CN104996055B

CN104996055B - 植物营养水循环利用系统

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Publication number: CN104996055B
Application number: CN201510452974.8A
Authority: CN
Inventors: 杨天寿
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2035-07-29
Also published as: CN104996055A

Abstract

本发明为植物营养水循环利用系统，解决已有水循环利用系统不能降低重金属污染，肥料利用率低的问题。原水池经原水泵和管道与澄清池连接，澄清池的上端通过溢流堰与溢流室连接，澄清池中间有筒形内罩，内罩上端与搅拌机、絮凝剂计量罐、第一pH调节剂计量罐连接，下端与澄清池和絮凝剂排管相通，溢流室通过清水泵和管道与多介质过滤器连接，多介质过滤器与反渗透膜分离器连接，反渗透膜分离器与营养水池连接，营养水池上面有尿素计量罐、磷铵计量罐、氯化钾计量罐、第二pH调节剂计量罐分别与营养水池中的旋流混合器连接，营养水池经挡板与营养水室连接，营养水室经营养水泵和管道与自动灌溉机连接，自动灌溉机分布于灌溉田地，灌溉田地上有苦咸水沟与苦咸水井连接，苦咸水井通过苦咸水泵和管道与原水池连接。

Description

植物营养水循环利用系统

技术领域：

本发明与植物营养水循环利用与改良土壤保持肥效的系统有关，尤其与被污染水和田地营养水的循环利用系统有关。

技术背景：

1、目前我国贵州、江西、福建等南方已有3488万亩土地被重金属污染，一般为铅、锌、铜、银、镉、铬、砷、硒、汞等重金属物，使其被污染水域造成人饮后癌病多发区，被污染土壤中植物含重金属物严重超标。迫切需要对污染水质和土壤加速治理，必须要加强治理淡水水质，用治好的淡水水质灌溉土壤，溶解降低土壤中的重金属物，减轻对动植物和人身的危害，避免对国民经济和社会造成重大损失。

已有的治理方法，不能长期有效减少土壤和水质中已有重金属物对人们饮用水和植物生长的危害。

2、目前我国吉林、辽宁、新疆、宁夏等东北西北地区已有盐碱地3630万亩以上的土地，不能种植，已种植的生长很差，无土地肥效，已有改良的数万亩种植土地中，吉林嫩江平原已有数千亩盐碱地被改良成种植水稻获得成功，新疆南疆农十四师已有数万亩盐碱地被告改良成种植红枣获得成功。被改良的土地数量仅为总数的百分之几，在已改良种植物中，又出现返碱现象，使数千亩红枣死亡，水稻枯黄。

已有的盐碱地改良方法不能保持长期稳定效果，还有数千万亩盐碱地急需要有“一种科学方法”来改良，增加优良土壤和田地。

3、目前我国广大农村种植施肥70%以上，采用干肥和浓液施灌，使肥料利用率达不到30%。使用单一肥料占60%以上，又未按照土壤酸碱度，肥效程度及植物长期所需肥料品种的用量施灌，种植产量难以提高，有的少雨缺淡水地区，已有土壤盐碱化偏向出现。

急需采用水肥一体化施灌方法，解决肥料利用率低的现状，使用水肥一体化的植物营养水施灌是目前最佳方法。以色列这个国家的广大农业90%以上实现了水肥一体化施灌措施，使整体肥料利用率达90%，我国现有农业的肥料利用率仅为以色列国家的三分之一，可见水肥一体化的植物营养水施灌，在我国广大农业中有广阔的发展空间。

发明内容：

本发明的目的是提供一种减少土壤和水质中已有重金属物，提高肥料利用率的植物营养水循环利用系统。

本发明是这样实现的：

本发明植物营养水循环利用系统，原水池1经原水泵2和管道与澄清池3连接，澄清池的上端通过溢流堰8与溢流室连接，澄清池中间有筒形内罩4，内罩4上端与搅拌机7、絮凝剂计量罐5、第一pH调节剂计量罐6连接，下端与澄清池和絮凝剂排管10相通，溢流室通过清水泵9和管道与多介质过滤器11连接，多介质过滤器11与反渗透膜分离器14连接，反渗透膜分离器14与营养水池17连接，营养水池17上面有尿素计量罐18、磷铵计量罐19、氯化钾计量罐20、第二pH调节剂计量罐21分别与营养水池17中的旋流混合器22连接，营养水池17经挡板23与营养水室连接，营养水室经营养水泵24和管道与自动灌溉机25连接，自动灌溉机25分布于灌溉田地，灌溉田地上有苦咸水沟28与苦咸水井连接，苦咸水井通过苦咸水泵29和管道与原水池连接。

原水池与井水源或/和河水源连接。

所述澄清池3内的内罩4内有叶轮31与搅拌机7的电机轴连接，絮凝剂计量罐5、第一pH调节剂计量罐6、尿素计量罐18、磷铵计量罐19、氯化钾计量罐20、第二pH调节剂计量罐21内有搅拌机35与叶片37连接，上述计量罐上端有进水口33、出水口34，下端有出料口38，罐体上有刻度，所述旋流混合器22有转轴40，转轴上端与转盘39连接，下端与底座41上的驱动机连接。

将井水、河水、苦咸水集中到原水池1获得原水，由原水泵2送原水至机械搅拌澄池3，澄清池3接收絮凝剂和pH调节剂定量配制后同时进入搅拌机7混合，保持pH=7～8，停留时间为20～30分钟，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺或聚合氯化铝，所述pH调节剂为氢氧化钠或盐酸，溶解在水中的悬浮物即非溶解质，在内罩4内进行混合与反应，再进入内罩外部分离区，使95～98%的非溶解质即悬浮物进入澄清池下部浓缩区，逐渐形成絮凝物后成为泥浆，从絮凝剂排管10被排出至专用收集池集中无害化处理，清液集中在沉清池3上层清液区，经溢流堰8流入清水泵9，送多介质过滤器11，继续去除非溶解质的残余悬浮物13后，成为符合反渗透膜分离器14要求的非溶解质含量＜1%的溶液，等待其清洁透明时获得清水12，清水进入反渗透膜分离器14，借助膜的浓差作用力，将溶液中99%的溶质截留在浓盐水15中，排出至专用收集池集中无害化处理。被分离出来的含非溶解质含量＜1%的淡化水16，进入营养水池17的分配管中，分别与加料计量罐18、19、20、21中各溶液同时注入旋流混合器22的转盘39上，在转盘39作用后，制成营养水，再从营养水池17的挡板23进入营养水室，消除沟流效应后进入营养水泵24，送往自动灌溉机25。

尿素计量罐18中的尿素重量百分浓度为0.4—0.44、磷铵计量罐19中的磷铵重量百分浓度为0.20—0.22、氯化钾计量罐20中的氯化钾重量百分浓度为0.6—0.66、第二pH调节剂计量罐21中的pH调节剂使营养水=6.7—7.1，N：P∶k=2∶1∶3，营养水用量为60—80M³/亩.月。

尿素计量罐18中的尿素重量百分浓度为0.20—0.22、磷铵计量罐19中的磷铵重量百分浓度为0.10—0.11、氯化钾计量罐20中的氯化钾重量百分浓度为0.06—0.08、第二pH调节剂计量罐21中的pH调节剂使营养水pH=6.8—7.2，N∶P∶k=2∶1∶0.4，营养水用量为50—70M³/亩.月。

尿素计量罐18中的尿素重量百分浓度为0.4—0.44、磷铵计量罐19中的磷铵重量百分浓度为0.20—0.22、氯化钾计量罐20中的氯化钾重量百分浓度为0.40—0.44、第二pH调节剂计量罐21中的pH调节剂使营养水pH=6.9—7.3，N∶P∶k=2∶1∶2，营养水用量为40—60M³/亩.月。

本发明有如下优点：

技术特征：

我国河水、江水、井水中含盐量一般在100～1000mg/l时，称为淡水，可作为种植灌溉水与饮用水水源。湖水和盐碱地排水中含盐量一般在1000～15000mg/l时，水味苦涩，我国西北地区降雨量低，长年干旱缺雨，湖里和地下水都存在苦咸水，可经过淡化处理后成为重复使用的水源。本发明将淡水、苦咸水经过人工淡化处理后，含盐量在10～20mg/l时，称为淡化水或纯净水，有较强的溶剂质作用特性。在用作溶解溶质时称为溶剂，经消毒功能后可达到饮用水质标准。

本发明的营养水使肥料利用率达到90%，在土壤中能被植物生长吸收时称为植物“营养水”，剩余在土壤中的溶液有增效土壤肥力，在土壤中遗放三元素后还有继续溶解盐碱物与金属物功能，使土壤中含盐碱量逐年降低，达到了改良劣质土壤的功效，完成了对种植物正常生长的最佳条件。

本发明将氮肥——尿素（含N46%），磷肥——磷酸二氢铵（含P₂O₅46%），钾肥——氯化钾（含KCl60%），简称N、P、K三元素溶质，分别按精准计量值完全被溶解于淡化水溶剂中的液相物叫溶液，配制成适宜浓度值（见技术参数中B类项目数值）施灌在土壤中，被植物生长吸收后，剩余溶质量在100mg/l左右，完全能将土壤中高含盐量（2.0～4.0g/kg土壤）的溶质溶解在其中，含盐量达到1000mg～15000mg/l时，成为苦咸水排出来，使土壤中的含盐量经2～3年的连续施灌后递减至土壤肥效递增时成为优质土壤，达到改良的最终结果。

本发明实现了施灌农作物所需灌溉用水能再生回用，解决了灌溉缺水与水质差的难题；解决了大量盐碱地必须2～3年内减少盐碱量后能长期满足种植物正常生长的难题；解决了被重金属物污染的大量土壤，长期不能种植的难题；解决了植物生长时，对氮（N）磷（P）钾（K）需要适时适量控制施灌的难题；解决了盐碱地和重金属地以外的贫质土壤，其肥效长期得不到提高并有潜在盐碱地倾向的难题。实现了水肥一体化施灌措施，将肥料利用率由现有的30%提高了90%以上，相对现有的肥效得高了三倍以上。

附图说明：

图1为本发明的工艺流程图。

图2为澄清池结构图。

图3为计量罐结构图。

图4为旋流混合器结构图。

具体实施方式：

技术参数：

A.水质指标

B.营养水质（参考：《固体废物处理与资源化》中417页表13—12，2005年7月北京，中国环境科学出版社。）

C、土壤质量

澄清池3为机械搅拌澄清池。见三废处理工程技术手册。

多介质过滤器11见国家建筑标准设计图集03ss703—1，为zyl系列机械过滤器。

反渗透膜分离器14见国家建筑标准设计图集07ss604，膜型号：TML—20—370。

絮凝剂计量罐5、尿素计量罐18、磷铵计量罐19、氯化钾计量罐20、第一、二调节剂计量罐6、21见国家建筑标准设计图集03ss703—1。

如图1所示，将井水、河水、苦咸水集中到原水池1后统称原水，由原水泵2送至机械搅拌澄清池3，接收絮凝剂4即聚丙烯酰胺（PAM）或聚合氯化铝（PAC）与pH调节剂5即氢氧化钠（NaOH）或盐酸（HCl）定量配制后同时进入搅拌机6混合，保持pH=7～8时，保证了絮凝效果达到最佳的条件。停留时间达到20～30分钟后，溶解在水中的悬浮物即非溶解质，在内罩7协同作用下，进行一次、二次混合与反应，再进入分离区，使95～98%的非溶解质即悬浮物进入浓缩区，逐渐形成絮凝物后成为泥浆，被排出至专用收集池30集中无害化处理，清液集中在上层清液区，经溢流堰8流入清水泵9，送经多介质过滤器11，继续去除2～5%的非溶解质的残余悬浮物13后，成为符合反渗透膜分离器14要求的条件＜1%的非溶解质的溶液，清洁透明时称为清水12，进入反渗透膜分离器14，借助膜的浓差作用力，将溶液中99%的溶质被截留在浓盐水15中，排出至专用收集池30集中无害化处理。被分离出来＜1%的非溶解物称为淡化水，其质量指标见技术参数A项中b值，成为制备营养水的合格溶剂物。进入营养水池17的分配管中，分别与加料计量罐18、19、20、21中各溶质加入量，按照技术参数B项中a、b、c值，同时注入旋流混合器23，在图四中转盘39之作用后，制成营养水，再经营养水池17中，流经挡板23，消除沟流效应后进入营养水泵24，送往自动灌溉系统25功能作用，并按技术参数B项中植物品种的所需的a、b、c 值用量，对种植土壤26中种植物27施灌。其营养水中三元素溶质量被种植物吸收减少，使种植土壤中的含盐量及重金属量（溶质），被遗放三元素后的溶剂质继续溶解而减少，使溶液中的溶质量逐渐增加到1000～15000mg/l时，成为苦咸水，被收集在深沟（井）28里，其减少后的种植土壤被改良，连续进行2～3年期改良，其土壤中含盐量降低至2.0g/kg以下时，土壤的改良得到了极大的改善，土壤中被余留的三元素量也逐年增多，土壤的肥效度也增到最好值，成为能种植多种植物的优良土壤，种植物获得最大丰收。其苦咸水经苦咸水泵29送至原水池1中，又一次获得合格的淡化水，重复使用后解决了缺淡水灌溉的难题。这就是植物营养水循环利用系统功能所在。

实施例1：

新疆南疆农十四师在数千万亩盐碱地中，改良了数万亩“氯化型盐碱地”，经历十多年的用河水、井水中的淡水进行冲洗灌溉后流入深沟井排放后取得了良好效果，成功种植了数万亩红枣树，获得最高每年红枣产值在1.0～1.5万元/亩（含生产成本0.3万元/亩）的经济效益。但在近年出现了局部土地上有部分红枣死亡了，产值降低至成本以下，无法继续种植。分析后得知因死亡是红枣树地土壤中有返碱现象，即土壤中的含盐量（氯化物）没有继续减少或维持不变在2.5g/kg以下，有的递增至2.5～3.5g/kg的含盐碱量，是用河水（井水）的淡水中含盐量由原来的300～400mg/l，递增至今天的600～700mg/l，使得洗灌的土壤中含盐未减反而递增的主要原因，加之气候条件的变化，其下雨量减少，蒸发量也增大一倍以上，也使土壤中含盐增加造成返碱现象的原因，所以必须对施灌的河水、井水与回收的苦咸水应进行淡化处理后，应使施灌的混合水中的含盐量保持在200～300mg/l以下，才能保持长期改良的效果。所以再用含盐高达500～700mg/l的淡水来继续改良土壤的方法有很大风险，必须用“植物营养水”去改良盐碱地是有效的方法。

实施方式：

将深沟井里的苦咸水集中在原水池1中，经由原水泵2送经搅拌澄清池3中，同时将PAC絮凝剂5与质量百分浓度30%HCl作pH调节剂6同时进入，保持pH=7.1时，经搅拌机7和内罩4的共同作用30分钟时，将原水中97%非溶解质的悬浮物与水溶液分离后，由排出口10至专用收集池集中无害化处理。其水溶液经溢流堰8至清水泵9送至多介质过滤器11，去除残余3%的非溶解质的悬浮物后，成为符合进入反渗透膜分离器14的清水12，借助反渗透膜的浓差作用力，将溶液中含99%以上的溶解质（盐分）被截留下来，成为浓盐水15被排至专用收集池30集中无害化处理。含＜质量百分浓度1%的溶质（盐分）的溶液穿过膜后成为淡化水即纯净水[见技术参数A项b值]，作为制备营养水的合格溶剂物进入营养水池17的分配管中，根据种植红枣、苹果所需N:P2O5:KCl＝2∶1∶2比值，按技术参数B项中C值，将尿素溶液计量罐18，磷铵溶液计量罐19，氯化钾溶液计量罐20，pH值调节剂用盐酸（质量百分浓度30%HCl）计量罐21各功能后，再经旋流混合器22中，转盘39、支座41的共同功能及挡板23消除沟流效应后，制成的营养水，经营养水泵24，至自动灌溉机25的功能后，施灌于种植土壤26中的红枣、苹果种植物27吸收后，剩余营养水中含盐量远低于土壤中的含盐量，由于浓差作用力，将土壤中能被溶解的盐分溶解其中，被溢入土壤中的深沟（井）28中，成为苦咸水，再由苦咸水泵29送至原水池1中，再按图1的植物营养水制备工艺设备的各功能进行苦咸水淡化成淡化水，再与三元素分别精准计量后制备成满足红枣、苹果所需的，又能达到将土壤中剩余盐分溶解递减后，得到改良，土壤中的肥效因三元素的积累而递增，长期使红枣、苹果的生长处在最佳优良土质条件，确保红枣、苹果长期稳定高产，这就是植物营养水及其制备方法的功能所在。

实施例2：

江西、贵州、福建等南方地都存在重金属污染的成片土地，各地区的重金属物种类有区别，如江西上绕某地以铅、锌、铜…为主要污染物，如贵州某地区，以砷、铝…为主要污染物，都急需要对污染物进行治理，对植物生长进行保护措施，我们采用“植物营养水及其制备方法”制备出淡化水和营养水，来满足植物生长又能在施灌2～3年内的重金属含量递减到种植水稻、小麦的最好含量值，使产出的水稻、小麦中金属量低于标准值，又能恢复土壤的效力，增强土壤肥效，又能保证灌溉用淡水质量和用量，也解决了短缺淡水饮用水、灌溉用水困难。

实施方式：

将河水及返回的苦咸水集中到原水池1中，经由原水泵2送经搅拌澄清池3中，将PAM絮凝剂5与烧碱（质量百分浓度20%NaOH）作pH调节剂6同时进入，保持pH=7.0时，经搅拌机7和内罩4的作用，约10～15分钟时，将原水中98%非溶解质的悬浮物与水溶液分离后，由排絮凝物10至专用收集池30集中无害化处理。其水溶液经溢流堰8至清水泵9送至多介质过滤器11，去除残余＜质量百分浓度2%的非溶解质的悬浮物13排至专用收集池30集中无害化处理。去除残余非溶解质的溶液清洁透明，叫做清水12进入反渗透膜分离器14后，被截留下来含99%的溶解质物成为浓盐水15被排至专用收集池30集中无害化处理。借助反渗透膜的浓差作用力，去除溶解质后的水溶液中含＜质量百分浓度1%的盐分穿过膜的溶液叫淡化水即纯净水[见技术参数A项b值]，制备出营养水的合格溶剂物16进入营养水池17的分配管中，根据种植水稻、小麦所需N∶P₂O₅∶KCl＝2∶1∶3比值，按技术参数B项中a值，将尿素溶液18，磷铵溶液19，氯化钾溶液20,烧碱溶液（质量百分浓度20%NaOH）21，经旋流混合器22中及挡板23之功能制成营养水，经营养水泵24，送经自动灌溉机25的功能后，施灌于种植土壤26中的水稻、小麦种植物27吸收后，剩余营养水溶剂将土壤的铜、锌、铅、砷、汞等盐份被部分溶解后带出，成为苦咸水收集到深沟（井）28中，由苦咸水泵29送至原水池1中，再按图一的重复“植物营养水及其制备方法”全过程，经2～3年后，被重金属物污染的土壤成为了种植水稻、小麦的优质良田。

Claims

1.植物营养水循环利用系统，其特征在于原水池（1）经原水泵（2）和管道与澄清池（3）连接，澄清池的上端通过溢流堰（8）与溢流室连接，澄清池中间有筒形内罩（4），内罩上端与搅拌机（7）、絮凝剂计量罐（5）、第一pH调节剂计量罐（6）连接，下端与澄清池和絮凝剂排管（10）相通，溢流室通过清水泵（9）和管道与多介质过滤器（11）连接，多介质过滤器与反渗透膜分离器（14）连接，反渗透膜分离器与营养水池（17）连接，营养水池面有尿素计量罐（18）、磷铵计量罐（19）、氯化钾计量罐（20）、第二pH调节剂计量罐（21）分别与营养水池中的旋流混合器（22）连接，营养水池经挡板（23）与营养水室连接，营养水室经营养水泵（24）和管道与自动灌溉机（25）连接，自动灌溉机分布于灌溉田地，灌溉田中有苦咸水沟（28）与苦咸水井连接，苦咸水井通过苦咸水泵（29）和管道与原水池连接，原水池与井水源或/和河水源连接，所述澄清池内的内罩内有叶轮（31）与第一搅拌机的电机轴连接，絮凝剂计量罐、第一pH调节剂计量罐、尿素计量罐、磷铵计量罐、氯化钾计量罐、第二pH调节剂计量罐内有第二搅拌机（35）与叶片（37）连接，上述计量罐上端有进水口（33）、出水口（34），下端有出料口（38），罐体上有刻度，所述旋流混合器（22）有转轴（40），转轴上端与转盘（39）连接，下端与底座（41）上的驱动机连接，将井水、河水、苦咸水集中到原水池（1）获得原水，由原水泵（2）送原水至机械搅拌澄清池（3），澄清池（3）接收絮凝剂和pH调节剂定量配制后同时进入搅拌机（7）混合，保持pH=7～8，停留时间为20～30分钟，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺或聚合氯化铝，所述pH调节剂为氢氧化钠或盐酸，溶解在水中的悬浮物即非溶解质，在内罩内进行混合与反应，再进入内罩下部分离区，使95～98%的非溶解质即悬浮物进入沉清池下部浓缩区，逐渐形成絮凝物后成为泥浆，从絮凝剂排管（10）被排出至专用收集池集中无害化处理，清液集中在澄清池上层清液区，经溢流堰流入清水泵（9），送多介质过滤器（11），继续去除非溶解质的残余悬浮物（13）后，成为符合反渗透膜分离器（14）要求的非溶解质含量＜1%的溶液，等待其清洁透明时获得清水（12），清水进入反渗透膜分离器，借助膜的浓差作用力，将溶液中99%的溶质截留在浓盐水（15）中，排出至专用收集池集中无害化处理，被分离出来的含非溶解质含量＜1%的淡化水（16），进入营养水池（17）的分配管中，分别与加料计量罐中各溶液同时注入旋流混合器（22）的转盘（39）上，在转盘作用后，制成营养水，再从营养水池的挡板进入营养水室，消除沟流效应后进入营养水泵（24），送往自动灌溉机（25）。

2.根据要求1所述的植物营养水循环利用系统，其特征在于尿素计量罐（18）中的尿素重量百分浓度为0.4—0.44、磷铵计量罐（19）中的磷铵重量百分浓度为0.20—0.22、氯化钾计量罐（20）中的氯化钾重量百分浓度为0.6—0.66、第二pH调节剂计量罐（21）中的pH调节剂使营养水pH=6.7—7.1，N∶P:k=2∶1∶3，营养水用量为60—80M³/亩.月。

3.根据要求1所述的植物营养水循环利用系统，其特征在于尿素计量罐中的尿素重量百分浓度为0.20—0.22、磷铵计量罐中的磷铵重量百分浓度为0.10—0.11、氯化钾计量罐中的氯化钾重量百分浓度为0.06—0.08、第二pH调节剂计量罐中的pH调节剂使营养水pH=6.8—7.2，N∶P∶k=2∶1∶0.4，营养水用量为50—70M³/亩.月。

4.根据要求1所述的植物营养水循环利用系统，其特征在于尿素计量罐中的尿素重量百分浓度为0.4—0.44、磷铵计量罐中的磷铵重量百分浓度为0.20—0.22、氯化钾计量罐中的氯化钾重量百分浓度为0.40—0.44、第二pH调节剂计量罐中的pH调节剂使营养水pH=6.9—7.3，N∶P∶k=2∶1∶2，营养水用量为40—60M³/亩.月。