главная страница > Медиатека > Статьи > Качество воды для микроорошения

Введение

Понятие «качество воды» описывает состав и концентрацию растворенных и взвешенных веществ в воде. Качество воды для микроорошения можно разделить на три основные категории:

  • Агрономическое качество воды, которое связано с влиянием состава воды на сельскохозяйственные культуры и почву.
  • Санитарное качество воды, которое относится к орошению очищенными сточными водами и его влиянию на здоровье населения.
  • Техническое качество воды для орошения, которое относится к влиянию состава воды на прохождение воды через ирригационные эмиттеры и засорение капельниц и разбрызгивателей.

Данная статья посвящена в основном третьей категории – техническому качеству воды для орошения и технологиям очистки воды для предотвращения засорения капельниц и микроразбрызгивателей. В отличие от питьевой воды ирригационная не имеет строгих стандартов качества, поэтому ее качество сильно варьируется и зависит от качества источника воды, потребностей почвы и метода орошения.

Высокое качество воды необходимо для бесперебойной работы запрограммированной системы микроорошения. Предохраняя разбрызгиватели и капельницы от засоров, можно создать высокоточную систему орошения и придерживаться плана полива в течение многих лет. Предлагаемый нами метод противозасорного микроорошения основан на понимании причин засорения и соответствующей обработке воды и системы орошения. Большинство последующих описаний и иллюстраций касаются засорения капельницы, хотя также имеют отношение к микроразбрызгивателям.

 


Причины химического засорения при микроорошении

Химическое засорение капельниц вызвано растворенными в воде веществами, оседающими в проходных отверстиях капельницы. Это связано с изменениями таких физических условий в системе микроорошения, как температура, давление, испарение и перенос газа (кислорода и CO2) с водой в атмосферу на выходе капельницы.


Отложения накипи карбоната кальция

Отложения накипи очень распространены в жестких водах, содержащих высокие концентрации кальция и магния, однако отложения карбоната в ирригационной воде обусловлены главным образом накипью карбоната кальция (CaCO3), которая оседает в системе в виде кальцита (уравнение 1), а не марганца (доломита), как и в системах горячего водоснабжения.

Отложения накипи могут оседать в капельницах, разбрызгивателях или в распределительной системе до и после фильтров, а также попадать в эмиттеры в виде крупных частиц, приводя к засорению.

Уравнение 1. Ca+2 +2HCO3 →CaCO3↓ +CO2 +H2O

Отложения накипи обычно действуют как цементирующий материал, соединяясь с илом, глиной, водорослям и органическими веществами, поэтому оседание любых отложений в системе микроорошения может привести к серьезному закупориванию, намного большему, чем вызванному исключительно отложениями кальцита. Нарост накипи обычно начинается на стенках лабиринта капельницы и увеличивается по направлению к центру водотока (рис. 1), сначала вызывая частичное засорение, а затем полное закупоривание капельницы. Частичное засорение капельницы можно пробить и очистить с помощью применения кислоты, как описано ниже, полное засорение капельницы практически невозможно очистить.

A dripper water passage blocked by calcium carbonate precipitate

Рисунок 1. Водоток капельницы забит осадком карбоната кальция

Отложение карбонатной накипи в системе орошения обусловлено четырьмя параметрами качества воды: концентрацией кальция, температурой воды, щелочностью воды и уровнем pH. Повышение любого из этих параметров увеличивает отложение карбонатной накипи. Как правило в ирригационной воде трудно изменить концентрацию кальция, щелочность или температуру воды, однако уровень pH можно регулировать с помощью кислоты или щелочи. Уравнение, описывающее уровень рН, при котором вода насыщается карбонатом кальция (pHs), (уравнение 2) было выведено исследователем Ланжелье. Если уровень рН воды больше, то накипь уменьшается; если меньше – кальций останется растворенным в воде и накипь начинает растворяться.

Уравнение 2. pH(s) = A(температура) + B(TDS) — log (жесткость) — log (щелочность)

Более простой способ определения индекса Ланжелье представлен на графике ниже (рис. 2), который иллюстрирует соотношение между концентрацией кальция в воде, щелочностью и температурой для определения значения pH(s).

Determination of pH(S) for the Langelier index

Рисунок 2. Определение pH(S) для индекса Ланжелье*

Для определения значения pH(s) необходимо взять концентрацию кальция в воде в единицах CaCO3 мг/л и расположить значение на оси Х с левой стороны графика. Для вычисления концентрации кальция в единицах CaCO3 мг/л концентрация ионов кальция в воде в мг/л необходимо умножить на 2,5.

От точки концентрации кальция на оси Х с левой стороны графика проведите прямую вверх к уровню щелочности воды. От точки пересечения концентрации кальция и щелочности проведите прямую вправо параллельно оси Х к кривой температуры.

В точке пересечения с кривой температуры остановитесь на значении температуры воды в системе орошения и опуститесь на ось Х для определения значения pH(s) воды.

Для определения вероятности образования накипи в капельницах необходимо измерить уровень pH воды и сравнить с уровнем pH(s) по уравнению Ланжелье: pH — pH(s) > 0. Если уровень pH поливной воды больше уровня pH(s) более, чем на 0.5, то существует большая вероятность образования накипи в ирригационной системе.

 

Существует множество методов предотвращения образования накипи, включая смягчение воды, добавление стабилизирующих веществ для защиты от седиментации или добавление кислоты для понижения уровня pH ниже уровня насыщения и преципитации.

Добавление кислоты для понижения уровня pH воды является наиболее приемлемым методом для предотвращения засорения накипью спринклеров или системы орошения. Постоянная кислотная обработка для поддержания уровня pH воды ниже уровня насыщения защищает капельницу от засорения накипью карбоната кальция, однако является дорогостоящей и требует большого количества кислоты. Более эффективным методом является периодическая очистка, когда кислота добавляется один раз в месяц или раз в несколько месяцев в зависимости от жесткости воды и степени образования накипи.

Кислота (обычно HCl) добавляется в концентрации необходимой для понижения уровня pH воды (pH < 4) намного ниже уровня насыщения карбоната кальция с целью растворить осадок, образовавшийся в капельнице с момента предыдущей обработки.

Каждый цикл орошения с кислотой длится 10-20 минут, далее подкисленную воду оставляют на ночь в линии капельного орошения, а затем сливают. Обычная кислотная обработка предохраняет капельницы от накипи карбоната кальция и требует намного меньшего количества кислоты по сравнению с методами, предполагающими постоянное использование кислоты.


Источник «Nalco Water Handbook, 1979»*