CN114651546B - 一种选择透性半开放式洗晒一体化盐碱地改良系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种选择透性半开放式洗晒一体化盐碱地改良系统，包括洗盐系统和晒盐系统，二者通过管道相连以便循环用水，所述洗盐系统设有沟陇和引流沟，其下方铺设单向膜并全覆盖地表，能使地下水汽、养分和气体选择性透过并上升到耕作层，引流沟设在斜坡处且采用特斯拉阀结构，能扩大水体表面积并加强空气流动，提高洗盐水浓度，晒盐系统设有多层可加热的蒸发板，其上方设有多条导向槽并采用特斯拉阀结构，蒸发水汽并产生冷凝水。该系统彻底解决返盐问题，土中的盐分单向流出并被提取，起到标本兼治的效果，不但能解决环保问题，而且能提供工业原料，提高自然能源利用率，能节约并循环用水，可在洗盐的同时耕种作物，成本低，适用范围广。

Description

一种选择透性半开放式洗晒一体化盐碱地改良系统

技术领域

本发明属于农林种植技术领域，具体为一种选择透性半开放式洗晒一体化盐碱地改良系统。

背景技术

盐碱地改良是一个世界难题，中国十分重视并产生了很多技术和应用，主要有以下几个方面：1、化学改良法，主要运用酸碱平衡原理，但只能降低土壤碱化度，钠盐及氯化物没有改变，改良效果和推广程度欠佳；2、生物改良法，主要利用耐盐植物吸收土壤中盐分并排出体外，但排出的盐分本质上还在地域内，并且改良时间长、成本高；3、局部物理改良法，主要对局部土地进行更换并配合其他措施，虽然短期内有效果，但工作量大、成本高，长期仍会反复；4、物理洗盐法，其普及程度相对较广，但是费水、费能，特别是很难避免返盐问题，也称逆返现象，这是由于蒸腾效应地下水上升仍能将土壤底层的盐分返至地表，虽然可用碎石和土工布等作为隔盐滤层，但施工成本大，并且深层土壤完全被隔使得地下水分和养分难以进入表层(耕作层)，土壤透气性不好，不利于耕作。

此外，多数洗盐系统存在两个共性问题：1、环境污染问题，即洗盐水虽能实现一定程度上的回用，但最终还是要排入附近其他水域污染环境，即没有把盐析出并提取，盐分仍在附近区域，难以治本。虽有多种晒盐技术和设备，但大多因成本问题或场地问题而没有实现和洗盐系统一体化，而盐本身也是重要的工业原料；2、自然能源利用率低问题，主要指太阳能和风能，虽然产生了许多应用，但现有技术难以拓展水体表面积，也难以实现风力的加强和引导，从而极大地限制了能源利用率。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种选择透性半开放式洗晒一体化盐碱地改良系统，以解决目前的盐碱地改良容易反复，难以治本，自然能源利用率低，改良成本高等问题，并且能在洗盐的同时耕种且对作物的要求低，能节约并循环用水，适用范围广。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种选择透性半开放式洗晒一体化盐碱地改良系统，包括洗盐系统和晒盐系统，所述洗盐系统的出水口通过连接管与晒盐系统的水槽相连接，晒盐系统的蒸发箱的底端外部设有冷凝水汇集处并通过管道与洗盐系统的进水口相连接，所述洗盐系统能够提高洗盐水浓度，晒盐系统通过蒸发提取高浓度盐水，蒸发水汽产生的冷凝水循环使用。

进一步的，所述洗盐系统包括进水口、出水口、单向膜、沟陇和引流沟，所述进水口位于高处，出水口位于低处，所述沟陇有若干条，每一条沟陇在同一水平高度，所述引流沟设在洗盐系统的斜坡处且采用特斯拉阀结构，所述单向膜设置在沟陇的下方并全覆盖地表，单向膜能阻止洗盐水流入地下，但地下水汽和养分能选择性透过单向膜进入地表。

进一步的，所述晒盐系统为半开放式，采用加热和空气流动的方式蒸发洗盐水并产生冷凝水，包括水槽、蒸发箱、蒸发架、蒸发板和加热装置，所述水槽通过连接管与出水口相连接，水槽的上方设置有蒸发箱，且蒸发箱内设置有蒸发架，所述蒸发架的上均匀设置有多层蒸发板，且蒸发板的下方设置有加热装置。

进一步的，所述蒸发箱的顶面为倾斜状，且蒸发箱的底面最低端设置有冷凝水口引导冷凝水流入汇集处，汇集处通过管道和第一水泵与进水口相连接。

进一步的，所述蒸发箱的一侧下端设置有进风口，进风口外端设置有导流罩，且导流罩前端设置有鼓风机，所述蒸发箱的另一侧上端设置有出风口，且出风口处设置有抽风机。

进一步的，所述蒸发架上的蒸发板为倾斜状，且蒸发板均匀设置有多条采用特斯拉阀结构的导向槽，所述蒸发架的一侧设置有上水管，上水管的底端设置有第二水泵，且第二水泵位于水槽中。

进一步的，所述水槽的下端设置有聚盐口。

进一步的，所述加热装置为电加热器。

进一步的，所述连接管内设置有过滤网和阀门。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1.能彻底解决返盐问题，土中的盐分单向流出，起到标本兼治的效果，盐分能被提取，不但能解决环保问题，而且能提供工业原料；

2.能在洗盐的同时快速并持续耕种作物，对作物的要求低(只要略耐盐即可)，可选范围广，作物生长过程中持续获得地下水分和养分，并保证土壤的透气性，有利于作物生长；

3.节约用水、循环用水并能采集雨水，极大限度地利用太阳能和风能，提高了自然能源利用率，材料成熟、价格低、施工难度小，总成本低，适用范围广，特别是干旱高盐地区。

附图说明

图1是一种选择透性半开放式洗晒一体化盐碱地改良系统结构示意图；

图2是一种选择透性半开放式洗晒一体化盐碱地改良系统结构侧视剖面图；

图3是洗盐系统及引流沟特斯拉阀结构俯视图；

图4是沟陇和单向膜施工过程的结构示意图；

图5是晒盐系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1和图2所示，该一种选择透性半开放式洗晒一体化盐碱地改良系统包括洗盐系统和晒盐系统，晒盐系统尽量选在低处且阳光充足或通风良好的地段以提高能源利用率，洗盐系统的出水口2通过连接管5与晒盐系统的水槽6相连接，洗盐系统能够提高蒸发量，从而提高洗盐水浓度并将其带到晒盐系统蒸发箱7内的水槽6中，晒盐系统通过高效蒸发提取高浓度盐水，再采用简单的常规晒盐法处理进而可形成工业原料运至他处，晒盐系统在工作过程中能产生冷凝水，会通过第一水泵9和管道8再次进入洗盐系统的进水口1并循环使用，洗盐系统和晒盐系统形成互补关系，大大提高工作效率和资源利用率。

如图3所示，洗盐系统包括进水口1、出水口2、单向膜3、沟陇4和引流沟22，进水口1位于高处，出水口2位于低处，沟陇4有若干条，每一条沟陇4在同一水平高度，引流沟22设在洗盐系统的斜坡处且采用特斯拉阀结构。

如图2所示，沟陇4为耕作层，耕作层下方地下约30cm处用可降解的单向膜3全覆盖洗盐系统，单向膜3优选市面成熟的建筑类防水透气膜，单向膜3能阻止洗盐水流入地下，但地下水汽和养分能选择性透过单向膜3进入地表。

如图4所示，单向膜3上方的耕作层呈凹凸不平沟陇状，沟底离原地表深度约30cm，但整体陇深大于此深度，这是因为采用了以下施工方式。

第一步，挖出多条深度约30cm的长沟(A处)，其宽度和单向膜相当(单向膜通常为规则长条状并成卷)，每两条沟的间隔(B处)与沟宽相等，以便使用机械作业，并节约用材。对于斜度较大的地区，每条沟陇尽可能在同一水平线上，即采用类似梯田的形态，对于复杂地形则可用铁锹作业，挖出的土壤可顺势堆在沟旁。由于作物耕种通常本身就有翻土的要求，因此这项作业另外增加的成本很小。

第二步，在A处挖好的沟底平铺单向膜，并确认其单向向上透气，然后把挖出的土壤放回沟中。

第三步，在每两条沟的间隔处(B处)继续挖深度和形状相似的长沟，挖出的土壤则堆在已铺单向膜并回填的地区上(A处)。

第四步，在B处挖好的沟底平铺单向膜，并确认其单向向上透汽，此时该处单向膜应和A处已铺好的单向膜实施联接，优选采用鱼鳞式联接法，即一条单向膜的侧边少许压住另一条单向膜的侧边，地势高处的膜边通常在上方。

第五步，把A、B处的土壤修整，使其呈现适合耕作的沟陇状态。

第六步，在系统斜坡处按需挖数条引流沟22使整体联通成水系，水系有进水口和出水口。

第七步，在沟中实施洗盐作业，当耕作层盐分降到适合耕种时即可种植作物，然后系统一直持续工作，当单向膜下方土中盐分降低到一定程度时，改良工作顺利完成。

地势不平是待改良地域的常见地形，通常有斜坡，对于斜坡处设有引流沟22，其形态呈特斯拉阀(管道)剖面状(图3)，能扩大水体表面积并加强空气流动，从而提高蒸发量，为晒盐系统提供高浓度的洗盐水。为保证其形态准确，可以预制模具，把土放入后压实再反扣到沟底即可。

当灌水洗盐时，单向膜上方水分为液体状态，由于表面张力的作用，水分子不能顺利渗透到下方，从而能使用很少的水量持续洗盐(节水)，并且只洗耕作层，进而快速大幅降低耕作层的含盐量。这不但有利于耕作，而且能提高系统除盐效率，这是因为通常地表的含盐量大于底层，其原因是含盐的地下水因蒸腾效应不断上升并蒸发，长期如此地表甚至出现大面积盐结晶现象，而普通的洗盐法通常会把表层的盐分又冲到下面，但时间长了还会逆返。此外，单向膜有助于充分收集和利用雨水，使得干旱高盐地区更加适用。

单向膜具有选择透性功能，其下方的地下水分颗粒非常细小，由于蒸腾效应水分会上升，根据毛细运动的原理，水分能缓慢渗透到单向膜上方，从而保证作物生长过程中持续获得水分和养分，并且地下土壤的气体则更能顺利上升到耕作层，有利于作物生长，因此系统工作时间不长即可持续耕种作物，对作物的要求只要略耐盐即可，可选范围广。

系统刚开始工作时，虽然地下水中仍含有盐分并能渗入耕作层，但含量小、渗透速度慢，由于系统洗盐工作是持续的，因此耕作层总体含盐量会保持在很低的状态，特别是系统工作原理是持续把盐分提取析出并再利用，即土中的盐分是单向流出的，因此系统持续工作一定时间(两到三年)后，地下水的含盐量也会大大降低，从而起到标本兼治的效果。

洗盐系统的引流沟22和晒盐系统的蒸发板18均采用特斯拉阀结构。这是一种固定几何形状的被动单向导通阀，其形状见图3中的引流沟22。由于流体具有惯性，在不同方向通过该结构时，流阻不同，从而实现单向流通并显著加速，即流体从一侧流向另一侧时如果方向正确则加速通过，如果方向相反则很难通过。这种技术被用于火箭、汽车等领域，本发明则同时利用其加速和阻止两个特性，即一方面高处的洗盐水虽然能够流过，但流速很慢，因此引流沟22和蒸发板18一直保持有水缓流状态，否则该处的水流完后即处于无水状态，这样可以增加系统水体的总表面积，另一方面特斯拉阀结构中如果有反向流动的气体则能实现加速流动从而显著增大风速，进而大幅提高蒸发的效率。此外，由于地表蒸腾效应，洗盐系统中自下而上的气流是常见的，但从未被利用，采用此结构有助于形成风并加速，因此这种设计可以更加充分利用太阳能和风能，蒸发更多水分，提高洗盐水的浓度，提升晒盐系统的效率。

如图5所示，晒盐系统包括水槽6、蒸发箱7、蒸发架17、蒸发板18和加热装置19，水槽6通过连接管5与出水口2相连接，水槽6的上方设置有蒸发箱7，且蒸发箱7内设置有蒸发架17，蒸发架17的上均匀设置有多层蒸发板18，且蒸发板18的下方设置有加热装置19，洗盐系统流出的水进入水槽6中，第二水泵10把水抽到蒸发板18上，通过加热装置19的加热和蒸发箱内的强空气流动，蒸发板18上的水分蒸发，留下盐分，蒸发板18缓慢流下的水再次进入水槽6并不断循环，盐的浓度不断提高。

蒸发箱7的一侧下端设置有进风口11，进风口11处设有导流罩15以便充分利用自然风，同时配置鼓风机13或风扇以确保进入足量的风力。蒸发箱7的另一侧上端设置有出风口12，且出风口12处设置有抽风机14或风扇，以加强蒸发箱7内的空气流动。蒸发架17上设有多层倾斜状的蒸发板18，蒸发板18均匀设置有多条采用特斯拉阀结构的导向槽，该结构可以使水缓慢流下，同时能使液体表面的风速再次显著得到加强，从而提高蒸发效率。蒸发架17的一侧设置有上水管16，上水管16的底端设置有第二水泵10，且第二水泵10位于水槽6中，上水管16设有和每层蒸发板18对应的出口，保证工作的正常进行。

水槽6的下端设置有聚盐口20，当出现结晶现象时则处于饱和状态，此时，打开设在水槽6下方的聚盐口20，排出并收集极高浓度盐水，再采用简单的常规晒盐法处理进而可形成工业原料运至他处。

蒸发箱7的出风口12处流出的风为高温高湿汽体，吹出的风可以采用导热系数高的材料(如金属、玻璃)阻挡，让高温高湿汽体自然冷凝形成冷凝水。由于蒸发箱7内部也会产生冷凝现象，因此其顶部应有一定斜度，不但可以引导气流加强风速，而且可以引导冷凝水沿周边下流，最终在蒸发箱7的下端汇集并排出。蒸发箱7内外的冷凝水共同汇集于一处，当灌水作业需要时经过第一水泵9压入管道8再进入洗盐系统的进水口1，从而实现循环利用。

整个系统特别是晒盐系统是持续工作的，但洗盐系统的灌水作业优选为断续的，也就是说基本处理完一批洗盐水后，再使用冷凝水和其他淡水共同进入进水口1再洗盐，否则会冲淡洗盐水，如此反复，系统总效率高且水耗和能耗低。

加热装置19为电加热器，每层蒸发板18下方设有电加热装置19，从而使板面乃至蒸发箱内部处于热状态，有助于水分蒸发。

连接管5内设置有过滤网和阀门，以控制进入晒盐系统的水流量，而且可取出一些杂质，使用更加方便快捷。

为了进一步利用太阳能，洗盐系统和晒盐系统优选与多个太阳能光伏电板21相连接并给整体系统供电。

本发明提供了一种选择透性半开放式洗晒一体化盐碱地改良系统的思路及实施方法，具体应用途径很多，以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种选择透性半开放式洗晒一体化盐碱地改良系统，其特征在于：包括洗盐系统和晒盐系统，所述洗盐系统的出水口(2)通过连接管(5)与晒盐系统的水槽(6)相连接，晒盐系统的蒸发箱(7)的底端外部设有冷凝水汇集处并通过管道(8)与洗盐系统的进水口(1)相连接，所述洗盐系统能够提高洗盐水浓度，晒盐系统通过蒸发提取高浓度盐水，蒸发水汽产生的冷凝水循环使用；所述洗盐系统包括进水口(1)、出水口(2)、单向膜(3)、沟陇(4)和引流沟(22)，所述进水口(1)位于高处，出水口(2)位于低处，所述沟陇(4)有若干条，每一条沟陇(4)在同一水平高度，所述引流沟(22)设在洗盐系统的斜坡处且采用特斯拉阀结构，所述单向膜(3)设置在沟陇(4)的下方并全覆盖地表，单向膜（3）阻止洗盐水流入地下，但地下水汽和养分选择性透过单向膜（3）进入地表，保证作物生长过程中持续获得水分和养分，并且地下土壤的气体则更能顺利上升到耕作层，利于作物生长。

2.根据权利要求1所述的一种选择透性半开放式洗晒一体化盐碱地改良系统，其特征在于：所述晒盐系统为半开放式，采用加热和空气流动的方式蒸发洗盐水并产生冷凝水，包括水槽(6)、蒸发箱(7)、蒸发架(17)、蒸发板(18)和加热装置(19)，所述水槽(6)通过连接管(5)与出水口(2)相连接，水槽(6)的上方设置有蒸发箱(7)，且蒸发箱(7)内设置有蒸发架(17)，所述蒸发架(17)上均匀设置有多层蒸发板(18)，且蒸发板(18)的下方设置有加热装置(19)。

3.根据权利要求2所述的一种选择透性半开放式洗晒一体化盐碱地改良系统，其特征在于：所述蒸发箱(7)的顶面为倾斜状，且蒸发箱(7)的底面最低端设置有冷凝水口引导冷凝水流入汇集处，汇集处通过管道(8)和第一水泵(9)与进水口(1)相连接。

4.根据权利要求3所述的一种选择透性半开放式洗晒一体化盐碱地改良系统，其特征在于：所述蒸发箱(7)的一侧下端设置有进风口(11)，进风口(11)外端设置有导流罩(15)，且导流罩(15)前端设置有鼓风机(13)，所述蒸发箱(7)的另一侧上端设置有出风口(12)，且出风口(12)处设置有抽风机(14)。

5.根据权利要求4所述的一种选择透性半开放式洗晒一体化盐碱地改良系统，其特征在于：所述蒸发架(17)上的蒸发板(18)为倾斜状，且蒸发板(18)均匀设置有多条采用特斯拉阀结构的导向槽，所述蒸发架(17)的一侧设置有上水管(16)，上水管(16)的底端设置有第二水泵(10)，且第二水泵(10)位于水槽(6)中。

6.根据权利要求4所述的一种选择透性半开放式洗晒一体化盐碱地改良系统，其特征在于：所述水槽(6)的下端设置有聚盐口(20)。

7.根据权利要求4所述的一种选择透性半开放式洗晒一体化盐碱地改良系统，其特征在于：所述加热装置(19)为电加热器。

8.根据权利要求4所述的一种选择透性半开放式洗晒一体化盐碱地改良系统，其特征在于：所述连接管(5)内设置有过滤网和阀门。