Способ активации воды для полива при выращивании растений и устройство для его осуществления

Изображения

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для активации вод, используемой в растениеводстве для повышения урожайности растений и качества получаемой сельскохозяйственной продукции. Способ активации воды для полива при выращивании растений включает ее обработку в активаторе. Обработку воды производят в гидродинамическом активаторе жидкости путем многократной циркуляции через его механический вращающийся рабочий орган в течение 3-10 минут. Определяют качество активации воды по показателю ее оптической плотности, причем используют активированную воду с показателем оптической плотности от 0,09 до 0,12 в течение 60 минут после обработки. Устройство содержит активатор, циркуляционную емкость для воды, привод. Гидродинамический активатор жидкости выполнен в виде центробежного насоса с одним рабочим торцовозубчатым ротором и неподвижным зубчатым статором, имеющими на двухкольцевой торцевой поверхности вырезы в количестве от 12 до 24 на кольце, направленные встречно. Торцевые кольцевые зубчатые выступы ротора и статора перекрывают друг друга на 0,5÷0,75 своей высоты, при этом торцевые зубчатые венцы ротора расположены над зубчатыми венцами статора. Изобретение повышает урожайность и качество выращиваемых растений при минимальных затратах энергии и средств, простоте и безопасности обслуживания устройства. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 12 табл.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, точнее к способам и устройствам, позволяющим активировать воду, используемую в растениеводстве для полива с целью повышения урожайности и качества получаемой сельскохозяйственной продукции, и может быть использовано садоводами, фермерами и производственниками, выращивающими сельскохозяйственную продукцию.

Известен "Способ выращивания растений" (см. а.с. №1596505, A01G 7/04, заявка №4393261/30-15 от 29.01.88), при котором оросительную (поливную) воду облучают (активируют) ультрафиолетовым светом в спектральной области 200-280 нм, при поглощенной водой дозе излучения 190-73000 Дж/м 3. Проточную воду подвергают УФ-облучению в течение 2-10 мин в зависимости от площади зеркала и толщины слоя воды. Устройство для активации воды УФ-облучением представляет мощную УФ-лампу с блоком управления и систему перетока воды.

По данным авторов, особенно отзывчивы на полив такой УФ-активированной водой: редис + 93%; кукуруза на силос + 88%; овес на зерно + 63%; огурцы + 44%.

При хороших результатах применения полива УФ-облученной (активированной) воды к недостаткам способа следует отнести ограниченность применения из-за потребности для УФ-облучения воды мощных электрических УФ-ламп с системами управления, что повышает стоимость обработки и требует для обслуживания установок специалистов и дополнительных мер безопасности и производственной санитарии.

Известны также способы и устройства для получения электролитическим путем "живой" и "мертвой" активированной воды, используемой в растениеводстве для замачивания семян хлопчатника, обработки листьев шелковицы, борьбе с вредителями цитрусовых и т.д. (см. Прищеп Л. и др. Живая и мертвая вода.//Сельский механизатор, 1992 г., №9, с.22).

При выращивании томатов, поливы электроактивированной водой чередуют с поливами обычной водой, и на один полив электроактивированной приходится два полива обычной (см. патент РФ №2206973, А01С 21/00. Опубл. 27.06.2003. Бюл. №18).

Известно и В«Устройство для активации поливной воды на дождевальных машинахВ», в котором на входном водоводе машины установлен электроактиватор в виде разнополярных электродов, подключенных к генератору, а для регулирования водородного показателя и окислительно-восстановительного потенциала поливной воды имеется блок управления с возможностью регулирования положения электродов активатора, причем полив проводят с учетом кислотной реакции почвы, что увеличивает эффективность использования удобрений и минеральных веществ в почве при сокращении расходов воды на полив (см. а.с. СССР №1230550, A01G 25/16. Опубл. 15.05.86. Бюл. №18).

К некоторым недостаткам электроактиваторов и способов их применения следует отнести сложность устройств и повышенные требования к электробезопасности при обработке воды и необходимость квалифицированного обслуживания, что повышает затраты на получение такой поливной воды и ограничивать ее применение в растениеводстве.

Известны и способы механической активации жидких сред в сельском хозяйстве с использованием различного вида устройств по типу центробежного насоса с видоизмененными рабочими колесами (роторами), несколькими или одним.

Устройствами механической активации проводят пастеризацию молока, применяя установки с одним вращающимся перфорированным диском (с четырьмя сквозными отверстиями) (см. патент РФ №2077237, A23L 3/13. Опубл. 20.04.97. Бюл. №11).

Применяют в сельском хозяйстве и гидродинамические активаторы - нагреватели жидкости (ГДАЖ) непосредственного преобразования механической энергии в тепловую. Обработка жидкости в ГДАЖ происходит за счет диссипации ее кинетической энергии при циркуляции в рабочей полости насоса (см. Хозяев И.А., Ашуралиев Э.С. Гидродинамический нагреватель жидкости//Хранение и переработка сельхозсырья, 2003 г., №10, с.93-94). ГДАЖ работает в проточном режиме, но при определенных режимах работы активатора возникает кавитация, обеспечивающая бактерицидный и дезинтегрирующий эффект. Схема ГДАЖ включает вращающийся ротор с лопастями и отверстиями и статор с отверстиями и каналами (см. патент РФ №2150055. F24У 3/00. Опубл. 27.05.2000. Бюл. №15).

Однако подобные установки гидродинамической активации воды при своей простоте в обслуживании и надежности в работе в растениеводстве для обработки воды для полива не применяли, т.к. показатель температуры нагреваемой воды не является определяющим при поливе растений.

Задачей изобретения является разработка способа и устройства механической активации воды для полива в растениеводстве, позволяющих повысить урожайность и качество выращиваемых растений при минимальных затратах энергии и средств на активацию воды, при простоте и безопасности обслуживания активирующего устройства, позволяющего осуществлять транспортировку устройства, при высоких качествах и простоте активации воды для полива растений.

Задача решается тем, что для активации воды, используемой для полива в растениеводстве, предложено применять гидродинамический активатор жидкости (ГДАЖ), механического действия с вращающимся рабочим органом, в котором за счет практически обоснованной конструкции узлов и деталей создаются кавитационные, сверхкритические режимы обработки многократно проходящей через устройство циркулирующей воды, что приводит к интенсивной активации воды и повышению эффективности при ее использовании для полива в растениеводстве, причем вода проходит через механически вращающийся торцовозубчатый активатор многократно в течение 3-10 мин, а качество активации определяют по показателю оптической плотности обработанной воды, используя для полива активированную воду с показателем оптической плотности D от 0,09 до 0,12, при этом механически вращающийся активатор выполнен в виде центробежного насоса с одним рабочим торцовозубчатым вращающимся колесом и неподвижным статором, имеющими на двух кольцевых торцовых поверхностях вырезы в количестве от 12 до 24 на кольце, при этом торцовые кольцевые зубчатые выступы рабочего колеса (ротора) и статора устройства находят друг на друга на 0,5-0,75 своей высоты и выполнены из кавитационно-стойких нержавеющих материалов в частности из стали марки 40Х13, а активированную воду желательно использовать в течение 60 минут после обработки.

На фиг.1 представлена схема установки для осуществления предложенного способа механической активации воды для полива при выращивании растений.

На фиг.2 представлено устройство - гидродинамический активатор жидкости (ГДАЖ) (реактор) для активации воды (в разрезе).

На фиг.3 представлен общий вид рабочего торцовозубчатого ротора устройства для механической активации воды (с 24 вырезами).

На фиг.4 представлен график изменения оптической плотности при активации воды в разработанном устройстве в зависимости от времени обработки (активации).

Установка для активации воды для полива при выращивании растений по предложенному способу (фиг.1) включает: механический гидродинамический реактор-активатор жидкости (ГДАЖ) 1; привод реактора (электродвигатель) 2; напорный трубопровод 3; циркуляционную емкость (бачок) 4; тройник 5; сливной кран 6.

Механический реактор-активатор 1 (фиг.2) состоит из корпуса 7 с выходным патрубком воды, закрепленного болтами на корпусе привода 2. На валу привода 2 закреплен торцовозубчатый ротор 8 при помощи гайки 9. К корпусу 7 прикрепляется крышка 10 реактора-активатора, в которой установлен неподвижный торцовозубчатый статор 11 с входным патрубком воды. В статическом положении ротор 8 своими двумя кольцевыми торцовыми зубчатыми венцами входит в кольцевые зубчатые выступы статора 11, на 0,5-0,75 высоты зуба, причем торцевые зубчатые венцы ротора 8 располагаются над зубчатыми венцами статора 11, образуя перекрываемые проходы для движения воды от входного патрубка к выходному.

Ротор 8 реактора 1 (фиг.3) имеет два кольцевых торцовых венца с зубцами. Число зубцов ротора от 12 до 24, и глубину перекрытия определено практически опытным путем при отработке параметров предложенного способа.

Для осуществления способа механической гидродинамической активации воды для полива растений в предложенном устройстве закрывают сливной кран 6 (фиг.1), заполняют водой, предназначенной для активации, циркуляционную емкость 4 и включают привод 2 (электродвигатель). Торцовозубчатый ротор 8, закрепленный на валу привода 2, получает вращение в корпусе активатора 10 своими торцовыми зубцами, проходя над зубцами статора 11, создает кавитационные колебания потоку воды, засасываемому через тройник 5 из циркуляционной емкости 4 и, после прохождения через активатор, сливаемого через напорный трубопровод 3 в циркуляционную емкость 4 для повторной многократной активации в течение заданного времени.

Практически устройство для механической активации воды для полива растений гидродинамический активатор жидкости (ГДАЖ) представляет собой центробежный насос с заменой рабочей (насосной) головки реактором - зубчатым ротором и дополнительной кавитирующей вставки (статором), с зубцами на торцовой поверхности.

На практике при отработке режимов работы и параметров способа испытаны ГДАЖ с производительностью от 25 л/час (для садоводов, огородников и индивидуальных пользователей) на основе бытового насоса "Кама-10" и на основе электронасоса БЦ - 0,5-20 до 15000 л/час - опытно-промышленная установка.

Для активации применялась вода, которую используют в технологическом процессе (при поливе) с соответствующими техническими характеристиками.

В результате испытаний выяснено, что активатор (ГДАЖ) работает без сбоев. Результаты активации подтверждаются лабораторными анализами. Воду после активации обычно используют для полива в течение часа.

В процессе исследования механически активированной воды в предложенном устройстве определяли в зависимости от времени обработки (активации): оптическую плотность воды - D, как основной показатель кавитационных процессов, определяемую на турбидиметрическом анализаторе жидкости АЖСТ-94, дополнительно температуру нагрева воды t°-°С; кислотность воды - рН; содержание нерастворимых примесей мг на литр; общую жесткость воды - мг. эквив. литр, а для полива в опытах использовали активированную воду с D=0,09-0,12.

Результаты измерений параметров воды, прошедшей механическую активацию в предложенном устройстве ГДАЖ, представлены в таблице 1 и на графике фиг.4.

Из таблицы 1 и графика (фиг.4) видно, что при использовании предложенного механического устройства - гидродинамического активатора жидкости (ГДАЖ) для активации воды, применяемой для полива растений, от времени активации значительно изменяются исследуемые показатели, что может определять и воздействие такой воды (прошедшей механическую активацию) на рост и развитие поливаемых растений.

Для определения эффективности предложенного способа и устройства (ГДАЖ) активации воды для полива при выращивании растений были проведены лабораторные и полевые опыты. Результаты опытов представлены в примерах 1; 2; 3; 4.

Время активации воды в представленных опытах принято от 3 до 10 минут с D=0,09-0,12 по результатам лабораторных и поисковых опытов с растениями.

Пример 1. Влияние полива механически активированной (ГДАЖ) водой на всхожесть семян огурца гибрида "Золотой петушок". Посев проводился сухими семенами в стаканчики - 0,5 л в субстрат переходного торфа с опилками в соотношении 3:1 с содержание химических элементов на абсолютно сухое вещество: азота - 1,5%, фосфора - 0,07%, калия - 0,09%, кальция - 0,5%, органическое вещество - 95%. В субстрат вносили: аммиачной селитры 4 - 500 г, двойного суперфосфата - 2 кг, сернокислого магния - 10 г на 1 м 3 субстрата. Опыт проводили в лаборатории НПО "УралНИИСХоз" г.Екатеринбург на полной светокультуре в зимних теплицах при освещенности 15-30 тыс. люкс, длина светового дня - 18 часов. Полив - по мере высыхания почвы до 70% ППВ температура воды в контроле и в опыте одинаковая (20-25°С). Количество растений в контроле - 13 шт., в опыте - 21 шт.

Результат: всхожесть семян при поливе простой водой (контроль) - 7 растений из 13-ти (53,8%), всхожесть семян при поливе обработанной ГДАЖ активированной водой (опыт) - 18 растений из 21ой шт. (85,7%). Превышение всхожести семян в опыте 60% по сравнению с контролем.

Полив активированной при обработке 10 мин водой увеличил всхожесть низкокачественных семян огурца гибрида "Золотой петушок" на 60% по сравнению с контролем.

Продолжение опыта проводили в сосудах емкостью 12 л со стандартным грунтом в четырехкратной повторности.

Высадка рассады проведена 12 декабря с теми же вариантами, что и при посеве семян. Результаты исследования представлены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что только полив механически активированной водой, по предложенному способу, повышает урожайность огурца гибрида "Золотой петушок" на 17%.

Пример 2. Биометрические характеристики рассады огурца гибрида "Маринда", выращенного с применением полива активированной (опыт) и простой (контроль) водой, представлены в таблице 3: высота растений - опыт - 36 см, контроль - 32 см, превышение + 12,5%, длина подсемядольного колена: - опыт - 5 см, контроль - 6 см (-20%), что положительно, число листьев - опыт - 7 шт., контроль - 5 шт. (+40%), площадь листьев - опыт - 420 см2, контроль - 380 см 2 (+10,5%), сырая масса: опыт - 40 г, контроль - 36 г (+11%), масса корней: опыт - 5 г, контроль - 3 г (+67%), число цветков: опыт - 4 шт., контроль - 3 шт. (+33%). В опыте по сравнению с контрольными растениями отмечается увеличение высоты растений. Урожайность огурца гибрида В«МариндаВ» изменялась по месяцам: в июле месяце получен урожай с опытных делянок - 2,5 кг/м 2, с контрольных - 1,9 кг/м2, прибавка - на 31,5%, в августе: опыт - 5,5 кг/м2 , контроль - 5,3 кг/м2, выше - на 3,7%, в сентябре получен урожай на 16,6% больше, чем с контрольных делянок (опыт - 1,4 кг/м2, контроль - 1,2 кг/м2). Получен общий урожай - 9,4 кг/м 2 с опытных делянок, а с контрольных - 8,4 кг/м 2, что на 12% больше по сравнению с контролем.

При поливе высаженных семян активированной водой усилились ростовые процессы, увеличились высота стебля, сырая масса растений, поверхности листьев, уменьшилась длина подсемядольного колена, число генеративных органов возросло на 33% по сравнению с контрольными (Таблица 4, 5).

Полив высаженных семян активированной водой активно действует на ростовые процессы. Появление 1го , 2го, 3го листьев шло с ускорением на 2÷3 дня по сравнению с контролем.

В огурцах, выращенных поливом активированной воды, нитратов меньше на 31% по сравнению с контролем (Таблица 6).

Кислотность грунта при выращивании огурца увеличилась с 6,5 до 6,06, отмечается более сильное потребление азота при поливе активированной водой (Таблица 7).

Пример 3. Продуктивность томата, выращенные поливом активированной водой (опыт), возросла по сравнению с продуктивностью томата, выращенные поливом простой водой (контроль); в июле месяце - на 27% (опыт - 2,85 кг/м2 , контроль - 2,2 кг/м2), в августе - на 38% (опыт - 9 кг/м2, контроль - 6,5 кг/м 2), в сентябре - на 23% (опыт - 3,2 кг/м 2, контроль - 2,6 кг/м2). По общему урожаю превышение составило - 33% (опыт - 15 кг/м 2, контроль - 11,3 кг/м2).

Полив активированной водой в опыте повышал высоту растений (на 17%), уменьшал расстояние между цветочными кистями, что положительно, повышалось число плодов (на 34%), листовая поверхность (на 9%), число цветочных кистей (на 15%).

Отмечено увеличение содержания сухого вещества в плодах, витамина С, органических кислот, калия, содержание нитратов уменьшилось более, чем на 50%, что положительно (Таблица 9).

Полив активированной водой изменял агрохимические свойства грунта в течение всей вегетации, отмечено повышение содержания подвижных фосфора, калия, т.е. питательные вещества становятся более доступными для корневой системы растений и легче усваиваются растениями (Таблица 10).

Пример 4. В ЗАО В«ТепличнаяВ» проведены сравнительные испытания влияния полива активированной водой (обработанной ГДАЖ) на рост и развитие роз сортов: "Сандра", "Тиники", "Гранд-Галла", "Анжелика", "Сониа", "Конрад", "Ред Саксис". Все сорта разделены на две группы: одна группа - поливалась простой водой, другая активированной водой, обработанной ГДАЖ. Получены следующие результаты: - (таблицы 11 и 12).

При поливе активированной обработанной ГДАЖ водой средний процент не укоренившихся черенков составил 6,2%, при поливе простой водой - 20,4%, т.е. при поливе простой водой в 3,29 раза больше выбросов, чем при поливе активированной водой.

Дополнительно в первый оборот выращено - 12302 розы, во 2 обороте выращено 1873 розы.

1. При поливе активированной водой после ГДАЖ приживаемость черенков роз составила - 93,8%, а при поливе обычной водой - 79,6%.

2. При поливе водой после ГДАЖ выбросов (т.е. погибших черенков) в 3,29 раза меньше, чем при поливе обычной водой.

3. При поливе водой после ГДАЖ количество укоренившихся черенков с 1 м2 - 82 шт., что на 14,7% больше, чем при поливе обычной водой.

4. Полив активированной водой стимулирует рост и развитие роз, изменяется цвет, окраска растений становится более интенсивным, сочным, повышается листовая поверхность, толщина листьев, высота растений (на 30%), т.е. увеличивается биомасса роз, изменяются агрохимические свойства грунта, повышается активность азотных бактерий, питательные вещества становятся более доступными для корневой системы растений.

Результаты лабораторных, мелко деляночных и полевых опытов свидетельствуют о эффективности полива механически активированной водой для повышения энергии прорастания и всхожести семян, усиления роста, развития, ускорения обменных процессов у различных растений и увеличения их урожайности.

Так вода, обработанная в предлагаемом устройстве в течение 3-10 мин при поливе, повышает энергию прорастания семян на 12-24%, лабораторную всхожесть - на 12-26%, полевую всхожесть - на 10-24% по сравнению с контролем. Всходы при этом появляются более дружно и заметно раньше (на 6-38 час), чем у контрольных семян.

При поливе водой, активированной механической обработкой в предложенном устройстве - ГДАЖ, ускоряется энергия прорастания и всхожесть семян, усиливается рост, развитие, обмен веществ растений, улучшается качество урожая.

Активированная вода одновременно повышает плодородие почвы, усиливая деятельность почвенной микрофлоры, а также улучшая санитарное состояние почвы, что обеспечивает уменьшение поражения растений болезнями. Наряду с этим обработанная активированная поливная вода способствует сохранению плодородного и хорошего санитарного состояния почвы и в последующем году, что заметно усиливает жизнедеятельность последующих культур и позволяет получить высокие урожаи с хорошими технологическими качествами.

Формула изобретения

1. Способ активации воды для полива при выращивании растений, включающий ее обработку в активаторе, отличающийся тем, что обработку воды производят в гидродинамическом активаторе жидкости путем многократной циркуляции через его механический вращающийся рабочий орган в течение 3÷10 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют качество активации воды по показателю ее оптической плотности, причем используют активированную воду с показателем оптической плотности от 0,09 до 0,12 в течение 60 мин после обработки.

3. Устройство активации воды для полива при выращивании растений, содержащее активатор, отличающееся тем, что оно содержит циркуляционную емкость для воды, привод, а гидродинамический активатор жидкости выполнен в виде центробежного насоса с одним рабочим торцово-зубчатым ротором и неподвижным зубчатым статором, имеющими на двухкольцевой торцевой поверхности вырезы в количестве от 12 до 24 на кольце, направленные встречно, при этом торцевые кольцевые зубчатые выступы ротора и статора перекрывают друг друга на 0,5÷0,75 своей высоты, при этом торцевые зубчатые венцы ротора расположены над зубчатыми венцами статора.

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 13.07.2012

Дата публикации: 20.10.2013