом, чтобы сохранить фауну животного мира, дренажные воды аккумулируют вначале в открытых замкнутых коллекторах, далее перекачивают в пруд-накопитель дренажных вод с отстоем в последнем и с дальнейшей возможностью, позволяющей использовать эти накопленные воды на орошение в следующий год на дополнительной площади без их предварительного сброса в водоток (ручей, река, болото и т.д.), что рационально с оставшимися питательными веществами распределяется по территории площади, за счет подачи передвижной насосной станции с применением дождевальной техники - все это улучшает экологическую обстановку.
Отсюда вытекает, что по санитарным нормам с накоплением пруда-накопителя дренажного стока вода остается в нем на весь зимний период времени до весны с определением ее химического анализа на нарушение экологии окружающей среды.
По результатам проведенного патентного поиска аналогов изобретений к заявленной оросительной системе не обнаружено.
Известна оросительная система с использованием местного стока, включающая в себя орошаемые участки на водосборной площади, связанные между собой закрытыми распределителями двухстороннего действия через пруд-накопитель, расположенный в нижнем бьефе водохранилища, поливные безуклонные каналы с подпорно-регулирующими сооружениями и прудами-распределителями посередине полей вдоль горизонталей местности, водозадерживающие валики по боковым и нижним границам полей, сбросные каналы, закрытые распределители двухстороннего действия включают дифференцированные узлы водораспределения, состоящие из водоудерживающего валика выше поливных безуклонных каналов и расположенного под ним водовыпуска-водоспуска, пропускающего воду в примыкающий ниже по рельефу пруд-распределитель и в закрытый распределитель двухстороннего действия, при этом для эффективного управления распределением воды между орошаемыми участками расположены задвижки на закрытом распределителе двухстороннего действия выше отвода в водовыпуск-водоспуск, на водовыпуске водоудерживающего валика и на выходе в пруд-накопитель (Патент RU №2467561, A01G 25/00 от 20.07.2012).
Система снабжена целым рядом устройств с элементами системы, что по технологическим причинам требует устройства на орошаемом участке многочисленных прудов-распределителей с водовыпусками, вследствие чего эксплуатация такого орошаемого участка создает трудности его обработки механизированными машинами, а также возникают трудности применения осушительно-увлажнительных поливов с использованием животноводческих стоков (свиноводческих) с применением дождевальной техники. Кроме того, использование многочисленных прудов-распределителей приводит к значительной стоимости оросительной системы в целом, при этом отсутствие мероприятий, создающих сброс дренажных вод в водоисточники (ручьи, реки, болота и т.д.), что делает возможным вынос загрязняющих веществ, а этого делать запрещается по результатам экологической безопасности, ведущей к гибели рыб и других животных, в частности, с применением поливов животноводческими стоками (они предварительно должны быть обезврежены в естественных условиях накопления в виде дренажных вод), т.е. они не должны сбрасываться в водоток без специальной очистки. Таким образом, известная система не может быть применена для осушительно-увлажнительных поливов сточными водами и животноводческими стоками.
Известна оросительная система с использованием прудов-накопителей, содержащая расположенные по уклону местности распределительные каналы, которые на своем протяжении впадают в искусственно созданные пруды-накопители. Вода подается в поливные каналы для орошения дождевальными машинами. Неиспользованная при поливе вода сбрасывается в сбросные каналы, которые расположены по уклону местности и осуществляют транспортировку воды к следующей паре поливных каналов, имеющих уклон к распределительному каналу, который впадает в следующий пруд-распределитель. Все поливные каналы имеют в концевой части подпорно-регулирующие сооружения, а на выходе из прудов-накопителей оборудованы регуляторами уровня по нижнему бьефу (Патент RU №2353098, A01G 25/00 от 27.04.2009).
Недостатком данной системы являются самотечная система заполнения распределительных и поливных каналов только по уклону сверху вниз, что исключает возможность подачи оросительной воды в вышерасположенные участки системы; оросительная система не позволяет аккумулировать дренажные воды при осушительно-увлажнительных поливах животноводческими стоками и использовать дренажные стоки на орошение. Кроме того, сброс таких дренажных вод запрещен непосредственно в водотоки (реки, ручьи, болота и т.д.). Отсюда вывод, что известная система не может быть применена для осушительно-увлажнительных поливов животноводческими стоками.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является мелиоративная водооборотная система, включающая оросительную сеть с напорным водоводом и насосную станцию. Оросительная сеть ограждена сбросным водоводом и расположена по рельефу местности выше осушительной сети. Магистральный канал осушительной сети соединен со сбросным водоводом и прудом-накопителем. Пруд-накопитель и водохранилище снабжены водорегулирующими устройствами, а водохранилище соединено с рекой обводным каналом в обход пруда-накопителя. В процессе эксплуатации стоки поступают в пруд-накопитель, разбавляются водой из водохранилища и вновь подаются на орошение, замыкая водооборот в смесителе (Авторское свидетельство SU №1425271, E02B 11/00 от 23.09.1988).
Недостатком данной системы является дополнительные затраты подачи чистой воды в пруд-накопитель и разбавленных стоков для орошаемого участка, что не всегда возможно, так как в летние жаркие периоды ручьи в основном пересыхают, а прилегающие реки также мелеют. Кроме того, необходимо строит водохранилище больших объемов для накопления чистой воды из реки-водоприемника, что удорожает строительство в целом мелиоративной системы.
Эксплуатацию мелиоративной системы затрудняет наличие цикличности работы, вследствие чего сооружения, прилегающие к участку реки-водоприемника, имеют большие размеры, при этом дренажные воды могут сбрасываться без учета специфики орошения животноводческими стоками (свиноводческими) в вегетационный период времени года.
Техническое решение задачи - снижение затрат труда на техническое обслуживание системы с использованием дренажных вод животноводческого стока на поливе, не допуская при этом непроизводительных сбросов дренажных вод из собираемых замкнутых коллекторов.
Технический результат достигается тем, что оросительная система с использованием дренажных свиноводческих стоков, включающая в себя орошаемые участки, связанные с замкнутыми распределителями, осушительную сеть с отводным водоводом и пруд-накопитель, на своем протяжении дренажная сеть впадает в искусственно созданные по границам полей сбросные дренажные каналы, имеющие уклон к открытому замкнутому коллектору сбора дренажных вод с передвижной насосной перекачивающей станцией в пруд-накопитель дренажных вод поливных животноводческих стоков с осушительно-увлажнительных полей, при этом дно пруда-накопителя выполняют с уклоном в сторону сбросного трубопровода и используют его заполнение в осенний период после окончания полива осушительно-увлажнительных полей с возможностью выпадения взвешенных частиц из дренажной воды в зимний период после его заполнения в первый год, проведения отстаивания и подачи во втором году дренажной воды с помощью закрытого распределительного трубопровода с поливными трубопроводами на орошение насосами для дождевальной техники, причем осадок взвешенных частиц на дне пруда-накопителя кратковременно промывают через сбросной трубопровод в водоток в период весеннего половодья и смешивают с чистой водой с заданной концентрацией веществ.
Новизна заявляемой оросительной системы обусловлена тем, что дренажная сеть своей расположенностью позволяет направлять дренажные воды в искусственно созданные по границам полей сбросные дренажные каналы с учетом специфики орошения животноводческими стоками, а также поступающие в замкнутый коллектор сбора таких дренажных вод, т.е. вначале они аккумулируются. С помощью передвижной насосной станции аккумулированные дренажные воды перекачивают в пруд-накопитель дренажных вод и проводят их отстаивания в период зимнего времени до весны следующего года, когда окружающая температура становится положительной, т.е. идет интенсивное таяние снега и образуются паводковые водотоки.
Таким образом, нет необходимости в специальных мероприятиях по их очистке. При этом за счет гидравлического уклона дна пруда-накопителя дренажных вод кратковременно производят смыв осевших на дно взвешенных частиц (веществ), а верхние очищенные слои воды повторно используют на соседние поля (участки) орошения с помощью насосной станции, тем самым обеспечивается максимально экологическое равновесие природной среды с учетом освобождения ее разбавлением снегом достаточного объема, выпавшего за период отстаивания дренажных вод за зимний период. Такие воды могут быть использованы для орошения дождеванием (при отсутствии в них запаха и т.д.) с аккумулированием в пруду-накопителе дренажных вод.
Порядок реализации процесса полива животноводческими стоками через дренаж почвы будет зависеть от параметров замкнутого открытого коллектора с аккумулированием дренажных вод за период вегетации культуры, гидравлических характеристик закрытых распределителей и дождевальных машин.
По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружено аналогичное техническое решение, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.
На чертеже приведена оросительная система с использованием дренажных животноводческих стоков.
Оросительная система с использованием дренажных животноводческих стоков осуществляется следующим образом.
Подают животноводческие стоки с помощью напорного магистрального трубопровода 1, который соединяют с распределительными трубопроводами 2 и 3, с регулирующими задвижками 4 и 5. Осушительно-увлажнительная система 6 имеет дренажные закрытые трубопроводы 7, выход которых в виде устья соединяют с открытыми сбросными каналами 8 и 9. Сбросные каналы 8 и 9, имеющие уклон, посредством труб 10 и 11 с задвижками 12 и 13, соединяют с замкнутым коллектором 14 сбора дренажных вод с передвижной насосной станцией 15, расположенной на берегу коллектора 14. Для подачи дренажной воды в пруд-накопитель 16 дренажной воды насосную передвижную станцию 15 присоединяют к напорному трубопроводу 17. Пруд-накопитель 16 дренажных вод снабжают колодцем 18 с задвижкой 19, установленной на сбросном трубопроводе 20. Пруд-накопитель 16 дренажных вод также включает отводящую трубу 21 с задвижкой 22 и насосную станцию 23, которую располагают у подошвы (основания) пруда-накопителя 16, подсоединяют к напорному трубопроводу 24 с оросительной сетью 25 с регулирующими сооружениями.
Предлагаемая оросительная система с использованием дренажных животноводческих стоков работает следующим образом.
Дренажные воды повышенной концентрации с взвешиваемыми частицами (веществами), поступившими с осушительно-увлажнительной системы 6, поступают в искусственно созданные сбросные каналы 8 и 9, далее поступают самотеком через трубы 10 и 11 в замкнутый открытый коллектор 14 и подаются насосной станцией 15 в пруд-накопитель 16 посредством напорного трубопровода 17. Затем эти дренажные воды отстаиваются в зимний период, происходит выпадение взвешенных частиц на дно пруда-накопителя 16 и одновременно происходит разбавление водой весной после таяния всего объема снега, накопившегося в пруду-накопителе 16. В период весенних паводков проводят кратковременный санитарный попуск из пруда-накопителя 16, донные отложения смываются в нижний бьеф через колодец 18 со сбросным трубопроводом 20 в водоток. После окончания кратковременной промывки дна пруда-накопителя 16 задвижку 19 закрывают.
Воду из пруда-накопителя 16 дренажных вод через отводящую трубу 21, насосную станцию 23 подают через напорный трубопровод 24 в оросительную сеть 25 с регулирующими сооружениями в летний период. В это же время на осушительно-увлажнительной системе 6 продолжается полив животноводческими стоками, после дренажа которого вода поступает в сбросные открытые каналы 8 и 9, далее с аккумулированием в замкнутом коллекторе 14 дренажные воды аккумулируются до осени (пока идет полив стоками), т.е. до наступления заморозков. После освобождения пруда-накопителя 16 от дренажных вод он вновь заполняется дренажными водами с использованием их до следующего года на орошение дополнительного поля (участка) с оросительной сетью 25, т.е. дренажные воды участвуют в водооборотном цикле, но при дополнительной площади полива с оросительной сетью 25 в качестве полива в летний период, и одновременно в работе осушительно-увлажнительной системы 6.
Такой дренажной водой создаются комфортные условия для роста растений и получения гарантированного урожая в виде чистой продукции.
Оросительная система позволяет восстановить в определенной степени также и плодородие естественного полива дополнительного орошаемого участка за счет биологического дренажа с растворимыми веществами перекачиваемых дренажных вод в пруд-накопитель.
Предлагаемая оросительная система позволит значительно уменьшить объем поступления загрязненных веществ в водотоки, протекающие вблизи пруда-накопителя дренажных вод, в частности, не требуется дополнительно подачи чистой воды для разбавления аккумулированной дренажной воды после полива осушительно-увлажнительной системы с поливом животноводческими стоками, прошедшей дренаж через толщу почвы; использовать технологию орошения дополнительной территории оросительной системы, обеспечивая благоприятную эколого-мелиоративную обстановку в целом территории, и повысить урожайность возделываемых сельскохозяйственных культур при орошении, в течение времени использования животноводческих стоков на осушительно-увлажнительной системе и дренируемых вод для наполнения замкнутого коллектора.