Мелиорация

6. Пилотный технологический проект «Мелиорация кислых почв с использованием технологий ЭВР»               
6.1. «Раскисление  кислых почв с помощью ЭВР»
6.1.1.Насущная необходимость  мелиорации кислых почв
По данным  НИИагрохимии им. Прянишникова в настоящее время в России требуют раскисления 65 млн. гектаров. Эта потребность основывается на том, что кислые почвы с ph ниже 4,5 практически не пригодны для сельскохозяйственного использования. Более того, при такой кислотности и высоком содержании активного алюминия использование минеральных удобрений вообще должно быть запрещено из-за возможности их отрицательного воздействия не только на урожай  сельскохозяйственных культур, но из-за загрязнения ими грунтовых вод. Если все же комплекс агротехнических приемов применяется, но без химической мелиорации, то в среднем эффект всех этих мероприятий снижается на 40%, чем полностью обесценивается вся агрохимическая работа. Осредненные потери по РФ от наличия кислых почв составляют 15-16  млн. тонн в пересчете на зерно на год. В денежном выражении это более 15  миллиардов рублей – такой убыток несет сельское хозяйство страны ежегодно.
В настоящее время в Воронежской области непрерывно происходит повышение кислотности почв. Это привело к тому, что около 800 тысяч гектаров типичных черноземов превратились в кислые оподзоленные черноземы. А это ни мало, ни много 25% пашни. В некоторых случаях такое снижение составило почти 2 единицы ph, т.е. изменилось в 100 раз в худшую сторону от оптимального уровня для роста и развития большинства с/х культур. Такие значения кислотности во многом предельны вообще для роста и развития с/х культур, не говоря уже об их урожайности. Причины этого бедствия носят в основном антропогенный характер и объясняются, как неправильной агротехникой, так и отсутствием соответствующих современных технологий в растениеводстве. При этом стоимость современных западных технологий непрерывно растет, что в условиях малой эффективности российского сельского хозяйства ложится дополнительным бременем на его экономику.
Тем не менее, ранее, в годы интенсивного известкования кислых почв (1975-1990), известковые удобрения вносились в количестве до 44 млн. тонн в год. А по данным за 2002 год их было внесено всего 2 млн. тонн или в 22 раза меньше. Это привело к тому, что не только возросла общая площадь кислых почв по стране, но и закислелись  типичные черноземы.
Что это значит для свеклосеющих областей РФ, показывает ниже следующий расчет. Сахарная свекла требует для своего нормального роста и развития ph почвы в весьма узких пределах от 7,5 до 8. На кислых почвах с ph <5,5 она теряет до 2/3 продуктивности. Потеря 70% (коэффициент Формулы - 0,7) урожайности на 24% зачисленных площадей (осредненный коэф. в формуле принят по данным для Воронежской обл.-  0,24) в пересчете на производство сахара (по данным для РФ за 2003 год произведено 2,1 млн. тонн) составит недобор продуктового сахара:  2100000 х 0,7 х 0,24 =  352800 тонн, что в стоимостном выражении превысит 5,3 миллиарда рублей.
Имеющейся в РФ опыт меловой мелиорации доказывают, что кроме большого экономического эффекта в растениеводстве,  известкование является основным приемом, обеспечивающим  создание  оптимальной структуры почвы; введение кальция в почвенные коллоиды, который нейтрализует подвижный алюминий; повышает ph почвы до требуемого уровня; снижает накапливание токсических элементов в растении в 3-10 раз; усиливает обмен веществ в организме растения;  активизирует жизнедеятельность клубеньковых бактерий и усвоение  NPK; ускоряет минерализацию растительных остатков и накопление гумуса; активирует полезные микроорганизмы и ингибирует вредные. В целом известкование должно быть первым этапом всего агрохимического воздействия на почву.
            Таким образом, разовое внесение  тонкомолотого мела решает  основные  задачи  раскисления  почвы.
Недостатком  метода является  неконтролируемость  этого процесса.
Поэтому  в данном Проекте  разработаны технологии  химической мелиорации  с использованием мелования совместно с поливом (дождеванием)  активированными водными католитными растворами.
Эта   технология может быть адаптирована к разным типам почв и даже к сезонной  агротехнике выращивания  конкретной культуры. При этом   эффект  химической мелиорации, накладываясь на  эффект  супер полива  ЭВР, позволяет сделать  революцию в производительности отечественного растениеводства.

6.1.2.  Технология ускоренного раскисления  кислых  почв
         Запатентованная в России в 2001 году технология является уникальной разработкой, не имеющей аналогов в мировой практике. В отличие от существующих приемов известкования почв она позволяет контролировать процесс раскисления, проводить его в течение всего периода вегетации растений и оптимизировать  не только для каждой культуры или сорта растений, но даже применительно к фазе их роста и развития.
Но самое главное - эта технология не приводит к деградации почв и позволяет сохранять их плодородие вечно.
Особенностью предлагаемых технология является то, что в них используются в качестве  раскисляющих реагентов не обычные химические реактивы, а метастабильные электроактивированные водные растворы определенных параметров, производимые на месте потребления.
Наиболее эффективно использование предлагаемых технологии при поливном растениеводстве.
Они апробированы и применимы к свойствам  выщелоченных, деградированных черноземых, серых лесных почв и  тропических красноземов.
По нашей технологии ЭВР вводятся в почву в требуемых количествах (до 23% от объема пахотного слоя почвы) при поливе и позволяют плавно (в зависимости от режимов полива)  повысить кислотность с ph 4,5 до 7, то есть превратить практически непригодную для большинства культурных растений почву в оптимальную по уровню кислотности.
При этом со значительным улучшением структурности  почвенного горизонта за счет  упрочнения почвенных конкреций  катионами кальция.
               Побочным эффектом этих технологий является  возможность применения на кислых почвах физиологически кислых удобрений (типа KCL) без неблагоприятных последствий для кислотности почв.
Для реализации проектов требуется производство мощных электролизеров (50 м3 в час и более). Поскольку промышленность таких электролизеров не выпускает, ниже предлагаются схемы  производства и изготовления  относительно дешевых электролизеров и их  наиболее вероятное применение.
Используемая в проекте приборная база позволяет  эффективно и комплексно использовать  данную технологию в   тропических зонах (см. схему).
Наряду с раскисляющими поливными ЭВР (католиты) параллельно производится около 35-40% мощных дезинфицирующих средств (анолитов) непосредственно из морской воды.
Реализация которых (как эффективных дезинфектантов) обычно окупает все затраты на раскисление почв. Особенно эффективно такое производство в прибрежной зоне при использовании в качестве электролита морской воды.
Для реализации проектов требуется производство мощных электролизеров (100 м3 в час и более), адаптированные  под конкретные условия  их производства и потребления.

6.2.Технологический проект «Поливного земледелия  с помощью ЭВР»
Настоящий проект основан на выше описанном эффекте   безмембранного электролиза воды, в основном, на основе  её естественной  минерализации. Поскольку этот процесс пока что мало апробирован в практике  электроактивации, напомню основные его  особенности.
В проточном безмебранном электролизере скорость движения гидроксония в 2 раза выше скорости движения гидроксила и при определенных условиях соотношения скорости протока в электролизере и времени движения ионов между электродами возникает ситуация, когда анионы гидроксония успевают разредиться у катода, а ионы гидроксила уносятся с потоком воды и усиливают метастабильность активированной воды в сторону отрицательного потенциала.
При этом наличие разделяющей мембраны  не обязательно!
Это положение  оформлено соответствующим  патентом РФ [3].
Так возможно получить физиологически активную воду с отрицательным потенциалом в бездиафрагменном проточном электролизере.
При этом обеспечивается практически неограниченный по объему полива требуемый расход этого  типа ЭВР.    
                В поливе используется любая исходная вода, прошедшая  электроактивацию в  специфическом  электролизере. Схема полива, в основном, не изменяется. Расход воды при поливе остается  таким же, но на некоторых видах почв может быть сокращен на 10% за счет большей физиологической активности ЭВР. Физиологическая активность ЭВР не сохраняется длительное время, поэтому в проекте  заложена технология  постоянной поддержки этой активности.
Скорость релаксации  (возвращение к исходным показателям) ЭВР этого типа представлена на  ниже приведенном  графике.
 
На диаграмме показана реальная скорость релаксации синтезированного раствора, а выровненная линия тренда показывает теоретическую скорость. Из графика очевидна возможность использования ЭВР в течение одних суток, но лучше это делать в течение первых 1-7 часов, когда ОВП находится на уровне ниже -50 мВ.
В связи с этим в проекте предусматривается схема повторно-оборотной активации, поддерживающая  необходимый уровень  ОВП.
По истечении срока релаксации поливные виды ЭВР  превращаются в обычную воду, из которой и  были получены. В этом заключается основное преимущество ЭВР  перед любой «химией» в   возможности получения экологически чистой продукции.
Полив ЭВР может осуществляться на любом типе почв.
Особенно эффективен на  кислых и слабо кислых почвах.
Имеется опыт  плавного раскисления  выщелоченных черноземов, серых лесных почв  и  красных тропических почв.
       Предлагаемый инновационный проект позволяет интенсифицировать любой существующий  процесс поливного растениеводства  без дополнительного использования химикатов. В многолетних опытах  с овощными и зерновыми культурами рост урожайности  в сравнении с  поливом обычной водой составлял минимум на 55-60%, а в некоторых условиях (кислые почвы и др.) в 1,5-2 раза с условием  повышения  сохранности выращенного продукта.
Наивысшие урожаи зерновых в поливных условиях дают сорта интенсивного типа: неполегающие, отзывчивые на удобрения и орошение, устойчивые к болезням и вредителям, например сорта озимой пшеницы Безостая 1, Мироновская юбилейная, Аврора, Кавказ.
Визуально  эффективность использования ЭВР в сравнении с обычной водой  можно себе представить по ниже приведенному  фото.

 
Слева контрольное выращивание огурцов в теплице ВГА,
справа – на  активированной  воде
Урожайность  с метра  квадратного составила 216% относительно контроля!!

6.2.1. Приборное  обеспечение  технологии
       Основная особенность  поливного  растениеводства применительно к типам приборов – это обеспечение  очень больших объемов ЭВР. Существующие серийные мембранные приборы не могут  обеспечить требуемого объема ЭВР. В связи с этим к проекту прилагаются схемы оригинальных приборов, производство которых возможно осуществить в любой электромеханической мастерской их  обычных комплектующих материалов.
Сам физико-химический процесс безмембранного электролиза был выше описан, поэтому я хочу только напомнить, что за счет количественного преобладания в воде сульфатов, фосфатов и нитратов относительно хлоридов создается метастабильный в физико-химическом аспекте, но достаточно устойчивый во времени, раствор со значительным преобладанием щелочных свойств и явно выраженным отрицательным потенциалом.
Общая схема прибора с расходом ЭВР 150 куб.м. в час показана на рисунке.
С учетом стандартной скорости движения гидроксония в воде при напряжении начального  тока  50-70 вольт расчет  дает следующие основные характеристики электроактиватора для дистиллированной воды.

Характеристика:
Производительность при  давлении в 1 атм. – 90 куб.м. ЭВР в час.
Рабочее напряжение на электроактиваторах 30-40 вольт, сила тока  80-90 А.
Анод и катод изготавливаются из  бесхромистой  нержавеющей стали.
Блок питания оборудуется  переключателем полюсов.
Контроль за уровнем кислотности - автоматический.
Блок питания  должен иметь ограничитель роста мощности прибора.
Контроль активации производится по анализу степени Eh и регулируется  оператором нормированием  подачи  (расхода), открыванием или закрыванием вентиля подачи.  Никаких дополнительных настоек на  разное качество исходной воды  не  требуется.
Подобный прибор достаточно просто собирается из стандартных комплектующих в любой электромеханической мастерской.
Однако, может быть запатентован под конкретный технологический процесс.
Гидравлика
При входном сечении трубы 100 мм, падении  давления 0,7 атм. и длине участка 1-2 м  общий расход  будет превышать 150 куб.м. в час.
Чтобы обеспечить необходимый уровень активации и нужную скорость протока необходимо параллельное подключение (по гидравлике) трех трубчатых электролизёров внутреннего диаметра 300 мм со спиралями длиной в 4 и 3,6 метра без учета размеров сердечника. Входные и выходные патрубки по  два дюйма. Регулировка подачи воды и энергии активации осуществляется общим входным  вентилем.
Электрика
Подключение последовательное при напряжении входного постоянного тока 220 вольт (110 вольт).
Начальное напряжение на каждом электролизере 50-70 вольт.
С учетом площади электродов и схемы включения плотность тока составит  весьма малую величину – около 0,001 А/см2 или 13-15 А на 1 кВ..м. электрода. В целом сила тока на один электролизер и при последовательном соединении на весь прибор  составляет 90 А, но может в зависимости от  условий  взвеси в воде подниматься до 300 А это заставляет  тщательно  подбирать  конструкцию контактов, а также устанавливать устройство автоматического регулирования мощности.
Возможный цикл работы 24 часа в сутки с переполюсацией питания   каждые 12 часов.
Источник тока в случае автономного применения прибора  при точечном (капельном) орошении – любой   генератор постоянного тока мощность  до 150 кВт.
Или  выпрямляющее устройство при работе от сети переменного тока.
На выходе получаем  католитный раствор с потенциалом до минус 250 мВ.
Такая простая и дешевая конструкция  может обеспечить практически любое количество поливной воды.
Для различной природной воды  могут быть подобраны другие  параметры  активаторов или же просто  изменено  число  их параллельного включения.
Особенности электроактивации в предлагаемом процессе требуют вертикального  восходящего расположения протока в электролизерах со сливом при нулевом давлении в открытую ёмкость.
Поэтому схема включения прибора в оросительную сеть может иметь следующий вид (Рис.5).
Экспликация:
1.Подвод воды, сечение трубопровода 2 дюйма.
2-Электрлизеры их двух спиралей с шагом  по 20 мм. Количество активаторов в блоке  четыре  штуки,  подсоединение к  подающему водопроводу – параллельное, через патрубки сечением в 1 дюйм.
Расположение вертикальное, обязательно выше сборного бака (5).
3-Сборник (может быть труба) сечением 200 мм, соединенная с электролизерами патрубками  сечением  по 2 дюйма. Обязательно с клапаном  спуска активационных газов. Клапан может быть выполнен в виде трубки высотой  0,5 метра.
4.Слив ативата в сборник, сечение 100 мм. Должен быть снабжен  автоматическим  определителем  показателя Eh.
5-Сборная цистерна, может быть зациклена  трубопроводом на вторичную подачу ЭВР в активационный блок.
Общая схема  включения в сеть  представлена на схеме (рис.6).   

 Экспликация:
1-Эдектролизер; 2- Подставка регулирующая уровень слива активированного раствора; 3- Слив активированного раствора в бак накопитель; 4-Вход исходной воды и компенсационного  раствора, когда нет расхода и требуется поддержание уровня активации; 5- регулировочные вентили; 6- Насосы подкачки; 7- Входной водопровод с вентилем; 8- Бак накопитель активированного раствора; 9- Автоматический определитель показателя Eh; 10-Поливной трубопровод.
       Эта система является единственным дополнением к существующей системе орошения. Будь то капельное орошение больших поливных площадей или тепличное водообеспечение  растений.
Уровень активации  регулируется простым  открыванием или  закрыванием регулировочного клапана-вентиля 5 на поддающем  водоводе 4.
Качественная регулировка подаваемых смесей удобрений или микроудобрений возможна через подачу растворов через дозатор 11 в зону разряжения перед насосом 6.
Подача дозатора 11 не рассчитывается , поскольку активация идет по выше представленной сложной схеме  взаимоотношений большого числа ионов (катионов и анионов).
Качество подаваемого раствора регулируется  количеством  подачи воды. При этом значительно меняется сила тока. Для блокировки сверхпиковых нагрузок необходим автомат отключения питания.
Проект может быть выполнен  в пилотном варианте с обоснованием всех  положений технологий и параметров ЭВР, необходимых для конкретного вида производства и в варианте  применительно к конкретному производству.

6.3. Новые технологии эффективного использования физиологически кислых удобрений
       Данный технологический проект может  рассматриваться как Приложение к  Проекту поливного земледелия  с помощью ЭВР или к Проекту раскисления  кислых почв.
В первом случае с использованием безмембранной  активации мы получим  мало минерализованные  ЭВР для  внекорневой подкормки (что особенно  эффективно  для тепличного  выращивания). Во втором процесс  активации обеспечивает полный эффект превращения  физиологически  кислых удобрений  в щелочные.
Процесс  не  имеет аналогов.
Это в первую очередь относится к наиболее  употребляемому в растениеводстве  хлористому калию, основной причине, которая при  неконтролируемом  применении, в конце концов, приводит к усиленному закислению почв.
Химически нейтральная эта соль соляной кислоты легко диссонирует в водных почвенных растворах по схеме:
KCL = К+  + CL-
Дефицитный катион калия  быстро утилизируется корнями растений, а мало потребный для растений анион хлора накапливается в коллоидных почвенных растворах и соединяясь в водородным ионом образует соляную кислоту в равновесии:
Н+ + CL-      HCL   - при этом постоянно превалирует сдвиг вправо.
И пока буферности почвенных растворов для компенсации равновесия в кислотности достаточно, ph  почвы не падает, но если этот рубеж перейден – закисление почвы идет стремительно и безостановочно.
Современные технологии  электролиза позволяют развести по разные стороны баррикад катионы металлов и аммония (Ca++, K+, Na+, NH4+, Mg++, Zn++ и др.) и кислотные остатки (SO42-, CL- и т.д.), тем самым избежать самой возможности закисления почв. Катионы вносятся в почву в виде водных растворов в паре с гидроксилом ОН-, который обеспечивает мягкое раскисление почв.
Таким образом, при такой схеме обеспечивается не только оптимальное минеральное питание растений, но и контролируемая мелиорация почв.
Особо обращаем внимание  на то, что никакими  другими способами  практически  невозможно получить означенный эффект.
При этом возможен любой купаж католитных растворов, легко осуществляемый непосредственно в хозяйстве по заявке агрономов. Стоит только подобрать необходимые электролиты для активации. Все остальное приборы электроактиваторы делают автоматически.
Конечно, применение удобрений в жидком виде кроме преимуществ имеет и недостатки (к примеру, малые концентрации относительно сухого компонента).
Но в этом проявляется  атавизм  стереотипного агрономического мышления, основанный на разовом внесении большого количества удобрений.
Важно вносить их  в нужной фазе роста и развития и в  суточном потребляемом объеме.
Предлагаемые технологии позволяют  выполнить  такое задание наиболее  эффективно.
Кроме того, электроактивированная  вода, в которой содержатся катионы, обладает значительно более высоким  физиологическим потенциалом, что обеспечивает несравненно более эффективную утилизацию питательных веществ при фотосинтезе.
              В результате повышение урожайности может быть беспрецедентно высоким. Конечно, наиболее полно эту систему можно применять лишь  при искусственном поливе.
Следует отметить, что комплексное  применение  двух типов электроактивационных  процессов, описанных в предыдущем проекте, позволяет выполнить массу  конкретных проектов  по самому широкому спектру их применения.
            И чтобы отвлечься от  рутины технического  повествования, я позволю себе  представить  реальный оздоровительный проект, использующий  открытия С.А Алехина в плане  лечебных свойств ЭВР.