METHOD FOR PURIFICATION OF THE DRAINAGE WATER OF A RICE IRRIGATION SYSTEM
Способ очистки дренажного стока рисовой оросительной системы

Изобретения относятся к очистке дренажных стоков и могут быть использованы в водоохранных мероприятиях при получении дополнительных объемов чистой воды для оросительной мелиорации.
Известен способ очистки сточных вод от пестицидов (пат. RU № 2060961, C02F 1/58, 27.05.1996). По данному способу очистка сточных вод от пестицидов осуществляется путем введения в воду активного угля и отстаивания.
Недостатком данного способа является неравномерность внесения в воду активного угля, а, следовательно, и очистки сточных вод. Низкая эффективность распыления наземными опрыскивающими агрегатами и с помощью авиации.
Известно сооружение для очистки коллекторно-дренажных и сточных вод (пат. RU 2062634, B01D 36/04), возводящееся на трассе открытого коллекторно-дренажного канала, состоящее из последовательно установленных отстойников и сорбционных фильтров, выполненных в виде колодцев, оснащенных съемными сетчатыми емкостями, заполненными сорбентом. Недостатком данного сооружения является дороговизна используемого сорбента: модифицированного аргиллита.
Известен способ очистки дренажного стока и устройство для его осуществления (пат. RU № 2091538, Е02В 11/00, 27.09.1997). По данному способу очистка дренажного стока осуществляется с помощью механического удерживания примесей с последующим удалением остатков пестицидов путем пропуска стока через волокнистый материал.
Недостатками данного способа являются большие трудозатраты на гранулирование сапропеля, обработку волокнистого фильтрующего материала глиноземом, изготовление фильтрующего патрона и извлечение из него волокнистого фильтрующего материала.
Известен способ очистки дренажного стока и устройство для его осуществления (пат. RU № 2401804, C02F 1/28, B01D 25/02, B01D 39/06, Е02В 11/00, C02F 103/10, 20.10.2010). По данному способу удаление механических примесей, органических веществ, ионов тяжелых металлов, а также избытка солей в дренажно-сбросном канале путем пропускания дренажного стока через закрепленную в русле дренажно-сбросного канала фильтрующую матрицу, содержащую сорбенты в следующей последовательности, с учетом занимаемого объема сорбентов в фильтрующей матрице: ракушечник - 50%, глауконитовый песок - 30%, керамзит - 20%. Фильтрующая матрица выполнена в виде жесткого металлического каркаса из стального уголка, дно и боковые грани которого покрыты листовой сталью. С рабочей стороны, обеспечивающей пропускание дренажного стока, каркас оборудован сороудерживающей решеткой. Каркас содержит три вставленные съемные кассеты с сорбентами, расположенные в определенной последовательности по пути прохождения дренажного стока: ракушечник, глауконитовый песок, керамзит. Каждая съемная кассета представляет собой металлический корпус из стального уголка, дно и боковые грани которого покрыты листовой сталью. Корпус кассеты оборудован по рабочим сторонам латунными сетками, с прикрепленными на них изнутри волокнистым фильтрующим материалом, и имеет по периметру две стяжки в виде полос листовой стали, выполняющих роль ребер жесткости, с монтажными петлями.
Недостатками данного способа являются большие трудозатраты на изготовление матрицы, ее эксплуатацию и обработку.
Известен комплекс сооружений для очистки хозбытовых сточных вод (пат. RU № 2181703, C02F 9/00, 27.04.2002). По данному способу очистка хозбытовых сточных вод осуществляется за счет последовательно установленных по ходу потока решетки, песколовки, отстойника-усреднителя, блока аэротенков и многосекционных биологические пруды с подземным биосорбционным фильтром. Поверхность биосорбционного фильтра засажена ивами Salixalba. Берега засажены рогозом, тростником, а в сам пруд высажен водяной гиоцинт (эйхорния). В первой секции биопруда установлен плавающий аэратор, между секциями биопруда установлены фильтрующие дамбы, которые в свою очередь имеют нефильтрующее основание.
Недостатками данного способа являются большие трудозатраты на изготовление данного комплекса, ее эксплуатацию и обработку.
Известен способ обезвреживания сточных вод и устройство для его осуществления (пат. RU № 2359924, C02F 3/32, 27.06.2009). По данному способу обезвреживание сточных вод заключается в подаче сточных вод в рабочие каналы овальной формы с эйхорнией и поддержании постоянного уровня воды в них и ламинарном движении воды с одинаковой скоростью в рабочих каналах. При этом сама установка выполнена из распределительного канала с приемной решеткой, размещенной над ним, и сборного дренажного канала, соединенными между собой рядом рабочих каналов овальной формы с эйхорнией, размещенных перпендикулярно к распределительному каналу и сборному дренажному каналу и/или под углом к ним, снабженных поперечными подвижными перегородками.
Недостатками данного способа являются большие трудозатраты на реконструкцию дренажно-сбросной сети рисовой оросительной системы ее эксплуатацию при требуемых условиях, а также создание ряда рабочих каналов, размещенных перпендикулярно к распределительному каналу и сборному дренажному каналу и/или под углом к ним в условиях рисовой системы.
Наиболее близким техническим решением к заявленному предложению является способ очистки дренажного стока, включающий пропускание дренажного стока через фильтрующую кассету установленную в кассетоудерживающее устройств, установленного в русле сбросного канала оросительной системы (патент РФ № 2505486, кл. C02F 1/28, У02В 13/00, A01G 25/00, 2014 г.).
Недостатком известного способа является трудоемкость строительства в русле сбросного канала монолитно закрепленного кассетоудерживающего устройства, который приводит к сужению руслового потока от 30 до 60 процентов в зависимости от сечения сбросного канала, что в свою очередь приводит к увеличению скоростей в этом месте, а в сумме с кассетоудерживающим устройством, которое выступает в роли подпора, приводит к поднятию уровня воды в канале выше критического вплоть до разлива сточных вод по обеим сторонам канала и препятствует оттоку дренажно-сбросных вод с чеков. В месте установки кассетоудерживающего устройства происходит выпадение взвешенных частиц, что приводит к локальному заиливанию канала. Кассетоудерживающее устройство, выполненное из жесткого металлического каркаса с закрепленной на нем металлической сеткой, заполненной высушенными растениями тростника и камыша не только препятствует прохождению рыбы в канале, но и способствует ее застреванию и гибели, что ухудшает экологическую обстановку на рисовой оросительной системе.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности очистки дренажного стока от органических веществ, биогенных элементов, механических примесей путем использование для их очистки галофитов; улучшение мелиоративного состояния почв и экологической ситуации на рисовых полях за счет уменьшения суффозии и выноса питательных веществ из почвы; снижение себестоимости риса благодаря снижению оросительной нормы и снижению норм внесения органических и минеральных удобрений.
a
b
а
а
b
а
b
Технический результат достигается тем, что в способе очистки дренажного стока рисовой оросительной системы, включающем пропускание дренажного стока через фильтрующую кассету с сорбентом, установленную в русле сбросного канала оросительной системы, в качестве фильтрующей кассеты используют фитосекцию представляющую собой участок сбросного канала, по концам которого во всю его ширину и на расстояние по длине сбросного канала, в зависимости от химического состава дренажного стока после прохождения им фитосекции, предварительно в первый год очистки дренажного стока на рисовой оросительной системе осенью в период прекращения подачи воды на рисовую систему одноразово высаживают многолетний галофит Татора (лат. Schenoeplectus tatora), весной в первый и последующие годы очистки дренажного стока на рисовой оросительной системе на водную поверхность дренажного стока в сбросном канале высаживают галофит Эйхорния «водный гиацинт» (лат. Eichhornia crassipes), при этом формирование фитосекции осуществляют по схемам --, где  - расстояние по длине участкового сброса, в метрах с высадкой галофита Татора, a  - расстояние по длине участкового сброса, в метрах, с высадкой галофита Эйхорния, при этом  - 10, 20 или 30 м, a  - 50, 100 или 150 м.
Новизна заявляемого изобретения обусловлена очисткой сточных вод с помощью фитосекций, состоящих из галофитов Татора (лат. Schenoeplectus tatora) и Эйхорния «водный гиацинт» (лат. Eichhornia crassipes), которые высаживаются на определенный участок группового и/или участкового канала дренажно-сбросной сети рисовой оросительной системы.
Использования двух разновидностей галофитов позволяет охватить более широкий спектр органических веществ и биогенных элементов для более качественной очистки дренажно-сбросного стока за счет улучшения фильтрационных свойств путем оседания взвешенных частиц, которое происходит вследствие снижения скорости воды в канале при прохождении его через стебли и корни галофитов; накопления галофитами органических веществ, а также некоторых металлов: кадмия, меди, свинца, цинка, которые находятся в дренажном стоке и трудно растворимы; поглощения галофитами органических веществ и биогенных элементов из дренажного стока: азота, фосфора, калия, кальция, магния, марганца, серы; насыщения дренажного стока кислородом в процессе фотосинтеза галофитов; детоксикации дренажного стока путем преобразование токсичных веществ в нетоксичные за счет накопления их галофитами; создания условий для беспрепятственного прохождение рыбы по каналам, а также оптимизация скоростного режима сбросного стока в канале.
Высадка галофита Эйхорния между галофитом Татора обусловлена необходимостью создания благоприятных условий для интенсификации ее очистительной способности и биогенной активности, а также для осуществления контроля над распространением Эйхорнии на водной поверхности дренажного стока.
В связи с тем, что каждый из чередуемых галофитов имеет свои спектр органических веществ и биогенных элементов, которые они могут накапливать и поглощать за определенный промежуток времени, то по результатам химического анализа проб дренажного стока принимается решение о протяженности высадки галофитов в групповые и/или участковые каналы дренажно-сбросной сети рисовой оросительной системы.
Высадка галофита Татора в групповые и/или участковые каналы дренажно-сбросной сети позволяет управлять фильтрационным оттоком оросительной воды с рисового чека путем создания требуемого подпора в дренажном канале за счет прохождения дренажно-сбросного стока через галофит, а, следовательно, снижать потери оросительной воды, способствовать уменьшению суффозии и выноса питательных веществ из пахотного горизонта рисовых чеков.
Высадка галофита Татора по всей ширине сбросного канала позволяет достичь эффекта фильтрующей кассеты и создать требуемые для интенсификации очистительной способности и биогенной активности галофита Эйхорния фильтрационные и скоростные условия в сбросном канале.
а
b
l
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен сбросной канал с размещенной в нем фитосекцией:  - расстояние по длине сбросного канала, в метрах, с высадкой галофита Татора,  - расстояние по длине сбросного канала, в метрах, с высадкой галофита Эйхорния,  - длина фитосекции, 1 - сбросной канал.
a
b
а
а
b
l
Способ очистки дренажного стока рисовой оросительной системы осуществляют следующим образом В первый год осуществления способа очистки дренажного стока рисовой оросительной системы, в различных сбросных каналах, формируются фитосекции по следующим схемам: --, где  - расстояние по длине сбросного канала, в метрах, с высадкой галофита Татора, а  - расстояние по длине сбросного канала, в метрах, с высадкой галофита Эйхорния, а  - длина фитосекции.
При этом высадка многолетнего галофита Татора выполняется единоразово осенью в первый год осуществления способа очистки дренажного стока рисовой оросительной системы после отключения подачи воды на рисовую оросительную систему по всей ширине сбросного канала, включая откосы, а высадка галофита Эйхорния выполняется ежегодно весной после подачи воды на рисовую оросительную систему непосредственно на водную поверхность дренажно-сбросного стока в сбросном канале.
Ежегодно осенью, перед отключением подачи воды на рисовую оросительную систему, с водной поверхности сбросного канала собирается галофит Эйхорния и вносится на рисовые чеки и после отключения подачи воды на рисовую оросительную систему, скашивается галофит Татора и также как Эйхорния, после измельчения, вносится на рисовые чеки для обогащения почвы органическими веществами и повышения мелиоративного состояния почвы, после чего выполняются плановые ежегодные межвегетационные ремонтно-восстановительные и эксплуатационные работы на рисовой оросительной системе.
В целях установления экономико-эколого-оптимального расстояния для значений а и b в фитосекции, принимаются их различные варианты протяженности высадки вдоль длины сбросного канала, затем непосредственно после прохождения дренажно-сбросного стока фитосекции, осуществлялся отбор проб и определялся их химический состав, после чего сравнивается с результатами химического состава проб из сбросного канала без фитосекций (контроль) и делается заключение об наиболее эффективной схеме фитосекции.
Пример осуществления способа очистки дренажного стока рисовой оросительной системы Испытания способа очистки дренажного стока рисовой оросительной системы проводилось в Краснодарском крае в АО «Черноерковское» Славянского района (2-е отделение).На всех полях хозяйства используются карты Краснодарского типа, а возделываемой культурой риса являлся - сорт Лиманный. Режим орошения - постоянное затопление. Доза удобрений - N120P90K60.
a
b
а
а
b
l
В первый год осуществления способа в различных участковых сбросах были сформированы фитосекции по следующим схемам: --, где  - расстояние по длине участкового сброса, в метрах, с высадкой галофита Татора, а  - расстояние по длине участкового сброса, в метрах, с высадкой галофита Эйхорния,  - длина фитосекции.
При этом высадка многолетнего галофита Татора выполнялась единоразово осенью в первый год осуществления способа очистки дренажного стока рисовой оросительной системы после отключения подачи воды на рисовую оросительную систему по всей ширине сбросного канала, включая откосы, а высадка галофита Эйхорния выполнялась ежегодно весной после подачи воды на рисовую оросительную систему непосредственно на водную поверхность дренажно-сбросного стока в сбросном канале.
а
b
В целях установления экономико-эколого-оптимального расстояния для значений  и  в фитосекции были приняты три группы схем со следующими вариантами: 1 группа: 10-50-10, 10-100-10, 10-150-10; 2 группа: 20-50-20, 20-100-20, 20-150-20; 3 группа: 30-50-30, 30-100-30, 30-150-30.
Для определения эффективности работы фитосекций в вегетационный период риса, в начале, середине и конце периода его вегетации осуществлялся отбор проб дренажно-сбросного стока и определялся его химический состав (таблицы 1-3). При этом отбор проб дренажно-сбросного стока производился непосредственно после прохождения им фитосекции.
Для оценки эффективности очистки дренажно-сбросного стока после прохождения им фитосекции, также осуществлялся отбор проб из участкового канала без фитосекций - контроль (таблица 4).
Установлено, что наибольшее загрязнение дренажно-сбросного стока наблюдалось в период окончания кущения и до фазы полной молочной - начала восковой спелости риса, когда на чеках создается и поддерживается слой воды в 10-12 сантиметров и происходит максимальная фильтрация оросительной воды из чека в водоотводящую сеть рисовой оросительной системы (таблица 2).
a
b
а
Из таблиц 1-3 установлено, что наиболее эффективны схемы 2 группы, а наиболее эффективный вариант фитосекции во второй группе по схеме -- - 20-150-20.
Ежегодно осенью, перед отключением подачи воды на рисовую оросительную систему, с водной поверхности сбросного канала собирался галофит Эйхорния и вносился на рисовые чеки, а после отключения подачи воды на рисовую оросительную систему, скашивался галофит Татора и также как Эйхорния, после измельчения, вносился на рисовые чеки для обогащения почвы органическими веществами и повышения мелиоративного состояния почвы, после чего выполнялись плановые, ежегодные межвегетационные ремонтно-восстановительные и эксплуатационные работы на рисовой оросительной системе.
Доказано, что создание подпора в участковом канале за счет прохождения дренажно-сбросного стока через фитосекцию уменьшает фильтрационный отток оросительной воды с рисового чека, снижает потери оросительной воды, уменьшает суффозию и вынос питательных веществ из пахотного горизонта, что наряду с внесением галофитов на рисовые чеки приводит к улучшению мелиоративного состояния почв и экологической ситуации на рисовой оросительной системе (таблица 5). Для оценки изменения мелиоративного состояния почв были взяты почвенные образцы с рисовых чеков трех рисовых полей с участковыми каналами, относящимися ко второй группе схем фитосекций.
Анализ данных таблицы 5 показал улучшение мелиоративного состояния почв рисовых полей и подтвердил эффективность в сравнении с контролем заявляемого способа очистки дренажного стока рисовой оросительной системы (таблица 5).
За счет снижения потерь оросительной воды за счет уменьшения фильтрационного оттока оросительной воды, а, следовательно, и уменьшения суффозии и выноса питательных веществ из пахотного горизонта с рисового чека удалось снизить оросительную норму на 10%, уменьшить дозы внесения органических и минеральных удобрений на 15% и снизить себестоимость производства риса на 7%.