CN209721657U - 一种设施农业水肥盐分离子输入一体化调控装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种设施农业水肥盐分离子输入一体化调控装置，离子交换树脂床的进液口通过带有阀门的管路分别与离子交换进水池及树脂再生进水罐的出液口连接，离子交换树脂床的出液口通过带有阀门的管路分别与离子交换出水池及树脂再生出水罐的一个进液口连接，树脂再生出水罐的另一个进液口通过带阀门的管路与用于促进树脂再生出水罐中形成沉淀的溶液罐相连，树脂再生出水罐的一个出液口通过带阀门的管路与沉淀收集池相连，另一个出液口通过带阀门的管路与树脂再生进水罐的进液口连接。本实用新型能够实现水肥盐分离子输入一体化调控，离子交换树脂再生后不用清洗可以直接用于处理原水，离子交换树脂再生废盐水处理后再利用，无需外排。
Description
技术领域
本实用新型属于水处理领域，具体地说是一种设施农业水肥盐分离子输入一体化调控装置。
背景技术
设施农业土壤施肥量和灌溉水量高，一般种植3～5年后就面临着次生盐化的问题。土壤次生盐化不但降低设施作物的生境质量，影响设施作物产量与品质，也降低作物对土壤氮磷等养分的利用效率，加剧氮磷面源污染。因此，控制设施农业土壤盐分的累积是设施农业安全和可持续生产的一个重要环节。
设施土壤盐分含量超过0.2％，一般就可以对苗期植物产生不同程度的盐害作用；设施土壤盐分离子比例不佳则产生拮抗作用，影响植物生长和对养分的利用。因此，在设施土壤盐分累积调控过程中，既要关注盐分总量的调控，又要关注盐分离子组成的调控。一般情况下多控制那些对作物生长不利或需求量不大的无机盐分离子，比如钠离子和硫酸根；当植物生长必须的盐分离子(比如钙离子和硝酸根)过量累积时也需要适度削减。
设施农业生产过程中，施肥环节使用肥料(比如钾肥)的硫酸盐替代氯盐，降低土壤氯离子含量，但常常导致硫酸盐的过量累积；水肥一体化措施，一般可以适度提高肥料和水的利用率，降低设施土壤盐分累积速率；在设施土壤中添加腐殖酸之类的有机物，可以减少土壤溶液中盐分的含量，间接降低盐分对植物的不利影响；土壤强还原处理不但可以缓解设施土壤连作障碍，而且可以适度削减设施土壤硝酸根和钙离子的过量累积，但实施周期长，对其它土壤盐分离子的调控作用较小；常见的大水灌溉洗盐直接导致大量养分流失，污染水体环境。
除了施肥，灌溉也会引起设施土壤盐分累积增加。为了减少灌溉引起的盐分输入，可以考虑采用适当的方法削减灌溉用水的盐分(甚至特定盐分离子)的含量。比如，高矿化度灌溉水经过反渗透等方法脱盐处理后，用于耐盐能力弱的苗期作物的灌溉。不过，反渗透膜与纳滤膜不但对进水水质要求高，而且得水率偏低，反渗透法得水率一般不超过50％，纳滤脱盐得水率一般也不超过70％，伴生的浓水还需要外排或适当处理，在水资源缺乏的地区大量应用有难度。
离子交换对进水水质要求相对较低，可以用于地下水来源的灌溉用水的特定盐分离子的削减处理。不过，一般离子交换脱盐处理的离子交换树脂再生和清洗环节均产生废水，不但降低得水率，也增加后续处理的难处。如在2015年5月13日公布，公布号为CN104609504A的“一种离子交换法转移并资源化回收并利用水中硝态氮的方法及装置”中的离子交换脱盐专利工艺，用于设施农业灌溉用水处理时树脂再生和清洗环节均产生废水，虽然这种废水可以作为大田的液体肥料，但存在大田非生产季节废水储存问题等，降低其实用性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种设施农业水肥盐分离子输入一体化调控装置。该调控装置用于提高硫酸根含量较高的灌溉用水的设施农业应用价值，防治设施土壤硫酸根过量累积导致的次生盐化。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
本实用新型包括离子交换再生模块及离子交换树脂再生废盐水再生性处理模块，其中离子交换再生模块包括离子交换进水池、离子交换出水池、离子交换树脂床、树脂再生进水罐及树脂再生出水罐，该离子交换树脂床的进液口通过带有阀门的管路分别与离子交换进水池及树脂再生进水罐的出液口连接，所述离子交换树脂床的出液口通过带有阀门的管路分别与离子交换出水池及树脂再生出水罐的一个进液口连接；所述离子交换树脂再生废盐水再生性处理模块包括树脂再生出水罐、溶液罐及沉淀收集池，该树脂再生出水罐的另一个进液口通过带阀门的管路与用于促进树脂再生出水罐中形成沉淀的溶液罐相连，所述树脂再生出水罐的一个出液口通过带阀门的管路与沉淀收集池相连，另一个出液口通过带阀门的管路与所述树脂再生进水罐的进液口连接；
其中：所述溶液罐包括硝酸钙溶液罐及碳酸铵钾溶液罐，所述树脂再生出水罐的另一个进液口相应地为两个进液口，通过带阀门的管路分别与所述硝酸钙溶液罐及碳酸铵钾溶液罐连接；
所述沉淀收集池包括硫酸钙沉淀收集池及碳酸钙沉淀收集池，所述树脂再生出水罐的一个出液口分出两条带阀门的管路，分别与所述硫酸钙沉淀收集池及碳酸钙沉淀收集池连接；
与所述硫酸钙沉淀收集池连接的管路及与所述碳酸钙沉淀收集池连接的管路汇合后再与树脂再生出水罐的一个出液口连接，该硫酸钙沉淀收集池与汇合处之间的管路上以及所述碳酸钙沉淀收集池与汇合处之间的管路上均设有阀门；
与所述离子交换进水池连接的管路及与所述树脂再生进水罐出液口连接的管路汇合后再与离子交换树脂床的进液口连接，该离子交换进水池与汇合处之间的管路上以及所述树脂再生进水罐出液口与汇合处之间的管路上均设有阀门；
与所述离子交换出水池连接的管路及与所述树脂再生出水罐一个进液口连接的管路汇合后再与离子交换树脂床的出液口连接，该离子交换出水池与汇合处之间的管路上以及所述树脂再生出水罐一个进液口与汇合处之间的管路上均设有阀门。
本实用新型的优点与积极效果为：
1.本实用新型能够实现水肥盐分离子输入一体化调控，离子交换树脂再生后不用清洗可以直接用于处理原水，离子交换树脂再生废盐水处理后再利用，无需外排。
2.本实用新型可以用于提高硫酸根含量较高的灌溉用水的设施农业应用价值，防治设施土壤硫酸根过量累积导致的次生盐化。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
其中：1为离子交换进水池，2为离子交换出水池，3为离子交换树脂床，4为树脂再生进水罐，5为树脂再生出水罐，6为硫酸钙沉淀收集池，7为碳酸钙沉淀收集池，8为硝酸钙溶液罐，9为碳酸铵钾溶液罐，10为阀门A，11为阀门B，12为阀门C，13为阀门D，14为阀门E，15为阀门F，16为阀门G，17为阀门H，18为阀门I。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详述。
如图1所示，本实用新型包括离子交换再生模块及离子交换树脂再生废盐水再生性处理模块，其中离子交换再生模块以离子交换树脂床3为中心，包括离子交换进水池1、离子交换出水池2、离子交换树脂床3、树脂再生进水罐4及树脂再生出水罐5，该离子交换树脂床3为硝酸根型阴离子交换树脂床，离子交换树脂床3的进液口通过带有阀门的管路分别与离子交换进水池1及树脂再生进水罐4的出液口连接，离子交换树脂床3的出液口通过带有阀门的管路分别与离子交换出水池2及树脂再生出水罐5的一个进液口连接；即，与离子交换进水池1连接的管路及与树脂再生进水罐4出液口连接的管路汇合后再与离子交换树脂床3的进液口连接，该离子交换进水池1与汇合处之间的管路上设有阀门A10，树脂再生进水罐4出液口与汇合处之间的管路上设有阀门B11；与离子交换出水池2连接的管路及与树脂再生出水罐5一个进液口连接的管路汇合后再与离子交换树脂床3的出液口连接，该离子交换出水池2与汇合处之间的管路上设有阀门C12，树脂再生出水罐5一个进液口与汇合处之间的管路上设有阀门D13。离子交换树脂再生废盐水再生性处理模块以树脂再生出水罐5为中心，包括树脂再生出水罐5、溶液罐及沉淀收集池，该树脂再生出水罐5的另一个进液口通过带阀门的管路与用于促进树脂再生出水罐5中形成沉淀的溶液罐相连，树脂再生出水罐5的一个出液口通过带阀门的管路与沉淀收集池相连，另一个出液口通过带阀门I18的管路与树脂再生进水罐4的进液口连接。
本实用新型的溶液罐包括硝酸钙溶液罐8及碳酸铵钾溶液罐9，树脂再生出水罐5的另一个进液口相应地为两个进液口，这两个进液口的一个通过带阀门G16的管路与硝酸钙溶液罐8连接、另一个通过带阀门H17的管路与碳酸铵钾溶液罐9连接。
本实用新型的沉淀收集池包括硫酸钙沉淀收集池6及碳酸钙沉淀收集池7，树脂再生出水罐5的一个出液口分出两条带阀门的管路，分别与硫酸钙沉淀收集池6及碳酸钙沉淀收集池7连接；即，与硫酸钙沉淀收集池6连接的管路及与碳酸钙沉淀收集池7连接的管路汇合后再与树脂再生出水罐5的一个出液口连接，该硫酸钙沉淀收集池6与汇合处之间的管路上设有阀门E14，碳酸钙沉淀收集池7与汇合处之间的管路上设有阀门F15。
本实用新型的工作原理为：
离子交换再生模块：同时打开与离子交换进水池1连接管路上的阀门A10和与离子交换出水池2连接管路上的阀门C12，进行离子交换；离子交换出水中的硫酸根浓度超过其进水浓度的20％～60％时，同时关闭阀门A10及阀门C12，然后同时打开与树脂再生进水罐4出液口连接管路上的阀门B11和与树脂再生出水罐5一个进液口连接管路上的阀门D13，进行树脂再生，当离子交换树脂再生废盐水中的硫酸根离子浓度<40mmol/L时，完成树脂再生，不清洗再次用于离子交换，如此循环进行离子交换与再生。
离子交换树脂再生废盐水再生性处理模块：
A.沉淀和转移离子交换再生废盐水中的硫酸根：打开硝酸钙溶液罐8通向树脂再生出水罐5管路上的阀门G16，沉淀去除树脂再生出水罐5中的硫酸根至其残余浓度<20mmol/L后关闭阀门G16；打开树脂再生出水罐5底部一个出液口通向硫酸钙沉淀收集池6管路上的阀门E14，硫酸钙沉淀转移完后关闭阀门E14；
B.沉淀和转移离子交换再生废盐水中的钙离子：打开碳酸铵钾溶液罐9通向树脂再生出水罐5管路上的阀门H17，沉淀去除树脂再生出水罐5中钙离子至其残余浓度<2mmol/L后关闭阀门H17；打开树脂再生出水罐5底部一个出液口通向碳酸钙沉淀收集池7管路上的阀门F15，碳酸钙沉淀转移完后关闭阀门F15；
C.离子交换再生废盐水处理后的再利用：打开树脂再生出水罐5通向树脂再生进水罐4进液口管路上的阀门I18，实现离子交换再生废盐水的再利用。
实验例一
运行离子交换再生模块
A.离子交换树脂处理原水：离子交换树脂床3高100cm，内填再生好的717型阴离子交换树脂；原水硝酸盐浓度为1.0mmol/L，硫酸盐浓度为3.1mmol/L，氯离子浓度为0.6mmol/L，开启连通离子交换进水池1管路上的阀门A10和连通离子交换出水池2管路上的阀门C12，15～25℃条件下，以14BV/h的流速处理原水；运行至16小时，出水中的硫酸根浓度超过1.0mmol/L，关闭阀门A10及阀门C12，进入树脂再生阶段。
B.离子交换树脂再生：树脂再生所用的再生盐水含有0.60mol/L的硝酸钾；首先开启连通树脂再生进水罐4出液口管路上的阀门B11和树脂再生出水罐5一个进液口管路上的阀门D13，以流速为4BV/h进行树脂再生；1.2小时后，树脂再生出水罐5的硫酸根浓度<40mmol/L，关闭连通树脂再生出水罐5一个进液口管路上的阀门D13，完成离子交换树脂的再生；然后树脂不用清洗，直接再次进入离子交换处理原水阶段。
运行离子交换树脂再生废盐水的再生性处理模块
A.硫酸根沉淀去除与转移：打开硝酸钙溶液罐8通向树脂再生出水罐5管路上的阀门G16，至残留硫酸根的浓度<20mmol/L时停止加入硝酸钙溶液；打开树脂再生出水罐5底部一个出液口通向硫酸钙沉淀收集池6的阀门E14，转移硫酸钙沉淀结束后关闭阀门E14；
B.钙离子沉淀去除与转移：打开碳酸铵钾溶液罐9通向树脂再生出水罐5管路上的阀门H17，钙离子残留浓度<2mmol/L时停止加入碳酸铵钾溶液；打开树脂再生出水罐5底部一个出液口通向碳酸钙沉淀收集池7的阀门F15，转移碳酸钙沉淀结束后关门阀门F15；
C.离子交换树脂再生废盐水处理后的再利用：打开树脂再生出水罐5通向树脂再生进水罐4的阀门I18，实现离子交换树脂再生废盐水的再利用。
实验例二
运行离子交换再生模块
A.离子交换树脂处理原水：离子交换树脂床3高100cm，内填再生好的717型阴离子交换树脂；原水硝酸盐浓度为0.8mmol/L，硫酸盐浓度为3.3mmol/L，氯离子浓度为0.6mmol/L，开启连通离子交换进水池1管路上的阀门A10和连通离子交换出水池2管路上的阀门C12，15～25℃条件下，以14BV/h的流速处理原水；运行至14.5小时，出水中的硫酸根浓度超过1.0mmol/L，关闭阀门A10及阀门C12，进入树脂再生阶段。
B.离子交换树脂再生：树脂再生所用的再生盐水含有0.5mol/L的硝酸钾；首先开启连通树脂再生进水罐4出液口管路上的阀门B11和树脂再生出水罐5一个进液口管路上的阀门D13，以流速为4BV/h进行树脂再生；1.0小时后，树脂再生出水罐5的硫酸根浓度<40mmol/L，关闭连通树脂再生出水罐5一个进液口管路上的阀门D13，完成离子交换树脂的再生；然后树脂不用清洗，直接再次进入离子交换处理原水阶段。
运行离子交换树脂再生废盐水的再生性处理模块
运行同实验例一。
本实用新型在阴离子交换再生模块中，用硝酸根型阴离子交换树脂离子交换去除灌溉水中的硫酸根，然后用硝酸铵钾型再生盐水再生失效的阴离子交换树脂。在离子交换树脂再生废盐水的再生性处理模块中，采用两步沉淀法削减离子交换树脂再生产生的废盐水中的硫酸根和钙离子浓度，处理后的盐水循环用于离子交换树脂的再生。
Claims (6)
1.一种设施农业水肥盐分离子输入一体化调控装置，其特征在于：包括离子交换再生模块及离子交换树脂再生废盐水再生性处理模块，其中离子交换再生模块包括离子交换进水池(1)、离子交换出水池(2)、离子交换树脂床(3)、树脂再生进水罐(4)及树脂再生出水罐(5)，该离子交换树脂床(3)的进液口通过带有阀门的管路分别与离子交换进水池(1)及树脂再生进水罐(4)的出液口连接，所述离子交换树脂床(3)的出液口通过带有阀门的管路分别与离子交换出水池(2)及树脂再生出水罐(5)的一个进液口连接；所述离子交换树脂再生废盐水再生性处理模块包括树脂再生出水罐(5)、溶液罐及沉淀收集池，该树脂再生出水罐(5)的另一个进液口通过带阀门的管路与用于促进树脂再生出水罐(5)中形成沉淀的溶液罐相连，所述树脂再生出水罐(5)的一个出液口通过带阀门的管路与沉淀收集池相连，另一个出液口通过带阀门的管路与所述树脂再生进水罐(4)的进液口连接。
2.根据权利要求1所述的设施农业水肥盐分离子输入一体化调控装置，其特征在于：所述溶液罐包括硝酸钙溶液罐(8)及碳酸铵钾溶液罐(9)，所述树脂再生出水罐(5)的另一个进液口相应地为两个进液口，通过带阀门的管路分别与所述硝酸钙溶液罐(8)及碳酸铵钾溶液罐(9)连接。
3.根据权利要求1所述的设施农业水肥盐分离子输入一体化调控装置，其特征在于：所述沉淀收集池包括硫酸钙沉淀收集池(6)及碳酸钙沉淀收集池(7)，所述树脂再生出水罐(5)的一个出液口分出两条带阀门的管路，分别与所述硫酸钙沉淀收集池(6)及碳酸钙沉淀收集池(7)连接。
4.根据权利要求3所述的设施农业水肥盐分离子输入一体化调控装置，其特征在于：与所述硫酸钙沉淀收集池(6)连接的管路及与所述碳酸钙沉淀收集池(7)连接的管路汇合后再与树脂再生出水罐(5)的一个出液口连接，该硫酸钙沉淀收集池(6)与汇合处之间的管路上以及所述碳酸钙沉淀收集池(7)与汇合处之间的管路上均设有阀门。
5.根据权利要求1所述的设施农业水肥盐分离子输入一体化调控装置，其特征在于：与所述离子交换进水池(1)连接的管路及与所述树脂再生进水罐(4)出液口连接的管路汇合后再与离子交换树脂床(3)的进液口连接，该离子交换进水池(1)与汇合处之间的管路上以及所述树脂再生进水罐(4)出液口与汇合处之间的管路上均设有阀门。
6.根据权利要求1所述的设施农业水肥盐分离子输入一体化调控装置，其特征在于：与所述离子交换出水池(2)连接的管路及与所述树脂再生出水罐(5)一个进液口连接的管路汇合后再与离子交换树脂床(3)的出液口连接，该离子交换出水池(2)与汇合处之间的管路上以及所述树脂再生出水罐(5)一个进液口与汇合处之间的管路上均设有阀门。
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| CN201920429425.2U CN209721657U (zh) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | 一种设施农业水肥盐分离子输入一体化调控装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114133303A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-04 | 山东省鲁洲食品集团有限公司 | 树脂再生废水生产高效水溶肥的制备方法 |
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2019
- 2019-03-29 CN CN201920429425.2U patent/CN209721657U/zh active Active
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| CN114133303A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-04 | 山东省鲁洲食品集团有限公司 | 树脂再生废水生产高效水溶肥的制备方法 |
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