СИСТЕМА ПОЛИВА ЖИВОТНОВОДЧЕСКИМИ СТОКАМИ Российский патент 2016 года по МПК A01C23/04 A01G25/06 A01G25/09 F16K7/17 F16L55/10 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано как совмещенная система полива по бороздам и дождеванием животноводческими стоками.

Известен способ полива сточными водами, включающий нарезку участкового распределителя и отходящих от него борозд, подачу в них сточных вод и запашку по ширине пахоты за один проход трактора. Оголовки борозд, отходящих от участкового распределителя, оборудуют водовыпусками. Подачу сточных вод в борозды начинают с центра поля, открывая водовыпуски в группе борозд на ширине пахоты последовательно слева, и справа от середины поля, а запашку борозды производят при прямом и обратном ходе трактора (Авторское свидетельство SU №1664188, A01G 25/00 от 23.07.1991).

Недостатком способа являются большие энергозатраты, неравномерность распределения сточных вод и низкая технологическая надежность выполнения процесса полива. Кроме того, при вспашке каждой полосы и выдачи заданной поливной нормы. Производят полив вручную в группу борозд, что достаточно трудоемко, в то же время это влияет на организм человека, вдыхающего вредный запах, выделяющийся из стоков в виде вредного газа (метана). При этом такая технология не приспособлена для использования внесения на полив животноводческих стоков, имеющих большой компонент различных твердых включений (наносов в виде ила). Кроме того, этот способ не позволяет осуществлять подземные и наземные способы полива животноводческими стоками для удобрительного полива при совмещении комбинированного способа в оросительный период, и открытая водопоглотительная сеть имеет много недостатков, (ЗПО), т.е. отсутствует возможность непосредственно передачи в почву с учетом биологической очистки сточных вод при помощи закрытой сети, а это ухудшает санитарные условия эксплуатации водопоглотительных полей.

Известен также способ полива при вспашке, включающий образование борозды почвообрабатывающим органом, подачу в нее воды или жидкого удобрения и последующее закрытие борозды почвой, перед вспашкой на орошаемом поле проводят глубокое рыхление на глубину 0,4-0,6 м с шагом между зонами рыхления в пределах 1,1-1,4 м, при этом направление движения при рыхлении выполняют под углом 15 - 45°, а подачу в нее воды или жидкого удобрения проводят напуском или при движении мобильного агрегата, снабженного емкостью для транспортировки упомянутых жидкостей и их распределения (патент RU №2246205, A01G 25/00 от 20.02.2005).

Недостатками данного способа являются: сложность реализации технологии обработки почвы для подготовки поля. Кроме того, необходимо учитывать и осушительно-увлажнительные поливы земли с близким залеганием грунтовых вод, а для получения высоких урожаев важно, чтобы все подаваемые жидкие удобрения оставались в пахотном слое равномерно по площади в расчетное слое увлажнения и полив проводить без сброса для сохранения экологической обстановки, и отсутствия попадания в грунтовые воды, в конечном итоге, в реки, ручья, озера, вызывая там бурный рост водной растительности, микроорганизмов, цветение воды, так как только 40.60% вносимых азота, калия, фосфора удобрений усваиваются растениями, остальное количество закрепляется в почве в недоступном для питания растений соединений их. Другим недостатком является то, что проходимость при движении мобильного агрегата, как правило, будет затруднена для транспортировки упомянутых жидкостей по полю, на котором распределяют удобрительный полив животноводческими стоками, т.е. будет просто тонуть на массиве, и движение его прекращается. Внесение животноводческих стоков, как показывает практика, достаточно сложно технологически обычными передвижными мобильными агрегатами, особенно это связано с пахотным горизонтом, структурой почвы, с погодными климатическими условиями и т.д.

Известен способ полива сточными водами, включающий вспашку многокорпусным плугом в направлении уклона участка и против него с одновременной подачей в плужные борозды сточных вод с запахиванием их при обратном ходе плуга, вспашку против уклона проводят при ширине захвата плуга меньшей, чем в направлении уклона, при этом осуществляют ее гладкой с применением оборотного плуга (Авторское свидетельство SU №1701181, A01G 25/00 от 30.12.1991).

Недостатком известного способа является то, что пахота ограничена только направлением выводной борозды в сторону движения сточной воды, а значит, зависит от рельефа используемого поля (уклона). Кроме того, при нарезке борозд и пуска сточной воды в борозду, трудно рассчитать скорость ее добегания до конца борозды, соответственно и скорость движения трактора при нарезке борозды, далее необходимо засыпать эту борозду. При этом выдерживают паузу до тех пор, пока сточная вода достигнет конца борозды, однако длина борозд зависит от конфигурации поля, направления нарезки борозд, водопроницаемости поля, последняя определяется впитываемым слоем оросительной воды (жидкими удобрениями) в единицу времени.

Таким образом, обеспечивается высокая стоимость техники полива машинно-тракторным агрегатом, большой расход горюче-смазочных материалов, вызванные густой сетью борозд для внесения сточной воды и обработкой трактором для ее возможного впитывания в почву.

Известно органоминеральное комплексное удобрение и способ его внесения одновременно со вспашкой почвы, включающий формирование борозды при вспашке, внесение жидкого компонента и закрытие борозды, сыпучий компонент вносят одновременно с жидким, внесение каждого компонента осуществляют на разную глубину посредством глубокорыхлителя, с помощью которого формируют гребнистое дно борозды с углублениями, в которое под давлением подают угольную кислоту с последующим закрытием борозды, а сыпучий компонент запахивают путем переворачивания верхнего слоя взрыхленной почвы посредством отвала на глубокорыхлителе (патент RU №2321573, C05F 7/00; А01В 79/02 от 10.04.2008).

Однако способ связан со сложностью реализации технологии обработки почвы для подготовки полива, кроме того, сложность самого технологического процесса способа внесения органоминерального комплексного удобрения со вспашкой почвы. Само орудие доставки баллонов с кислотой, и затем использование баллонов с кислотой в движении машинно-тракторного агрегата с отвальным орудием - это достаточно сложное и дорогостояще мероприятие. При этом происходит большой расход горюче-смазочных материалов, что соответственно увеличивает стоимость 1 га поливаемой площади для внесения удобрений в почву, и получаемый при этом сельскохозяйственной продукции (стоимость ее резко возрастает). Другим недостатком является то, что переворачивание верхнего слоя почвы на определенную глубину в виде пласта отличает обработку почвы от непосредственной пахоты плугом, затем необходимо проводить культивацию или дискование, укатку наливными катками и нарезку открытых борозд для полива по бороздам, и посев культуры в гребни почвы. При этом данная технология зависит от способа внесения животноводческих стоков в почву. При этом известный способ полива не учитывает близкое залегание грунтовых вод и почвенный состав грунта, в этом случае недопустимо большое заглубление плуга грубокорыхления. В целом - это высокая стоимость реализации способа внесения удобрения с одновременной вспашкой почвы и большие эксплуатационные расходы, который в свою очередь не позволяет осуществлять наземные и комбинированные способы полива в оросительный период животноводческими стоками.

Известно устройство для регулирования внесения жидких удобрений на оросительной системе, принятое нами за прототип, включающее водозаборное сооружение, распределительный трубопровод, водораспределительные устройства в местах отвода из распределительного трубопровода, поливные трубопроводы, последовательно расположенные по длине распределительного трубопровода, и перепад между отводящей и подводящей частями трубопроводами, секции распределительного трубопровода снабжен корректором расхода открытого тип с входом и выходом в виде закрепленного отводящего коленчатого патрубка, который установлен соосно отверстию выпускного подводящего коленчатого патрубка с возможностью горизонтального вращения и взаимодействия одновременно с отводящим и поливными трубопроводами, при этом коленчатый патрубок выполнен с возможностью разъемного соединения, и свод отводящего патрубка имеет дополнительный дождевальный аппарат (патент RU №2496306, A01G 25/16 от 20.02.2012).

Известное устройство позволяет работу при заданной степени очищенных стоков в системе полива (увлажнение) как стоками, так и чистой водой. Съемный корректор расхода доступен для периодического осмотра и для промывки системы и расширяет область применения, но при всех положительных факторах, имеет ряд недостатков, к которым относятся необходимость в ручную укладывать или переносить на другое место большое количество поливных полиэтиленовых труб, затем проводить монтаж корректоров расхода открытого типа вручную. Кроме того, высокие затраты, связанные с наличием обслуживающего персонала поливальщиков для эксплуатации этой системы, состоящей из наземных трубопроводов с поливными устройствами, и система не предусматривает наземные и комбинированные способы полива в оросительный период. Другим недостатком является то, что открытое водопоглотительное орошение несколько сдерживает широкое использование сточных вод в земледелии, т.е. необходимо иметь возможность для передачи в почву и биологической очистки сточных вод при помощи закрытой сети, что резко улучшает санитарные условия эксплуатации водопоглотительных полей.

Приемы комбинированного способа полива в оросительно-удобрительный период достаточно важны для практики в сельском хозяйстве, ограниченном теплым временем года, то есть более эффективно использовать подземные поливные полиэтиленовые трубопроводы для полива по бороздам, и наземные (комбинированные) системы полива в оросительный период.

Обычно междурядные расстояния для пропашных культур составляют 0,6; 0,7 и 0,9 м, а для садовых культур еще больше. Сами водовыпуски должны устанавливаться под землей на глубине 30…40 см с расчетом на ширину междурядий культур. Необходимый напор в закрытых сетях трубопроводов создается либо за счет энергии уклона местности (называется самонапорная закрытая сеть), либо с помощью специальных подкачивающих насосных станций.

В этом аспекте предложенная система полива животноводческими стоками может быть реализована предложенным устройством. Каждый узел с запорными органами связан соответственно с взаимным расположением друг к другу звеньев закрытых поливных трубопроводов и связан с техникой полива, т.е. это технический способ подачи животноводческих стоков на земледельческие поля орошения (ЗПО). В этом случае имеется возможность передачи в почву и биологической очистки сточных вод при помощи закрытой сети, что улучшает санитарные условия эксплуатации водопоглотительных полей. Оптимальной формой поливных участков является прямоугольная, поэтому звенья закрытой оросительной системы располагаются под прямым углом. Длина поливного трубопровода должна обеспечить накопление напора порядка 3…4 м, иначе поливная струя, например, выходящая из подземного водовыпуска с предложенным устройством, не сможет пробиться на поверхность почвы и подавать стоки в нужном количестве (расчетное). Достоинством таких подземных устройств является то, что они не засоряются, и происходит очистка водовыпускных отверстий, снабженных водовыпусками.

Все это обеспечивает повышение производительности труда. Устранение недостатков прототипа способствует и в определенной степени решению этой сложной проблемы.

Задачей является снижение эксплуатационных затрат на обслуживание оросительной системы при повышении эффективности полива по бороздам и дождеванием, и сохранения экологического равновесия орошаемой территории свиноводческими стоками.

Технический результат: повышения плодородия почвы, урожайности и экологичности возделывания сельскохозяйственных культур и снижение затрат на эксплуатацию.

Технический результат достигается тем, что система полива животноводческими стоками, включающая аэротенки, распределительный трубопровод, водораспределительное устройство в местах отвода из распределительного трубопровода, поливные трубопроводы, последовательно расположенные по длине распределительного трубопровода, и подачу стоков, водораспределительные устройства в местах отвода из распределительного трубопровода выполнено в виде вертикального металлического стояка с горизонтальным напорным патрубком с герметично закрытым верхним сводом и сопряжено с поливными полиэтиленовыми трубопроводами посредством регулируемых шаровых клапанов с хомутами, при этом полиэтиленовый поливной трубопровод размещен на глубине 30…40 см заложения ниже уровня поверхности земли, имеет по длине водовыпускные отверстия, к каждому из которых подсоединены водовыпуски, перекрытые сверху гибкой диафрагмой, причем распределительный трубопровод одновременно является транспортирующим и поливным трубопроводом, и снабжен его напорными гидрантами для подключения дождевальной машины, и гидранты размещены между вертикальными стояками с горизонтальными патрубками, и линию питания напорного магистрального трубопровода.

На фиг.1 изображено плановое расположение схемы для проведения полива животноводческими стоками; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 - поливной водовыпуск, разрез.

Способ осуществлен на оросительной системе, которая содержит линию питания 1 - напорного основного магистрального трубопровода, регулирующую задвижку 2 и сбросную задвижку 3, установленных, соответственно в начале и в конце распределительного трубопровода 4. Вертикальными металлическими стояками 5 оснащают распределительный трубопровод 4 при строительстве оросительной системы. Одновременно соединяют с полиэтиленовыми поливными трубопроводами 6, которые выполняют с водовыпускными отверстиями посредством узла 7 соединения. Узел 7 соединения выполняют в виде водовыпуска 8 с герметично закрытым верхним концом гибкой диафрагмой 9, перекрывающей выход водовыпуска 8 в почву (в нерабочем состоянии). Диаметр поливных трубопроводов 6 можно выполнять телескопическим с уменьшением диаметра его по длине, что дает экономию в капитальных затратах. Соединение полиэтиленовых поливных трубопроводов высокого давления применяют с быстромонтируемыми полиэтиленовыми муфтами (не показано для упрощения).

Нижним концом металлический стояк 5 жестко соединяют с распределительным трубопроводом 4, а верхний конец его снабжают горизонтальным напорным патрубком 10, выходные отверстия которого подключают изогнутой полиэтиленовой трубы 11 с шаровыми кранами 12 и 13 к поливному трубопроводу 6. Соединение труб 11 с горизонтальным напорным патрубком 10 выполняют герметично разъемной соединительной арматурой 14, например, хомутами. Шаровые краны 12 и 13 открываются при необходимости по бороздам. Количество одновременно работающих поливных трубопроводов 6 определяют, исходя из расчетного стока или воды и подачи насосной станции в закрытый распределительный трубопровод 4. Система также состоит из напорных гидрантов 15 для подключения дождевальной машины 16, соединенных с распределительным трубопроводом 4, и размещают их между вертикальными стояками 5 с горизонтальными патрубками 10.

В конце каждого поливного трубопровода 6 установлены сбросные задвижки 17 с колодцами 18. Для сбора стоков или воды, коллекторы 19 связывают с открытым коллектором 20.

Предлагаемый способ полива животноводческими стоками работает следующим образом.

Поливные трубопроводы 6 расположены перпендикулярно прямо к распределительном трубопроводу 4, который одновременно является транспортирующим и поливным, оборудованным напорными гидрантами 15.

Поливные трубопроводы 6 снабжены металлическими стояками 5 и с гибкими диафрагмами 9, перекрывающие отверстия водовыпуска 8 (в нерабочем состоянии).

После аэротенков (на чертеже не показано для упрощения) жидкая смесь в виде жидкого навоза (97% влажности) под напором насосной станции поступает вначале в линию питания напорного магистрального трубопровода 1 с заданным расчетным напором. Затем, например, через регулирующую задвижку 2, распределительный - поливной трубопровод 4 стоки поступают в поливные трубопроводы 6 (при открытых шаровых кранов 12 и 13) через металлические стояки 5, горизонтальный патрубок 10 и далее в водовыпуски с гибкими диафрагмами 9. В результате этого происходит одновременное поступление стоков в определенное количество (расчетное) поливных трубопроводов 6 под напором порядка 3…5 м.

В результате этого давления диафрагма 9 принимает округлую форму с выгибом вверх над водовыпускным отверстием. Благодаря этому, в образовавшуюся щель между диафрагмой 9 водовыпуска под напором проникают стоки, которые смачивают грунт.

Грунт над диафрагмой размягчается и образует воронку, которая начинает работать полным своим сечением, т.е. расход через водовыпуск выходит расчетным и с малыми потерями на поверхность почвы, далее поступает в поливную борозду или полосу. При этом полив идет без фонтанов, так как форма диафрагмы 9 гасит этот поток перед выпуском его в борозду. Это позволяет производить биологическую очистку животноводческих стоков, что резко улучшает санитарные условия эксплуатации водопоглотительных полей в целом.

Подача стоков в поливные борозды прекращается за счет закрытия регулирующих шаровых кранов 12 и 13. При убыли стоков, разжиженный грунт давит сверху, диафрагма 9 прогибается внутрь водовыпуска и перекрывает его сверху, что исключает поступление в поливной трубопровод 6 разжиженного грунта. Этим достигается самоуплотнение гибкой диафрагмы с высокой степенью герметизации и надежностью работы, следовательно, исключается поступление грунта в поливные трубопроводы.

В случаях сложности рельефа орошаемого массива, система может функционировать следующим образом. Закрывают на всех вертикальных стояках 5 регулирующие шаровые краны 12 и 13 и используют распределительный трубопровод 4, как транспортирующий и поливной с напорными гидрантами 15 для подключения дождевальных машин 16.

Возможна и другая конструктивная схема расположения (в зависимости от естественных условий, вида культур и т.п.), т.е. в качестве высоконапорного распределительного трубопровода для подачи животноводческих стоков к дальнеструйным (или среднеструйным), дождевальным агрегатам или наземным, распределяющим стоки по бороздам.

Таким образом, каждый способ полива стоками предъявляет свои требования к необходимому напору, поэтому для решения вопроса комбинированного орошения, определяют на стадии проектирования, и это зависит чаще всего от природных и хозяйственных условиях.

Способ полива животноводческими стоками позволяет также производить комбинированный способ полива, для чего регулирующие шаровые краны 12 и 13 настраивают на заданный пропуск стоков в поливные трубопроводы 6 и 4 (на распределительном - поливном трубопроводе 4 с напорными гидранты 15 к которым подключают дождевальную машину 16), позволяющие подавать определенную часть поливной нормы (или всю поливную норму при необходимости заданного полива). Таким образом, данный способ может реализовать подачу стоков как в почву снизу вверх, для самотечного поверхностного полива по бороздам (фиг. 3), так и искусственным дождеванием, в виде отдельных кругов или с применением другой поливной техники.

После завершения удобрительного полива животноводческими стоками, все поливные трубопроводы 4 и 6 промываются от отложения ила известными способами при открытых сбросных задвижках 3 и 17, которые соединены с открытыми коллекторами 19 и 20. После этого закрывают сбросные задвижки.

Выполнение такой системы снижает затраты на строительство и эксплуатацию. Выполнение же схемы с полиэтиленовыми поливными трубопроводами, расположенными перпендикулярно к распределительному (поливному) трубопроводу, становится возможным по тому, что при достижении в них заданных напоров обеспечивается возможность регулировать расход стоков в любой заданной пропорции (можно и с дистанционным управлением).

Подземные полиэтиленовые поливные трубопроводы с водовыпусками для подачи стоков в борозды из-под почвы имеют расположение под землей на глубине 30…40 см с расчетом на ширину междурядья культур. Обычно эти междурядные расстояния для пропашных культур составляют 0,6; 0,7 и 0,9 м. Необходимый напор создается с помощью специальных подкачивающих насосных станций.

Использование способа позволяет увеличить производительность труда на поливе при сельскохозяйственном использовании животноводческих стоков, повысить равномерность распределения, значительно улучшить санитарные условия эксплуатации водопоглотительных полей, и биологическую очистку стоков, дает возможность достичь снижения затрат на строительство и эксплуатацию, обеспечить такую же высокую эффективность повышению урожайности сельскохозяйственных культур, как и на существующих системах.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано как совмещенная система полива животноводческими стоками по бороздам и дождеванием. Система содержит линию питания - напорного магистрального трубопровода 1 более высокого порядка. Вертикальными металлическими стояками 5 оснащены распределительные трубопроводы 4 при строительстве оросительной системы. Нижним концом металлический сток 5 жестко соединен с распределительным трубопроводом 4, а верхний конец его снабжен горизонтальным напорным патрубком 10, выходные отверстия которого подключены изогнутой полиэтиленовой трубой 11 с регулируемыми кранами 12 и 13 к поливному трубопроводу 6. Полиэтиленовые поливные трубопроводы 6 выполнены узлом 7 в виде водовыпуска 8 с герметично закрытым верхним концом гибкой диафрагмой 9, перекрывая выход водовыпуска 8 в почву (в нерабочем состоянии). Распределительный трубопровод 4 одновременно является транспортирующим и поливным, для этого он оснащен напорными гидрантами 15 для подключения дождевальной машины 16, и размещают их между вертикальными стояками 5 с горизонтальными патрубками 10. Поливные трубопроводы 6 устанавливают, соответственно, перпендикулярно к прямолинейному распределительному трубопроводу 4. Стоки под напором подают насосной станцией в линию питания магистрального трубопровода 1, далее в распределительный трубопровод 4, в поливные трубопроводы 16 с водовыпусками 8, перекрывающимися сверху гибкими диафрагмами 9. В результате комбинированной технологической схемы полива стоками происходит одновременно поступление заданной нормы стоков в вертикальные стояки 5 или в гидранты 15, что увязано в плане с конкретной техникой полива. Стоки, выходя из отверстий водовыпусков 8 с диафрагмой 9, вначале смачивают грунт, а затем формируют воронку размыва с выходом стоков в борозды с учетом ширины междурядья культур. Изобретение улучшает санитарные условия эксплуатации водопоглотительных полей и обеспечивает экологичность возделывания сельскохозяйственных культур, а также снижение затрат на строительство и эксплуатацию оросительной системы. 3 ил.

Система полива животноводческими стоками, включающая аэротенки, распределительный трубопровод, водораспределительные устройства в местах отвода из распределительного трубопровода, поливные трубопроводы, последовательно расположенные по длине распределительного трубопровода, отличающаяся тем, что каждое водораспределительное устройство в местах отвода из распределительного трубопровода выполнено в виде вертикального металлического стояка с горизонтальным напорным патрубком с герметично закрытым верхним сводом и сопряжено с поливными полиэтиленовыми трубопроводами посредством регулируемых шаровых кранов с хомутами, при этом полиэтиленовые поливные трубопроводы размещены на глубине 30…40 см ниже уровня поверхности земли, имеют по длине водовыпускные отверстия, к каждому из которых подсоединены водовыпуски, перекрытые сверху гибкой диафрагмой, причем распределительный трубопровод одновременно является транспортирующим и поливным трубопроводом, снабжен его напорными гидрантами для подключения дождевальной машины, и гидранты размещены между вертикальными стояками с горизонтальными патрубками, и имеют линию питания напорного магистрального трубопровода.