CN106508609B - 一种污染灌溉水净化喷灌系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种污染灌溉水净化喷灌系统，包括水池、供水泵、一号高压静电发生器、太阳能电池组、二号高压静电发生器、阳离子反渗透膜净化器、喷灌喷嘴、静电净化模块、阴离子水反渗透膜净化器；所述静电净化模块包括杆式正电极、管状负电极、阳离子水分离器、阴离子水分离器。本发明同步实现污染灌溉水的离子脱除、消毒灭菌，防止土壤、地表水和地下水污染，保持水环境安全，设备结构简单，效率高，运行稳定安全，满足农业喷灌需求。
Description
技术领域
本发明涉及污染灌溉水净化喷溉领域，特指利用高压静电场协同反渗透膜净化水体，喷灌过程中形成空间电场促进植物生长的灌溉水净化喷灌系统。
背景技术
随着国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，污水排放量加剧，全国各大水域水质受到污染，灌溉用水中含有有毒有害物质，造成土地有机物污染、重金属污染和酸碱盐污染，地表水和地下水富营养化，水环境受到污染，对农产品食品安全形成了巨大的挑战。
目前，农村灌溉水缺乏一种快速有效、结构简单、维护方便的净化系统。CN201510747876“一种农作物灌溉水净化处理再循环工艺”主要利用一种低氧膜生物反应器净化灌溉水，但只能过滤悬浮物和水溶性大分子物，无法脱除正负离子。CN201410188362“一种种植园灌溉水净化循环利用系统”由水收集系统、沉淀池、厌氧好氧反应系统、人工湿地净化系统、过滤系统、滴灌系统组成，占地空间大，净化效率低。CN201420727384“农作物灌溉水净化装置”应用铜锌合金滤料颗粒净化灌溉水，水处理管道易堵塞，维护成本高。
发明内容
为了避免和克服上述不足，本发明的目的是提供一种灌溉水脱盐杀菌、促进植物生长、减少病虫害的污染灌溉水净化喷灌系统，利用高压静电场协同反渗透膜，脱除正负离子，消毒灭菌，经处理后的水体带有电荷，在喷灌时形成空间电场，促进植物生长结果，提高农产品质量与产量。
实现本发明的技术方案为：
一种污染灌溉水净化喷灌系统，包括水池、供水泵、一号高压静电发生器、太阳能电池组、二号高压静电发生器、阳离子反渗透膜净化器、喷灌喷嘴、静电净化模块、阴离子水反渗透膜净化器；所述水池通过管道与供水泵连接，所述供水泵通过管道与静电净化模块连接；所述太阳能电池组与所述一号高压静电发生器和二号高压静电发生器均用导线连接，所述一号高压静电发生器通过高压静电线与所述静电净化模块连接，所述二号高压静电发生器通过高压静电线与所述喷灌喷嘴的金属接头连接，喷灌喷嘴通过管道与所述静电净化模块连接；所述阳离子反渗透膜净化器和阴离子水反渗透膜净化器均通过管道与所述静电净化模块连接；
所述静电净化模块包括杆式正电极、管状负电极、阳离子水分离器、阴离子水分离器；所述杆式正电极设于管状负电极内，且杆式正电极设于管状负电极的中心轴线上；所述管状负电极的进口端为灌溉水进口，所述灌溉水进口通过管道与所述供水泵连接；所述管状负电极的出口端通过螺纹与所述阳离子水分离器的进口端连接，阳离子水分离器的出口端通过螺纹与所述阴离子水分离器连接；沿所述阴离子水分离器中心轴线的纵剖面为“山”字形，在所述“山”字形的外侧壁上开有一个净化水出口，所述净化水出口通过管道与所述喷灌喷嘴的进口端连接；沿所述“山”字形的中心轴线开有一个圆柱形通道，所述圆柱形通道的中心轴线与所述管状负电极的中心轴线重合，圆柱形通道的出口端为阴离子出水口，所述阴离子出水口通过管道与所述阴离子水反渗透膜净化器的进口端连接，所述阴离子水反渗透膜净化器的出口端通过管道与所述灌溉水进口连接；所述阳离子水分离器的管壁上开有一个外环形通道，所述外环形通道的外侧壁上开有一个阳离子出水口，所述阳离子出水口通过管道与所述阳离子反渗透膜净化器的进口端连接，所述阳离子反渗透膜净化器的出口端通过管道与所述灌溉水进口连接；所述外环形通道的内侧壁、“山”字形的外侧壁与所述圆柱形通道的管壁之间形成内环形通道。
进一步，所述供水泵、一号高压静电发生器、太阳能电池组、二号高压静电发生器、阳离子反渗透膜净化器、阴离子水反渗透膜净化器、管状负电极均接地。
进一步，所述阳离子水分离器、阴离子水分离器的材质均为聚四氟乙烯，所述净化水出口与喷灌喷嘴之间的管道材质为非金属，所述喷灌喷嘴的材质为金属。
本发明的工作过程为：太阳能电池组为一号高压静电发生器、二号高压静电发生器、水泵提供电源，杆式正电极与管状负电极之间的环形空间形成高强度静电场。高强度静电场细胞膜具有电击穿作用，同时对水体进行电解产生的·OH、O·等自由基、H2O2、O3等均可杀伤细胞，利用电渗和电泳作用干扰细胞代谢功能，实现水体的消毒灭菌。污染灌溉水中阴、阳离子在电场力的作用下移动，阳离子主要集中在靠近管状负电极的流层，阴离子主要集中在靠近杆式正电极的流层，远离杆式正电极与管状负电极的区域内离子浓度极低，可以直接用于喷灌。靠近管状负电极的阳离子水和靠近杆式正电极的阴离子水的量相较于进入静电净化模块的灌溉水总量小很多，大幅减轻了应用反渗透法实施的二级净化水量，减少了反渗透膜的损耗。对于离子污染不很严重的灌溉水，可以关闭反渗透法二级净化装置，定时关闭一号高压静电发生器，由供水泵供水冲洗杆式正电极与管状负电极构成的环形腔体。
应用反渗透法进一步脱除阳离子水和阴离子水中的离子，其脱除率可达90％以上。对胶体微生物、有机物也有优良的拦截作用，其电能消耗是电渗析法的1/2，蒸馏法的1/40，但分渗透膜需定期更换。阳离子水经阳离子分离器进入阳离子反渗透膜净化器，进一步脱除水中的阳离子后，这部分水体再次进入静电净化模块。阴离子水经阴离子分离器进入阴离子反渗透膜净化器，进一步脱除水中的阴离子后，这部分水体再次进入静电净化模块。
污染灌溉水经过静电净化模块后带有静电，净化水经管路从喷灌喷嘴喷出，形成空间电场。喷灌喷嘴采用金属材质，与二号高压静电发生器相连，进一步增加净化水带电量。适当强度的静电场有助于农作物生长结果，缩短生长周期，提高农产品产量。若将该灌溉水净化喷灌系统应用于温室大棚，在不需要喷灌的时候，该喷嘴相当于一电极，静电场的作用除促进农作物生长外，还可以除雾降低大棚内空气湿度，减少病虫害的发生，降低农药使用量与农产品药物残留量。
有益效果：
(1)本发明同步实现污染灌溉水的离子脱除、消毒灭菌，防止土壤、地表水和地下水污染，保持水环境安全，满足农业喷灌需求。
(2)通过特殊的流道设计，自行分离出阳离子水、阴离子水以及可直接用于灌溉的净化水，设备结构简单，效率高，运行稳定安全。
(3)经静电净化模块处理后的净化水带有电荷，喷灌时水柱形成空间电场，促进农产品生长结果增收，喷灌喷嘴荷电进一步强化了该作用。
(4)非喷灌期内，荷电的喷灌喷嘴形成空间电场，促进农作物生长的同时，降低大棚内空气湿度，减少病虫害，降低农药使用量与农产品药物残留量，为实现有机农业生产提供保证。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是静电净化模块的结构示意图。
图中：1.水池；2.供水泵；3.一号高压静电发生器；4.太阳能电池组；5.二号高压静电发生器；6.阳离子反渗透膜净化器；7.喷灌喷嘴；8.静电净化模块；9.阴离子反渗透膜净化器；10.灌溉水进口；11.杆式正电极；12.管状负电极；13.阳离子水分离器；14.阳离子水出口；15.净化水出口；16.阴离子水出口；17.阴离子水分离器；18.圆柱形通道；19.内环形通道；20.外环形通道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
如图1、2所示，一种污染灌溉水净化喷灌系统，包括水池1、供水泵2、一号高压静电发生器3、太阳能电池组4、二号高压静电发生器5、阳离子反渗透膜净化器6、喷灌喷嘴7、静电净化模块8、阴离子水反渗透膜净化器9；所述水池1通过管道与供水泵2连接，所述供水泵2通过管道与静电净化模块8连接；所述太阳能电池组4与所述一号高压静电发生器3和二号高压静电发生器5均用导线连接，所述一号高压静电发生器3通过高压静电线与所述静电净化模块8连接，所述二号高压静电发生器5通过高压静电线与所述喷灌喷嘴7的金属接头连接，喷灌喷嘴7通过管道与所述静电净化模块8连接；所述阳离子反渗透膜净化器6和阴离子水反渗透膜净化器9均通过管道与所述静电净化模块8连接；
所述静电净化模块8包括杆式正电极11、管状负电极12、阳离子水分离器13、阴离子水分离器17；所述杆式正电极11设于管状负电极12内，且杆式正电极11设于管状负电极12的中心轴线上；所述管状负电极12的进口端为灌溉水进口10，所述灌溉水进口10通过管道与所述供水泵2连接；所述管状负电极12的出口端通过螺纹与所述阳离子水分离器13的进口端连接，阳离子水分离器13的出口端通过螺纹与所述阴离子水分离器17连接；沿所述阴离子水分离器17中心轴线的纵剖面为“山”字形，即在阴离子水分离器17的中心轴和外侧壁之间有一个空心的通道；所述“山”字形的外侧壁上开有一个净化水出口15，所述净化水出口15通过管道与所述喷灌喷嘴7的进口端连接；沿所述“山”字形的中心轴线开有一个圆柱形通道18，所述圆柱形通道18的中心轴线与所述管状负电极12的中心轴线重合，圆柱形通道18的出口端为阴离子出水口16，所述阴离子出水口16通过管道与所述阴离子水反渗透膜净化器9的进口端连接，所述阴离子水反渗透膜净化器9的出口端通过管道与所述灌溉水进口10连接；所述阳离子水分离器13的管壁上开有一个外环形通道20，所述外环形通道20的外侧壁上开有一个阳离子出水口14，所述阳离子出水口14通过管道与所述阳离子反渗透膜净化器6的进口端连接，所述阳离子反渗透膜净化器6的出口端通过管道与所述灌溉水进口10连接；所述外环形通道20的内侧壁、“山”字形的外侧壁与所述圆柱形通道18的管壁之间形成内环形通道19。
所述供水泵2、一号高压静电发生器3、太阳能电池组4、二号高压静电发生器5、阳离子反渗透膜净化器6、阴离子水反渗透膜净化器9、管状负电极12均接地。
所述阳离子水分离器13、阴离子水分离器17的材质均为聚四氟乙烯，所述净化水出口15与喷灌喷嘴7之间的管道材质为非金属，所述喷灌喷嘴7的材质为金属。
使用时，打开供水泵2电源开关，启动一号高压静电发生器3、二号高压静电发生器5，污染灌溉水经灌溉水进口10进入静电净化模块8，在正电压高强度电场作用下，污染灌溉水中的阴离子聚集在杆式正电极11附近流层，阳离子聚集在管状负电极12附近流层，在杆式正电极11与管状负电极12之间远离电极区域离子浓度低，这区域的水可作为净化水直接使用，靠近杆式正电极11的阴离子水经阴离子水分离器17收集进入阴离子反渗透膜净化器9，之后再经灌溉水进口10进入静电净化模块8。靠近管状负电极12的阳离子水经阳离子水分离器13后进入阳离子反渗透膜净化器6，之后经灌溉水进口10进入静电净化模块8。在静电净化模块8中，污染灌溉水脱除了阴离子和阳离子，并且由于高压静电场的作用，污染灌溉水中的病原菌亦可被有效杀灭。净化水经净化水出口15经管路由喷灌喷嘴7喷出，经静电净化模块8处理过后的水带有正电荷，水柱形成空间电场，促进农作物生长。喷灌喷嘴7因与二号高压静电发生器5相连，带有与净化水同种电荷，再次强化该作用。在非喷灌期间，关闭供水泵2和一号高压静电发生器3，启动二号高压静电发生器5，此时喷灌喷嘴7的作用相当于电极，形成空间电场，在促进植物生长结果增收的同时，还可以除雾降低空气湿度，减少农作物病虫害，降低农药使用量和农产品药物残留量。
Claims (3)
1.一种污染灌溉水净化喷灌系统，其特征在于，包括水池(1)、供水泵(2)、一号高压静电发生器(3)、太阳能电池组(4)、二号高压静电发生器(5)、阳离子反渗透膜净化器(6)、喷灌喷嘴(7)、静电净化模块(8)、阴离子水反渗透膜净化器(9)；所述水池(1)通过管道与供水泵(2)连接，所述供水泵(2)通过管道与静电净化模块(8)连接；所述太阳能电池组(4)与所述一号高压静电发生器(3)和二号高压静电发生器(5)均用导线连接，所述一号高压静电发生器(3)通过高压静电线与所述静电净化模块(8)连接，所述二号高压静电发生器(5)通过高压静电线与所述喷灌喷嘴(7)的金属接头连接，喷灌喷嘴(7)通过管道与所述静电净化模块(8)连接；所述阳离子反渗透膜净化器(6)和阴离子水反渗透膜净化器(9)均通过管道与所述静电净化模块(8)连接；
所述静电净化模块(8)包括杆式正电极(11)、管状负电极(12)、阳离子水分离器(13)、阴离子水分离器(17)；所述杆式正电极(11)设于管状负电极(12)内，且杆式正电极(11)设于管状负电极(12)的中心轴线上；所述管状负电极(12)的进口端为灌溉水进口(10)，所述灌溉水进口(10)通过管道与所述供水泵(2)连接；所述管状负电极(12)的出口端通过螺纹与所述阳离子水分离器(13)的进口端连接，阳离子水分离器(13)的出口端通过螺纹与所述阴离子水分离器(17)连接；沿所述阴离子水分离器(17)中心轴线的纵剖面为“山”字形，在所述“山”字形的外侧壁上开有一个净化水出口(15)，所述净化水出口(15)通过管道与所述喷灌喷嘴(7)的进口端连接；沿所述“山”字形的中心轴线开有一个圆柱形通道(18)，所述圆柱形通道(18)的中心轴线与所述管状负电极(12)的中心轴线重合，圆柱形通道(18)的出口端为阴离子出水口(16)，所述阴离子出水口(16)通过管道与所述阴离子水反渗透膜净化器(9)的进口端连接，所述阴离子水反渗透膜净化器(9)的出口端通过管道与所述灌溉水进口(10)连接；所述阳离子水分离器(13)的管壁上开有一个外环形通道(20)，所述外环形通道(20)的外侧壁上开有一个阳离子出水口(14)，所述阳离子出水口(14)通过管道与所述阳离子反渗透膜净化器(6)的进口端连接，所述阳离子反渗透膜净化器(6)的出口端通过管道与所述灌溉水进口(10)连接；所述外环形通道(20)的内侧壁、“山”字形的外侧壁与所述圆柱形通道(18)的管壁之间形成内环形通道(19)。
2.根据权利要求1所述的一种污染灌溉水净化喷灌系统，其特征在于，所述供水泵(2)、一号高压静电发生器(3)、太阳能电池组(4)、二号高压静电发生器(5)、阳离子反渗透膜净化器(6)、阴离子水反渗透膜净化器(9)、管状负电极(12)均接地。
3.根据权利要求1所述的一种污染灌溉水净化喷灌系统，其特征在于，所述阳离子水分离器(13)、阴离子水分离器(17)的材质均为聚四氟乙烯，所述净化水出口(15)与喷灌喷嘴(7)之间的管道材质为非金属，所述喷灌喷嘴(7)的材质为金属。
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