Спосіб поліпшення якості природної поливної води

Реферат: Спосіб поліпшення якості природної поливної води сульфатно-хлоридного натрієвого та хлоридного натрієвого складу, яка використовується для поливу сільськогосподарських культур на зрошувальних системах, та приведення її у відповідність до іригаційних вимог згідно з ДСТУ 2730-94 «Якість природної води для зрошення. Агрономічні критерії». Крім цього, вноситься у природну поливну воду безпосередньо перед проведенням поливу фосфогіпс у кількості 10003000 мг/дм в залежності від вмісту у воді іонів натрію, сульфатів та суми солей. UA 87865 U (12) UA 87865 U UA 87865 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до способів оброблення води, зокрема способів регулювання іонообміну та водневого показника рН води і призначена для поліпшення якості природної поливної води сульфатно-хлоридного натрієвого та хлоридного натрієвого складу, яка використовується для поливу сільськогосподарських культур на зрошувальних системах та приведення її у відповідність до іригаційних вимог. Вода річок, каналів, ставків, озер, яка використовується для погреб зрошення, часто не відповідає вимогам ДСТУ 2730-94 «Якість природної води для зрошення. Агрономічні критерії», які висуваються до якості поливної води, і потребує очистки та поліпшення її хімічного складу з метою уникнення осолонцювання та засолення ґрунтів. Відомий спосіб внесення фосфогіпсу в ґрунт нормою 3-7 т/га на термін 5-7 років, який + ++ сприяє заміщенню у ґрунтовому вбирному комплексі катіонів Na на катіони Са , зниженню показників натрієвого та магнієвого осолонцювання, збільшенню нетоксичних для ґрунтів кальцієвих солей (Иваницкий В.В., Классен П.В., Новиков А.А. и др. Фосфогипс и его использование.: Химия. – 1990. - 224с.) Недоліком даного способу є його низька ефективність у посушливих умовах, оскільки через недостатню кількість вологи уповільнюється дія фосфогіпсу в ґрунті. Найбільш близьким по технічній суті та результату, який досягається, до способу, що заявляється, є «Спосіб хімічної обробки зрошувальної води, забрудненої лужними солями та важкими металами» (Деклараційний Патент України на винахід № 66129, С 02 F 1/00, А 01 G 25/00 від 01.08. 2003 р., опубл. бюл. № 4, 2004 p.), що включає внесення у воду меліоранту з крейди, обробленої сірчаною кислотою, який відрізняється тим, що меліорант отримують за взаємодією крейди та сірчаної кислоти, яку одержують в результаті гідролізу двовалентного заліза залізного купоросу з додатковим одержанням гідроксидів 2- та 3-валентного заліза, які зв'язують важкі метали у нерухомі сполуки, що відфільтровуються, та усі компоненти беруть у кількості : залізного купоросу 3,9 г крейди 1,4 г. Недоліком даного способу є неможливість поліпшення якості природної поливної води сульфатно-хлоридного натрієвого та хлоридного натрієвого складу, яка є характерною майже у всіх водних джерелах Півдня України (річки Інгулець, Інгул, Самара, Вовча, Кальміус, Кальчик й ін. та придунайські озера Кагул, Ялпуг, Кугурлуй, Катлабух, Китай, Сасик й річки, що в них впадають). Задача даної корисної моделі полягає у створенні ефективного способу підготовки природної води сульфатно-хлоридного натрієвого та хлоридного натрієвого складу, яка використовується для поливу сільськогосподарських культур на зрошувальних системах, при якому враховується ступінь її мінералізації і забезпечується вирівнювання співвідношення + ++ Na /Ca у хімічному складі підготовленої води, що безумовно має сприятливий вплив на еколого-меліоративний стан ґрунтів. Поставлена задача вирішується внесенням у природну поливну воду сульфатно-хлоридного натрієвого та хлоридного натрієвого складу безпосередньо перед проведенням поливу фосфогіпсу в кількості 1000-3000 мг/дм в залежності від ступеня її мінералізації та хімічного складу, а також еколого-меліоративного стану земель, на яких буде використана підготовлена вода. Спосіб здійснюється наступним чином. Спочатку проводять оцінку хімічного складу природної води за результатами повного хімічного аналізу: мінеральний залишок, вміст карбонатів, гідрокарбонатів, хлоридів, сульфатів, натрію, кальцію, магнію, калію, фосфатів, азоту загального та аміачного, нітратів, нітритів та величина водневого показника рН. Оцінку якості природної поливної води і придатності її для поливу сільськогосподарських культур на зрошувальних системах необхідно проводити згідно з державним стандартом ДСТУ 2730 - 94 «Якість природної води для зрошення. Агрономічні критерії» та за методами Μ. Φ. Буданова (Μ. Φ. Буданов. Система и состав контроля за качеством природных и сточных вод при использовании их для орошения. – Киев: Урожай, 1970. - 47 с), які найбільш точно відповідають вимогам щодо якості води даного хімічного складу : + ++ + ++ ++ ++ ++ Na /Ca  1; Na /Ca + Mg  0,7; Σ м.в. / Са + Mg  4 , + ++ ++ 3 де : Na , Са , Mg - катіони поливної води, м.екв/дм ; 3 Σ м.в. - сума мінеральних речовин, м.екв/дм Якщо отримані результати перевищують встановлені державним стандартом ДСТУ 2730-94 «Якість природної води для зрошення. Агрономічні критерії» норми, а також величини співвідношення катіонів, що визначені за методикою М.Ф.Буданова, то необхідно проводити 1 UA 87865 U 5 10 15 20 підготовку природної поливної води, а саме розбавлення її прісною водою та насичення кальцієвими солями. Допустимий вміст у поливній воді натрію і магнію, який виключає виникнення процесів осолонцювання при довготривалому зрошенні, необхідно визначати за формулою : + ++ ++ K=0,23Na S/Ca +Mg 1 3 де : S - концентрація солей у воді, мг/ дм ; ++ ++ 3 Са , Mg - вміст елементів у поливній воді м.екв/дм ; При значенні K1 не виникає загрози осолонцювання ґрунтів при довготривалому зрошенні. При низькому вмісті кальцію в природній поливній воді та несприятливому співвідношенні кальцію і натрію в поливну природну воду вносяться речовини, які містять кальцій, а саме фосфогіпс. Розрахунок норми фосфогіпсу проводять згідно з нижченаведеною формулою для вирівнювання співвідношення натрію до кальцію у підготовленій поливній воді: Η=(А-В)Κ100/X, 3 де : Η - доза фосфогіпсу , г/дм ; 3 А - кількість натрію у воді, м.екв/дм ; 3 В - вміст кальцію у воді, м.екв/дм ; K - міліеквівалентний коефіцієнт фосфогіпсу, 0,086; X - вміст Са SO4  2 Н2О у фосфогіпсі, %. Потребу у фосфогіпсі при підготовці природної поливної води визначають за таблицею 1 + ++ 3 залежно від початкового вмісту катіонів Na та співвідношення Na/Ca , кг/м . Таблиця 1 Потреба у фосфогіпсі при підготовці природної поливної води + ++ 3 залежно від початкового вмісту катіонів Na та співвідношення Na /Са , кг/м Співвідношення + ++ Na /Ca 2-3 3-4 4-5 5-6 25 30 35 40 45 + Вміст Na , м. екв/дм 10-12 0,7-0,8 0,8-1,0 0,9-1,1 1,1-1,3 12-14 0,7-0,9 0,9-1,1 1,1-1,3 1,3-1,5 14-16 0,8-1,0 1,1-1,3 1,3-1,5 1,5-1,8 16-18 0,9-1,2 1,3-1,5 1,5-1,8 1,8-2,1 3 18-20 1,2-1,4 1,5-1,8 1,8-2,1 2,1-2,4 20-22 1,4-1,6 1,8-2,1 2,1-2,4 2,4-2,8 Фосфогіпс засипають у природну поливну воду в дрібномолотому стані при постійному інтенсивному перемішуванні. В процесі насичення природної поливної води кальцієвими солями до вирівнювання ++ співвідношення вмісту натрію до вмісту кальцію вміст катіонів Са підвищується у 4-6 разів у порівнянні із початковим значенням, вміст аніонів SО4 - підвищується у 2-3 рази та вміст фосфатів підвищується у 7-10 разів. Відповідно загальна мінералізація природної води 3 підвищується на 0,4-0,7 г/дм , зникають карбонат-іони, кількість гідрокарбонат-іонів 3 зменшується на 0,1 - 0,3 м.екв/дм , а величина водневого показника рН зменшується на 0,7-1,0 од. Склад природної води змінюється із сульфатно-хлоридного натрієвого та хлоридного натрієвого на сульфатний кальцієвий, а виконана на основі хімічного аналізу іригаційна оцінка меліорованої води згідно із ДСТУ 2730-94 «Якість природної води для зрошення. Агрономічні критерії» свідчить про її придатність для поливу сільськогосподарських культур на зрошувальних системах. Одночасно із підвищенням концентрації кальцію у воді підвищується вміст сульфат-іонів, 3 практично в рівних долях (м.екв/дм ). Підвищення концентрації сульфат-іонів до 20 і більше 3 м.екв/дм значно погіршує розчинність фосфогіпсу. Доза фосфогіпсу, що вноситься у природну поливну воду, повністю не розчиняється, більше половини її випадає в осад. При насиченні природної поливної води фосфогіпсом протягом доби в першу годину після внесення концентрація кальцію збільшується на 80-90%, а за решту часу - тільки на 10-20 %. При гіпсуванні води на зменшення величини водневого показника рН води впливає кількість внесеного фосфогіпсу та початкова величина рН у хімічному складі природної поливної води. 2 UA 87865 U 5 Зниження величини водневого показника рН спостерігається протягом 5-7 годин після внесення фосфогіпсу у поливну воду. Чим більша кількість внесеного фосфогіпсу - тим більше зниження величини водневого показника рН природної поливної води. Вплив хімічного складу природної води і доз фосфогіпсу на зміну основних показників при її меліорації показано в таблиці 2. Вплив тривалості насичення і доз фосфогіпсу на якісний склад меліорованої води показано в таблиці 3. Таблиця 2 Вплив хімічного складу природної води і дози фосфогіпсу на зміну основних показників при її меліорації 3 Зміна вмісту іонів, мг/ дм P2Og Са Mg Na Na/Ca мінералізація осад 0,3 46 54 237 4,5 1000 0 0,9 136 54 237 1,5 1300 320 1,3 170 54 237 1,2 1360 440 1,6 200 54 237 1,0 1420 570 1,9 226 54 237 0,9 1490 700 Доза, мг/ дм 600 800 1000 1200 8,70 8,38 8,20 8,08 7,95 СО3 9,0 0 0 0 0 НСО3 158,6 152.5 152.5 152.5 152.5 СІ 319,5 319,5 319,5 319,5 319,5 SO4 108,0 384 456,6 542,2 600,0 600 800 1000 1200 1400 2000 3000 8,70 8,30 8,20 8,15 8,02 7,95 7,65 7,50 9,0 0 0 0 0 0 0 0 170,8 164,7 164.7 164.7 164.7 158,6 158,6 158,6 536,8 536.8 536,8 536,8 536,8 536,8 521,9 521,9 204,5 367,7 411,1 473,3 554,9 631,7 742,1 842,9 0,3 0,8 1,0 1,2 1,7 2,2 4,8 5,6 58 126 144 170 204 236 282 324 73 73 73 73 73 76 73 76 321 5,1 321 2,2 327 1,9 327 1,6 327 1,4 321 1,3 327 ι,ο 327 0,9 1410 1620 1710 1800 1900 1960 2180 2320 0 380 490 610 700 840 1240 2080 2000 3000 4000 6000 8,20 7,40 7,30 7,25 7,15 0 0 0 0 0 225,7 207,4 201,3 195,2 195,2 734,1 722,4 722,4 718,5 714,6 546,2 1034,4 1135,7 1418,4 1681,4 0,5 5,2 6,2 9,0 12,4 80 260 320 340 420 108 108 108 120 108 516 528 528 516 552 2120 2790 3000 3150 3740 0 1320 2170 2960 4380 рH 5,6 1,8 1,4 1,3 1,1 Таблиця 3 Вплив тривалості насичення і доз фосфогіпсу на якісний склад меліорованої води Доза, 3 г/ дм 0 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 3,0 2 рH 8,6 8,3 8,2 8,1 8,0 7,9 7,8 7,7 7,6 7,5 ++ Са 2,9 6,3 7,2 8,5 10,2 11,8 12,9 13,5 14,1 16,2 ++ Зміна показників меліорованої води в часі, год. 24 48 + ++ ++ + ++ ++ + ++ Na /Ca рH Са Na /Ca рH Са Na /Ca рН 4,79 8,65 2,9 4,79 8,68 2,9 4,79 8,63 2,21 8,25 7,1 1,96 8,28 7,2 1,93 8,30 1,93 8,20 8,4 1,65 8,21 8,5 1,64 8,23 1,64 8,16 10,1 1,38 8,18 10,2 1,36 8,21 1,36 7,95 11,3 1,23 8,10 12,8 1,09 8,20 1,18 7,88 12,7 1,09 8,00 13,5 1,03 8,15 1,08 7,85 13,9 1,00 7,98 14,6 0,95 8,13 1,03 7,80 15,1 0,92 7,95 15,9 0,87 8,11 0,99 7,77 16,3 0,85 7,93 16,8 0,83 8,10 0,86 7,69 20,1 0,69 7,80 20,3 0,68 8,00 + Примітка: Са , Na - м. екв/дм 72 ++ + ++ Са Na /Ca 2,9 4,79 7,3 1,90 10,0 1,39 11,2 1,24 13,8 1,01 15,1 0,92 15,5 0,90 16,4 0,85 17,2 0,81 20,3 0,68 3 10 Порівняльний аналіз з аналогом та найближчим аналогом дозволяє зробити висновок, що розроблений спосіб поліпшення якості природної поливної води сульфатно-хлоридного натрієвого та хлоридного натрієвого складу, яка використовується для поливу 3 UA 87865 U 5 сільськогосподарських культур на зрошувальних системах, та приведення її у відповідність з іригаційними вимогами згідно із ДСТУ 2730-94 "Якість природної води для зрошення. Агрономічні критерії", шляхом внесення у природну поливну воду безпосередньо перед 3 проведенням поливу фосфогіпсу в кількості 1000-3000 мг/дм в залежності від вмісту у воді іонів + Na , сульфатів та суми солей, є новим технічним рішенням і відповідає критерію "новизна". ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Спосіб поліпшення якості природної поливної води сульфатно-хлоридного натрієвого та хлоридного натрієвого складу, яка використовується для поливу сільськогосподарських культур на зрошувальних системах, та приведення її у відповідність до іригаційних вимог згідно з ДСТУ 2730-94 «Якість природної води для зрошення. Агрономічні критерії», який відрізняється тим, що вноситься у природну поливну воду безпосередньо перед проведенням поливу фосфогіпс у кількості 1000-3000 мг/дм в залежності від вмісту у воді іонів натрію, сульфатів та суми солей. 15 Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4