RU2518436C2 - Method of preparing water for irrigation - Google Patents
Method of preparing water for irrigation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2518436C2 RU2518436C2 RU2012141695/13A RU2012141695A RU2518436C2 RU 2518436 C2 RU2518436 C2 RU 2518436C2 RU 2012141695/13 A RU2012141695/13 A RU 2012141695/13A RU 2012141695 A RU2012141695 A RU 2012141695A RU 2518436 C2 RU2518436 C2 RU 2518436C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- anode
- irrigation
- processing
- electrolyzer
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 83
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 10
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 claims abstract description 7
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 7
- 239000003621 irrigation water Substances 0.000 claims description 7
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 claims description 6
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 6
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 5
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 5
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 4
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- -1 for example Inorganic materials 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000004965 peroxy acids Chemical class 0.000 description 2
- 150000003016 phosphoric acids Chemical class 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 2
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical class OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 208000009043 Chemical Burns Diseases 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003957 anion exchange resin Substances 0.000 description 1
- ZFXVRMSLJDYJCH-UHFFFAOYSA-N calcium magnesium Chemical compound [Mg].[Ca] ZFXVRMSLJDYJCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 239000002420 orchard Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008635 plant growth Effects 0.000 description 1
- 230000001863 plant nutrition Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 1
Landscapes
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к сельскохозяйственной мелиорации и может быть использовано для полива овощных и фруктовых культур, садовых насаждений и других сельскохозяйственных культурных растений.The invention relates to agricultural land reclamation and can be used for irrigation of vegetable and fruit crops, orchards and other agricultural crops.
В сельскохозяйственной мелиорации применяются различные способы подготовки воды для полива сельскохозяйственных растений. Так, например, известен способ подготовки воды для полива, включающий пропускание воды через катионит и анионит, в ионных формах которых в качестве катионов и анионов содержатся элементы, входящие в состав растворимых в воде минеральных удобрений (см. патент РФ №2281255, C02F 9/00, 2006). Однако известный способ имеет высокую стоимость, особенно при переходе на большие объемы подготавливаемой воды.In agricultural reclamation, various methods of preparing water for irrigation of agricultural plants are used. So, for example, there is a known method of preparing water for irrigation, including passing water through cation exchange resin and anion exchange resin, in ionic forms of which, as cations and anions, elements are contained that are part of water-soluble mineral fertilizers (see RF patent No. 2281255, C02F 9 / 00, 2006). However, the known method has a high cost, especially when switching to large volumes of prepared water.
Снижение затрат на подготовку воды осуществляют, в частности, применяя электрохимические методы обработки. Известен способ обработки путем пропускания воды через электрохимический блок с растворимыми электродами (см. патент РФ №2071245, A01G 25/00, 1997). Растворимые электроды выполнены из металлов или сплавов, ионы которых насыщают воду для полива. Известен способ подготовки воды для полива, включающий обработку воды в анодной и катодной камерах диафрагменного электролизера, причем обработанная в катодной камере вода применяется для полива как самостоятельно, так и в виде смеси с анолитом или в виде раствора удобрений (см. патент РФ №219500, A01G 25/00, 2002).Reducing the cost of water treatment is carried out, in particular, using electrochemical processing methods. A known method of processing by passing water through an electrochemical block with soluble electrodes (see RF patent No. 2071245, A01G 25/00, 1997). Soluble electrodes are made of metals or alloys whose ions saturate water for irrigation. A known method of preparing water for irrigation, including the treatment of water in the anode and cathode chambers of the diaphragm electrolyzer, moreover, the water treated in the cathode chamber is used for irrigation both independently and in the form of a mixture with anolyte or in the form of a fertilizer solution (see RF patent No. 219500, A01G 25/00, 2002).
Недостатком известных способов является сравнительная сложность, а также низкая функциональность, поскольку отсутствует возможность оперативно и направленно изменять характеристики или катодной, или анодной обработки воды.A disadvantage of the known methods is the comparative complexity, as well as low functionality, since there is no possibility to quickly and directionally change the characteristics of either the cathodic or anodic treatment of water.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ обработки воды для полива, включающий обработку исходной воды в катодной камере первого диафрагменного электролизера и смешение ее с продуктом обработки раствора в анодной камере второго диафрагменного электролизера (см. патент РФ №2219761, A01G 25/02, 2003, прототип). Известный способ позволяет сравнительно просто разнонаправленно изменять характеристики анолита и католита. Однако недостатком известного решения является сложность внесения в обработанную воду питательных веществ, так как такое внесение осуществляется введением в воду химических веществ, что требует повышенных трудозатрат на само внесение и растворение реагентов, а также проведения тщательного контроля во избежание повышенного солесодержания поливной воды.The closest in technical essence and the achieved result is a method of treating water for irrigation, including treating the source water in the cathode chamber of the first diaphragm electrolyzer and mixing it with the solution treatment product in the anode chamber of the second diaphragm electrolyzer (see RF patent No. 22179761, A01G 25/02 2003 prototype). The known method allows a relatively simple multidirectional change in the characteristics of the anolyte and catholyte. However, a disadvantage of the known solution is the difficulty of introducing nutrients into the treated water, since such introduction is carried out by introducing chemicals into the water, which requires increased labor costs for the introduction and dissolution of the reagents, as well as careful monitoring to avoid increased salinity of irrigation water.
Техническим результатом использования настоящего изобретения является упрощение процесса подготовки воды для полива за счет обеспечения внесения в воду основных элементов (азота, фосфора или их смеси) на стадии электрохимической подготовки без увеличения солесодержания подготовленной воды.The technical result of using the present invention is to simplify the process of preparing water for irrigation by ensuring the introduction of the main elements (nitrogen, phosphorus or a mixture thereof) into the water at the stage of electrochemical preparation without increasing the salt content of the prepared water.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе подготовки воды для полива, который включает обработку исходной воды в катодной камере первого диафрагменного электролизера и смешение ее с продуктом обработки раствора в анодной камере второго диафрагменного электролизера, в качестве исходной воды используют очищенную пресную воду, на обработку в анодную камеру второго электролизера подают раствор фосфорной или азотной кислоты или их смесь, и обработку в катодной камере первого электролизера ведут до достижения рН 9,5-10,0, а обработку в анодной камере второго электролизера ведут до увеличения исходного окислительно-восстановительного потенциала раствора кислоты на 200-400 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения. Для обработки целесообразно использовать пресную воду минерализацией 0,2-2,0 г/л.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of preparing water for irrigation, which includes treating the source water in the cathode chamber of the first diaphragm electrolyzer and mixing it with the solution treatment product in the anode chamber of the second diaphragm electrolyzer, purified fresh water is used as the source water for processing a solution of phosphoric or nitric acid or a mixture thereof is fed into the anode chamber of the second electrolyzer, and processing in the cathode chamber of the first electrolyzer is carried out until a pH of 9.5-10.0 is reached, and the processing in the anode chamber of the second electrolyzer is carried out until the initial redox potential of the acid solution is increased by 200-400 mV relative to the silver chloride reference electrode. For processing, it is advisable to use fresh water with a salinity of 0.2-2.0 g / l.
В анодную камеру второго электролизера подают раствор фосфорной или азотной кислоты или их смесь концентрацией 1-2 г/л.A solution of phosphoric or nitric acid or a mixture of 1-2 g / L is fed into the anode chamber of the second electrolyzer.
В качестве диафрагменных электролизеров целесообразно использовать электролизеры с керамической наноструктурированной ультрафильтрационной диафрагмой.As diaphragm electrolyzers, it is advisable to use electrolyzers with a ceramic nanostructured ultrafiltration diaphragm.
Смешение обработанной исходной воды в катодной камере первого диафрагменного электролизера с продуктом обработки раствора кислоты в анодной камере второго диафрагменного электролизера ведут до достижения рН воды для полива 5,5-7,5.Mixing the treated source water in the cathode chamber of the first diaphragm electrolyzer with the product of processing the acid solution in the anode chamber of the second diaphragm electrolyzer is carried out until the pH of the irrigation water reaches 5.5-7.5.
В случае необходимости после смешения в воду для полива вводят микроэлементы и/или жидкие удобрения.If necessary, after mixing in the water for irrigation, microelements and / or liquid fertilizers are introduced.
В случае необходимости обработки сравнительно большого количества воды при ее повышенной минерализации целесообразно использовать первый электролизер и/или второй электролизеры, содержащие более одной катодной и более одной анодной камер, при этом в первом электролизере анодные и катодные камеры соединены последовательно. Во втором электролизере электродные камеры могут быть соединены по такому же принципу или параллельно, что целесообразно при обработке большого объема раствора. Исходную воду подают на обработку в первую по ходу катодную камеру, а на обработку в анодные камеры подают исходную воду, причем подают ее в последнюю по ходу анодную камеру, то есть растворы проходят в каждой анодной и катодной камерах прямотоком, а сами камеры последовательно проходят противотоком. Раствор после обработки в анодных камерах первого электролизера подают на нейтрализацию в катодную камеру или камеры второго электролизера.If it is necessary to process a relatively large amount of water with its increased mineralization, it is advisable to use the first electrolyzer and / or the second electrolyzer containing more than one cathode and more than one anode chambers, while the anode and cathode chambers are connected in series in the first electrolyzer. In the second cell, the electrode chambers can be connected in the same way or in parallel, which is advisable when processing a large volume of solution. The source water is fed to the first cathode chamber for treatment, and the source water is fed to the anode chambers for processing, and it is supplied to the last anode chamber, i.e., the solutions pass in each anode and cathode chambers in direct flow, and the chambers themselves pass countercurrently . The solution after processing in the anode chambers of the first electrolysis cell is fed to neutralization in the cathode chamber or chambers of the second electrolysis cell.
В качестве исходной воды используют очищенную пресную воду, например воду из открытых водоемов, очищенную от взвешенных примесей или водопроводную воду. Для обработки целесообразно использовать пресную воду минерализацией 0,2-2,0 г/л. Использование воды с меньшей минерализацией ведет к получению продукта с низким содержанием питательных веществ, что не оказывает положительного влияния на развитие и рост растений. Использование воды с более высокой минерализацией может привести к осаждению нерастворимых гидроокисей на элементах электролизеров. Это приведет к повышенному расходу энергии и трудозатратам на очистку электролизеров. При обработке исходной воды в катодной камере электролизера при повышении рН до значений 9,5-10,0 можно получить микровзвесь нерастворимых гидроксидов металлов, например, магния и кальция, которые являются необходимыми микроэлементами для подкормки растений, и одновременно удалить из обрабатываемой воду такие соединения, как хлориды, сульфаты, которые оказывают отрицательное влияние на растения. Кроме того, микрочастицы гидроксидов легко переходят в раствор при смешении с продуктом обработки кислоты в анодной камере второго электролизера. При меньшем значении рН гидроксиды не образуются. А при большем, чем значения рН 10, частицы гидроксидов коалесцируют с образованием крупных частиц осадка, которые не могут усваиваться растениями.As the source water, purified fresh water is used, for example, water from open water bodies, purified from suspended impurities or tap water. For processing, it is advisable to use fresh water with a salinity of 0.2-2.0 g / l. The use of water with less mineralization leads to a product with a low content of nutrients, which does not have a positive effect on the development and growth of plants. The use of water with higher salinity can lead to the deposition of insoluble hydroxides on the cells. This will lead to increased energy consumption and labor costs for cleaning electrolyzers. When treating the source water in the cathode chamber of the electrolyzer with increasing pH to 9.5-10.0, it is possible to obtain a micro suspension of insoluble metal hydroxides, for example, magnesium and calcium, which are necessary trace elements for plant nutrition, and at the same time remove such compounds from the treated water, like chlorides, sulfates, which have a negative effect on plants. In addition, the hydroxide microparticles easily pass into the solution when mixed with the acid treatment product in the anode chamber of the second cell. At a lower pH, hydroxides do not form. And at a pH greater than pH 10, hydroxide particles coalesce to form large sediment particles that cannot be absorbed by plants.
То, что на обработку в анодную камеру второго электролизера подают раствор фосфорной или азотной кислоты или их смесь, позволяет перевести в обрабатываемую воду для полива полезные вещества, содержащие фосфор и азот, которые являются ценными питательными компонентами. Обработку в анодной камере второго электролизера ведут до увеличения исходного окислительно-восстановительного потенциала раствора кислоты на 200-400 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения. Указанный режим обусловлен тем, что при незначительном увеличении потенциала - менее 200 мВ - образуется малое количество продуктов электродных реакций, например надкислот, необходимых для образования активированных удобрений, а при увеличении более 400 мВ возрастают непроизводительные затраты электроэнергии.The fact that a solution of phosphoric or nitric acid or a mixture of them is fed into the anode chamber of the second electrolyzer for processing allows us to transfer useful substances containing phosphorus and nitrogen into the treated water for irrigation, which are valuable nutrient components. Processing in the anode chamber of the second cell is carried out until the initial redox potential of the acid solution is increased by 200-400 mV relative to the silver chloride reference electrode. This mode is due to the fact that with a slight increase in potential - less than 200 mV - a small number of products of electrode reactions, for example, peracids, are formed, which are necessary for the formation of activated fertilizers, and with an increase of more than 400 mV, unproductive energy costs increase.
Концентрацию кислоты или смеси кислот поддерживают на уровне 1-2 г/л. Использование кислоты или смеси кислот с меньшей минерализацией ведет к получению продукта с низким содержанием питательных веществ, что не оказывает положительного влияния на режим роста растений. Использование же более высокой минерализации не обеспечивает условий для синтеза надкислот.The concentration of the acid or mixture of acids is maintained at a level of 1-2 g / l. The use of an acid or mixture of acids with less mineralization leads to a product with a low content of nutrients, which does not have a positive effect on the growth mode of plants. The use of higher mineralization does not provide conditions for the synthesis of peracids.
В качестве диафрагменных электролизеров целесообразно использовать электролизеры с керамической наноструктурированной ультрафильтрационной диафрагмой. В электролизерах с такой диафрагмой сохраняется высокая степень постоянства параметров процесса и создается возможность направлено влиять на электроперенос катионов и анионов через диафрагму путем изменения легко регулируемых параметров процесса, таких как плотность тока, давление в камерах и т.п. Может быть использована керамика из оксида алюминия или керамика из смеси оксида алюминия с оксидами других, например редкоземельных, металлов.As diaphragm electrolyzers, it is advisable to use electrolyzers with a ceramic nanostructured ultrafiltration diaphragm. In electrolyzers with such a diaphragm, a high degree of constancy of the process parameters is maintained and the opportunity is created to influence the electric transport of cations and anions through the diaphragm by changing easily adjustable process parameters, such as current density, chamber pressure, etc. Ceramics made of alumina or ceramics made of a mixture of alumina with oxides of other metals, such as rare earths, can be used.
Смешение обработанной исходной воды в катодной камере первого диафрагменного электролизера с продуктом обработки раствора кислоты в анодной камере второго диафрагменного электролизера ведут до достижения рН воды для полива 5,5-7,5. Поддержания такого интервала рН обусловлено тем, что при более низких значениях рН увеличивается кислотность поливной воды, что может привести к химическим ожогам растений, а при более высоких значениях начинается выпадение нерастворимых осадков гидроокисей металлов, что снижает питательность поливной воды.Mixing the treated source water in the cathode chamber of the first diaphragm electrolyzer with the product of processing the acid solution in the anode chamber of the second diaphragm electrolyzer is carried out until the pH of the irrigation water reaches 5.5-7.5. Maintaining this pH range is due to the fact that at lower pH values, the acidity of irrigation water increases, which can lead to chemical burns of plants, and at higher values, insoluble precipitation of metal hydroxides begins to fall, which reduces the nutritional value of irrigation water.
В случае необходимости после смешения в воду для полива вводят микроэлементы и/или жидкие удобрения. Это определяется условиями решаемой задачи и требованиями к подкормке определенных видов растений.If necessary, after mixing in the water for irrigation, microelements and / or liquid fertilizers are introduced. This is determined by the conditions of the problem being solved and the requirements for feeding certain types of plants.
В случае необходимости обработки сравнительно большого количества воды при ее повышенной минерализации целесообразно использовать первый и второй электролизеры, содержащие более одной катодной и более одной анодной камер, при этом в первом электролизере анодные и катодные камеры соединены последовательно. Исходную воду подают на обработку в первую по ходу катодную камеру, а на обработку в анодные камеры подают исходную воду, причем подают ее в последнюю по ходу анодную камеру, то есть растворы проходят в соседних анодной и катодной камерах прямотоком, а сами камеры (анодные или катодные) последовательно проходят противотоком. Раствор после обработки в анодных камерах первого электролизера подают на нейтрализацию в катодную камеру или камеры второго электролизера. Количество и геометрия камер второго электролизера и их гидравлическое соединение определяются требуемой производительностью и исходными условиями - минерализацией исходной воды, ее составом, концентрацией кислоты и т.п. Такая схема организации процесса позволяет избежать засорения диафрагм электрохимических ячеек и перевести значения рН сбрасываемых вод из анодных камер первого электролизера в область нейтральных значений, что повышает экологичность процесса.If it is necessary to treat a relatively large amount of water with its increased mineralization, it is advisable to use the first and second electrolytic cells containing more than one cathode and more than one anode chambers, while the anode and cathode chambers are connected in series in the first electrolyzer. The source water is fed to the first cathode chamber for treatment, and the source water is fed to the anode chambers for treatment, and it is supplied to the last anode chamber, i.e., the solutions pass in the direct flow path to the adjacent anode and cathode chambers, and the chambers themselves (anode or cathode) sequentially pass countercurrent. The solution after processing in the anode chambers of the first electrolysis cell is fed to neutralization in the cathode chamber or chambers of the second electrolysis cell. The number and geometry of the chambers of the second cell and their hydraulic connection are determined by the required capacity and initial conditions - mineralization of the source water, its composition, acid concentration, etc. Such a process organization scheme avoids clogging of the diaphragms of electrochemical cells and transfers the pH values of the discharged water from the anode chambers of the first electrolyzer to the region of neutral values, which increases the environmental friendliness of the process.
Для осуществления способа использовалась установка производительностью 40 л/час. Данная установка, являющаяся частью серии установок, различающихся производительностью, получила название «Росток».To implement the method, a plant with a capacity of 40 l / h was used. This unit, which is part of a series of units that differ in productivity, is called "Rostock".
Схема установки приведена на фиг.1.The installation diagram is shown in figure 1.
Установка содержит первый электролизер, выполненный по модульному принципу и содержащий четыре электрохимические ячейки 1-4, каждая из которых разделена керамической диафрагмой на основе оксида алюминия на анодную 5 и катодную 6 камеры. Анодные камеры 5 и катодные камеры 6 ячеек 1-4 соединены последовательно - выход анодной камеры 5 ячейки 1 соединен со входом анодной камеры 5 ячейки 2 и т.д., а выход катодной камеры 6 ячейки 4 соединен со входом катодной камеры ячейки 3 и т.д. Установка содержит линию 7 подачи исходной воды, соединенную с источником воды (открытый водоем, артезианская скважина, водопровод) (не показан). На линии 7 последовательно установлены фильтр 8, регулятор давления 9 и датчик протока 10. После датчика протока 10 к линии 7 присоединена байпасная линия 11 с установленным не ней вентилем 12. Линия 11 соединена с анодной камерой 5 ячейки 1, а линия 7 - с катодной камерой ячейки 4.The installation contains the first electrolyzer, made on a modular basis and containing four electrochemical cells 1-4, each of which is divided by a ceramic diaphragm based on aluminum oxide into the anode 5 and cathode 6 of the chamber. The anode chambers 5 and the cathode chambers 6 of cells 1-4 are connected in series - the output of the anode chamber 5 of cell 1 is connected to the input of the anode chamber 5 of cell 2, etc., and the output of the cathode chamber 6 of cell 4 is connected to the input of the cathode chamber of cell 3 and t .d. The installation comprises a feed water supply line 7 connected to a water source (open water reservoir, artesian well, water supply) (not shown). Filter 8, a pressure regulator 9, and a flow sensor 10 are sequentially installed on line 7. After the flow sensor 10, a bypass line 11 with a valve 12 installed on it is connected to line 7. Line 11 is connected to the anode chamber 5 of cell 1, and line 7 to the cathode cell camera 4.
Выход катодной камеры 6 ячейки 1 соединен с линией отвода 13 обработанного в катодных камерах 6 ячеек 1-4 раствора. Линия 13 соединена со смесителем 14.The output of the cathode chamber 6 of the cell 1 is connected to the withdrawal line 13 of the solution processed in the cathode chambers 6 cells 1-4. Line 13 is connected to the mixer 14.
Установка содержит второй электролизер 15 с анодной 16 и катодной 17 камерами, разделенными керамической диафрагмой на основе оксида алюминия. Установка также содержит емкость 18 с раствором кислоты или смеси кислот, линию 19 подачи раствора кислоты из емкости 18 в анодную камеру 16 электролизера 15. На линии 19 между емкостью 18 и входом в анодную камеру 16 последовательно установлены перистальтический насос 20 и манометр 21. Выход анодной камеры 16 соединен линией 22 со смесителем 14. На линии 22 перед соединением со смесителем размещен стабилизатор давления 23. Вход катодной камеры 17 соединен линией 24 с выходом анодной камеры 5 ячейки 4, а выход катодной камеры 17 электролизера 15 соединен с линией 25 отвода в дренаж.The installation contains a second electrolytic cell 15 with an anode 16 and a cathode 17 chambers separated by a ceramic diaphragm based on aluminum oxide. The installation also contains a container 18 with an acid solution or an acid mixture, a line 19 for supplying an acid solution from the tank 18 to the anode chamber 16 of the electrolyzer 15. On the line 19 between the tank 18 and the inlet of the anode chamber 16, a peristaltic pump 20 and a manometer 21 are installed in series. the chamber 16 is connected by a line 22 to the mixer 14. On the line 22, before connecting to the mixer, a pressure stabilizer 23 is placed. The input of the cathode chamber 17 is connected by a line 24 to the output of the anode chamber 5 of cell 4, and the output of the cathode chamber 17 of the electrolyzer 15 is connected to the line 25 th outlet to the drain.
Линия отвода подготовленной для полива воды 26 соединена со смесителем 14.The drain line prepared for irrigation water 26 is connected to the mixer 14.
Установка работает следующим образом. Исходная вода очищается от взвешенных частиц на фильтре 8 и по линии 7 через регулятор давления 9 и датчик протока 10 поступает на обработку в катодную камеру 6 ячейки 4 и, последовательно пройдя катодные камеры ячеек 3, 2 и 1, по линии 13 поступает в смеситель 14.Installation works as follows. The source water is purified from suspended particles on the filter 8 and through line 7 through the pressure regulator 9 and the flow sensor 10 enters the cathode chamber 6 of the cell 4 for processing and, after passing through the cathode chambers of cells 3, 2 and 1, enters the mixer 14 through line 13 .
По байпасной линии 11 исходная вода через вентиль 12 поступает в анодную камеру 5 ячейки 1 и, последовательно пройдя анодные камеры ячеек 2, 3 и 4, по линии 24 направляется в катодную камеру 17 электролизера 15, где нейтрализуется и по линии 25 отводится в дренаж. В анодную камеру 16 электролизера 15 по линии 19 насосом 20 подается раствор кислоты или смеси кислот. Проток через анодную камеру 16 регулируется режимом работы насоса 20 с помощью манометра 21 и стабилизатора давления 23. После обработки в анодной камере 16 раствор кислоты или смеси кислот по линии 22 поступает в смеситель 14, где смешивается с исходной водой, прошедшей обработку в катодных камерах 6 ячеек 1-4. Полученная в результате смешения вода для полива по линии 26 поступает потребителю.Through the bypass line 11, the source water through the valve 12 enters the anode chamber 5 of cell 1 and, successively passing the anode chambers of the cells 2, 3 and 4, is sent through line 24 to the cathode chamber 17 of the electrolysis cell 15, where it is neutralized and discharged through line 25 to the drainage. In the anode chamber 16 of the electrolysis cell 15, a solution of an acid or mixture of acids is supplied by pump 20 through line 19. The flow through the anode chamber 16 is controlled by the operating mode of the pump 20 using a pressure gauge 21 and a pressure stabilizer 23. After processing in the anode chamber 16, the solution of the acid or mixture of acids through line 22 enters the mixer 14, where it is mixed with the source water that has been treated in the cathode chambers 6 cells 1-4. The resulting water for irrigation through line 26 enters the consumer.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами, которые, однако, не исчерпывают всех вариантов его осуществления.The invention is illustrated by the following examples, which, however, do not exhaust all the options for its implementation.
Пример 1. В качестве исходной воды была использована водопроводная вода минерализацией 0,3 г/л и значением рН 7,2. В исходной воде содержались хлориды, сульфаты и карбонаты натрия, калия, кальция и магния. Концентрация хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов составляла 0,12 г/л, концентрация сульфатов 0,13 г/л, концентрация карбонатов и гидрокарбонатов - 0,04 г/л. Суммарная концентрация хлоридов и сульфатов железа, кобальта, меди, марганца составила 0,01 г/л.Example 1. As the source water was used tap water with a salinity of 0.3 g / l and a pH value of 7.2. The source water contained chlorides, sulfates and carbonates of sodium, potassium, calcium and magnesium. The concentration of chlorides of alkali and alkaline earth metals was 0.12 g / l, the concentration of sulfates was 0.13 g / l, the concentration of carbonates and bicarbonates was 0.04 g / l. The total concentration of chlorides and sulfates of iron, cobalt, copper, manganese was 0.01 g / l.
Исходная вода под давлением 1,2 кгс/см2 поступала в катодную камеру 6 ячейки 4 и, пройдя катодные камеры 6 ячеек 3, 2 и 1, поступала в смеситель 14. За счет протекания электрохимической обработки в катодных камерах, вода, поступающая в смеситель 14, имела следующие характеристики: рН 10,3, ОВП=-750 мВ (х.с.э.).The source water under a pressure of 1.2 kgf / cm 2 entered the cathode chamber 6 of the cell 4 and, passing the cathode chambers 6 cells 3, 2 and 1, entered the mixer 14. Due to the electrochemical treatment in the cathode chambers, the water entering the mixer 14, had the following characteristics: pH 10.3, ORP = -750 mV (h.s.).
По линии 11 исходная вода, расход которой регулировался вентилем 12, поступала в анодную камеру 5 ячейки 1 и, пройдя анодные камеры 5 ячеек 2, 3 и 4, по линии 24 направлялась в катодную камеру 17 электролизера 15. В результате обработки в анодных камерах исходная вода, поступающая в катодную камеру 17, имела следующие характеристики: рН 3,8; ОВП=+650 мВ (х.с.э.).On line 11, the source water, the flow rate of which was regulated by valve 12, entered the anode chamber 5 of cell 1 and, passing the anode chambers 5 cells 2, 3 and 4, was sent along line 24 to the cathode chamber 17 of the electrolyzer 15. As a result of processing in the anode chambers, the original the water entering the cathode chamber 17 had the following characteristics: pH 3.8; ORP = + 650 mV (HSE).
Одновременно с подачей обработанной исходной воды в катодную камеру 17 в анодную камеру 16 электролизера 15 подавался раствор ортофосфорной кислоты, концентрацией 1,1 г/л, имеющий рН 2,2 и ОВП=+490 мВ (х.с.э.). После обработки в анодной камере 16 раствор кислоты имел следующие характеристики: рН 1,9; ОВП=+1015 мВ (х.с.э.), за счет образования надфосфорных кислот, таких как пероксофосфорная (Н3РО5) и пероксопирофосфорная (H4P2O8).Simultaneously with the feed of treated source water into the cathode chamber 17, an orthophosphoric acid solution with a concentration of 1.1 g / L, having a pH of 2.2 and an ORP of + 490 mV (h.s.) was supplied to the anode chamber 16 of the electrolyzer 15. After processing in the anode chamber 16, the acid solution had the following characteristics: pH 1.9; ORP = + 1015 mV (h.s.), due to the formation of phosphoric acids such as peroxophosphoric (H 3 PO 5 ) and peroxopyrophosphoric (H 4 P 2 O 8 ).
Обработанный раствор активированной кислоты по линии 22 поступал в смеситель 14, где смешивался с обработанной в катодных камера 6 ячеек 1-4 исходной водой. После смешения получена вода с минерализацией 0,29 г/л, имеющая следующие характеристики: рН 6,7; ОВП=-20 мВ (х.с.э.). Указанная вода, содержащая полезные элементы (натриевые, калиевые, магниевые кальциевые, а также металлы примесной группы соли фосфорной и надфосфорных кислот) и имеющая оптимальные характеристики для полива растений, подавалась потребителю.The treated solution of activated acid through line 22 entered the mixer 14, where it was mixed with the treated water in the cell cathode 6 cells 1-4. After mixing, water with a salinity of 0.29 g / l was obtained, having the following characteristics: pH 6.7; ORP = -20 mV (HSE). The specified water containing useful elements (sodium, potassium, magnesium calcium, as well as metals of the impurity group salts of phosphoric and naphosphoric acids) and having optimal characteristics for watering plants, was supplied to the consumer.
Пример 2. Воду для полива получали в условиях примера 1, но в качестве раствора кислоты использовали смесь азотной и фосфорной кислот при соотношении 1:1, общей минерализацией 1 г/л, рН 2,1 и ОВП=+658 мВ (х.с.э.).Example 2. Water for irrigation was obtained under the conditions of Example 1, but a mixture of nitric and phosphoric acids was used as an acid solution at a ratio of 1: 1, with a total mineralization of 1 g / L, pH 2.1, and ORP = + 658 mV (chemical grade) .e.).
Полученная в результате вода для полива имела следующие характеристики: рН 6,8; ОВП=-43 мВ (х.с.э.). Общая минерализация воды составляла 0,31 г/л.The resulting water for irrigation had the following characteristics: pH 6.8; ORP = -43 mV (HSE). The total mineralization of water was 0.31 g / l.
Как следует из представленных данных, достигается упрощение процесса подготовки воды для полива при внесении в воду основных питательных элементов (азота, фосфора или их смеси) на стадии электрохимической подготовки без увеличения солесодержания подготовленной воды и без повышения трудозатрат.As follows from the data presented, a simplification of the process of preparing water for irrigation when introducing the main nutrient elements (nitrogen, phosphorus or a mixture thereof) into the water at the stage of electrochemical preparation without increasing the salt content of the prepared water and without increasing labor costs is achieved.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012141695/13A RU2518436C2 (en) | 2012-10-02 | 2012-10-02 | Method of preparing water for irrigation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012141695/13A RU2518436C2 (en) | 2012-10-02 | 2012-10-02 | Method of preparing water for irrigation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012141695A RU2012141695A (en) | 2013-01-27 |
| RU2518436C2 true RU2518436C2 (en) | 2014-06-10 |
Family
ID=48805445
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012141695/13A RU2518436C2 (en) | 2012-10-02 | 2012-10-02 | Method of preparing water for irrigation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2518436C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6017461A (en) * | 1995-03-15 | 2000-01-25 | Garvey; Ernest Sydney | Water purification systems |
| JP2000263054A (en) * | 1999-03-15 | 2000-09-26 | Sanyo Electric Co Ltd | Water purifier |
| RU2207982C2 (en) * | 2001-07-05 | 2003-07-10 | Бахир Витольд Михайлович | Water treatment method |
| RU2219761C1 (en) * | 2002-07-15 | 2003-12-27 | Государственное научное учреждение "Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий" | System for preparation of water and delivery of fertilizer into soil at drop irrigation |
-
2012
- 2012-10-02 RU RU2012141695/13A patent/RU2518436C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6017461A (en) * | 1995-03-15 | 2000-01-25 | Garvey; Ernest Sydney | Water purification systems |
| JP2000263054A (en) * | 1999-03-15 | 2000-09-26 | Sanyo Electric Co Ltd | Water purifier |
| RU2207982C2 (en) * | 2001-07-05 | 2003-07-10 | Бахир Витольд Михайлович | Water treatment method |
| RU2219761C1 (en) * | 2002-07-15 | 2003-12-27 | Государственное научное учреждение "Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий" | System for preparation of water and delivery of fertilizer into soil at drop irrigation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012141695A (en) | 2013-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2640668B1 (en) | A physico-chemical process for removal of nitrogen species from recirculated aquaculture systems | |
| US10221491B2 (en) | Process and apparatus for generating or recovering hydrochloric acid from metal salt solutions | |
| KR101639848B1 (en) | The manufacturing process of high hardness drinking water using NF/RO/ED membrane connection system | |
| KR102078056B1 (en) | nutrient solution providing system for cultivating facility | |
| WO2010064946A1 (en) | Electrochemical modular cell for processing electrolyte solutions | |
| CN111253005B (en) | A kind of method of anaerobic fermentation broth resource utilization | |
| CN209906548U (en) | Apparatus for producing of waste water purification ammonium chloride | |
| CN102828198A (en) | Method for preparing high-purity quaternary ammonium hydroxide by electrolyzing organic ammonium salt with perfluorinated ion exchange membrane in chlor-alkali | |
| CN104710319A (en) | Green environmentally-friendly method for combined production of amino acid and analog thereof by using membrane integration technology | |
| WO2020123728A1 (en) | Method and system for treating agricultural or industrial recirculation water | |
| CN110845054A (en) | Method and device for enhanced denitrification and nitrogen and phosphorus recovery by struvite cyclic crystallization method | |
| CN101066770A (en) | Process of preparing potassium sulfate with potassium containing bittern of magnesium sulfate subtype | |
| Aung et al. | Ammonia-selective recovery from anaerobic digestate using electrochemical ammonia stripping combined with electrodialysis | |
| CN106830184A (en) | The exchange of effects of ion and method for concentration and device | |
| CN110902898A (en) | Device and method for removing nitrogen and phosphorus in sewage by magnesium anode electrodialysis method | |
| Zhu et al. | Integrating divided electrolysis-microfiltration process for energy-efficient phosphorus recovery in the form of calcium phosphate | |
| CN110272061B (en) | A method of making salt | |
| RU2593877C2 (en) | Method for cleaning discharge fluids from phosphates and sulphates | |
| RU2518436C2 (en) | Method of preparing water for irrigation | |
| CN106631854B (en) | A method of inorganic salts in removal l-Alanine fermented feed liquid | |
| CN117401860B (en) | Fracturing flow-back fluid treatment equipment and treatment method | |
| DK146200B (en) | PROCEDURES FOR ENERGY-SAVING WASTEWORKING DERIVED FROM THE REGENERATION OF THE ION EXCHANGE AND ADSORPTION RESINTS used in the treatment of sugarcane | |
| EP3673098A1 (en) | Device for the recovery of products of the electrolysis of an alkali metal chloride solution | |
| CN100484885C (en) | Method, device and use for chemically treating a liquid medium containing nitrates | |
| RU2219761C1 (en) | System for preparation of water and delivery of fertilizer into soil at drop irrigation |