CN110463393B

CN110463393B - 一种盐碱地土壤改良系统及其改良方法

Info

Publication number: CN110463393B
Application number: CN201910803205.6A
Authority: CN
Inventors: 王彩花; 陈林
Original assignee: Jilin Famous Ecological Agriculture Co ltd
Current assignee: Jilin famous Ecological Agriculture Co.,Ltd.
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2022-03-18
Anticipated expiration: 2039-08-28
Also published as: CN110463393A

Abstract

本发明涉及盐碱地土壤改良技术领域，提出一种盐碱地土壤改良系统及其改良方法。上述盐碱地土壤改良系统包括淋洗水依次经过的喷灌系统、盐碱地土壤、排水系统、酸碱池和具有15‑冠‑5/聚醚砜复合膜的脱钠池，还包括土壤隔水系统。一种盐碱地土壤改良方法包括第一洗淋水冲洗土壤得到第二洗淋水，第二洗淋水经排水系统传送至酸碱池，在酸碱池将第二洗淋水的pH调至6.8～7.3后得到第三洗淋水；第三洗淋水传送至脱钠池，并经15‑冠‑5/聚醚砜复合膜脱钠后得到第四洗淋水；第四洗淋水返回盐碱地块。上述盐碱地土壤改良系统及其改良方法实现对盐碱地土壤的精准脱盐，并使土壤中原有的矿物质返回土壤。

Description

一种盐碱地土壤改良系统及其改良方法

技术领域

本发明涉及盐碱地土壤改良技术领域，具体而言，涉及一种盐碱地土壤改良系统及其改良方法。

背景技术

自人类文明以来，人们用土地生产必要的食物。但是随着文明的进步，人们对土地的过渡利用等都使得耕地面积逐渐减少。如今，淡水资源极度匮乏，盐碱地问题突出。盐碱地是各种盐土、碱土及盐化、碱化土壤的总称。盐碱地理化性质差，土壤肥力小，表面聚集大量盐分，不利于农作物和植物生长。目前，我国的盐碱地面积居世界第三位。作为一种重要的土地资源，土壤盐碱化严重影响了我国生态环境和粮食生产，盐碱地土壤治理和修复迫在眉睫。

盐碱土总体上分为盐土和碱土两大类，二者均含有大量易溶性盐分，因而不能为植物提供适宜生长环境。盐土一般是指盐含量达0.6％～2.6％的土壤，以NaCl为主，其可溶性盐类物质超过2g/kg；碱土是指带环性钠离子的阳离子代换量的百分率(ESP)超过20％，pH值大于8的土壤，以Na₂CO₃为主，实际上盐土与碱土常常混合存在，习惯上称为盐碱土。盐碱土是盐碱地的土壤构成。

传统盐碱地的改良方法有：物理改良、水利改良、化学改良和生物改良等。在传统的水利改良直接用水洗淋盐碱地，是治理盐碱地最有效的办法。水利改良在水洗淋过程中能够将土壤中的盐分直接带走，但在实际生产中上述改良方法容易在冲走盐分的过程中，同时将土壤有益矿质元素冲走，因此不能准确识别钠盐，实现精准脱盐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种盐碱地土壤改良系统，先在酸碱池中用盐酸将盐碱地土壤的碱性洗淋水中的钠盐转化为氯化钠，再在脱钠池中通过精准识别钠离子的15-冠-5/聚醚砜复合膜将氯化钠截留，从而实现对洗淋水的精准脱盐，使土壤中原有的矿物质返回土壤。

本发明的另一目的在于提供一种盐碱地土壤改良方法，其通过第一洗淋水洗淋盐碱地土壤后先在酸碱池中用盐酸将盐碱地土壤的碱性洗淋水中的钠盐转化为氯化钠，再在脱钠池中通过精准识别钠离子的15-冠-5/聚醚砜复合膜将氯化钠截留。经上述精准脱钠后得到的第四洗淋水重新返回土壤，进而实现土壤中原有矿物质返回土壤。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。

本发明提出一种盐碱地土壤改良系统，其包括：

土壤隔水系统、喷灌系统、排水系统、调节pH值的酸碱池和除去钠离子的脱钠池，淋洗水依次经过喷灌系统、盐碱地土壤、排水系统、酸碱池和脱钠池后返回喷灌系统；

酸碱池具有盐酸加料口，盐酸加料口的开关与pH检测控制装置连接，pH检测控制装置包括淹没在酸碱池的洗淋水中的检测器；

脱钠池内间隔设置有至少一个15-冠-5/聚醚砜复合膜，15-冠-5/聚醚砜复合膜将脱钠池分成多个脱钠室，脱钠池的侧壁上设置有进口和出口，进口和出口分别连通至距离最远的两个脱钠室。

进一步地，15-冠-5/聚醚砜复合膜由以下方法制备：将用量比为150～200ml：5.5～6.5g：5g：0.1～0.2g：0.1～0.2g的N,N-二甲基乙酰胺、15-冠-5，聚醚砜、聚乙二醇和氯化锂充分搅拌混合，溶解形成铸膜液，铸膜液静置脱泡后，用铸膜机拉伸成膜。

进一步地，N,N-二甲基乙酰胺、15-冠-5，聚醚砜、聚乙二醇和氯化锂的用量比为170ml：6g：5g：0.15g：0.15g。

进一步地，进口在竖直方向上高于脱钠池的液面，出口靠近脱钠池的底壁并淹没在液面下方。

进一步地，15-冠-5/聚醚砜复合膜为两个，且将脱钠池分成容积比为1：1：20的第一脱钠室、第二脱钠室和第三脱钠室，进口与第一脱钠室连通，出口与第三脱钠室连通。

进一步地，排水系统包括设置在盐碱地土壤表面的排水沟和设置在盐碱地土壤中的排水管。

进一步地，土壤隔水系统包括设置在盐碱地外围设置围堰和埋在盐碱地土壤中的水分隔离层。

一种盐碱地土壤改良方法，其包括以下步骤：

分割土地：将盐碱地分割成网格状的盐碱地块，并在每块分割好的盐碱地块的外围设置围堰，并在盐碱地块土壤深度为1.2m处设置水分隔离层；

设置排水系统和喷灌系统：在盐碱地土壤表面设置喷灌系统，在水分隔离层和盐碱地土壤表面之间间隔设置排水系统；

调节pH：通过喷灌系统给盐碱地块喷洗第一洗淋水，第一洗淋水冲洗土壤得到第二洗淋水，第二洗淋水经排水系统传送至酸碱池，在酸碱池将第二洗淋水的pH调至6.8～7.3后得到第三洗淋水；

脱盐：第三洗淋水传送至脱钠池，并经15-冠-5/聚醚砜复合膜脱钠后得到第四洗淋水；第四洗淋水返回盐碱地块。

与现有技术相比，本发明的盐碱地土壤改良系统及其改良方法的有益效果是：一种盐碱地土壤改良系统先在酸碱池中用盐酸将盐碱地土壤的碱性洗淋水中的钠盐转化为氯化钠，再在脱钠池中通过精准识别钠离子的15-冠-5/聚醚砜复合膜将氯化钠截留。经上述精准脱钠后得到的第四洗淋水重新返回土壤，进而实现土壤中原有矿物质返回土壤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1盐碱地土壤改良系统的结构示意图。

图中：110-土壤隔水系统；120-喷灌系统；130-排水系统；140-酸碱池；150-脱钠池；111-围堰；112-水分隔离层；141-盐酸加料口；142-开关；160-pH检测控制装置；161-检测器；162-处理器；151-15-冠-5/聚醚砜复合膜；153-第一脱钠室；154-第二脱钠室；155-第三脱钠室；156-侧壁；157-底壁；158-进口；159-出口；170-液面；131-排水沟；132-排水管；180-盐碱地土壤；190-盐碱地。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须设置有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

冠醚是分子中含有多个-氧-亚甲基-结构单元的大环多醚。常见的冠醚有15-冠-5、18-冠-6，冠醚的空穴结构对离子有选择作用。15-冠-5和聚醚砜能够形成稳定的15-冠-5/聚醚砜复合膜。15-冠-5/聚醚砜复合膜具有良好的亲水性，有较大的水通量，能够选择性的识别Na⁺，对Na⁺具有良好的截留性能。

下面对本发明实施例的盐碱地综合改良系统及盐碱地综合改良方法进行具体说明。

实施例1

请参照图1，本实施例提供一种盐碱地土壤改良系统，其包括土壤隔水系统110、喷灌系统120、排水系统130、调节pH值的酸碱池140和除去钠离子的脱钠池150。淋洗水依次经过喷灌系统120、盐碱地土壤180、排水系统130、酸碱池140和脱钠池150后返回喷灌系统120。

请继续参照图1，土壤隔水系统110包括设置在盐碱地190外围设置围堰111和埋在盐碱地土壤180中的水分隔离层112。水分隔离层112设置土壤深度为1.2m处，防止过多洗淋水向盐碱地土壤180更深处流动。在向盐碱地190进行洗淋水喷灌过程中，土壤隔水系统110能够有效减少水分的流失。大量水分被限制在固定的盐碱地190，能够对盐碱地190进行有效的洗淋。

喷灌系统120设置在盐碱地土壤180表面，采用现有技术的喷灌系统120，其包括相互连接的水源(图中未标出)、输配水管道(图中未标出)和喷洒机(图中未标出)。

排水系统130包括设置在盐碱地土壤180表面的排水沟131和设置在盐碱地土壤180中的排水管132。上述排水沟131用于收集土壤表面的洗淋水，排水管132间隔设置在盐碱地土壤180深度为0～1.2m份范围，用以收集盐碱地土壤180中的洗淋水。

酸碱池140设置有盐酸加料口141。pH检测控制装置160包括检测器161和处理器162，上述检测器161淹没在酸碱池140的洗淋水中，并将洗淋水的pH值及时的传送给处理器162。处理器162根据pH设定值判断是否需要加盐酸，并且处理器162的输出端与控制盐碱加料口的开关142连接。实现pH检测控制装置160对盐酸加料口141的控制。在本实施例中，将pH调节至6.8～7.3。并且盐酸加料口141与酸碱池140的洗淋水间隔设置，能够有效避免洗淋水对盐酸加料口141的污染。洗淋水在酸碱池140中停留时间为1～2小时。

脱钠池150围成长方体的空间，其容积为22m²，上述脱钠池150内间隔设置有两个15-冠-5/聚醚砜复合膜151，上述15-冠-5/聚醚砜复合膜151将脱钠池150分成第一脱钠室153、第二脱钠室154和第三脱钠室155，上述第一脱钠室153、第二脱钠室154和第三脱钠室155的容积分别为1m²、1m²和20m²。脱钠池150的侧壁156上设置有进口158和出口159，进口158与第一脱钠室153连通，出口159与第三脱钠室155连通。并且，进口158在竖直方向上高于脱钠池150的液面170，出口159靠近脱钠池150的底壁157并淹没在液面170下方。其中15-冠-5/聚醚砜复合膜151具有良好的亲水性，有较大的水通量，能够选择性的识别Na⁺，对Na⁺具有良好的截留性能。洗淋水在从第一脱钠室153流向第三脱钠室155的过程当中经过两个15-冠-5/聚醚砜复合膜151，根据阴阳离子平衡原则，上述15-冠-5/聚醚砜复合膜151将洗淋水当中的Na⁺截留在第一脱钠室153和第二脱钠室154的同时，也将Cl^-进行了截留。15-冠-5/聚醚砜复合膜151有效、准确的将Na⁺和Cl^-从洗淋水中除去。可以理解的是，需要时，可以在脱盐过程中，或者脱盐过程结束后，将第一脱钠室153和第二脱钠室154当中的洗淋水引出。

需要说明的，在本实施例中，15-冠-5/聚醚砜复合膜151的个数为2，在其他实施例中，15-冠-5/聚醚砜复合膜151可以是1个，也可以超过2个，都能实现本实施例除去氯化钠的技术效果。只是当15-冠-5/聚醚砜复合膜151是1个时，除氯化钠的效果强度不够高。超过2个时，一些15-冠-5/聚醚砜复合膜151不能有效的发挥作用，造成浪费。

应当理解，在本实施例中，进口158在竖直方向上高于脱钠池150的液面170，此种设置能够保证第一脱钠室153中的洗淋水不会倒流回进口158处。在实际操作过程中随着时间的推移，第一脱钠室153和第二脱钠室154当中的洗淋水的氯化钠含量会越来越高。若将进口158设置在液面170下方，会引发脱钠池150中的洗淋水部分通过进口158回流回管道。使得分离氯化钠的过程不可控因素增多。

需要说明的是，在本实施例中，第一脱钠室153、第二脱钠室154和第三脱钠室155的容积分别为1m²、1m²和20m²。将高氯化钠含量的洗淋水限制在容积比较小的第一脱钠室153和第二脱钠室154，能够使得尽可能多的洗淋水返回盐碱地土壤180，起到了节约用水的作用，同时随着较多洗淋水返回盐碱地土壤180，相应的较多矿物质也返回盐碱地土壤180。在其他实施例中，第一脱钠室153、第二脱钠室154和第三脱钠室155的容积也可以是其他数值，也能达到本实施例分离氯化钠的技术效果。

实施例2

本实施例提供一种盐碱地的治理方法，包括以下步骤：

将17L实验分析纯N,N-二甲基乙酰胺、0.6kg分析纯15-冠-5，0.5kg分析纯聚醚砜，15g分析纯聚醚砜、15g分析纯氯化锂在25L反应釜中充分搅拌混合形成铸膜液；铸膜液在25度温度下静置1天脱泡；在静置过程中不仅能够脱气、脱泡，还能够对铸膜液进行熟化。静置后的铸膜液用铸膜机拉伸成15-冠-5/聚醚砜复合膜。

实施例3

本实施例提供一种盐碱地的治理方法，包括以下步骤：

将15L实验分析纯N,N-二甲基乙酰胺、0.55kg分析纯15-冠-5，0.5kg分析纯聚醚砜，10g分析纯聚醚砜、10g分析纯氯化锂在25L反应釜中充分搅拌混合形成铸膜液；铸膜液在25度温度下静置1.5天脱泡；在静置过程中不仅能够脱气、脱泡，还能够对铸膜液进行熟化。静置后的铸膜液铸膜液用铸膜机拉伸成15-冠-5/聚醚砜复合膜。

实施例4

本实施例提供一种盐碱地的治理方法，包括以下步骤：

将20L实验分析纯N,N-二甲基乙酰胺、0.65kg分析纯15-冠-5，0.5kg分析纯聚醚砜，20g分析纯聚醚砜、20g分析纯氯化锂在25L反应釜中充分搅拌混合形成铸膜液；铸膜液在25度温度下静置1天脱泡；在静置过程中不仅能够脱气、脱泡，还能够对铸膜液进行熟化。静置后的铸膜液用铸膜机拉伸成15-冠-5/聚醚砜复合膜。

实施例5

本实施例提供一种盐碱地的治理方法，包括以下步骤：

将15L实验分析纯N,N-二甲基乙酰胺、0.65kg分析纯15-冠-5，0.5kg分析纯聚醚砜，10g分析纯聚醚砜、20g分析纯氯化锂在25L反应釜中充分搅拌混合形成铸膜液；铸膜液在25度温度下静置1天脱泡；在静置过程中不仅能够脱气、脱泡，还能够对铸膜液进行熟化。静置后的铸膜液用铸膜机拉伸成15-冠-5/聚醚砜复合膜。

实施例6

本实施例提供一种盐碱地的治理方法，包括以下步骤：

将20L实验分析纯N,N-二甲基乙酰胺、0.65kg分析纯15-冠-5，0.5kg分析纯聚醚砜，20g分析纯聚醚砜、10g分析纯氯化锂在25L反应釜中充分搅拌混合形成铸膜液；铸膜液在25度温度下静置1.5天脱泡；在静置过程中不仅能够脱气、脱泡，还能够对铸膜液进行熟化。静置后的铸膜液用铸膜机拉伸成15-冠-5/聚醚砜复合膜。

实施例7

本实施例提供一种盐碱地土壤改良方法，其包括以下步骤：

分割土地：将盐碱地分割成网格状的盐碱地块，盐碱地块大小为5m×5m。在每块分割好的盐碱地块的外围设置围堰，并在盐碱地块土壤深度为1.2m处设置水分隔离层；

调节pH：通过喷灌系统给盐碱地块喷洗第一洗淋水，第一洗淋水冲洗土壤得到第二洗淋水，第二洗淋水经排水系统传送至酸碱池，在酸碱池将第二洗淋水的pH调至6.8后得到第三洗淋水；

脱盐：第三洗淋水传送至脱钠池，第三洗淋水依次流过容积分别为1m²、1m²和20m²的第一脱钠室、第二脱钠室和第三脱钠室，并经两个15-冠-5/聚醚砜复合膜脱钠后得到第四洗淋水；第四洗淋水返回盐碱地块。

实施例8

本实施例提供一种盐碱地土壤改良方法，其与实施例7的主要区别在于调节pH步骤中，pH调至7.3。脱盐步骤中，脱钠池中设置有一个15-冠-5/聚醚砜复合膜，将脱钠池分为容积为1m²和21m²的第一脱钠室和第二脱钠室。

实施例9

本实施例提供一种盐碱地土壤改良方法，其与实施例7的主要区别在于调节pH步骤中，pH调至7.0。脱盐步骤中，脱钠池中设置有3个15-冠-5/聚醚砜复合膜，将脱钠池四个脱钠室。

综上所述，本发明涉及一种盐碱地土壤改良系统，先在酸碱池中用盐酸将盐碱地土壤的碱性洗淋水中的钠盐转化为氯化钠，再在脱钠池中通过精准识别钠离子的15-冠-5/聚醚砜复合膜将氯化钠截留，从而实现对洗淋水的精准脱盐，使土壤中原有的矿物质返回土壤。一种盐碱地土壤改良方法，其通过第一洗淋水洗淋盐碱地土壤后先在酸碱池中用盐酸将盐碱地土壤的碱性洗淋水中的钠盐转化为氯化钠，再在脱钠池中通过精准识别钠离子的15-冠-5/聚醚砜复合膜将氯化钠截留。经上述精准脱钠后得到的第四洗淋水重新返回土壤，进而实现土壤中原有矿物质返回土壤。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种盐碱地土壤改良系统，其特征在于，其包括土壤隔水系统、喷灌系统、排水系统、调节pH值的酸碱池和除去钠离子的脱钠池，淋洗水依次经过所述喷灌系统、盐碱地土壤、所述排水系统、所述酸碱池和所述脱钠池后返回所述喷灌系统；

所述酸碱池具有盐酸加料口，所述盐酸加料口的开关与pH检测控制装置连接，所述pH检测控制装置包括淹没在所述酸碱池的洗淋水中的检测器；

所述脱钠池内间隔设置有至少一个15-冠-5/聚醚砜复合膜，所述15-冠-5/聚醚砜复合膜将所述脱钠池分成多个脱钠室，所述脱钠池的侧壁上设置有进口和出口，所述进口和所述出口分别连通至距离最远的两个所述脱钠室；所述15-冠-5/聚醚砜复合膜为两个，且将所述脱钠池分成容积比为1：1：20的第一脱钠室、第二脱钠室和第三脱钠室，所述进口与所述第一脱钠室连通，所述出口与所述第三脱钠室连通。

2.根据权利要求1所述的盐碱地土壤改良系统，其特征在于，所述15-冠-5/聚醚砜复合膜由以下方法制备：将用量比为150～200ml：5.5～6.5g：5g：0.1～0.2g：0.1～0.2g的N,N-二甲基乙酰胺、15-冠-5，聚醚砜、聚乙二醇和氯化锂充分搅拌混合，溶解形成铸膜液，所述铸膜液静置脱泡后，用铸膜机拉伸成膜。

3.根据权利要求2所述的盐碱地土壤改良系统，其特征在于，所述N,N-二甲基乙酰胺、所述15-冠-5，所述聚醚砜、所述聚乙二醇和所述氯化锂的用量比为170ml：6g：5g：0.15g：0.15g。

4.根据权利要求1所述的盐碱地土壤改良系统，其特征在于，所述进口在竖直方向上高于所述脱钠池的液面，所述出口靠近所述脱钠池的底壁并淹没在所述液面下方。

5.根据权利要求1所述的盐碱地土壤改良系统，其特征在于，所述排水系统包括设置在所述盐碱地土壤表面的排水沟和设置在所述盐碱地土壤中的排水管。

6.根据权利要求1所述的盐碱地土壤改良系统，其特征在于，所述土壤隔水系统包括设置在盐碱地外围设置围堰和埋在所述盐碱地土壤中的水分隔离层。

7.一种盐碱地土壤改良方法，其特征在于，其主要利用了权利要求1-6任一项所述的盐碱地土壤改良系统，主要包括了以下步骤：

分割土地：将盐碱地分割成网格状的盐碱地块，并在每块分割好的所述盐碱地块的外围设置围堰，并在所述盐碱地块土壤深度为1.2m处设置水分隔离层；

设置排水系统和喷灌系统：在盐碱地土壤表面设置喷灌系统，在所述水分隔离层和所述盐碱地土壤表面之间间隔设置排水系统；

调节pH：通过所述喷灌系统给所述盐碱地块喷洗第一洗淋水，所述第一洗淋水冲洗土壤得到第二洗淋水，所述第二洗淋水经排水系统传送至酸碱池，在所述酸碱池将所述第二洗淋水的pH调至6.8～7.3后得到第三洗淋水；

脱盐：所述第三洗淋水传送至脱钠池，并经15-冠-5/聚醚砜复合膜脱钠后得到第四洗淋水；所述第四洗淋水返回盐碱地块。