Установка для опреснения минерализованной воды

 

Использование: в сельском хозяйстве, в частности в орошаемом земледелии при создании гидромелиоративных систем с замкнутым циклом водооборота, а также для промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения. Установка включает подводящий канал с датчиком минерализации воды, вододелителем и водовыпусками, накопитель минерализованной воды с двумя отсеками, накопитель опресненной воды, испаритель, насосные станции, подводящие напорные трубопроводы, льдоплощадку с противофильтрационным экраном, оградительными валами, отсечной дреной и водовыпусками, аппараты зимнего дождевания для намораживания ледяного массива, канал-собиратель рассолов и опресненной воды, закрытый самотечный коллектор с водозаборами из канала-собирателя, контрольно-измерительный комплекс (КИК) для слежения за минерализацией воды в коллекторе, энергетическую установку, устройство для нагрева воздуха и компрессор для подачи нагретого воздуха в коллектор. Льдоплощадка в форме конуса или полого цилиндра со стококонцентрирующими ложбинами размещена в центре установки и снабжена кольцевой отсечной дреной, водовыпусками, оградительными валами, а также ограничена по периметру кольцевым каналом-собирателем, связанным водозаборами с кольцевым закрытым самотечным коллектором. Накопители минерализованной и опресненной воды, испаритель расположены последовательно в пределах кольца, разделены перемычками, отделены от канала собирателя кольцевой дамбой. В дамбе размещен кольцевой напорный трубопровод с равномерно распределенными по его длине аппаратами зимнего дождевания. Канал-собиратель и закрытый самотечный коллектор выполнены каждый из двух участков с противоположными уклонами в сторону насосной станции. Насосная станция имеет аванкамеру, связанную с самотечным закрытым коллектором водоводом с регулирующим сооружением и КИК. Установка снабжена скважиной для закачки рассолов в подземные горизонты, дополнительной насосной станцией с водозабором из испарителя и напорным трубопроводом. В форме полого цилиндра льдоплощадка оборудована уровнемером, а ее поверхность имеет черный цвет. Установка содержит подкачивающую насосную станцию с водозабором из испарителя и напорным трубопроводом для подачи рассолов в пределы льдоплощадки. Испаритель снабжен шнековым транспортером, центрифугой и механизмом для фасовки солей, к тому же установка включает хранилище солей. 15 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к технике опреснения минерализованной воды вымораживанием с использованием естественных климатических факторов и может быть использовано в орошаемом земледелии при создании гидромелиоративных систем с замкнутым циклом водооборота, а также для промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения.

Известна установка для послойного намораживания и размораживания льда в естественных условиях, содержащая насос, связанный с напорными трубами для подвода воды на льдоплощадку, вертикальные стояки с водокольцевыми форсунками, дренажный трубопровод, которая, с целью получения льда из засоленных и оборотных вод, снабжена перфорированными рассолоотводящими трубами, объединенными общим коллектором, и откачным насосом, льдоплощадка имеет насыпной дренирующий слой, при этом трубы для подвода воды и рассолоотводящие трубы установлены с уклоном 1-2^o, последние расположены в дренирующем слое, а на вертикальных стояках смонтированы вибраторы и сменные рассекатели воды; один из рассекателей, предназначенный для намораживания, выполнен в виде конуса, а другой, предназначенный для размораживания, - в виде перфорированной полусферической оболочки (SU, авторское свидетельство 875185, М. кл.³ F 25 С 1/02. Установка для послойного намораживания и размораживания льда в естественных условиях // Бакалов В.Д., Громан Д.С., Минасян Р.Г. и Корнев В.А. Заявлено 31.08.78, опубликовано 23.10.81).

К недостаткам данной установки следует отнести низкую производительность из-за применения технологии послойного намораживания, отсутствие увязки параметров дождя с метеорологическими факторами, отсутствие возможности создания высоких массивов льда, длительность процесса опреснения, низкую надежность рассолоотводящей системы.

Известна также установка для опреснения минерализованных вод, включающая опреснительные льдоплощадки, насосную станцию с подводящим напорным трубопроводом, дождеватель для разбрызгивания, насыпной дренирующий слой, дренажный трубопровод и пруд-испаритель, которая, с целью повышения эффективности путем обеспечения регулирования качества и минерализации опресненных вод, дополнительно содержит пруд-накопитель минерализованных вод с донным водовыпуском и приямком в зоне водозабора, пруд-аккумулятор опресненных вод, напорный трубопровод насосной станции снабжен перфорированным патрубком в нижней зоне приямка водозабора, а дренажный трубопровод оборудован задвижкой; пруд-накопитель, пруд-аккумулятор и пруд-испаритель последовательно расположены в направлении основного уклона местности; она дополнительно содержит бассейн для аккумуляции минерализованных вод и канал для подвода пресной воды; она снабжена оборудованием для нанесения на ледяной массив мелкодисперсных частиц (SU, авторское свидетельство 1786005 А1, МПК⁵ С 02 F 1/22. Установка для опреснения минерализованных вод // Алимов А.Г., Варламов Н.Е., Брызгалин А. Д., Мариненко В.Е., Конторович И.И., Бальбеков Р.А. Заявлено 09.11.89, опубликовано 07.01.93).

Недостатками данной установки являются низкая надежность рассолоотводящей системы в зимний период, ограничения на рельеф местности, в условиях которого возможно создание и эффективное функционирование установки - овражно-балочная сеть.

Известно также устройство для опреснения соленой воды, содержащее бассейны для намораживания и накопления соленого льда, причем бассейн-накопитель размещен в центре и содержит систему дренажей и трубопроводов, в которой, с целью сокращения объемов земляных работ при его строительстве и размещения в топографически сложной местности, бассейны для намораживания и накопления расположены соосно и имеют в горизонтальном сечении форму круга (SU, авторское свидетельство 1808815 А1, МПК⁵ С 02 F 1/22, В 01 D 9/04. Устройство для опреснения соленой воды // И.И.Нехорошев. Заявлено 29.09.89, опубликовано 15.04.93).

Недостатками устройства являются низкая производительность из-за применения технологии послойного намораживания льда, отсутствие технических решений новой специальной высокоэффективной льдоразрабатывающей машины и механизма для метания разработанного льда из забоя в бассейн-накопитель.

Данное устройство нами принято за прототип.

Известна также установка для опреснения минерализованной воды, включающая накопитель минерализованной воды, насосную станцию с подводящими напорными трубопроводами для подачи минерализованной воды на льдоплощадки к аппаратам зимнего дождевания и опресненной воды к потребителю, связанными между собой регулирующим сооружением, льдоплощадку с дренирующим слоем, противофильтрационным экраном, оградительными валами, отсечной дреной и водовыпусками, аппараты зимнего дождевания для намораживания ледяного массива, канал-собиратель рассолов и опресненной воды с регулирующими сооружениями, накопитель опресненной воды и испаритель, дополнительно содержит контрольно-измерительный комплекс, энергетическую установку и закрытый самотечный коллектор, связанный с каналом-собирателем водозаборами, оголовок которых выполнен из гидрофобного материала и защищен от попадания снежных осадков, причем коллектор уложен ниже среднемноголетней глубины промерзания грунтов и имеет регулирующее сооружение для изменения направления потока либо в испаритель, либо в накопитель опресненных вод; контрольно-измерительный комплекс для слежения за уровнем минерализации воды в канале-собирателе и закрытом самотечном коллекторе связан с исполнительными механизмами регулирующих сооружений для изменения направления потока; энергетическая установка электрически связана с устройством для нагрева воздуха и компрессором для подачи нагретого воздуха в закрытый самотечный коллектор; накопитель минерализованной воды гидравлически связан с испарителем посредством насосной станции напорным трубопроводом.

К основному недостатку установки следует отнести ограниченные условия для реализации - местность с односторонним уклоном (склон).

Эта установка, как наиболее близкая к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, принята нами за ближайший аналог.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - опреснение минерализованной воды методом естественного вымораживания в условиях плоского рельефа местности.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, - сокращение площади установки за счет рациональной компоновки ее элементов, повышение эффективности за счет сокращения продолжительности испарения остаточных от опреснения минерализованной воды рассолов и экологической надежности в результате извлечения из технологического цикла солей, а также их безопасного хранения.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной установке для опреснения минерализованной воды, включающей подводящий канал, накопители минерализованной и опресненной воды, испаритель, насосную станцию с водозаборами из накопителей минерализованной и опресненной воды, подводящими трубопроводами для подачи минерализованной воды на льдоплощадки к аппаратам зимнего дождевания, в испаритель и опресненной воды потребителю, льдоплощадку с дренирующим слоем, противофильтрационным экраном, оградительными валами, отсечной дреной и водовыпусками, аппараты зимнего дождевания для намораживания ледяного массива, канал-собиратель рассолов и опресненной воды с регулирующими сооружениями, уложенный ниже среднемноголетней глубины промерзания грунтов закрытый самотечный коллектор с регулирующими сооружениями для направления потока в испаритель или в накопитель опресненной воды, связанный с каналом-собирателем водозаборами, оголовок которых выполнен из гидрофобного материала и защищен от попадания снежных осадков, для слежения за уровнем минерализации воды в канале-собирателе и закрытом самотечном коллекторе контрольно-измерительный комплекс, связанный с исполнительными механизмами регулирующих сооружений для изменения направления потока, энергетическую установку, электрически связанную с устройством для нагрева воздуха и компрессором для подачи нагретого воздуха в закрытый самотечный коллектор, в которой согласно изобретению льдоплощадка имеет форму конуса, размещена в центре установки, снабжена в периферийной части кольцевой отсечной дреной, равномерно распределенными по внешней границе водовыпусками, оградительными валами и ограничена по периметру кольцевым каналом-собирателем рассолов и опресненной воды, гидравлически связанным с кольцевым закрытым самотечным коллектором, накопитель минерализованной воды, накопитель опресненной воды и испаритель расположены последовательно в пределах одного кольца, разделены между собой перемычками, имеют противофильтрационное покрытие и отделены от канала-собирателя кольцевой земляной дамбой, с расположенным в ней кольцевым напорным трубопроводом для подачи минерализованной воды к аппаратам зимнего дождевания; канал-собиратель рассолов и опресненной воды, накопитель минерализованной воды и накопитель опресненной воды имеют поперечное сечение с увеличивающейся шириной по верху при возрастании уклона дна, при этом каждому из них придан уклон дна в сторону насосной станции, их внешние бровки размещены по окружностям с центрами, смещенными относительно центра льдоплощадки по осевой линии в направлении насосной станции; канал-собиратель рассолов и опресненной воды выполнен из двух участков с противоположными уклонами в сторону насосной станции, каждый из которых имеет в горизонтальном сечении форму полукольца; закрытый самотечный коллектор выполнен из двух участков с противоположными уклонами в сторону насосной станции, при этом они связаны между собой сопрягающими колодцами и имеют в горизонтальном сечении форму полуколец; гидранты и аппараты зимнего дождевания равномерно распределены по длине кольцевого напорного трубопровода для подачи минерализованной воды к аппаратам зимнего дождевания; насосная станция снабжена аванкамерой, гидравлически связанной с закрытым самотечным коллектором посредством водовода с регулирующим сооружением и контрольно-измерительным комплексом слежения за уровнем минерализации воды, причем последний электрически связан с исполнительными механизмами насосной станции; льдоплощадка снабжена противофильтрационным твердым покрытием на песчаной и/или гравийной подушке и содержит стококонцентрирующие ложбины от центра льдоплощадки к водовыпускам в канал-собиратель, причем ложбины имеют переменное по длине поперечное сечение, увеличивающееся от центра льдоплощадки к водовыпускам; оградительные валы имеют в плане форму сегмента; накопитель минерализованной воды выполнен из двух отсеков, гидравлически связанных посредством регулирующего сооружения, а подводящий канал имеет датчик уровня минерализации воды, вододелитель и водовыпуски в каждый отсек, причем исполнительный механизм вододелителя электрически связан с датчиком уровня минерализации воды; установка снабжена скважиной для закачки рассолов в подземные горизонты и дополнительной насосной станцией с водозабором из испарителя, гидравлически связанными между собой напорным трубопроводом; льдоплощадка имеет форму полого цилиндра, основание которого снабжено стококонцентрирующими ложбинами от центра льдоплощадки к водовыпускам в канал-собиратель, причем ложбины имеют переменное по длине поперечное сечение, увеличивающееся от центра льдоплощадки к водовыпускам, а водовыпуски содержат затворы; поверхность льдоплощадки имеет черный или близкий к нему по отражательной способности цвет; установка снабжена подкачивающей насосной станцией с водозабором из испарителя и напорным трубопроводом для подачи рассолов в пределы льдоплощадки при закрытых затворах на водовыпусках; льдоплощадка снабжена уровнемером, электрически связанным с подкачивающей насосной станцией; испаритель содержит съезд на дно и снабжен шнековым транспортером для подачи солей, центрифугой для обезвоживания солей и механизмом для фасовки солей в водонепроницаемую упаковку; установка снабжена хранилищем солей.

За счет того, что установка снабжена льдоплощадкой в форме конуса или полого цилиндра со стококонцентрирующими ложбинами, а остальные элементы установки располагаются вокруг нее в виде фрагментов колец, самостоятельных колец и последовательно в пределах одного кольца, льдоплощадка дополнительно используется для испарения остаточных рассолов, предусмотрены извлечение рапы из испарителя, ее закачка в подземные горизонты или извлечение солей из испарителя, их обезвоживание, упаковка и хранение в течение заданного срока, достигается указанный технический результат.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена установка для опреснения минерализованной воды методом вымораживания с конусной льдоплощадкой, процесс намораживания ледяного массива, вид сверху.

На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

На фиг.3 - разрез В-В на фиг.1.

На фиг.4 - разрез С-С на фиг.1.

На фиг. 5 - узел D на фиг.1, схема компоновки коммуникаций в зоне насосной станции, вид сверху.

На фиг.6 - канал-собиратель рассолов и опресненной воды, накопитель минерализованной воды и накопитель опресненной воды с трапецеидальной формой поперечного сечения и уклоном дна в сторону насосной станции, вид сверху.

На фиг. 7 - установка для опреснения минерализованной воды методом вымораживания с цилиндрической льдоплощадкой, процесс испарения рассолов из испарителя и льдоплощадки, вид сверху.

На фиг.8 - разрез Е-Е на фиг.7.

Сведения, подтверждающие возможность реализации изобретения, заключаются в следующем.

Установка для опреснения минерализованной воды методом вымораживания содержит накопитель 1 минерализованной воды с противофильтрационным покрытием 2, состоящий из двух отсеков 3 и 4, которые разделены водонепроницаемой перемычкой 5 и гидравлически связаны между собой регулирующим сооружением 6; подводящий канал 7 с датчиком минерализации воды 8 и линией связи 9, вододелителем 10, водовыпусками 11 и 12 соответственно в отсеки 3 и 4 накопителя 1 для транспортирования минерализованной воды, например дренажного стока от гидромелиоративной системы, в установку; накопитель 13 опресненной воды с противофильтрационным покрытием (не показано), испаритель 14 остаточных от опреснения рассолов с противофильтрационным покрытием (не показано), насосную станцию 15 с водозаборами из накопителя 1 минерализованной воды, накопителя 13 опресненной воды, аванкамеры 16, напорным трубопроводом 17 и кольцевым напорным трубопроводом 18 с равномерно распределенными по его длине гидрантами 19; льдоплощадку 20 в форме конуса (фиг.1-5) или полого цилиндра (фиг. 7 и 8) для намораживания ледяного массива 21 со следующими конструктивными элементами: противофильтрационным твердым покрытием 22 на песчаной и/или гравийной подушке 23, стококонцентрирующими ложбинами 24 от центра льдоплощадки к периферии, имеющими переменное по длине поперечное сечение, кольцевой отсечной дреной 25, равномерно распределенными по внешней границе льдоплощадки оградительными валами 26 в виде фрагментов кольца или сегментов (в плане), водовыпусками 27 с затворами 28 или без них; аппараты (установки) зимнего дождевания 29, подключенные к гидрантам 19; открытый кольцевой канал-собиратель 30 рассолов и опресненной воды с противофильтрационной защитой 31 и водозаборами 32, через последние канал-собиратель 30 соединен с кольцевым закрытым самотечным коллектором 33; самотечный водовод 34 с регулирующим сооружением 35 для подачи рассолов и опресненной воды из закрытого самотечного коллектора 33 в аванкамеру 16, подводящий напорный трубопровод 36 для подачи насосной станцией 15 опресненной воды из аванкамеры 16 в накопитель опресненной воды 13, подводящий напорный трубопровод 37 для подачи опресненной воды потребителю, подводящий напорный трубопровод 38 для подачи минерализованной воды в испаритель 14, энергетическую установку 39 (например, ветроэнергетическую), обеспечивающую энергией устройство 40 для нагрева воздуха и компрессор 41 для его подачи в закрытый самотечный коллектор 33; контрольно-измерительный комплекс 42 слежения за уровнем минерализацией воды в закрытом самотечном коллекторе 33, водоводе 34 и аванкамере 16, связанный с исполнительными механизмами насосной станции 15 (линии связи и сами исполнительные механизмы не показаны); переходные мостики 43 через канал-собиратель 30, расположенные над водозаборами 32; скважину 44 для закачки рассолов в подземные горизонты, дополнительную насосную станцию 45 с водозабором из испарителя 14 и напорным трубопроводом 46 для подачи рассолов в скважину 44, подкачивающую насосную станцию 47 с водозабором из испарителя 14 и напорным трубопроводом 48 для подачи рассолов в пределы льдоплощадки 20 (в форме полого цилиндра) при закрытых затворах 28 на водовыпусках 27, уровнемер 49 на испарителе 14, электрически связанный с насосной станцией 15 (линия связи не показана); уровнемер 50 на льдоплощадке 20 (в форме полого цилиндра), снабженный линией связи 51 с подкачивающей насосной станцией 47. Дополнительно испаритель 14 содержит съезд 52 и снабжен шнековым транспортером 53 для подачи солей, центрифугой 54 для обезвоживания солей и механизмом 55 для фасовки солей в водонепроницаемую упаковку, а установка имеет хранилище 56 расфасованных солей.

Для обеспечения самотечной подачи воды в аванкамеру 16 дно накопителя 1 минерализованной воды и дно накопителя 13 опресненной воды выполнено с уклоном в сторону насосной станции 15.

Канал-собиратель 30 рассолов и опресненной воды, накопитель 1 минерализованной воды и накопитель 13 опресненной воды могут иметь поперечные сечения отличные от прямоугольной формы, например трапецеидальные, параболические или иные, для которых с возрастанием уклона дна увеличивается ширина по верху. В этом случае внешние бровки канала-собирателя 30 (радиус R₂), накопителей 1 и 13 (радиус R₃) размещают по окружностям, смещенным относительно центра льдоплощадки 20 по осевой линии в направлении насосной станции 15 соответственно на ₁ и ₂ (см. фиг.6).

Для обеспечения эффективного отвода рассолов и опресненной воды в аванкамеру 16 канал-собиратель 30 выполнен из двух участков с точками на осевой линии 57-58-59 и 57-60-59 (фиг.1), которые имеют противоположный уклон в сторону насосной станции 15. Аналогично закрытый самотечный коллектор 33 имеет два участка 57-58-59 и 57-60-59 с противоположными уклонами в сторону насосной станции 15, причем они связаны между собой сопрягающими колодцами 57 и 59.

Аппараты (установки) зимнего дождевания 29 имеют дальность действия факела искусственного дождя 61 на 10-20%, превышающую радиус льдоплощадки 20.

Установка работает следующим образом.

Для примера источником минерализованной воды является дренаж гидромелиоративной системы. В течение всего периода работы дренажа (200-250 суток в условиях Волгоградской области) минерализованная вода через коллекторно-дренажную сеть (не показана) поступает в подводящий канал 7 и в зависимости от величины ее минерализации m=f(T), где Т-время, посредством вододелителя 10 направляется по водовыпускам 11 или 12 в соответствующий отсек 3 или 4 накопителя 1 минерализованной воды и аккумулируется в них. При этом регулирующее сооружение 6 на перемычке 5 закрыто. Контроль за уровнем минерализации воды в подводящем канале 7 осуществляется датчиком 8, который по линии 9 связан с исполнительным механизмом (не показан) вододелителя 10. При минерализации воды mа вододелитель 10 направляет воду по водовыпуску 12 в отсек 4 накопителя 1, а при m<а - по водовыпуску 11 в отсек 3 накопителя 1, где а - некоторое предельное для конкретного объекта значение минерализации стока. В зимний период при снижении температуры воздуха ниже -5^oС минерализованная вода (mа) из отсека 4 накопителя 1 насосной станцией 15 подается по напорным трубопроводу 17, напорному кольцевому трубопроводу 18 и через гидранты 19 к аппаратам (установкам) зимнего дождевания 29, с помощью которых в пределах льдоплощадки 20 по известному способу намораживают ледяной массив пористого льда 21 (первая стадия опреснения минерализованной воды). После опорожнения отсека 4 накопителя 1, открывают регулирующее сооружение 6, вода из отсека 3 (m<а) поступает самотеком в отсек 4 и далее аналогичным образом используется для дальнейшего намораживания массива льда. Процесс намораживания массива льда продолжается до полного опорожнения накопителя 1 минерализованной воды.

В процессе формирования ледяного массива 21 происходит образование и фильтрация рассола, который стекает по поверхности и стококонцентрирующим ложбинам 24 льдоплощадки 20 к ее периферийной части, собирается оградительными валами 26 и через водовыпуски 27 с открытыми затворами 28 или без них поступает в открытый кольцевой канал-собиратель 30. Далее рассол через водозаборы 32 с оголовками 62, выполненными из гидрофобного материала и защищенными от попадания снежных и иных осадков переходными мостиками 43, попадают в кольцевой закрытый самотечный коллектор 33, уложенный ниже среднемноголетней глубины промерзания грунтов в зоне строительства установки, и по нему в направлении уклона дна и через водовод 34 в аванкамеру 16 насосной станции 15. Для создания условий по беспрепятственному отводу рассолов в зимний период по кольцевому закрытому самотечному коллектору 33 энергетическая установка 39 (при опреснении минерализованного дренажного стока гидромелиоративных систем целесообразно применять ветроэнергетические установки) периодически или по мере надобности, что может контролироваться датчиками температуры воздуха в коллекторе 33 (не показаны), подает электроэнергию на устройство 40 для нагрева воздуха (калорифер) и компрессор 41, который нагнетает нагретый воздух через регулирующее сооружение 35 и самотечный водовод 34 в коллектор 33, гарантированно обеспечивая тем самым сохранение в нем положительной температуры воздуха. Коллектор 33 работает в безнапорном режиме и всегда имеет свободное пространство для поступления нагретого воздуха. Когда необходимости в прогреве коллектора 33 нет, энергетическая установка 39 обеспечивает электроэнергией других потребителей в пределах установки, например насосные станции, и вне ее (не показаны).

Далее рассолы из аванкамеры 16 забираются насосной станцией 15 и по подводящему напорному трубопроводу 38 подаются в испаритель 14, в котором аккумулируются. В период формирования массива пористого льда его солесодержание снижается в 10-12 раз по сравнению с исходной минерализацией опресняемой воды, что доказано в ходе экспериментов.

С наступлением положительных температур воздуха происходит естественное таяние массива льда (вторая стадия опреснения минерализованной воды). Первые порции талой воды, если ее минерализация выше допустимой по требованиям потребителя, поступают с льдоплощадки 20 через водовыпуски 27 в канал-собиратель 30, а затем через водозаборы 32 в коллектор 33 и по нему в аванкамеру 16, из которой забираются насосной станцией 15 и по подводящему напорному трубопроводу 38 подаются в испаритель 14. Пресная талая вода отводится аналогичным образом, но из аванкамеры 16 насосной станцией 15 подается по подводящему напорному трубопроводу 36 в накопитель опресненной воды 13, в котором аккумулируется. Изменение направления водоотведения из аванкамеры 16 осуществляется в ручном или автоматическом режиме с использованием исполнительных устройств (не показаны) насосной станции 15 на основании данных контрольно-измерительного комплекса 42 по слежению за уровнем минерализации воды в коллекторе 33 и аванкамере 16. Процесс формирования опресненной воды и ее аккумуляции в накопителе 13 завершается к моменту завершения естественного таяния массива льда 21.

Перехват грунтового потока в зоне действия канала-собирателя 30 осуществляется кольцевой отсечной дреной 25, которая в безнапорном режиме отводит воду в коллектор 33 и далее по описанной выше схеме в зависимости от минерализации в накопитель опресненной воды 13 или испаритель 14.

По мере образования и/или по запросу потребителя опресненная вода из накопителя 13 насосной станцией 15 по подводящему напорному трубопроводу 37 подается потребителю, в условиях рассматриваемого примера - в проводящую оросительную сеть гидромелиоративной системы для последующего орошения сельскохозяйственных культур.

При необходимости в пределах установки может выполняться регулирование качества опресненной воды за счет смешивания в требуемой пропорции с минерализованной водой из накопителя 1 или в результате добавления в нее различных химмелиорантов (азотной кислоты, кальциевой селитры и др.). Конструктивно блоки для смешивания и химической мелиорации опресняемой воды размещаются в пределах здания насосной станции 15 (не показаны).

Дальнейшее функционирование установки по утилизации остаточных от опреснения рассолов определяются геологическими и гидрогеологическими условиями в зоне строительства установки, а также принятым вариантом технического решения льдоплощадки 20.

При благоприятных геологических и гидрогеологических условиях в районе создания установки для закачки рассолов в подземные горизонты этот процесс выполняется с помощью скважины 44, куда рассолы из испарителя 14 подаются дополнительной насосной станцией 45 по напорному трубопроводу 46. Например, для условий Волгоградской области обоснована возможность захоронения жидких отходов в застойных подземных впадинах и подсолевых горизонтах (см. Синяков В.Н., Старовойтов М.К., Полянинов Л.Я. и др. Геоэкологические проблемы подземных и надземных накопителей жидких отходов в солянокупольных областях. - М.: НИА-Природа, 2001. - 153 с.).

Вариант 1: льдоплощадка 20 имеет форму конуса (фиг.1-5).

Рассолы в испарителе 14 за теплый период года в результате естественного испарения концентрируются до рапы и солей. С целью предотвращения ветрового переноса солей при достижении в испарителе 14 минимально допустимого уровня рассола h=h_min, что контролируется уровнемером 49, в него с помощью насосной станции 15 из накопителя 1 по трубопроводу 38 подается минерализованная вода до уровня рассола h=h_min+5...10 см. После истечения срока службы установки или гидромелиоративной системы (потребителя опресненной воды) рапа и соли в испарителе 14 подлежат захоронению или переработке по специальной технологии (не является объектом изобретения).

Вариант 2: льдоплощадка выполнена в виде полого цилиндра (фиг.7 и 8), а ее поверхность имеет черный или близкий к нему по отражательной способности цвет.

Процесс сбора, транспортирования и аккумуляции рассолов в испаритель 14 происходит аналогичным образом. После завершения таяния ледяного массива 21 на льдоплощадке 20 закрывают затворы 28 на водовыпусках 27. Подкачивающая насосная станция 47 забирает рассол из испарителя 14 и по напорному трубопроводу 48 подает в образованную оградительными валами 26 и закрытыми затворами 28 цилиндрическую емкость в пределах льдоплощадки 20 до уровня ₁=25... 30 см над плоским основанием. Необходимое максимальное значение уровня рассолов в пределах льдоплощадки 20 задается уровнемеру 50, электрически связанному с исполнительными механизмами (не показаны) подкачивающей насосной станции 47. Зааккумулированные в пределах льдоплощадки рассолы подвергаются естественному испарению. При достижении уровня рассолов h₂=5...10 см над плоским основанием по сигналу уровнемера 50 процесс подкачки рассолов в пределы льдоплощадки повторяется. Эта операция выполняется до опорожнения испарителя 14 и достижении минимального уровня рассолов в пределах льдоплощадки (h₃= 5 см) или при устойчивом понижении температуры воздуха до +3... +5^oС. После чего открывают затворы 28 и сбрасывают оставшийся объем рассолов в канал-собиратель 30, далее рассолы поступают в коллектор 33 и по нему и водоводу 34 в аванкамеру 16. Откуда рассолы откачиваются насосной станцией 15 и подаются по трубопроводу 38 в испаритель 14 для завершения процесса концентрирования рассолов и образования рапы и солей. Использование льдоплощадки в качестве вспомогательного испарителя рассолов позволяет за интервал времени t дополнительно испарять рассолы в объеме (W_доп), равном W_доп= S_лпЕ_t, где S_лп - площадь льдоплощадки, м²; E_t - слой испарения воды за интервал времени t с 1 м² водной поверхности, м. Черный цвет поверхности льдоплощадки 20 и малая глубина заполнения (5...30 см) обеспечивает по сравнению с испарителем 14 увеличение интенсивности испарения с 1 м² поверхности на 15. . . 30% за счет более эффективного поглощения солнечной энергии и, как следствие, повышения температуры испаряющей поверхности.

Условия безопасного для окружающей территории хранения рапы в испарителе 14 описаны выше (см. вариант 1). Ежегодно представленный технологический цикл функционирования установки повторяется. После накопления на дне испарителя слоя соли мощностью в 10...15 см через съезд 52 на дно испарителя доставляется самоходный механизм типа бульдозер-погрузчик, с помощью которого осуществляют механический сбор солей и их подачу на шнековый транспортер 53. Далее соли шнековым транспортером 53 подаются в центрифугу 54 для обезвоживания, а затем с помощью механизма 55 фасуются в водонепроницаемую упаковку. Расфасованные соли помещаются в специальный накопитель 56 для хранения до появления целесообразности их переработки на специальном предприятии.

Формула изобретения

1. Установка для опреснения минерализованной воды, включающая подводящий канал, накопители минерализованной и опресненной воды, испаритель, насосную станцию с водозаборами из накопителей минерализованной и опресненной воды, подводящими напорными трубопроводами для подачи минерализованной воды на льдоплощадки к аппаратам зимнего дождевания, в испаритель и опресненной воды потребителю, льдоплощадку с дренирующим слоем, противофильтрационным экраном, оградительными валами, отсечной дреной и водовыпусками, аппараты зимнего дождевания для намораживания ледяного массива, канал-собиратель рассолов и опресненной воды с регулирующими сооружениями, уложенный ниже среднемноголетней глубины промерзания грунтов закрытый самотечный коллектор с регулирующими сооружениями для направления потока в испаритель или в накопитель опресненной воды, связанный с каналом-собирателем водозаборами, оголовок которых выполнен из гидрофобного материала и защищен от попадания снежных осадков, для слежения за уровнем минерализации воды в канале-собирателе и закрытом самотечном коллекторе контрольно-измерительный комплекс, связанный с исполнительными механизмами регулирующих сооружений для изменения направления потока, энергетическую установку, электрически связанную с устройством для нагрева воздуха и компрессором для подачи нагретого воздуха в закрытый самотечный коллектор, отличающаяся тем, что льдоплощадка имеет форму конуса, размещена в центре установки, снабжена в периферийной части кольцевой отсечной дреной, равномерно распределенными по внешней границе водовыпусками, оградительными валами и ограничена по периметру кольцевым каналом-собирателем рассолов и опресненной воды, гидравлически связанным с кольцевым закрытым самотечным коллектором, накопитель минерализованной воды, накопитель опресненной воды и испаритель расположены последовательно в пределах одного кольца, разделены между собой перемычками, имеют противофильтрационное покрытие и отделены от канала-собирателя кольцевой земляной дамбой с расположенным в ней кольцевым напорным трубопроводом для подачи минерализованной воды к аппаратам зимнего дождевания.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что канал-собиратель рассолов и опресненной воды, накопитель минерализованной воды и накопитель опресненной воды имеют поперечное сечение с увеличивающейся шириной по верху при возрастании уклона дна, при этом каждому из них придан уклон дна в сторону насосной станции, их внешние бровки размещены по окружностям с центрами, смещенными относительно центра льдоплощадки по осевой линии в направлении насосной станции.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что канал-собиратель рассолов и опресненной воды выполнен из двух участков с противоположными уклонами в сторону насосной станции, каждый из которых имеет в горизонтальном сечении форму полукольца.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что закрытый самотечный коллектор выполнен из двух участков с противоположными уклонами в сторону насосной станции, при этом они связаны между собой сопрягающими колодцами и имеют в горизонтальном сечении форму полуколец.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что гидранты и аппараты зимнего дождевания равномерно распределены по длине кольцевого напорного трубопровода для подачи минерализованной воды к аппаратам зимнего дождевания.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что насосная станция снабжена аванкамерой, гидравлически связанной с закрытым самотечным коллектором посредством водовода с регулирующим сооружением и контрольно-измерительным комплексом слежения за уровнем минерализации воды, причем последний электрически связан с исполнительными механизмами насосной станции.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что льдоплощадка снабжена противофильтрационным твердым покрытием на песчаной и/или гравийной подушке и содержит стококонцентрирующие ложбины от центра льдоплощадки к водовыпускам в канал-собиратель, причем ложбины имеют переменное по длине поперечное сечение, увеличивающееся от центра льдоплощадки к водовыпускам.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что оградительные валы льдоплощадки имеют в плане форму сегмента.

9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что накопитель минерализованной воды выполнен из двух отсеков, гидравлически связанных посредством регулирующего сооружения, а подводящий канал имеет датчик уровня минерализации воды, вододелитель и водовыпуски в каждый отсек, причем исполнительный механизм вододелителя электрически связан с датчиком уровня минерализации воды.

10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена скважиной для закачки рассолов в подземные горизонты и дополнительной насосной станцией с водозабором из испарителя, гидравлически связанными между собой напорным трубопроводом.

11. Установка по п.1, отличающаяся тем, что льдоплощадка имеет форму полого цилиндра, основание которого снабжено стококонцентрирующими ложбинами от центра льдоплощадки к водовыпускам в канал-собиратель, причем ложбины имеют переменное по длине поперечное сечение, увеличивающееся от центра льдоплощадки к водовыпускам, а водовыпуски содержат затворы.

12. Установка по п.11, отличающаяся тем, что поверхность льдоплощадки имеет черный или близкий к нему по отражательной способности цвет.

13. Установка по п.11, отличающаяся тем, что она снабжена подкачивающей насосной станцией с водозабором из испарителя и напорным трубопроводом для подачи рассолов в пределы льдоплощадки при закрытых затворах на водовыпусках.

14. Установка по п.11, отличающаяся тем, что льдоплощадка снабжена уровнемером, электрически связанным с подкачивающей насосной станцией.

15. Установка по п.11, отличающаяся тем, что испаритель содержит съезд на дно и снабжен шнековым транспортером для подачи солей, центрифугой для обезвоживания солей и механизмом для фасовки солей в водонепроницаемую упаковку.

16. Установка по п.11, отличающаяся тем, что она снабжена хранилищем солей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8