RU2229217C2 - System for water treatment and supplying of nutritive mixture into soil in the process of drop irrigation - Google Patents

Abstract

FIELD: agriculture, in particular, drop irrigation of farm crops, gardens, vineyards and other plantations. SUBSTANCE: system has pump station, nutritive solution tank, filter, pressure gauges, locking fittings, main pipeline, network of distribution pipelines and irrigation pipelines fitted with drippers. Filter is made in the form of horizontally mounted vessel having diameter and length ratio of 1:(1.3-10). Vessel is equipped with drain pipes, which are made from corrosion-resistant material and mounted in tiers. Surfaces of lower tier drain pipes are covered with filtering material. Pipes are arranged in vessel bottom part under layer of inert filler. Filler grains are of 1-5 mm size. Outer branch pipe of upper tier drain pipes is hydraulically communicated with high-pressure hydraulic cyclone. Hydraulic cyclone is equipped with sludge collector and sludge discharge valve, which are arranged in hydraulic cyclone bottom part. Netted screen is positioned in hydraulic cyclone cavity. Ends of lower tier drain pipes are connected through collector with water treatment fine filter. EFFECT: simplified construction, enhanced reliability in operation of water treatment system and increased water treatment extent. 1 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к орошаемому земледелию с системами для капельного орошения.The invention relates to agriculture, in particular to irrigated agriculture with drip irrigation systems.

Известен напорный гидроциклон, включающий корпус, сливную камеру для отвода очищенной воды, воздушный патрубок, трубопровод для тангенциальной подачи в корпус неочищенной воды, шламовую камеру и вентиль для удаления шлама (см. книгу авторов Скирдов И.В., Пономарев В.Т. Очистка сточных вод в гидроциклонах. - М.: Стройиздат, 1975. – 176 c. - c. 34, рис. 1.19).Known pressure hydrocyclone, comprising a housing, a drain chamber for draining purified water, an air pipe, a pipeline for tangential supply of untreated water into the housing, a slurry chamber and a valve for removing sludge (see the book of the authors Skirdov I.V., Ponomarev V.T. wastewater in hydrocyclones.- M .: Stroyizdat, 1975.- 176 c. - p. 34, Fig. 1.19).

К недостаткам описанного высоконапорного гидроциклона к решаемой нами технической проблеме относятся низкое качество очистки воды, не удовлетворяющей требованиям степени ее очистки в условиях орошения капельницами.The disadvantages of the described high-pressure hydrocyclone to the technical problem that we are solving include the low quality of water treatment that does not meet the requirements of the degree of its purification under irrigation with droppers.

Известна система подготовки воды и подачи питательной смеси в почву для капельного орошения, включающая насосную станцию, емкость для подготовки питательного раствора, фильтр, манометры, запорную арматуру, магистральный трубопровод, сеть распределительных и снабженных капельницами поливных трубопроводов, причем фильтр представлен батареями вертикально установленных цилиндрических емкостей, полости которых заполнены фильтрационным материалом (см. рекламный проспект EURODRIP IRRIGATION SYSTEMS).A known system for preparing water and feeding the nutrient mixture into the soil for drip irrigation, including a pumping station, a container for preparing a nutrient solution, a filter, pressure gauges, stop valves, a main pipeline, a network of distribution and drip irrigation pipelines equipped with droppers, the filter is represented by batteries of vertically mounted cylindrical containers the cavities of which are filled with filtration material (see the brochure EURODRIP IRRIGATION SYSTEMS).

К недостаткам данной системы в сложившихся экономических условиях и видах хозяйствования в сельском хозяйстве относятся недопустимо высокая цена этой системы для потребителя (пользователя), большие габариты и металлоемкость фильтра.The disadvantages of this system in the current economic conditions and types of management in agriculture include the unacceptably high price of this system for the consumer (user), the large size and metal consumption of the filter.

Наиболее близким аналогом к заявленному объекту по функциональному назначению и количеству общих существенных отличительных признаков относится система подготовки воды и подачи питательной смеси в почву, содержащая емкость для подготовки питательного раствора, фильтр, питательный наполнитель, входной патрубок воды, согласно формуле полезной модели последняя содержит разбрызгиватель, дополнительно система содержит накопительный резервуар, по периметру герметично соединенный с емкостью для питательного раствора, имеющий проходной патрубок, соединяющий емкость с резервуаром, откуда вода самотеком поступает в резервуар, а в нижней части резервуара размещены аэратор, соединенный с входным патрубком воздуха (кислорода), при этом выходной патрубок подготовленной воды размещен ниже уровня воды в резервуаре, который не превышает уровня установки переходного патрубка из емкости для подготовки питательного раствора (RU, свидетельство на полезную модель № 22399, U1, МПК⁷ A 01 G 27/00. Система подготовки воды и подачи питательной смеси в почву./ И.А.Галкин (RU). Заявка № 2001129552/20. Заявлено 31.10.2001. Опубл. 10.04.2002 // Изобретения. Полезные модели. - 2002. - № 10. С.244).The closest analogue to the claimed object according to its functional purpose and the number of common essential distinguishing features is a system for preparing water and feeding the nutrient mixture into the soil, containing a container for preparing a nutrient solution, a filter, a nutrient filler, an water inlet, according to the utility model, the latter contains a sprinkler, the system additionally contains a storage tank, perimeter hermetically connected to the tank for nutrient solution, having a passage a pipe connecting the tank to the tank, from where water flows by gravity into the tank, and an aerator is connected to the inlet pipe of air (oxygen) at the bottom of the tank, while the outlet pipe of the prepared water is placed below the water level in the tank, which does not exceed the transitional installation level a nozzle from a container for preparing a nutrient solution (RU, utility model certificate No. 22399, U1, IPC ⁷ A 01 G 27/00. System for preparing water and feeding the nutrient mixture to the soil. / I.A. Galkin (RU). Application No. 2001129552/20. Stated October 31, 2001. Publ. 04/10/2002 // Inventions. Useful models. - 2002. - No. 10. P.244).

К недостаткам данной системы, принятой нами в качестве наиближайшего аналога, относятся малая производительность из-за вертикального размещения каждого фильтра, низкая степень очистки воды от наносов и взвесей, неоправданное усложнение конструкции и низкая эксплуатационная надежность всей системы.The disadvantages of this system, which we adopted as the closest analogue, are low productivity due to the vertical placement of each filter, low degree of purification of water from sediment and suspension, unjustified design complexity and low operational reliability of the entire system.

Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, расширение функциональных возможностей системы подготовки воды и подачи питательной смеси в почву для капельного орошения.The problem to which the claimed invention is directed, expanding the functionality of the water treatment system and feeding the nutrient mixture into the soil for drip irrigation.

Технический результат - повышение производительности и степени очистки поливной воды.EFFECT: increased productivity and degree of purification of irrigation water.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной системе подготовки воды и подачи питательной смеси в почву для капельного орошения, включающая насосную станцию, емкость для подготовки питательного раствора, фильтр, манометры, запорную арматуру, магистральный трубопровод, сеть распределительных и снабженных капельницами поливных трубопроводов, согласно изобретению фильтр в виде горизонтально установленной емкости с соотношением диаметра к ее длине 1:(1,3-10) снабжен ярусно смонтированными дренажными трубами из коррозионно-стойкого материала, при этом поверхности дренажных труб нижнего яруса покрыты слоем фильтрационного материала и размещены в донной части емкости под слоем песчаного наполнителя мощностью 400-1000 мм с размерами зерен кварцевого песка 1-5 мм, а внешний патрубок дренажной трубы верхнего яруса гидравлически связан с высоконапорным гидроциклоном, снабженным в его полости сетчатым экраном и в донной части сборником шлама и вентилем для его выпуска, при этом концы дренажных труб нижнего яруса соединены посредством коллектора с фильтром тонкой очистки воды.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known system for preparing water and feeding the nutrient mixture into the soil for drip irrigation, including a pumping station, a container for preparing a nutrient solution, a filter, pressure gauges, valves, a main pipeline, a distribution network and equipped with droppers irrigation pipelines, according to the invention, a filter in the form of a horizontally mounted container with a ratio of diameter to its length 1: (1.3-10) is equipped with tiered mounted pipes made of corrosion-resistant material, while the surfaces of the drainage pipes of the lower tier are covered with a layer of filtration material and placed in the bottom of the tank under a layer of sand filler with a thickness of 400-1000 mm with grain sizes of quartz sand 1-5 mm, and the outer pipe pipe drainage of the tier is hydraulically connected with a high-pressure hydrocyclone equipped with a mesh screen and in the bottom of the sludge collector and a valve for its discharge, while the ends of the drainage pipes of the lower tier are connected by ohm collector with a fine water filter.

Изобретение поясняется чертежом, где схематично в аксонометрическом изображении представлена система подготовки воды и подачи питательной смеси в почву для капельного орошения.The invention is illustrated in the drawing, where schematically in a perspective view shows a system for preparing water and feeding the nutrient mixture into the soil for drip irrigation.

Система подготовки воды и подачи питательной смеси в почву для капельного орошения включает источник воды 1, насосную станцию 2, емкость 3 для подготовки питательного раствора, фильтр 4, манометры 5, 6, 7, 8 и 9, запорную арматуру в виде вентилей 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 и 17, магистральный трубопровод 18, сеть распределительных трубопроводов 19, поливных трубопроводов 20 и капельниц 21.The system for preparing water and feeding the nutrient mixture into the soil for drip irrigation includes a water source 1, a pump station 2, a container 3 for preparing a nutrient solution, a filter 4, pressure gauges 5, 6, 7, 8, and 9, shutoff valves in the form of valves 10, 11 , 12, 13, 14, 15, 16 and 17, the main pipeline 18, a network of distribution pipelines 19, irrigation pipelines 20 and droppers 21.

Фильтр в виде горизонтально установленной емкости 22 с соотношением диаметра к ее длине 1:(1,3-10) снабжен ярусно смонтированными дренажными трубами 23 и 24 из коррозионно-стойкого материала. Трубы 24 нижнего яруса взаимно соединены коллектором 25. Поверхности дренажных труб 24 нижнего яруса покрыты слоем фильтрационного материала. Трубы 24 размещены в донной части емкости 22, например, под слоем песчаного наполнителя мощностью 400-1000 мм с размерами зерен кварцевого песка 1-5 мм.The filter in the form of a horizontally mounted container 22 with a diameter to length ratio of 1: (1.3-10) is equipped with tiered mounted drainage pipes 23 and 24 of corrosion-resistant material. The pipes 24 of the lower tier are mutually connected by a collector 25. The surfaces of the drainage pipes 24 of the lower tier are covered with a layer of filtration material. Pipes 24 are placed in the bottom of the tank 22, for example, under a layer of sand filler with a thickness of 400-1000 mm with a grain size of quartz sand of 1-5 mm.

Внешний патрубок 25 дренажной трубы 23 верхнего яруса гидравлически связан с высоконапорным гидроциклоном 27. Он снабжен v своей донной части сборником 28 шлама и вентилем 17 для его выпуска. В полости высоконапорного гидроциклона смонтирован сетчатый экран. Концы дренажных труб 24 соединены посредством коллектора 25 и водоотвода 29 с фильтром 30 тонкой очистки воды.The outer pipe 25 of the drainage pipe 23 of the upper tier is hydraulically connected to a high-pressure hydrocyclone 27. It is equipped with a sludge collector 28 and a valve 17 for its discharge in its bottom part. A mesh screen is mounted in the cavity of the high-pressure hydrocyclone. The ends of the drainage pipes 24 are connected via a collector 25 and a drain 29 to a fine filter 30 of water.

Высоконапорный гидроциклон 27 водоотводом 31 через вентиль 14 связан с внешним патрубком 26 дренажной трубы 23 верхнего яруса. Емкость 3 для подготовки питательного раствора рукавами 32 и 33 через вентили 12 и 13 соединена с водоотводом 31 и внешним патрубком 26. На выходе из фильтра 30 установлен счетчик 34 для учета очищенной воды. В сети подачи очищенной воды в капельницы 21 между магистральным трубопроводом 18 и распределительным трубопроводом 19 перед манометром 9 установлен регулятор 35 давления воды.High-pressure hydrocyclone 27 with a drain 31 through a valve 14 is connected to an external pipe 26 of the drainage pipe 23 of the upper tier. The tank 3 for preparing the nutrient solution by the sleeves 32 and 33 through the valves 12 and 13 is connected to the drain 31 and the external pipe 26. At the outlet of the filter 30, a counter 34 is installed to account for the purified water. In the network for supplying purified water to the dropper 21 between the main pipe 18 and the distribution pipe 19, a water pressure regulator 35 is installed in front of the pressure gauge 9.

Система подготовки воды и подачи питательной смеси в почву для капельного орошения функционирует следующим образом.The system for preparing water and feeding the nutrient mixture into the soil for drip irrigation operates as follows.

Работу системы рассмотрим для случаев очистки воды, подачи растворенных питательных элементов вместе с очищенной водой, удаления продуктов загрязнения из фильтра.We will consider the operation of the system for cases of water purification, supply of dissolved nutrients together with purified water, and removal of pollution products from the filter.

Неочищенную воду из открытого водоема или из другого источника 1 насосной станцией 2 через вентили 10 и 11 подают в полость гидроциклона 27. При тангенциальной подаче воды в полость гидроциклона 27 за счет центробежных сил взвеси и примеси прижимаются к внутренней поверхности циклона 27 и плавно оседают в направлении сборника 28 шлама. По мере накопления продуктов загрязнения в сборнике 28 шлам через вентиль 17 удаляют за пределы расположения фильтра. Сетчатый экран в полости гидроциклона 27 исключает захват взвесей потоком воды в водоотвод 31. Пройдя первую ступень очистки, вода под давлением по верхней дренажной трубе 23 подается в полость емкости 22. Горизонтальное расположение емкости 22 позволяет в 3-8 раз увеличить пропускную способность фильтра. Очищенная вода, пронизывая толщи инерционного фильтрационного материала, т.е. слой кварцевого песка с размерами зерен 1-5 мм, в своих порах задерживает взвеси и грубо диспергированные примеси. Пройдя вторую ступень очистки, очищенная вода под давлением поступает к слою фильтрационного материала, наложенному охватом на поверхности нижних дренажных труб 24. Мелкие взвеси размером 1×10^-5 см в третьей ступени очистки задерживаются этим материалом. Из дренажных труб 24 вода перемещается в корпус фильтра 30 тонкой очистки. Пройдя четвертую ступень очистки, очищенная вода через счетчик 32 направляется в магистральный трубопровод 18. Магистральный трубопровод 18, как правило, укладывают в канаву. Из распределительных трубопроводов 19 в капельницу 21 вода поступает от поливных трубопроводов 20. Таким образом очищенная вода поступает через капельницу 21 на поверхность орошаемого участка и адресно к корням растений.Untreated water from an open reservoir or from another source 1 is pumped through valves 10 and 11 into the cavity of the hydrocyclone 27 through valves 10 and 11. When the water is tangentially supplied to the cavity of the hydrocyclone 27, the suspension and impurities are pressed against the inner surface of the cyclone 27 and gradually settle in the direction collection of 28 sludge. As the accumulation of pollution products in the collector 28, the sludge through the valve 17 is removed outside the location of the filter. A mesh screen in the cavity of the hydrocyclone 27 eliminates the capture of suspensions by the flow of water into the drain 31. After passing the first stage of purification, pressurized water is supplied through the upper drain pipe 23 to the cavity of the tank 22. The horizontal arrangement of the tank 22 allows a 3-8-fold increase in the filter capacity. Purified water, penetrating the thickness of the inertial filtration material, i.e. a layer of quartz sand with a grain size of 1-5 mm, in its pores delays suspended matter and coarsely dispersed impurities. After passing the second stage of purification, purified water under pressure enters the layer of filtration material imposed by the coverage on the surface of the lower drainage pipes 24. Fine suspensions of 1 × 10 ^-5 cm in size in the third stage of purification are retained by this material. From the drainage pipes 24, water moves into the fine filter housing 30. After passing the fourth stage of purification, purified water through the counter 32 is sent to the main pipe 18. The main pipe 18, as a rule, is laid in a ditch. From the distribution pipelines 19 to the dropper 21, the water comes from the irrigation piping 20. Thus, the purified water enters through the dropper 21 to the surface of the irrigated area and addressed to the roots of the plants.

Для подкормки растений минеральными удобрениями оператор их засыпает в емкость 3 и закрывает ее крышку. При открытых вентилях 12 и 13 и прикрытом вентиле 14 маточный раствор из емкости 3 поступает в полость емкости 22. Шлам и другие взвеси удерживаются инертным фильтрационным материалом, т.е. слоем песка. Вода и микроэлементы с удобрениями подаются через систему водоподачи в капельницы 21.To feed the plants with mineral fertilizers, the operator pours them into the tank 3 and closes its lid. With open valves 12 and 13 and a closed valve 14, the mother liquor from the tank 3 enters the cavity of the tank 22. The sludge and other suspensions are held inert filter material, i.e. a layer of sand. Water and trace elements with fertilizers are supplied through a water supply system to droppers 21.

Длительная работа фильтра в режиме очистки воды приводит к кольматации верхнего слоя песчаного наполнителя в емкости 22 и слоя фильтрационного материала на поверхностях нижних дренажных труб 24. Для этой цели оператор поток очищенной воды после высоконапорного гидроциклона 27 вентилем 16 направляет в полости дренажных труб 24. При подаче этой воды под рабочим давлением мельчайшие взвеси и наносы с поверхности сетчатых материалов и из всего объема песчаной подушки вымываются в обратном порядке. Вода вместе с взвесями через открытый вентиль 15 сбрасывается в сеть для ее отвода за пределы емкости 22 или полива напуском.Long-term operation of the filter in the water treatment mode leads to the clogging of the upper layer of sand filler in the tank 22 and the layer of filter material on the surfaces of the lower drainage pipes 24. For this purpose, the operator sends the stream of purified water after high-pressure hydrocyclone 27 to the cavity of the drainage pipes 24. When feeding of this water under working pressure, the smallest suspensions and sediments from the surface of the mesh materials and from the entire volume of the sand cushion are washed in the reverse order. Water along with suspensions through an open valve 15 is discharged into the network to drain it outside the tank 22 or irrigation by inlet.

Таким образом, описанная совокупность существенных отличительных признаков обеспечивает достижение поставленной задачи и получение объявленного технического результата.Thus, the described combination of essential distinguishing features ensures the achievement of the task and obtaining the declared technical result.

Claims (1)

Система подготовки воды и подачи питательной смеси в почву для капельного орошения, включающая насосную станцию, емкость для подготовки питательного раствора, фильтр, манометры, запорную арматуру, магистральный трубопровод, сеть распределительных и снабженных капельницами поливных трубопроводов, отличающаяся тем, что фильтр в виде горизонтально установленной емкости с соотношением диаметра к ее длине 1:(1,3-10) снабжен ярусно смонтированными дренажными трубами из коррозионно-стойкого материала, при этом поверхности дренажных труб нижнего яруса покрыты фильтрационным материалом и размещены в донной части емкости под слоем инертного песчаного наполнителя мощностью 400-1000 мм с размерами зерен инертного наполнителя 1-5 мм, а внешний патрубок дренажной трубы верхнего яруса гидравлически связан с напорным гидроциклоном, снабженным в его полости сетчатым экраном и в одной части - сборником шлама и вентилем для его выпуска, при этом концы дренажных труб нижнего яруса соединены посредством коллектора и водоотвода с фильтром тонкой очистки воды.A system for preparing water and feeding the nutrient mixture into the soil for drip irrigation, including a pumping station, a container for preparing a nutrient solution, a filter, pressure gauges, shutoff valves, a main pipeline, a network of distribution and drip irrigation pipes equipped with droppers, characterized in that the filter is in the form of a horizontally mounted filter containers with a ratio of diameter to its length 1: (1.3-10) equipped with tiered mounted drainage pipes made of corrosion-resistant material, while the surface of the drainage pipes is lower about the tier are covered with filtration material and placed in the bottom of the tank under a layer of inert sand filler with a thickness of 400-1000 mm with grain sizes of inert filler 1-5 mm, and the outer pipe branch pipe of the upper tier is hydraulically connected to the pressure hydrocyclone equipped with a mesh screen and in one part, a sludge collector and a valve for its discharge, while the ends of the drainage pipes of the lower tier are connected by means of a collector and a drain to a fine water filter.