astАрхитектура, строительство, транспортArchitecture, Construction, Transport2782-232X2713-0770Industrial University of Tyumen10.31660/2782-232X-2024-1-68-78ast-149Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВОCONSTRUCTIONГидравлический расчет трубопровода с рассредоточенным сбросом рассола в акваториюHydraulic calculation of the pipeline with dispersed discharge of brine into the water areahttps://orcid.org/0000-0001-8939-850XМироновВ. В.MironovV. V.

Миронов Виктор Владимирович, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры инженерных систем и сооружений

Тюмень

Viktor V. Mironov, D. Sc. in Engineering, Professor, Professor at the Department of Engineering Systems and Structures

Tyumen

vvmironov@list.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4470-6967ИванюшинЮ. А.IvanyushinYu. A.

Иванюшин Юрий Андреевич, канд. техн. наук, доцент кафедры инженерных систем и сооружений

Тюмень

Yuriy A. Ivanyushin, Cand. Sc. in Engineering, Associate Professor at the Department of Engineering Systems and Structures

Tyumen

ivanjushinja@tyuiu.ruСуглобовД. А.SuglobovD. A.

Суглобов Даниил Алексеевич, аспирант

Тюмень

Daniil A. Suglobov, Postgraduate

Tyumen

suglobovda@gmail.comМироновД. В.MironovD. V.

Миронов Дмитрий Викторович, канд. техн. наук, доцент, ведущий инженер ООО «ЭЛЕКТРОРАМ»

Тюмень

Dmitry V. Mironov, Cand. Sc. in Engineering, Associate Professor, Lead Engineer in LLC "ELECTRORAM"

Tyumen

dvmironov@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8703-5684КадысеваА. А.KadysevaA. A.

Кадысева Анастасия Александровна, д-р биол. наук, доцент, профессор кафедры сельскохозяйственного водоснабжения, водоотведения, насосов и насосных станций

Москва

Anastasiya A. Kadyseva, D. Sc. in Biology, Assosiate Professor, Professor at the Department of Agricultural Water Supply, Sanitation, Pumps and Pumping Stations

Moscow

kadyseva@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8273-6956ЕрофеевЕ. А.ErofeevE. A.

Ерофеев Евгений Александрович, старший преподаватель кафедры инженерных систем и сооружений

Тюмень

Evgeniy A. Erofeev, Senior Lecturer at the Department of Engineering Systems and Structures

Tyumen

erofeevea@tyuiu.ruТюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian FederationООО «ЭЛЕКТРОРАМ»РоссияLLC "ELECTRORAM"Russian FederationРоссийский государственный аграрный университет – МСХА им. К. А. ТимирязеваРоссияRussian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural AcademyRussian Federation202428032024016878Copyright © Миронов В.В., Иванюшин Ю.А., Суглобов Д.А., Миронов Д.В., Кадысева А.А., Ерофеев Е.А., 20242024Миронов В.В., Иванюшин Ю.А., Суглобов Д.А., Миронов Д.В., Кадысева А.А., Ерофеев Е.А.Mironov V.V., Ivanyushin Y.A., Suglobov D.A., Mironov D.V., Kadyseva A.A., Erofeev E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ast.tyuiu.ru/jour/article/view/149

При получении воды с использованием опреснительных технологий образуются значительные объемы высококонцентрированных рассолов. Решение проблемы утилизации данных отходов является важным общемировым вопросом систем охраны водных ресурсов, что подтверждает анализ исследований последнего десятилетия. В статье рассмотрен экологически безопасный способ рассредоточенного равномерного сброса рассола в акваторию, представлено разработанное техническое решение и описан принцип его действия. Приведен пример расчета диаметров отверстий распределительного трубопровода для равномерного по длине сброса рассола. Выполнен расчет радиуса и расхода рассеивающей струи на заданном расстоянии от отверстия в распределительном трубопроводе. Установлено, что разница в концентрациях солей рассола на глубине 20 м от точки сброса между фоновой концентрацией в море и концентрацией соли составляет от 0.439 до 0.524 % по длине сбросного трубопровода. При наличии морских течений растворение рассолов до безопасных концентраций становится еще более интенсивным. Результаты могут быть использованы при проектировании и эксплуатации соответствующих систем.

When producing water using desalination technologies, significant volumes of highly concentrated brines are formed. The solution of the problem of wastes recycling is an important global issue for water protection organizations, and the studies of the last decade confirm this. The article discusses an environmentally friendly method of dispersed uniform brine discharge into the water area, presents the developed technical solution and describes the principle of its operation. As an example, the authors calculate the hole diameters of the distribution pipeline for uniform brine discharge along the length. We calculated the radius and the scattering jet rate at a given distance from the hole in the distribution pipeline. The difference in brine salt concentrations at a depth of 20 m from the discharge point between the background concentration in the sea and the salt concentration was found to be from 0.439 % to 0.524 % along the length of the discharge pipeline. Dissolution of brines to safe concentrations becomes even more intense in the presence of sea currents. The research results can be used in the design and operation of such systems.

опреснение морской водырассолрассредоточенный сброс рассола в акваториюфоновая концентрацияseawater desalinationbrinedispersed brine discharge into the water areabackground concentrationReferencesPanagopoulos, A. Minimal liquid discharge (MLD) and zero liquid discharge (ZLD) strategies for wastewater management and resource recovery – Analysis, challenges and prospects / A. Panagopoulos, K.-J. Haralambous. – DOI 10.1016/j.jece.2020.104418. – Текст : электронный // Journal of Environmental Chemical Engineering. – 2020. – Vol. 8, No. 5. – P. 104418. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213343720307673 (date of the application: 22.10.2023).Panagopoulos, A. & Haralambous, K.-J. (2020). Minimal liquid discharge (MLD) and zero liquid discharge (ZLD) strategies for wastewater management and resource recovery – Analysis, challenges and prospects. Journal of environmental chemical engineering, 8(5), pp. 104418. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/ article/pii/S2213343720307673 (accessed 22.10.2023). (In English). DOI 10.1016/j.jece.2020.104418.ЮНЕП: процесс опреснения морской и океанской воды должен быть безопасным для окружающей среды / Организация объединенных наций (ООН) : сайт. – URL: https://news.un.org/ru/story/2021/01/1394322 (дата обращения: 30.10.2023). – Текст : электронный.YuNEP: protsess opresneniya morskoy i okeanskoy vody dolzhen byt' bezopasnym dlya okruzhayushchey sredy. Available at: https://news.un.org/ru/story/2021/01/1394322 (accessed 30.10.2023). (In Russian).Утилизация рассолов при опреснении минерализованных вод с получением товарных солей и удобрений / Ю. Я. Гранкин, В. А. Тумлерт, Е. В. Тумлерт, Н. В. Гриценко. – Текст : непосредственный // Наука и мир. – 2015. – № 8-1(24). – С. 32–36.Grankin, Yu. Ya., Tumlert, V. A., Tumlert, E. V., & Gritsenko, N. V. (2015). Brine utilization at desalination of salt-water getting industrial salt and fertilizers. Science and world, 8-1(24), pp. 32-36. (In Russian).Получение воды питьевого качества для населенных пунктов Черноморского побережья / В. В. Бирюк, М. Ю. Анисимов, П. А. Горшкалев [и др.]. – DOI 10.17586/1606-4313-2019-18-4-26-31. – Текст : непосредственный // Вестник Международной академии холода. – 2019. – № 4. – С. 26–31.Biryuk, V. V., Anisimov, M. Yu., Gorshkalev, P. A., Teplykh, S. Yu., & Shershakova, A. A. (2019). Obtaining of drinkable water for neighbourhoods of Black Sea region. Journal of international academy of refrigeration, (4), pp. 26-31. (In Russian). DOI 10.17586/1606-4313-2019-18-4-26-31.Discharge of polyphosphonate-based antiscalants via desalination brine: impact on seabed nutrient flux and microbial activity / G. Sisma-Ventura, N. Belkin, M. Rubin-Blum [et al.]. – DOI 10.1021/acs.est.2c04652. – Текст : электронный // Environmental Science & Technology. – 2022. – Vol. 56, No. 18. – P. 13142-13151. URL: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.2c04652 (date of the application: 25.11.2023).Sisma-Ventura, G., Belkin, N., Rubin-Blum, M., Jacobson, Y., Hauzer, H., Bar-Zeev E., & Rahav, E. (2022) Discharge of polyphosphonate-based antiscalants via desalination brine: impact on seabed nutrient flux and microbial activity. Environmental Science & Technology, 56 (18), pp. 13142–13151. Available at: https://pubs.acs.org/doi/ abs/10.1021/acs.est.2c04652 (accessed 25.11.2023). (In English). DOI: 10.1021/acs.est.2c04652.Characteristics of desalination brine and its impacts on marine chemistry and health, with emphasis on the Persian/Arabian Gulf: a review / M. Omerspahic, H. Al-Jabri, S. A. Siddiqui, I. Saadaoui. – DOI 10.3389/fmars.2022.845113. – Текст : электронный // Frontiers in Marine Science. – 2022. – Vol. 9. – P. 845113. – URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2022.845113/full (date of the application: 25.11.2023).Omerspahic, M., Al-Jabri, H., Siddiqui, S. A., & Saadaoui, I. (2022) Characteristics of desalination brine and its impacts on marine chemistry and health, with emphasis on the Persian/Arabian Gulf: a review. Frontiers in Marine Science, 9, p. 845113. Available at: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2022.845113/full (accessed 25.11.2023). (In English). DOI 10.3389/fmars.2022.845113.Review: brine solution: current status, future management and technology development / S. N. Backer, I. Bouaziz, N. Kallayi [et al.]. – DOI 10.3390/su14116752. – Текст : электронный // Sustainability. – 2022. – No. 14 (11). – P. 6752. – URL: https://www.mdpi.com/2071-1050/14/11/6752 (date of the application: 25.11.2023).Backer, S. N., Bouaziz, I., Kallayi, N., Thomas, R. T., Preethikumar, G., Takriff, M. S., Laoui, T., & Atieh, M. A. (2022). Review: brine solution: current status, future management and technology development. Sustainability, (14(11)), pp. 6752. Available at: https://www.mdpi.com/2071-1050/14/11/6752 (accessed 25.11.2023). (In English). DOI 10.3390/su14116752.Biological and physical effects of brine discharge from the Carlsbad desalination plant and implications for future desalination plant constructions / K. L. Petersen, N. Heck, B. G. Reguero [et al.]. – DOI 10.3390/w11020208. – Текст : электронный // Water. – 2019. – No. 11 (2). – С. 208. – URL: https://www.mdpi.com/2073-4441/11/2/208 (date of the application: 22.11.2023).Petersen, K. L., Heck, N., Requero, B. G., Potts, D., Hovagimian, A., & Paytan, A. (2019). Biological and physical effects of brine discharge from the Carlsbad desalination plant and implications for future desalination plant constructions. Water, (11(2)), pp. 208. Available at: https://www.mdpi.com/2073-4441/11/2/208 (accessed 22.11.2023). (In English). DOI 10.3390/w11020208.Impact of brine and antiscalants on reef-building corals in the Gulf of Aqaba – Potential effects from desalination plants / K. L. Petersen, A. Paytan, E. Rahav [et al.]. – DOI 10.1016/j.watres.2018.07.009. – Текст : электронный // Water Research. – 2018. – Vol. 144. – P. 183–191. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135418305414 (date of the application: 27.11.2023).Petersen, K. L., Paytan, A., Rahav, E., Levy, O., Silverman, J., Barzel, O., Potts, D., & Bar-Zeev, E. (2018). Impact of brine and antiscalants on reef-building corals in the Gulf of Aqaba – Potential effects from desalination plants. Water Research, 144, pp. 183-191. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/ S0043135418305414 (accessed 27.11.2023). (In English). DOI 10.1016/j.watres.2018.07.009.The effect of coagulants and antiscalants discharged with seawater desalination brines on coastal microbial communities: A laboratory and in situ study from the southeastern Mediterranean / N. Belkin, E. Rahav, H. Elifantz [et al.]. – DOI 10.1016/j.watres.2016.12.013. – Текст : электронный // Water Research. – 2017. – Vol. 110. – P. 321– 331. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135416309472 (date of the application: 27.11.2023).Belkin, N., Rahav, E., Elifantz, H., Kress, N., & Berman-Frank, I. (2017). The effect of coagulants and antiscalants discharged with seawater desalination brines on coastal microbial communities: A laboratory and in situ study from the southeastern Mediterranean. Water Research, 110, pp. 321-331. Available at: https://www.sciencedirect.com/ science/article/abs/pii/S0043135416309472 (accessed 27.11.2023). (In English). DOI 10.1016/j.watres.2016.12.013.Обзор методов переработки рассолов, образующихся в результате работы дистилляционных установок / Г. А. Сигора, Л. А. Ничкова, Т. Ю. Хоменко [и др.]. – Текст : непосредственный // Успехи современной науки. – 2017. – Т. 1, № 12. – С. 140–146.Sigora, G. A., Nichkova, L. A., Khomenko, T. Yu., Biryuk, V. V., Shimanova, A. B., & Urlapkin, V. V. (2017). Review of methods of processing of rassols generated from the work of distillation plants. Uspekhi sovremennoy nauki, 1(12), pp. 140-146. (In Russian).Danoun, R. Desalination Plants: Potential impacts of brine discharge on marine life / R. Danoun. – URL: https://www.ccc.tas.gov.au/wp-content/uploads/2018/11/Apx-22-Desalination-Plants-Uni-Sydney-Brine-DischargeMarine-Env-Impact.pdf (date of the application: 22.10.2023). – Текст : электронный.Danoun, R. (2007). Desalination Plants: potential impacts of brine discharge on marine life. Available at: https:// www.ccc.tas.gov.au/wp-content/uploads/2018/11/Apx-22-Desalination-Plants-Uni-Sydney-Brine-DischargeMarine-Env-Impact.pdf (accessed 22.10.2023). (In English).Water desalination in Egypt; literature review and assessment / Y. Elsaie, S. Ismail, H. Soussa [et al.]. – DOI 10.1016/j.asej.2022.101998. – Текст : электронный // Ain Shams Engineering Journal. – 2023. – Vol. 14, No. 7. – P. 101998. – URL: wttps://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090447922003094 (date of the application: 25.11.2023).Elsaie, Y., Ismail, S., Soussa, H., Gado, M., & Balah, A. (2023). Water desalination in Egypt; literature review and assessment. Ain Shams Engineering Journal, 14(7), pp. 101998. Available at: https://www.sciencedirect.com/ science/article/pii/S2090447922003094 (accessed 25.11.2023). (In English). DOI 10.1016/j.asej.2022.101998.Современное состояние водных ресурсов и функционирование водохозяйственного комплекса бассейна Оби и Иртыша / Ю. И. Винокуров, А. В. Пузанов, Д. М. Безматерных [и др.]. – Новосибирск : Издательство Сибирского отделения РАН, 2012. – 236 с. – ISBN 978-5-7692-1293-2. – Текст : непосредственный.Vinokurov, Yu. I., Puzanov, A. V., Bezmaternykh, A. M., Atavin, A. A., Zinoviev, A. T., Kirillov, V. V., … Yanigina, L. V. (2012). Sovremennoe sostoyanie vodnykh resursov i funktsionirovanie vodokhozyaystvennogo kompleksa basseyna Obi i Irtysha : monograph. Novosibirsk, Publishing house Siberian Branch Russian Academy of Sciences Publ., 236 p. (In Russian).Снижение зоны влияния рассеивающего выпуска / С. В. Федоров, А. М. Телятникова, М. И. Алексеев, М. А. Гильмутдинова. – DOI 10.23968/1999-5571-2021-18-6-128-134. – Текст : непосредственный // Вестник гражданских инженеров. – 2021. – № 6(89). – С. 128–134.Fedorov, S. V., Telyatnikova, A. M., Alekseev, M. I., & Gilmutdinova, M. A. (2021). Reducing the influence zone of the dispersion discharge. Bulletin of Civil Engineers, (6(89)), pp. 128-134. (In Russian). DOI 10.23968/1999-5571- 2021-18-6-128-134.Особенности организации рассеивающих водовыпусков для отведения избыточных рассолов в водные объекты / А. В. Богомолов, А. П. Лепихин, А. А. Тиунов [и др.]. – Текст : непосредственный // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. – 2016. – № 2. – С. 72–86.Bogomolov, A. V., Lepikhin, A. P., Tiunov, A. A., Lyubimova, T. P., & Parshakova, Y. N. (2016). Osobennosti organizatsii rasseivayushchikh vodovypuskov dlya otvedeniya izbytochnykh rassolov v vodnye ob"ekty. Vodnoe khozyaystvo Rossii: problemy, tekhnologii, upravlenie, (2), pp. 72-86. (In Russian).Papakonstantis, I. G. On the computational modeling of inclined brine discharges / I. G. Papakonstantis, P. N. Papanicolaou. – DOI 10.3390/fluids7020086. – Текст : электронный // Fluids. – 2022. – Vol. 7. – P. 86. – URL: https://www.mdpi.com/2311-5521/7/2/86 (date of the application: 27.11.2023).Papakonstantis, I. G., & Papanicolaou, P. N. (2022). On the computational modeling of inclined brine discharges. Fluids, 7, p. 86. Available at: https://www.mdpi.com/2311-5521/7/2/86 (accessed 27.11.2023). (In English). DOI 10.3390/fluids7020086.Hosseini S. A. R. S. Large eddy simulation of multiple inclined brine discharges / S. A. R. S. Hosseini, M. Taherian, M. Abdolmajid. – DOI 10.3850/IAHR-39WC252171192022809. – Текст : электронный // Proceedings of the 39th IAHR World Congress, 19-24 June 2022. Granada, Spain, 2022. – URL: https://iahr.oss-accelerate.aliyuncs.com/upload/file/20220520/1653034138930298.pdf (date of the application: 30.11.2023).Hosseini, S. A. R. S., Taherian, M., & Mohammadian, A. (2022). Large eddy simulation of multiple inclined brine discharges. Proceedings of the 39th IAHR World Congress, 19-24 June 2022, Granada, Spain. Available at: https:// iahr.oss-accelerate.aliyuncs.com/upload/file/20220520/1653034138930298.pdf (accessed 30.11.2023). (In English). DOI 10.3850/IAHR-39WC252171192022809.Unconfined dense plunging jets used for brine disposal from desalination plants / A. C. Chow, I. Shrivastava, E. E. Adams [et al.]. – DOI 10.3390/pr8060696. – Текст : электронный // Processes. – 2020. – No. 8. – P. 696. – URL: https://www.mdpi.com/2227-9717/8/6/696 (date of the application: 25.11.2023).Chow, A. C., Shrivastava, I., Adams, E. E., Al-Rabaie, F., & Al-Anzi, B. (2020). Unconfined dense plunging jets used for brine disposal from desalination plants. Processes, (8), p. 696. Available at: https://www.mdpi.com/2227- 9717/8/6/696 (accessed 25.11.2023). (In English). DOI 10.3390/pr8060696.Патент 2780743 Российская Федерация, МПК Е03В 3/28. Способ получения пресной воды : № 2021120715 : заявл. 12.07.2021 : опубл. 30.09.2022 / Миронов В. В., Чекардовский М. Н., Иванюшин Ю. А., Шалагин И. Ю., Максимов Л. И., Калиновский П. А. : патентообладатель ФГБОУ ВО «ТИУ». – Текст : непосредственный.Mironov, V. V., Chekardovskiy, M. N., Ivanyushin, Yu. A., Shalagin, I. Yu., Maksimov, L. I., & Kalinovskiy, P. A. (2022) Sposob poluchniya presnoy vody [Method for obtaining fresh water]. Patent RU 2780743. МПК Е03В 3/28. Applied: 12.07.2021. Published: 30.09.2022 Patentee: Industrial University of Tyumen. (In Russian).Патент 2808201 Российская Федерация, МПК C02F 1/44 F03B 13/14. Способ очистки воды от соли и загрязнений : № 2023113266, заявл. 22.05.2023 ; опубл. 24.11.2023 / Миронов В. В., Иванюшин Ю. А., Миронов Д. В., Суглобов Д. А. : патентообладатель ООО «ЭЛЕКТРОРАМ». – Текст : непосредственный.Mironov, V. V., Ivanyushin, Yu. A., Mironov, D. V., & Suglobov, D. A. (2023) Sposob ochistki vody ot soli i zagryazneniy [Method for purifying water from salt and contaminants]. Patent RU 2808201, МПК C02F 1/44 F03B 13/14. Applied: 22.05.2023. Published: 24.11.2023. Patentee: LLC "ELECTRORAM". (In Russian).Альтшуль, А. Д. Гидравлика и аэродинамика (Основы механики жидкости) : учебное пособие для вузов / А. Д. Альтшуль, П. Г. Киселев. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – Москва : Стройиздат, 1975. – 323 c. – Текст : непосредственный.Al'tshul', A. D., & Kiselev, P. G. (1975). Gidravlika i aerodinamika (Osnovy mekhaniki zhidkosti). 2nd edition, revised. Moscow, Stroyizdat Publ., 323 p. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.