RU2646640C1

RU2646640C1 - Evaporation pond of mineralized drainage flow

Info

Publication number: RU2646640C1
Application number: RU2017116963A
Authority: RU
Inventors: Борис Михайлович Кизяев; Виктор Владимирович Бородычёв; Игорь Иосифович Конторович; Владимир Константинович Губин; Александр Вульфович Сосновский
Priority date: 2017-05-16
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2018-03-06

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: invention relates to agriculture and can be used primarily in the utilization of mineralized drainage flow of hydro-reclamation systems, as well as in scalding of waste water of various genesis. Evaporation pond of the mineralized drainage flow includes an open waters connected through water regulating structures with a supply channel. Water is divided into sections, one of which, accumulating the drainage flow, is divided into several units, connected to the supply channel and communicated with the intensive evaporation section of the drainage water, conjugated in turn with the concentrated brine of accumulation section. Water heating system is made of half-socket pipes, which are pumped through the bottom of the intensive evaporation section, connected to air heater with compressor, and each pair of pipes is equipped with a perforated flexible screen consisting of two panels, one’s edges of which is fixed at the bottom of the compartment, and the second is fixed on displacer, and the displacers of the two panels are connected by elastic flexible bonding. Evaporation pond is equipped with a water-supply pipeline mounted on the shore with aerosol sprinklers, communicated through a pumping station with an intensive evaporation section.

EFFECT: implementation of the proposed design of pond-evaporator of mineralized drainage flow allows to increase the efficiency of energy resources used to heat mineralized drainage waters and thereby increase the efficiency of their evaporation, as well as to reduce the thermal pollution of air space in the areas adjacent to the location of the evaporator pond.

1 cl, 7 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству и найдет применение преимущественно при утилизации минерализованного дренажного стока гидромелиоративных систем. Может также найти применение при выпаривании сточных вод различного генезиса.The present invention relates to agriculture and will find application mainly in the disposal of saline drainage drainage reclamation systems. May also find application in the evaporation of wastewater of various genesis.

Известен пруд-испаритель минерализованного дренажного стока, связанный посредством водорегулирующих сооружений с подводящим каналом и снабженный плавающими испаряющими элементами из гидрофильного капиллярно-пористого материала. Плавающие испаряющие элементы выполнены в виде покрытых гидрофильным капиллярно-пористым материалом полых перфорированных барабанов, закрепленных между двумя опорными поплавками с возможностью вращения вокруг своей горизонтальной оси с помощью торцевых полуосей, вставленных в размещенные по длине втулки и снабженных механизмом их синхронного поворота на 180° и обратно (РФ, Патент №2527041, 2014, Бюл. №24).Known pond-evaporator of mineralized drainage drain, connected by means of water control structures with a supply channel and equipped with floating evaporating elements of a hydrophilic capillary-porous material. Floating evaporating elements are made in the form of hollow perforated drums coated with hydrophilic capillary-porous material, fixed between two supporting floats with the possibility of rotation around their horizontal axis using end axles inserted into the sleeves arranged along the length and equipped with a mechanism for their simultaneous rotation of 180 ° and vice versa (RF, Patent No. 2527041, 2014, Bull. No. 24).

К недостаткам данного технического решения относятся возможность механического и биологического засорения акселераторов испарения с покрытием из капиллярно-пористого материала в процессе их эксплуатации, снижающего его адсорбционные свойства; недостаточная эффективность вследствие экранирования поверхности отсеков плавающими испаряющими элементами, препятствующими прогреву воды солнечной радиацией.The disadvantages of this technical solution include the possibility of mechanical and biological clogging of evaporation accelerators coated with capillary-porous material during their operation, which reduces its adsorption properties; insufficient efficiency due to shielding of the compartment surface with floating evaporating elements that prevent the heating of water by solar radiation.

Известен пруд-испаритель с системой обогрева воды, состоящей из группы труб, которые плавают или расположены в приповерхностном слое воды и образуют замкнутый контур, объединяющий входы в трубы и выходы из них, подача циркулирующей по системе труб воды осуществляется насосом, а подогрев воды - специальным нагревателем или теплообменником. Температура поверхностного слоя воды увеличивается вследствие теплообмена с системой нагревательных труб, что обеспечивает повышение интенсивности ее испарения (US, Патент №6802360, 2004).A known pond-evaporator with a water heating system, consisting of a group of pipes that float or are located in the near-surface water layer and form a closed loop uniting the entrances to the pipes and exits from them, the water circulating through the pipe system is carried out by a pump, and the water is heated by a special heater or heat exchanger. The temperature of the surface layer of water increases due to heat exchange with the heating pipe system, which provides an increase in its evaporation rate (US Patent No. 6802360, 2004).

К недостаткам данного пруда-испарителя относится снижение эффективности использования испаряющего действия солнечной и ветровой энергии из-за покрытия поверхности поплавками, удерживающими нагревательные трубы на поверхности водоема, а также ослабление ими турбулентного перемешивания воздушных масс над поверхностью воды ветром.The disadvantages of this evaporation pond include a decrease in the efficiency of using the evaporative action of solar and wind energy due to the coating of the surface with floats holding the heating pipes on the surface of the reservoir, as well as the weakening of turbulent mixing of air masses above the surface of the water by the wind.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является пруд-испаритель, который включает открытый водоем, замкнутую систему тепловых труб, часть которых в форме плоского змеевика расположена в придонной части водоема, насос для транспортирования теплоносителя в тепловых трубах и нагреватель. В качестве нагревателя могут применяться устройства, использующие возобновляемые источники энергии (солнечный коллектор), или устройства для сжигания газов (метана), а также тепло от различных производственных процессов и любые другие варианты. В результате постоянного транспортирования прогретой жидкости по системе тепловых труб происходит увеличение температуры воды в пруду-испарителе до 76,7°С, что приводит к увеличению интенсивности испарения с его водной поверхности (US, Патент №6276872, 2001).Closest to the proposed device is a pond-evaporator, which includes an open reservoir, a closed system of heat pipes, some of which are in the form of a flat coil located in the bottom part of the reservoir, a pump for transporting the coolant in the heat pipes and a heater. As a heater, devices using renewable energy sources (solar collector), or devices for burning gases (methane), as well as heat from various production processes and any other options, can be used. As a result of the constant transportation of the heated liquid through the heat pipe system, the temperature of the water in the evaporation pond increases to 76.7 ° C, which leads to an increase in the rate of evaporation from its water surface (US Patent No. 6276872, 2001).

Недостатком данного технического решения является низкая эффективность использования затрачиваемой на нагрев воды энергии в связи с размещением нагревательных элементов на дне пруда и прогревом всей толщи воды. При этом испарение воды происходит только с поверхности пруда. Кроме того, происходит тепловое загрязнение воздушного пространства в зоне, прилегающей к пруду-испарителю.The disadvantage of this technical solution is the low efficiency of the energy used for heating water in connection with the placement of heating elements at the bottom of the pond and the heating of the entire water column. In this case, water evaporation occurs only from the surface of the pond. In addition, there is thermal pollution of airspace in the area adjacent to the evaporation pond.

Устранить указанные недостатки позволяет предлагаемый пруд-испаритель минерализованного дренажного стока, включающий открытый водоем, связанный посредством водорегулирующих сооружений с подводящим каналом, замкнутую систему тепловых труб, расположенных в придонной части водоема, насос, нагреватель и энергетическую установку, в котором согласно предлагаемому изобретению водоем разделен на секции, одна из которых, аккумулирующая дренажный сток, разделена на несколько отсеков, подключенных к подводящему каналу и сообщенных с секцией интенсивного испарения дренажных вод, сопряженной в свою очередь с секцией аккумуляции концентрированных рассолов, причем система подогрева воды выполнена из проложенных по дну секции интенсивного испарения перфорированных труб, подключенных к нагревателю воздуха с компрессором, а каждая пара труб снабжена перфорированным гибким экраном, состоящим из двух полотнищ, одна из кромок которых закреплена неподвижно на дне отсека, а вторая зафиксирована на поплавке, и поплавки двух полотнищ соединены упругой гибкой связью, при этом пруд-испаритель снабжен смонтированным на берегу водопроводящим трубопроводом с аэрозольными разбрызгивателями, сообщенным через насосную станцию с секцией интенсивного испарения.To eliminate these disadvantages allows the proposed pond-evaporator of mineralized drainage drainage, including an open reservoir connected by means of water control structures with a feed channel, a closed system of heat pipes located in the bottom of the reservoir, a pump, heater and power plant, in which, according to the invention, the reservoir is divided into sections, one of which, accumulating drainage drain, is divided into several compartments connected to the inlet channel and communicated with the section intensive evaporation of drainage water, which in turn is associated with the accumulation section of concentrated brines, moreover, the water heating system is made of perforated pipes laid along the bottom of the intensive evaporation section connected to an air heater with a compressor, and each pair of pipes is equipped with a perforated flexible screen consisting of two panels , one of the edges of which is fixed motionless at the bottom of the compartment, and the second is fixed on the float, and the floats of the two panels are connected by an elastic flexible connection, while the pond isp erator is provided mounted on the shore with a water conducting conduit aerosol sprinklers, communicated through a pumping station with a section of intensive evaporation.

Новый технический результат от применения предлагаемого изобретения состоит в том, что подача нагретого воздуха через толщу воды в виде пузырьков и мелкодисперсное разбрызгивание минерализованной воды над поверхностью пруда-испарителя позволяют в несколько раз увеличить площадь испарения воды. Причем выходящий из воды поток подогретого воздуха замедляет скорость оседания мелкодисперсных капель и обеспечивает испарение их в воздухе, соответственно эффективность использования энергоресурсов резко возрастает. При этом расходование тепла воздуха, выходящего на поверхность пруда, на испарение оседающих мелкодисперсных капель воды позволяет снизить его температуру и уменьшить тепловое загрязнение воздуха в зоне пруда. Разделение секции, аккумулирующей дренажный сток на отсеки, позволяет обеспечить предварительный подогрев дренажной воды до температуры наружного воздуха.A new technical result from the application of the present invention is that the supply of heated air through the water column in the form of bubbles and finely dispersed mineralized water above the surface of the evaporation pond can increase the evaporation area by several times. Moreover, the stream of heated air coming out of the water slows down the settling rate of the finely dispersed droplets and ensures their evaporation in the air; accordingly, the efficiency of energy use sharply increases. In this case, the expenditure of heat of the air leaving the surface of the pond for the evaporation of the precipitating fine droplets of water makes it possible to lower its temperature and reduce thermal pollution of the air in the pond area. The separation of the section accumulating the drainage drain into compartments allows for the preliminary heating of the drainage water to the outside temperature.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлены: на фиг. 1 - принципиальная схема конструкции пруда-испарителя минерализованных дренажных вод, вид в плане; на фиг. 2 - разрез по А-А; на фиг. 3 - разрез по Б-Б; на фиг. 4 - разрез по В-В; на фиг. 5 - гибкий экран в разрезе; на фиг. 6 - гибкие экраны вид сверху; на фиг. 7 - узел Г на фиг. 5.The invention is illustrated by drawings, where are presented: in FIG. 1 is a schematic diagram of the construction of a pond-evaporator of mineralized drainage water, a plan view; in FIG. 2 - section along aa; in FIG. 3 - a section along BB; in FIG. 4 is a section along BB; in FIG. 5 - sectional flexible screen; in FIG. 6 - flexible screens top view; in FIG. 7 - node G in FIG. 5.

Пруд-испаритель минерализованного дренажного стока гидромелиоративных систем подключен к подводящему каналу 1 с перегораживающим сооружением 2 и включает входное сооружение 3, вододелитель 4 с водовыпусками 5, 6, 7. Водовыпуск 7 связывает вододелитель 4 с секцией 8, которая разделена на отсеки 9, 10 и 11 перемычками 12, 13 с водовыпусками 14 и 15. Секция 16 интенсифицированного испарения дренажных вод, секция 8 и секция 17 для аккумуляции концентрированных рассолов соединены регулирующими сооружениями 18 и 19 между собой. Насосная станция 20 оборудована водозаборами 21, 22 и 23 из секций 8 и 17 и водовыпуском 24 в секцию 16. Пруд-испаритель имеет также энергетическую установку 25, обеспечивающую энергией калорифер 26 для нагрева воздуха и компрессор 27 для подачи воздуха по коллектору 28 в перфорированные трубопроводы 29, расположенные на дне секции 16 и снабженные перфорированными гибкими экранами 30. К насосной станции 20 подключена закрытая оросительная сеть из трубопроводов 31, 32 и 33 с гидрантами 34 и аэрозольными разбрызгивателями 35. Секция 16 снабжена датчиками глубины наполнения (на чертеже не показаны), электрически связанными с системой управления насосной станцией 20.The evaporation pond of the mineralized drainage drain of irrigation and drainage systems is connected to the inlet channel 1 with a blocking structure 2 and includes an inlet structure 3, a water separator 4 with outlets 5, 6, 7. A water outlet 7 connects the water divider 4 to section 8, which is divided into compartments 9, 10 and 11 by jumpers 12, 13 with outlets 14 and 15. Section 16 of the intensified evaporation of drainage water, section 8 and section 17 for accumulation of concentrated brines are connected to each other by regulatory structures 18 and 19. The pump station 20 is equipped with intakes 21, 22 and 23 from sections 8 and 17 and a water outlet 24 into section 16. The evaporation pond also has a power plant 25 that provides energy to the air heater 26 for heating the air and compressor 27 for supplying air through the manifold 28 to the perforated pipelines 29, located at the bottom of section 16 and equipped with perforated flexible screens 30. A closed irrigation network of pipelines 31, 32 and 33 with hydrants 34 and aerosol sprinklers 35 is connected to the pump station 20. Section 16 is equipped with depth sensors filling (not shown), electrically connected to the control system of the pumping station 20.

Подводящий канал 1 имеет противофильтрационное покрытие (на чертеже не показано) и занимает командное положение по отношению к секциям 8, 16 и 17.The inlet channel 1 has an antifiltration coating (not shown in the drawing) and occupies a command position with respect to sections 8, 16 and 17.

Пруд-испаритель функционирует следующим образом.The evaporation pond operates as follows.

В период образования дренажного минерализованного стока на гидромелиоративных системах (апрель-октябрь для зоны орошаемого земледелия Юга Европейской части России) дренажные воды поступают в подводящий канал 1, при этом перегораживающее сооружение 2 полностью или частично закрыто, а входное регулирующее сооружение 3 открыто. Через вододелитель 4 и его водовыпуски 5, 6 и 7 происходит заполнение секции 8 последовательно во времени по отсекам 9, 10, 11.During the formation of drainage saline drainage on irrigation and drainage systems (April-October for the irrigated agriculture zone of the South of the European part of Russia), drainage water enters the inlet channel 1, while the blocking structure 2 is completely or partially closed, and the inlet control structure 3 is open. Through the water divider 4 and its outlets 5, 6 and 7, section 8 is filled sequentially in time in compartments 9, 10, 11.

После заполнения отсека 9 секции 8 насосная станция 20 через водозабор 22 и водовыпуск 24 заполняет секцию 16 дренажной водой до заданного максимального уровня, о достижении которого система управления насосной станции 20 получает сигнал от датчика верхнего уровня (на чертеже не показан). В результате всплытия поплавков 38 происходит разворачивание экранов 30 над воздушными перфорированными трубопроводами 29. Гибкая связь 39 позволяет задать необходимое расстояние между полотнищами экрана 30 в зависимости от глубины заполнения секции 16. Начинается процесс испарения дренажной воды с поверхности секции 16 за счет прогревания ее солнечными лучами. Для интенсификации этого процесса энергетическая установка 25 подает электроэнергию на калорифер 26 для нагрева воздуха и компрессор 27, который нагнетает нагретый воздух через коллектор 28 и систему перфорированных трубопроводов 29 в воду, осуществляя ее аэрацию и прогрев. Воздух, имеющий температуру +25-30°С и относительную влажность 25-30% (7 г/м³ влаги), проходя через калорифер 26, нагревается до +70-80°С, при этом его относительная влажность снижается до 10-15%. Проходя через толщу дренажной воды, воздух активно насыщается парами влаги и на выходе при температуре +40 50°С и относительной влажности 70% содержит 25 г/м³ влаги. Наличие над каждой парой перфорированных трубопроводов 29 гибкого экрана 30 с перфорацией 36 обеспечивает более продолжительный контакт пузырьков воздуха с водой и более интенсивный теплообмен между ними, более полное насыщение влагой. Гибкая связь 39 позволяет компенсировать давление воздуха, скапливающегося под полотнищами экрана 30, снижая скорость его подъема к поверхности. Одновременно насос 20 забирает нагретую воду из секции 16 и подает по трубопроводам 32 к гидрантам 34 в аппараты аэрозольного разбрызгивания 35, установленные на гидрантах 34. Аппараты 35 разбрызгивают подогретую воду из секции 16 на высоте 10-15 м в виде капель размером 100-200 мкм. Скорость падения таких капель составляет порядка 0,18 м/с, время свободного падения с высоты 10 м до поверхности воды около минуты, однако восходящий поток теплого воздуха из секции 16 замедляет падение капель и ускоряет процесс их испарения, поэтому значительная часть капель полностью испаряется, превращаясь в крупинки соли.After filling the compartment 9 of section 8, the pumping station 20 through the intake 22 and the outlet 24 fills the section 16 with drainage water to a predetermined maximum level, the achievement of which the control system of the pumping station 20 receives a signal from the upper level sensor (not shown in the drawing). As a result of the floatation of the floats 38, the screens 30 are deployed over the perforated air pipes 29. Flexible connection 39 allows you to set the required distance between the panels of the screen 30 depending on the depth of filling of section 16. The process of evaporation of drainage water from the surface of section 16 begins by heating it with sun rays. To intensify this process, the power plant 25 supplies electricity to the air heater 26 for heating air and a compressor 27, which pumps heated air through the manifold 28 and the system of perforated pipelines 29 into the water, aerating and heating it. Air having a temperature of + 25-30 ° C and a relative humidity of 25-30% (7 g / m ³ moisture), passing through the heater 26, is heated to + 70-80 ° C, while its relative humidity decreases to 10-15 % Passing through the thickness of the drainage water, the air is actively saturated with moisture vapor and contains 25 g / m ^{3 of} moisture at the outlet at a temperature of +40 50 ° С and relative humidity of 70%. The presence of a flexible screen 30 with perforation 36 over each pair of perforated pipelines 29 provides longer contact between air bubbles and water and more intense heat exchange between them, more complete saturation with moisture. Flexible connection 39 allows you to compensate for the pressure of air accumulating under the panels of the screen 30, reducing the speed of its rise to the surface. At the same time, pump 20 draws heated water from section 16 and delivers it through pipelines 32 to hydrants 34 to aerosol spraying apparatuses 35 mounted on hydrants 34. Apparatus 35 sprinkles heated water from section 16 at a height of 10-15 m in the form of droplets measuring 100-200 μm in size . The drop rate of such drops is about 0.18 m / s, the free fall time from a height of 10 m to the water surface is about a minute, however, the upward flow of warm air from section 16 slows down the drop and accelerates the process of evaporation, so a significant part of the drops completely evaporates, turning into grains of salt.

В результате испарения воды из секции 16 происходит снижение глубины ее заполнения. При достижении заданной минимальной отметки уровня водной поверхности в секции 16 по сигналу датчика уровня включается насосная станция 20, и происходит закачка предварительно нагретой солнцем воды из отсека 11 секции 8 до заданной максимальной отметки заполнения секции 16. Затем насосную станцию 20 отключают. Описанный выше цикл повторяют в течение всего сезонного периода работы гидромелиоративной системы.As a result of the evaporation of water from section 16, the depth of its filling decreases. When the specified minimum water surface level in section 16 is reached, the pump station 20 is turned on by the signal from the level sensor, and water preheated by the sun is pumped from the compartment 11 of section 8 to the specified maximum fill level of section 16. Then, the pump station 20 is turned off. The cycle described above is repeated throughout the entire seasonal period of the irrigation and drainage system.

После опорожнения отсека 11 секции 8 насосная станция 20, используя водозабор 21, осуществляет подачу воды в секцию 16 из отсека 10. В этот период времени дренажный сток поступает в отсек 9 или 11 для предварительного естественного нагрева. Наличие нескольких гидравлически связанных между собой водовыпусками 14 и 15 отсеков 9, 10, 11 секции 8 позволяет осуществлять предварительный прогрев дренажной воды до температуры окружающего воздуха перед ее подачей в секцию 16.After emptying the compartment 11 of section 8, the pump station 20, using the intake 21, delivers water to the section 16 from the compartment 10. During this period of time, the drainage flows into the compartment 9 or 11 for preliminary natural heating. The presence of several hydraulically interconnected water outlets 14 and 15 of the compartments 9, 10, 11 of section 8 allows the preliminary heating of the drainage water to ambient temperature before it is fed to section 16.

При увеличении минерализации воды в секции 16 до верхнего предельного значения подача дренажного стока из секции 8 насосной станцией 20 прекращается, а рассол из секции 16 через регулирующее сооружение 18 поступает в секцию 17. Затем откачка воды из секции 8 в секцию 16 возобновляется по описанной выше технологии. Рассол в секции 17 подвергается дальнейшему концентрированию до рапы или солей в результате естественного испарения.When the salinity of the water in section 16 is increased to the upper limit value, the flow of drainage from section 8 to the pumping station 20 stops, and the brine from section 16 through the control structure 18 enters section 17. Then, the pumping of water from section 8 to section 16 is resumed according to the technology described above . The brine in section 17 undergoes further concentration to brine or salts by natural evaporation.

Таким образом, реализация предложенной конструкции пруда-испарителя минерализованного дренажного стока позволяет повысить эффективность использования энергоресурсов, затрачиваемых на нагрев минерализованных дренажных вод, и тем самым повысить эффективность их испарения, а также снизить тепловое загрязнение воздушного пространства на территориях, прилегающих к месту расположения пруда-испарителя.Thus, the implementation of the proposed design of the evaporator pond of the mineralized drainage drain makes it possible to increase the efficiency of the use of energy resources used to heat the saline drainage water, and thereby increase the efficiency of their evaporation, as well as reduce the thermal pollution of the air space in the areas adjacent to the location of the evaporator pond .

Claims

Пруд-испаритель минерализованного дренажного стока, включающий открытый водоем, связанный посредством водорегулирующих сооружений с подводящим каналом, замкнутую систему тепловых труб, расположенных в придонной части водоема, насос, нагреватель и энергетическую установку, отличающийся тем, что водоем разделен на секции, одна из которых, аккумулирующая дренажный сток, разделена на несколько отсеков, подключенных к подводящему каналу и сообщенных с секцией интенсивного испарения дренажных вод, сопряженной в свою очередь с секцией аккумуляции концентрированных рассолов, причем система подогрева воды выполнена из проложенных по дну секции интенсивного испарения перфорированных труб, подключенных к нагревателю воздуха с компрессором, а каждая пара труб снабжена перфорированным гибким экраном, состоящим из двух полотнищ, одна из кромок которых закреплена неподвижно на дне отсека, а вторая зафиксирована на поплавке, и поплавки двух полотнищ соединены упругой гибкой связью, при этом пруд-испаритель снабжен смонтированным на берегу водопроводящим трубопроводом с аэрозольными разбрызгивателями, сообщенным через насосную станцию с секцией интенсивного испарения.A mineralized drainage drain evaporator pond, including an open reservoir connected by means of water control structures with a supply channel, a closed system of heat pipes located in the bottom part of the reservoir, a pump, a heater and a power plant, characterized in that the reservoir is divided into sections, one of which The accumulating drainage drain is divided into several compartments connected to the supply channel and connected to the intensive evaporation section of the drainage water, which in turn is interfaced with the accumulator rations of concentrated brines, and the water heating system is made of perforated pipes laid along the bottom of the intensive evaporation section connected to an air heater with a compressor, and each pair of pipes is equipped with a perforated flexible screen consisting of two panels, one of whose edges is fixed motionless at the bottom of the compartment, and the second is fixed on the float, and the floats of the two panels are connected by an elastic flexible connection, while the evaporation pond is equipped with an aeroso-mounted water supply pipe mounted on the shore nymi sprinklers, communicated through a pumping station with a section of intensive evaporation.