CN114793522B - 一种电吸附结合冷凝法的土壤洗盐水循环利用系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电吸附结合冷凝法的土壤洗盐水循环利用系统及方法，涉及土壤改良领域，利用电吸附除盐的基本原理是将暗管排出的盐水通过带正负电的空卷电极板之间流动，通电时水中离子分别向带相反电荷的电极板表面迁移并被吸附在电极板表面，随着离子在电极板表面聚集，盐水中的盐浓度大大降低，从而实现了盐水的脱盐。当正负电极板吸附盐离子达到饱和时，电极反接电源，被吸附的盐离子会从电极板表面释放后溶于水中，此时排出的较高浓度的盐水被排入蒸发室内，通过蒸发与冷凝的方法实现土壤洗盐水的循环利用。

Description

一种电吸附结合冷凝法的土壤洗盐水循环利用系统及方法

技术领域

本发明涉及属于土壤改良领域，涉及一种适用于管道除盐的电极板结构、土壤洗盐的装置、洗盐方法及系统。

背景技术

土地盐碱化是我国常见的土壤退化问题之一，在我国有近1/5的耕地发生盐碱化，造成我国的土地资源严重浪费。目前，“十四五”规划提出以粮食生产功能区和重要农产品生产保护区为重点，2021年新建高标准农田1亿亩。高标准农田，是指土地平整、土壤肥沃、集中连片、设施完善、农电配套、生态良好、抗灾能力强，与现代农业生产和经营方式相适应的旱涝保收、持续高产稳产的农田。这就迫切要求对土地盐碱化进行处理，以满足高标准土地的需求。

目前常用的土壤洗盐大多是通过对耕作层进行淡水灌溉，使得土壤中的盐分溶于水后排出，从而达到降低土壤中盐分的效果。这就需要大量的淡水，极易造成水资源的浪费。本装置采用电吸附法对暗管排出的盐水进行处理，将处理后的水二次利用，节约用水。

发明内容

针对现有技术中存在不足，为了将土壤洗盐后排出的盐水二次利用，本发明首先提供了一种基于电吸附法的土壤洗盐排水结构，随着离子在空卷电极板表面聚集，盐水中的盐浓度大大降低，从而实现了盐水的脱盐。当带正负电的电极板吸附盐离子达到饱和时，空卷电极板反接电源，被吸附的盐离子会从空卷电极板表面释放，空卷电极板得到再生，如此可进行重复洗盐。同时，在设置有空卷电极板的排水暗管进出口处各设置一个盐度传感器，用以检测电吸附后盐水浓度的变化、在暗管支管处设置第三盐度传感器，用以检测洗盐后农田中盐分是否达到预期值，达标后停止洗盐。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种适用于管道除盐的电极板结构，包括基板；所述基板为绝缘材料，通过模具做成空卷电极板，之后将其浸入导电胶中，在导电胶充分接触空卷电极板后，取出烘干固化，此时空卷电极板整体导电；切除空卷电极板的头部、尾部及端部的导电胶，露出绝缘材料，保证空卷电极板正负极面之间不导通；所述空卷电极板各层之间有一定的间隙。

上述方案中，所述空卷电极板上侧面和下侧面上分别设置有正极与负极，对空卷电极板施加电压形成静电场；所述空卷电极板最内层填充有绝缘材料防止水流通过。

将适用于管道除盐的空卷电极板结构用于土壤洗盐的装置，所述空卷电极板通过绝缘铆钉安装在排水暗管干管中，在所述空卷电极板所在排水暗管干管的进出口处分别设置第一盐度传感器和第二盐度传感器；所述第一盐度传感器和第二盐度传感器分别用来监测土壤洗盐水流入空卷电极板时和流出空卷电极板时的盐度。

上述方案中，还包括排水暗管支路；所述排水暗管支路上安装有第三盐度传感器。

用于土壤洗盐装置的洗盐方法，包括如下步骤：第三盐度传感器监测排水暗管支路中盐水的盐度三，当盐度三满足作物生长时，不洗盐；

当盐度三不满足作物生长时，空卷电极板工作，第一盐度传感器和第二盐度传感器监测得到盐度一和盐度二，当盐度二小于盐度一时，表明空卷电极板正在吸附水中盐离子，此时排出的洗盐水还田；当盐度二等于盐度一时，表明空卷电极板以达到吸附饱和状态，此时反接瞬时电源脉冲对空卷电极板反向加电，正负极对调，电极板表面去盐离子得到盐度二等于盐度一和盐度二大于盐度一两种情况，其中，当盐度二等于盐度一时，正接电源；盐度二大于盐度一时，接着反接瞬时电源脉冲，再次对空卷电极板表面去盐离子，盐水排入蒸发室。

实现权利要求洗盐方法的系统，包括蒸发室，所述蒸发室内设置有散热室、冷凝室和蒸发池；

所述散热室和冷凝室通过包覆有半导体制冷片的制冷面金属板和制热面金属板分割开，半导体制冷片与直流电源电连通，盐水进入蒸发池被蒸发成气体进入冷凝室，进入冷凝室的气体碰到制冷面金属板被冷凝成液体后进入集水池。上述方案中，所述吸热管置于蒸发池底部，能够加热蒸发池内的液体。

上述方案中，所述冷凝室和散热室一侧的侧壁上分别设置有反向气流挡板和顺向气流挡板；所述反向气流挡板用来减缓被吸入的气体流速，使气体充分与制冷面金属板充分接触，顺向气流挡板用来加速制热面金属板热量的流出。

上述方案中，所述蒸发池内还设置有爆气装置；冷凝室和散热室内设置有吸气泵。

上述方案中，所述吸热管地上部分通过骑马卡扣固定在温室玻璃壁上，玻璃屋顶部分的吸热管开有出气孔用于降低屋顶玻璃的内外温差，防止屋顶玻璃上有水珠产生。

有益效果：

1.本发明提供的一种适用于管结构的空卷电极板结构，可依据除盐效果增长或缩短空卷电极板在水管中的长度，且拆卸方便，便于更换。

2.本发明中空卷电极板的疏密程度可依据管中流量大小来设置，以此来适应水管中的流量，以达到最佳的盐离子吸附效果。

3.本发明中通过空卷电极板吸附后的土壤洗盐水，浓度降低，被再次还田洗盐。

4.本发明中高浓度的土壤洗盐水被排入蒸发室，以太阳能作为主要能量来源，制冷片散热端作为次要能量来源，驱动蒸发池中的盐水快速蒸发。

5.本发明中利用制冷室外朝南侧布置的太阳能板对半导体制冷片进行供电，并通过半导体制冷片制冷端对湿热空气进行冷却形成冷凝水，冷凝水可以再次利用。

附图说明

图1农田洗盐排水示意图；

图2本发明涉及到的空卷电极板结构示意图；

图3图2的轴向结构剖面示意图；

图4电极板安装在排水暗管干管中的结构示意图；

图5排水暗管主视示意图；

图6蒸发室的平面示意图；

图7蒸发室的结构示意图；

图8土壤洗盐流程示意图。

附图标记：

1-排水暗管支管；2-空卷电极板；3-排水暗管干管；4-蒸发室；12-第一盐度传感器；13-第二盐度传感器；14-第三盐度传感器；21-正极极耳；22-负极极耳；31-正极引线；32-负极引线；33-绝缘铆钉；34-绝缘填充物；41-蒸发池；42-吸气导热管；42-1-吸气导热管出气孔；43-鼓风机；44-骑马卡扣；45-散热室；45-1-通风口；45-2-顺向气流挡板；46-冷凝室；46-1-反向气流挡板；47-半导体制冷片；47-1隔热填充物；48-1-制冷面金属板；48-2-制热面金属板；49-吸气泵；50-集水池；51-爆气装置；52-太阳能板。

具体实施方式

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

一种适用于管道除盐的电极板结构，包括基板；所述基板为绝缘材料，通过模具做成空卷电极板，之后将其浸入导电胶中，在导电胶充分接触空卷电极板后，取出烘干固化，此时空卷电极板整体导电；切除空卷电极板的头部、尾部及两侧的导电胶，露出绝缘材料，保证空卷电极板正负极面之间不导通；所述空卷电极板2各层之间有一定的间隙便于水流通过。

上述方案中，所述空卷电极板2上侧面和下侧面上分别设置有正极极耳21与负极极耳22，对空卷电极板2施加电源导通电路；所述空卷电极板2最内层填充有绝缘材料防止水流通过。

将适用于管道除盐的电极板结构用于土壤洗盐的装置，所述空卷电极板2通过绝缘铆钉33安装在排水暗管干管3中，在所述空卷电极板2所在排水暗管干管3进出口处分别设置有第一盐度传感器12和第二盐度传感器13；所述第一盐度传感器12和第二盐度传感器13分别用来监测土壤洗盐水流入空卷电极板2时和流出空卷电极板2时的盐度。

上述方案中，还包括排水暗管支路1；所述排水暗管支路1上安装有第三盐度传感器14。

用于土壤洗盐装置的洗盐方法，包括如下步骤：第三盐度传感器14监测排水暗管支管1中盐水的盐度三，当盐度三满足作物生长时，不洗盐；

当盐度三不满足作物生长时，空卷电极板2工作，第一盐度传感器12和第二盐度传感器13监测得到盐度一和盐度二，当盐度二小于盐度一时，盐水还田；当盐度二等于盐度一时，反接瞬时电源脉冲对空卷电极板2表面去盐离子得到盐度二等于盐度一和盐度二大于盐度一两种情况，其中，当盐度二等于盐度一时，正接电源；盐度二大于盐度一时，反接瞬时电源脉冲，再次对空卷电极板2表面去盐离子，盐水排入蒸发室4。

实现权利要求洗盐方法的系统，包括蒸发室，所述蒸发室内设置有散热室45、冷凝室46和蒸发池41；

所述散热室45和冷凝室46通过包覆有半导体制冷片47的制冷面金属板48-1和制热面金属板48-2分割开，半导体制冷片47与电源通电连通，高浓度洗盐水进入蒸发池41被蒸发，湿热气体被吸入冷凝室46，进入冷凝室46的湿热气体接触到制冷面金属板48-1被冷凝成液体后流入集水池50。。

上述方案中，所述吸气导热管42置于蒸发池41底部，把散热室中由制冷片47制热端产生的热量导入到蒸发池41内的盐水中，加速盐水的蒸发速度。

上述方案中，所述冷凝室46和散热室45一侧的侧壁上分别设置有反向气流挡板46-1和顺向气流挡板45-2；所述反向气流挡板46-1用来减缓被吸入的湿热气体流速，使湿热气体与制冷面金属板48-1充分接触，易形成冷凝水；顺向气流挡板45-2用来加速制热面金属板48-2上的热量传递速度。

上述方案中，所述蒸发池41内还设置有爆气装置51，可加速盐水的蒸发速度；冷凝室46和散热室45内设置有吸气泵49，使系统更好的进行热量交换。

上述方案中，所述吸气导热管42地上部分通过骑马卡扣44固定在温室玻璃壁上，玻璃屋顶部分的吸气导热管42开有出气孔42-1用于降低屋顶玻璃的内外温差，防止屋顶玻璃上有水珠产生，使阳光更多的进入蒸发室内。

一种基于电吸附结合蒸发冷凝法的土壤洗盐水循环利用系统及方法，包括空卷电极板2；所述空卷电极板2安装在排水暗管干管3中。电吸附除盐的基本原理是将暗管排出的盐水通过带正负电的空卷电极板之间流动，通电时水中离子分别向带相反电荷的电极表面迁移并被吸附在电极表面。

空卷电极板2与排水暗管干管3通过绝缘铆钉33限位在排水暗管干管3中，从而可以方便空卷电极板2的拆卸更换。

空卷电极板2的结构是绝缘材料，通过模具做成的形状如附图2所示，之后将其浸入导电胶中，在导电胶充分接触空卷电极板2后，取出烘干固化，此时空卷电极板2整体导电；切除空卷电极板2头部、尾部及两侧的导电胶，露出绝缘材料，保证空卷电极板正负极面之间不导通。

在暗管进出口处分别装有第一盐度传感器12和第二盐度传感器13，可以检测除盐效果，空卷电极板2可根据除盐效果，增长或缩短空卷电极板2沿管方向的长度，并对不符合还田的盐水排入蒸发室4进行处理。

蒸发室4中有蒸发池41，通过爆气装置51加速水分蒸发。

蒸发室4中设有吸气泵49和鼓风机43，加速整个系统的热量交换。

蒸发室4中有散热室45，冷凝室46分别对热量进行收集和对水蒸气进行液化。

冷凝室46和散热室45可随蒸发室4大小布置多个。冷凝室46一侧设置有半导体制冷片47，其中半导体制冷片47被制冷面金属板48-1包裹。冷凝室46另一侧侧壁上设置有反向气流挡板46-1，其目的是减缓被吸入的湿热气体流速，使湿热气体与制冷面金属板48-1充分接触，液化成水滴后流入集水池50进行收集，散热室45一侧侧壁上设置有顺向气流挡板45-2可使散热室内由半导体制冷片47制热面产生的热量加速流出。

半导体制冷片47通过太阳能板52供电，太阳能板52还可以阻挡由光线直射到冷凝室外侧墙壁所产生的热量交换。

散热室45通过吸气导热管42将半导体制冷片47制热面工作产生的热量进行收集、传输，在通过蒸发池41中，加快蒸发池中的高浓度盐水蒸发。

吸气导热管42地上部分通过骑马卡扣44固定在温室玻璃壁上，玻璃屋顶部分的吸气导热管42开有出气孔42-1降低屋顶玻璃的内外温差，防止屋顶玻璃上有水珠产生。

结合附图1所示，对耕地进行大水灌溉，耕地中的盐分融入水中，通过暗管支管1流入暗管干管3中，暗管干管3中装有空卷电极板2，空卷电极板进出口分别设置第一盐度传感器12和第二盐度传感器13对盐水浓度进行实时检测，并且在耕地中有第三盐度传感器14检测耕地中盐分是否超标。

结合附图2、3、4、5，空卷电极板上下面分别设置正极极耳21和负极极耳22，正极引线31和负极引线32分别与正极21和负极22相连通电。盐水在正负电极之间流动时，起到除盐的作用。从电极板剖面图看到有一部分之间的电极是负负相对的，无法除盐。因此将空卷电极板2装到排水管后，在此之间加装绝缘填充物34，并在空卷电极板2和排水管缝隙填装绝缘填充物34以保证盐水在正负电极之间流过。空卷电极板22通过绝缘铆钉33限位在排水暗管干管3中。

结合附图6、7，将不达标的盐水排入蒸发室4进行处理。盐水排入到蒸发池41中，通过爆气装置51加速水分蒸发，鼓风机43对上升的湿热气体进行定向扰动，加速蒸发的湿热气体流向冷凝室进口位置，并通过右侧抽气泵49吸气，使得湿热气体更快的进入冷凝室46。湿热气体进入冷凝室46后，由于反向气流挡板46-1的阻挡会使湿热气体充分与制冷面金属板48-1接触，由于半导体制冷片47的作用，制冷面金属板48-1会降温，这样湿热气体碰到较冷的金属板会液化成水滴流入集水池50中。制热面金属板48-2由于半导体制冷片47工作会产生热量，通过顺向气流挡板45-2将半导体制冷片制热端产生的热量加速交换，并通过左侧抽气泵49将热气输送到吸气导热管42中，吸气导热管42设置在蒸发池41中，对蒸发池中的盐水放热，加快盐水的蒸发。地面部分的吸气导热管通过骑马卡扣44固定在蒸发室4的墙壁上，并且对地面部分的吸气导热管开出气孔42-1，其目的是降低蒸发室内外的温差，避免蒸发室屋顶玻璃产生水滴，影响光照。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种用于土壤洗盐的装置，其特征在于，包括基板、排水暗管支路（1）和蒸发室（4）；所述基板为绝缘材料，基板通过模具做成空卷电极板（2），将空卷电极板（2）浸入导电胶中，在导电胶充分接触空卷电极板（2）后，取出烘干固化，此时空卷电极板（2）整体导电；切除空卷电极板（2）的头部、尾部及端部的导电胶；所述空卷电极板（2）各层之间存在一定的间隙；

所述空卷电极板（2）上侧面和下侧面上分别设置有正极极耳（21）与负极极耳（22），对空卷电极板（2）施加电压形成静电场；所述空卷电极板（2）最内层填充有绝缘材料防止水流通过；

所述空卷电极板（2）通过绝缘铆钉（33）安装在排水暗管干管（3）中，在所述空卷电极板（2）所在排水暗管干管（3）处设置有第一盐度传感器（12）和第二盐度传感器（13）；所述第一盐度传感器（12）和第二盐度传感器（13）分别用来监测盐水流入空卷电极板（2）时和流出空卷电极板（2）时的盐度；

所述排水暗管支路（1）上安装有第三盐度传感器（14）；

第三盐度传感器（14）监测排水暗管支路（1）中盐水的盐度三，当盐度三满足作物生长时，不通电洗盐；

当盐度三不满足作物生长时，空卷电极板（2）工作，第一盐度传感器（12）和第二盐度传感器（13）监测得到盐度一和盐度二，当盐度二小于盐度一时，盐水还田；当盐度二等于盐度一时，反接瞬时电源脉冲对空卷电极板（2）表面去盐离子得到盐度二大于盐度一和盐度二等于盐度一两种情况，其中，盐度二等于盐度一时，正接电源；盐度二大于盐度一时，接着反接瞬时电源脉冲，再次对空卷电极板（2）表面去盐离子，盐水排入蒸发室（4）；

所述蒸发室（4）内设置有散热室（45）、冷凝室（46）和蒸发池（41）；

所述散热室（45）和冷凝室（46）通过包覆有半导体制冷片（47）的制冷面金属板（48-1）和制热面金属板（48-2）分割开，半导体制冷片（47）与直流电源电连通，盐水进入蒸发池（41）被蒸发成气体进入冷凝室（46）和散热室（45），其中，进入冷凝室（46）的气体碰到制冷面金属板（48-1）被冷凝成液体后进入集水池（50）；进入散热室（45）的气体碰到制热面金属板（48-2）被加热进入吸热管（42）内；

所述吸热管（42）置于蒸发池（41）底部，能够加热蒸发池（41）内的液体；

所述冷凝室（46）和散热室（45）一侧的侧壁上分别设置有反向气流挡板（46-1）和顺向气流挡板（45-2）；所述反向气流挡板（46-1）用来减缓被吸入的气体流速，使气体充分与制冷面金属板（48-1）充分接触，顺向气流挡板（45-2）用来加速制热面金属板（48-2）热量的流出。

2.根据权利要求1所述的用于土壤洗盐的装置，其特征在于，所述蒸发池（41）内还设置有爆气装置（51）；冷凝室（46）和散热室（45）内设置有吸气泵（49）。

3.根据权利要求1所述的用于土壤洗盐的装置，其特征在于，所述吸热管（42）地上部分通过骑马卡扣（44）固定在温室玻璃壁上，玻璃屋顶部分的吸热管（42）开有出气孔（42-1）用于降低屋顶玻璃的内外温差，防止屋顶玻璃上有水珠产生。