опреснительная установка

Формула изобретения

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 или полого цилиндра, 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, расположенные последовательно вокруг льдоплощадки, имеют противофильтрационное покрытие и отделены от канала-собирателя кольцевой земляной дамбой с расположенным в ней кольцевым напорным трубопроводом с гидрантами для подачи минерализованной воды к аппаратам зимнего дождевания, и между собой - перемычками, причем внешние границы накопителя минерализованной воды, накопителя опресненной воды и испарителя образуют замкнутый контур, имеющий очертания границ территории в пределах ландшафта, предназначенной для создания установки, а глубина испарителя определена из зависимости

h=k·h_исп+О+c,

где h - глубина испарителя; k - коэффициент, учитывающий влияние минерализации воды на интенсивность испарения с водной поверхности; h_исп - средняя многолетняя величина испарения с водной поверхности; О - средние многолетние осадки; с - конструктивный запас.

Описание изобретения к патенту

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, в которой, с целью получения льда из засоленных и оборотных вод, она снабжена перфорированными рассолоотводящими трубами, объединенными общим коллектором, и откачным насосом, льдоплошадка имеет насыпной дренирующий слой, при этом трубы для подвода воды и рассолоотводящие трубы установлены с уклоном 1 - 2°, 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 23.10.1981).

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, в которой, с целью повышения эффективности путем обеспечения регулирования качества и минерализации опресненных вод, дополнительно содержится 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, МПК³ 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 09.11.1989, опубликовано 07.01.1993).

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, низкий коэффициент земельного использования в пределах площади, занятой установкой.

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.

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 (RU, патент №2178772 С1, МПК⁷ С 02 F 1/22, F 25 C 1/00. Установка для опреснения минерализованной воды // Конторович И.И., Колганов А.В., Салдаев А.М. Заявлено 27.04.2000, опубликовано 27.01.2002).

К основным недостаткам установки следует отнести ограниченные условия для реализации - местность с односторонним уклоном (склон), низкий коэффициент земельного использования в пределах площади, занятой установкой.

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, - повышение эффективности опреснения минерализованной воды методом естественного вымораживания в условиях плоского рельефа местности.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, - уменьшение площади установки за счет рациональной компоновки ее элементов, повышение коэффициента земельного использования в пределах площади, занятой установкой, и на территории потенциального потребителя опресненной воды.

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, согласно изобретению льдоплощадка имеет форму конуса или полого цилиндра, 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 вокруг льдоплощадки, имеют противофильтрационное покрытие и отделены от канала-собирателя кольцевой земляной дамбой, с расположенным в ней кольцевым напорным трубопроводом с гидрантами для подачи минерализованной воды к аппаратам зимнего дождевания, и между собой - перемычками, причем внешние границы накопителя минерализованной воды, накопителя опресненной воды и испарителя образуют замкнутый контур, преимущественно прямоугольной формы, имеющий очертания границ территории в пределах ландшафта, предназначенной для создания установки; глубина испарителя определена из зависимости

h=k· h_иcп+О+c, (1)

где h - глубина испарителя; k - коэффициент, учитывающий влияние минерализации воды на интенсивность испарения с водной поверхности; h_иcп - средняя многолетняя величина испарения с водной поверхности; О - средние многолетние осадки; с - конструктивный запас.

За счет того, что внешние границы накопителя минерализованной воды, накопителя опресненной воды и испарителя, расположенных последовательно вокруг льдоплощадки, образуют замкнутый контур, имеющий очертания границ территории в пределах ландшафта, предназначенной для создания установки, достигается указанный выше 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 - схема компоновки накопителя минерализованной воды, накопителя опресненной воды и испарителя при прямоугольной форме территории, в пределах которой создается установка, вид сверху.

На фиг.7 - схема компоновки накопителя минерализованной воды, накопителя опресненной воды и испарителя при трапецеидальной форме территории, в пределах которой создается установка, вид сверху.

На фиг.8 - схема компоновки накопителя минерализованной воды, накопителя опресненной воды и испарителя при многоугольной форме территории, в пределах которой создается установка, вид сверху.

На фиг.9 - схема компоновки накопителя минерализованной воды, накопителя опресненной воды и испарителя при произвольной форме территории, в пределах которой создается установка, вид сверху.

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.1-3) или полого цилиндра (не показано) для намораживания ледяного массива 21 со следующими конструктивными элементами: противофильтрационным твердым покрытием 22 на песчаной и/или гравийной подушке 23, стоконцентрирующими 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 или без них; аппараты (установки) зимнего дождевания 28, подключенные к гидрантам 19; открытый кольцевой канал-собиратель 29 рассолов и опресненной воды с противофильтрационной защитой 30 и водозаборами 31, через последние канал-собиратель 29 соединен с кольцевым закрытым самотечным коллектором 32; самотечный водовод 33 с регулирующим сооружением 34 для подачи рассолов и опресненной воды из закрытого самотечного коллектора 32 в аванкамеру 16, подводящий напорный трубопровод 35 для подачи насосной станцией 15 опресненной воды из аванкамеры 16 в накопитель опресненной воды 13, подводящий напорный трубопровод 36 для подачи опресненной воды потребителю, подводящий напорный трубопровод 37 для подачи минерализованной воды в испаритель 14, энергетическую установку 38 (например, ветроэнергетическую), обеспечивающую энергией устройство 39 для нагрева воздуха и компрессор 40 для его подачи в закрытый самотечный коллектор 32; контрольно-измерительный комплекс 41 слежения за уровнем минерализацией воды в закрытом самотечном коллекторе 32, водоводе 33 и аванкамере 16, связанный с исполнительными механизмами насосной станции 15 (линии связи и сами исполнительные механизмы не показаны); переходные мостики 42 через канал-собиратель 29, расположенные над водозаборами 31; скважину 43 для закачки рассолов в подземные горизонты, дополнительную насосную станцию 44 с водозабором из испарителя 14 и напорным трубопроводом 45 для подачи рассолов в скважину 43, уровнемер 46 на испарителе 14, электрически связанный с насосной станцией 15 (линия связи не показана).

Для повышения коэффициента земельного использования площади установки внешние границы накопителя 1 минерализованной воды, накопителя 13 опресненной воды и испарителя 14 образуют замкнутый контур, преимущественно прямоугольной формы (фиг.6), повторяющий очертания границ территории, в пределах ландшафта, предназначенной для создания установки (фиг.7-9). При этом глубина испарителя определяется из зависимости

h=k· h_исп+О+с,

где h - глубина испарителя; k - коэффициент, учитывающий влияние минерализации воды на интенсивность испарения с водной поверхности; h_исп - средняя многолетняя величина испарения с водной поверхности; О - средние многолетние осадки; с - конструктивный запас, учитывающий колебания слоя испарения минерализованной воды и осадков в многолетнем разрезе, ветровой нагон и высоту наката волны, превышение отметки берега испарителя над максимальным уровнем рассолов в нем, равным 0,5 м (см. СНиП 2.06.03-85. Мелиоративные системы и сооружения / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986, с.32).

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 29 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 другие.

Для обеспечения эффективного отвода рассолов и опресненной воды в аванкамеру 16 канал-собиратель 29 выполнен из двух участков с точками на осевой линии 47-48-49 и 47-50-49 (фиг.1), которые имеют противоположный уклон в сторону насосной станции 15. Аналогично закрытый самотечный коллектор 32 имеет два участка 47-48-49 и 47-50-49 с противоположными уклонами в сторону насосной станции 15, причем они связаны между собой сопрягающими колодцами 47 и 49.

Аппараты (установки) зимнего дождевания 28 имеют дальность действия факела искусственного дождя 51, 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 m а 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° С минерализованная вода (m а) из отсека 4 накопителя 1 насосной станцией 15 подается по напорному трубопроводу 17, напорному кольцевому трубопроводу 18 и через гидранты 19 к аппаратам (установкам) зимнего дождевания 28, 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 поступает в открытый кольцевой канал-собиратель 29. Далее рассол через водозаборы 31 с оголовками 52, выполненными из гидрофобного материала и защищенными от попадания снежных и иных осадков переходными мостиками 42, попадают в кольцевой закрытый самотечный коллектор 32, уложенный ниже среднемноголетней глубины промерзания грунтов в зоне строительства установки, и по нему в направлении уклона дна и через водовод 33 в аванкамеру 16 насосной станции 15. Для создания условий по беспрепятственному отводу рассолов в зимний период по кольцевому закрытому самотечному коллектору 32 энергетическая установка 38 (при опреснении минерализованного дренажного стока гидромелиоративных систем целесообразно применять ветроэнергетические установки) периодически или по мере надобности, что может контролироваться датчиками температуры воздуха в коллекторе 32 (не показаны), подает электроэнергию на устройство 39 для нагрева воздуха (калорифер) и компрессор 40, который нагнетает нагретый воздух через регулирующее сооружение 34 и самотечный водовод 33 в коллектор 32, гарантированно обеспечивая тем самым сохранение в нем положительной температуры воздуха. Коллектор 32 работает в безнапорном режиме и всегда имеет свободное пространство для поступления нагретого воздуха.

Когда необходимости в прогреве коллектора 32 нет, энергетическая установка 38 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 37 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 29, а затем через водозаборы 31 в коллектор 32 и по нему в аванкамеру 16, из которой забираются насосной станцией 15 и по подводящему напорному трубопроводу 37 подаются в испаритель 14. Пресная талая вода отводится аналогичным образом, но из аванкамеры 16 насосной станцией 15 подается по подводящему напорному трубопроводу 35 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 41 по слежению за уровнем минерализации воды в коллекторе 32 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 29 осуществляется кольцевой отсечной дреной 25, которая в безнапорном режиме отводит воду в коллектор 32 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 36 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 природными условиями и существующей потребностью в рассолах (солях) со стороны потенциальных потребителей в зоне строительства установки.

Вариант 1. При благоприятных геологических и гидрогеологических условиях в районе создания установки для закачки рассолов в подземные горизонты этот процесс выполняется с помощью скважины 43, куда рассолы из испарителя 14 подаются дополнительной насосной станцией 44 по напорному трубопроводу 45 (фиг.1). 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 2. 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 46, в него с помощью насосной станцией 15 из накопителя 1 по трубопроводу 37 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).

Ежегодно представленный технологический цикл функционирования опреснительной установки повторяется.

Пример определения глубины испарителя опреснительной установки при следующих исходных данных.

Место расположения опреснительной установки - в районе г.Эльтон Волгоградской области (полупустынная зона). Опреснительная установка обеспечивает опреснение дренажного стока с оросительной системы площадью 100 га. Объем дренажного стока - W_d =100 тыс. м³/год, минерализация - m_d=5,7 г/л. Годовой объем остаточного рассола, подлежащего естественному испарению - W_r=34,0 тыс.м³. Минерализация рассолов - m_r=15,8 г/л.

Глубину испарителя определяем методом последовательных приближений.

В первом приближении вычисляем глубину испарителя по формуле (1), принимая в качестве h_исп среднее многолетнее испарение с водной поверхности испарительного бассейна площадью 20 м² (h₂₀ ). Значение h₂₀ находим по карте для района предполагаемого строительства опреснительной установки (см. Лучшева А.А. Практическая гидрология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976, с.69) – h₂₀ =120 см. При минерализации рассола 15,8 г/л коэффициент k, учитывающий влияние минерализации воды на интенсивность испарения с водной поверхности, согласно данным, приведенным в справочнике - Переработка природных солей и рассолов: Справочник / Соколов И.Д., Муравьев А.В., Сафрыгин Ю.С. и др. - Л.: Химия, 1985, с.168, 175, равен 1,0. Средние многолетние осадки в районе г. Эльтон Волгоградской области составляют 292 мм (см. Справочник по климату СССР. - Л.: Гидрометеоиздат, 1968. Вып.13. - Часть IV, с.157). Конструктивный запас “с” на первом этапе расчета принимаем равным 0,5 (см. СНиП 2.06.03-85. Мелиоративные системы и сооружения / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986, с.32), т.е. не учитываем слой осадка солей на дне испарителя.

Тогда по формуле (1) глубина испарителя в первом приближении составит:

H₁ =1· 120+29,2+50=199,2 (см).

При годовом объеме рассола 34000 м³ и предварительно определенной глубине испарителя 1,99 м, площадь испарителя (S_исп) в первом приближении составит:

S_исп1=W_r/h₁=34000:1,99=17085,0 (м²),

что меньше 5 км², и испаритель, в соответствии с действующей классификацией, следует отнести к категории малых водоемов (см. Иванов А.Н., Неговская Т.А. Гидрология и регулирование стока. - М.: Колос, 1979, с.104). Тогда среднее многолетнее испарение с водной поверхности водоема с пресной водой (h_исп), расположенного в условиях плоского рельефа, определяют по выражению (см. Лучшева А.А. Практическая гидрология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976, с.70):

h_исп=h ₂₀· k_н· k _защ· , (2)

где h₂₀ - среднее многолетнее испарение с водной поверхности испарительного бассейна площадью 20 м²; k_н - поправочный коэффициент на глубину водоема, k_защ - поправочный коэффициент на защищенность водоема от ветра, - поправочный коэффициент на площадь водоема.

По таблицам 2.17-2.19 (см. Лучшева А.А. Практическая гидрология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976, с.70) для заданных условий примера (полупустынная зона, глубина испарителя 2-5 м, конфигурация испарителя в плане не задана, площадь испарителя до 0,05 км²) k_н =1,0, k_защ=0,96, =1,08. Коэффициент k_защ принят максимальным в связи с тем, что конфигурация испарителя в плане на данной стадии еще не определена. По формуле (2) определяем h_исп:

h_исп=120· 1· 0,96· 1,08=124,4 (см).

Тогда глубина испарителя по формуле (1) во втором приближении будет равна:

H₂=1· 124,4+29,2+50=203,6 (см).

Уточняем площадь испарителя S_исп2=W _r/h₂=34000:2,04=16666,7 (м²) и проверяем, достаточно ли конструктивного запаса, предварительно принятого 0,5 м, для аккумуляции осадка соли при продолжительности функционирования опреснительной установки 25 лет. При объеме рассола, поступающего в испаритель, 34000 м /год, минерализации рассола 15,8 кг/м (или г/л) за 25 лет на дне испарителя будет накоплено: 15,8· 34000· 25=13430000 (кг)=13430 (т) солей. При средней объемной массе осадка соли 1,75 т/м³ (по данным Санина М.В. Использование ресурсов вод повышенной минерализации путем их опреснения. - М.: Наука, 1988, с.116) осадок соли займет объем W_c=13430:1,75=7674,3 м³, а его слой будет равен W_c/S_исп2=7674,3:16666,7=0,46 (м). В связи с этим корректируем величину конструктивного запаса с=0,5+0,46=0,96 (м) и окончательно определяем глубину испарителя по формуле (1)

h=1· 124,4+29,2+96=249,6 (см)=2,50 (м).

Таким образом, опреснительная установка обеспечит опреснение минерализованной воды вымораживанием с использованием естественных климатических факторов в условиях плоского рельефа местности при высоком коэффициенте земельного использования в пределах площади, занимаемой установкой.