灌溉施肥設(shè)備及灌溉施肥方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及農(nóng)田灌溉領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種農(nóng)田灌溉施肥設(shè)備及灌溉施肥方法。
【背景技術(shù)】
[0002]世界人口的迅速增加使得糧食供給面臨巨大壓力。在可耕地面積無(wú)法大幅度增加甚至由于城市建設(shè)、工業(yè)生產(chǎn)用地而日益減少的情況下，糧食增產(chǎn)只能依靠肥料的大規(guī)模使用。同時(shí)糧食生產(chǎn)也需要消耗大量水資源，據(jù)統(tǒng)計(jì)約70%的地球可用水量被用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。因此可持續(xù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求解決農(nóng)業(yè)用水問(wèn)題。
[0003]近年來(lái)膜分離技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展使得該技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。正滲透(FO)是指水通過(guò)半透膜從高水化學(xué)勢(shì)區(qū)域(或較低滲透壓)自發(fā)地向低水化學(xué)勢(shì)區(qū)域(或較高滲透壓)傳遞的過(guò)程，是一種常見(jiàn)的物理現(xiàn)象。近年來(lái)正滲透技術(shù)在污水處理和咸水淡化方面的優(yōu)勢(shì)得到研究人員的廣泛重視。與壓力驅(qū)動(dòng)膜分離過(guò)程相比較，F(xiàn)O過(guò)程無(wú)需外加壓力，而僅僅依靠滲透壓驅(qū)動(dòng)。因此FO運(yùn)行過(guò)程中的能耗小，膜污染情況也會(huì)相對(duì)較少，可以長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行而不需要頻繁清洗。
[0004]目前關(guān)于FO工藝的研究，僅限于實(shí)驗(yàn)室機(jī)理研究和小試應(yīng)用階段。筆者受到FO工藝濃縮城市污水、污泥消化液、垃圾滲濾液的啟發(fā)，將正滲透技術(shù)應(yīng)用于灌溉施肥領(lǐng)域，從污水中獲得灌溉所需水源，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低、經(jīng)濟(jì)實(shí)用以及環(huán)境友好等特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能夠?qū)⑽鬯幚砗笾苯佑糜谵r(nóng)田灌溉的灌溉施肥設(shè)備及灌溉施肥方法。
[0006]本發(fā)明所述的灌溉施肥設(shè)備，包括污水池、污水栗、處理器、汲取液儲(chǔ)池、汲取液栗、肥料液儲(chǔ)池，所述處理器包括套裝在一起的內(nèi)筒和外筒，所述內(nèi)筒為管式正滲透膜組件，污水池通過(guò)管道與內(nèi)筒連接，污水池與內(nèi)筒之間的管道上設(shè)有污水栗，汲取液儲(chǔ)池通過(guò)管道與外筒連接，汲取液儲(chǔ)池與外筒之間的管道上設(shè)有汲取液栗;外筒出水口通過(guò)管道連通肥料液儲(chǔ)池。
[0007]所述灌溉施肥設(shè)備還可以采用下述方案:一種灌溉施肥設(shè)備，包括污水池、污水栗、處理器、汲取液儲(chǔ)池、汲取液栗、肥料液儲(chǔ)池，所述處理器包括套裝在一起的內(nèi)筒和外筒，所述內(nèi)筒為管式正滲透膜組件，污水池通過(guò)管道連接外筒，污水池與外筒之間的管道上設(shè)有污水栗，汲取液儲(chǔ)池通過(guò)管道與內(nèi)筒連接，汲取液儲(chǔ)池與內(nèi)筒之間的管道上設(shè)有汲取液栗；內(nèi)筒出水口通過(guò)管道連通肥料液儲(chǔ)池。
[0008]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種使用所述灌溉施肥設(shè)備的灌溉施肥方法，包括以下步驟:
[0009]污水池中污水經(jīng)污水栗提升后進(jìn)入處理器內(nèi)，汲取液儲(chǔ)池中汲取液經(jīng)汲取液栗提升至處理器內(nèi)，污水與汲取液在處理器內(nèi)錯(cuò)流，污水中的水透過(guò)正滲透膜組件進(jìn)入到汲取液中，汲取液從處理器內(nèi)流出進(jìn)入肥料液儲(chǔ)池內(nèi)。
[0010]優(yōu)選的，肥料液儲(chǔ)池出水口設(shè)有灌溉栗，汲取液儲(chǔ)池一側(cè)設(shè)有水源栗，所述水源栗通過(guò)管道連通肥料液儲(chǔ)池出水口和汲取液儲(chǔ)池。
[0011]優(yōu)選的，所述正滲透膜組件的膜孔徑為0.1?0.5nm，純水下的膜通量為17.4L/m2.h，所述述污水與汲取液的錯(cuò)流流速為20?25cm/s。
[0012]優(yōu)選的，所述汲取液為氮、磷、鉀復(fù)合肥或氮、磷、鉀復(fù)合肥與微量元素肥料的混合物，所述汲取液中氮、磷、鉀復(fù)合肥或氮、磷、鉀復(fù)合肥與微量元素肥料的混合物的濃度為2mol/L。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0014]I)從污水中獲得灌溉水源，有效利用了污水中的水分子，開(kāi)辟了農(nóng)業(yè)新水源的同時(shí)減少了污水的排放量，為可持續(xù)的環(huán)境友好型技術(shù)；
[0015]2)灌溉施肥設(shè)備以滲透壓為驅(qū)動(dòng)力，無(wú)需消耗額外的能源；而且滲透膜組件的污染較少，可以長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，不需要頻繁清洗；
[0016]3)本發(fā)明以肥料作為汲取液，經(jīng)過(guò)灌溉施肥設(shè)備的處理器后可以直接作為灌溉水源，不存在汲取液再生的問(wèn)題，方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì);而且提高了肥料的利用率，該種施肥方法能夠維持理想的土壤水分、通透性，能夠克服傳統(tǒng)灌溉造成的農(nóng)田過(guò)濕、缺氧、爛根或干燥、鹽積累等問(wèn)題；
[0017]4)本發(fā)明所用處理器為套筒式，提高了污水與滲透膜組件的接觸面積，增加了污水與汲取液錯(cuò)流時(shí)的接觸面積，提高了產(chǎn)水效率。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為灌溉施肥設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]其中，1-格柵;2-污水池;3-污水栗;4-肥料液儲(chǔ)池;5-灌溉栗;6_處理器;7_汲取液栗;8-汲取液儲(chǔ)池;9-水源栗。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步解釋。
[0021]—種灌溉施肥設(shè)備，包括污水池2、污水栗3、處理器6、汲取液儲(chǔ)池8、汲取液栗7、肥料液儲(chǔ)池4，污水池2上方設(shè)有格柵I，所述格柵I為超細(xì)回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)，處理器6包括套裝在一起的內(nèi)筒和外筒，所述內(nèi)筒為管式正滲透膜組件，污水池2通過(guò)管道與內(nèi)筒連接，污水池2與內(nèi)筒之間的管道上設(shè)有污水栗3，汲取液儲(chǔ)池8通過(guò)管道與外筒連接，汲取液儲(chǔ)池8與外筒之間的管道上設(shè)有汲取液栗7;外筒出水口通過(guò)管道連通肥料液儲(chǔ)池4，肥料液儲(chǔ)池4通過(guò)管道連通灌溉栗5，汲取液儲(chǔ)池8—側(cè)設(shè)有水源栗9，所述水源栗9通過(guò)管道連通肥料液儲(chǔ)池4出水口和汲取液儲(chǔ)池8。
[0022]所述正滲透膜組件的膜孔徑為0.1?0.5nm，正滲透膜組件包括支撐層與膜組件層，所述支撐層位于膜組件層內(nèi)側(cè)，所述膜組件為管式結(jié)構(gòu)，正滲透膜組件的膜材料包括醋酸纖維素、聚酰胺或聚丙烯腈，外筒為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)塑料。
[0023 ] 應(yīng)用所述灌溉施肥設(shè)備的灌溉施肥方法，包括以下步驟:
[0024](I)污水經(jīng)格柵I過(guò)濾后進(jìn)入污水池2;所述格柵I為超細(xì)回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)，柵條間距為0.5mm、柵條系列間隔為0.lmm;
[0025](2)污水在污水栗3的提升下進(jìn)入處理器6的內(nèi)筒內(nèi)；錯(cuò)流方式流經(jīng)正滲透膜組件，錯(cuò)流流速為20?25cm/s;
[0026](3)汲取液存放在汲取液儲(chǔ)池8;所述汲取液成分為NH4HCO3、NH4H2P04和KCl，按照作物不同生長(zhǎng)階段對(duì)氮:磷:鉀(Ν:Ρ:Κ)元素的需求按比例混合而成，混合后的肥料在汲取液儲(chǔ)池8內(nèi)溶解為濃度較高的汲取液，濃度為2mol/L(以N計(jì))；
[0027](4)汲取液經(jīng)汲取液栗7提升在處理器6的外筒以錯(cuò)流方式流經(jīng)正滲透膜組件表面，錯(cuò)流流速為20?25cm/s ；
[0028](5)水分子在滲透壓作用下從污水側(cè)透過(guò)正滲透膜組件進(jìn)入汲取液一側(cè)，從而將高濃度汲取液稀釋；
[0029](6)稀釋后的汲取液儲(chǔ)存在肥料液儲(chǔ)池4內(nèi)，需要進(jìn)行灌溉施肥時(shí)，開(kāi)啟灌溉栗5;
[0030](7)水源栗9從灌溉水源為汲取液儲(chǔ)池8提供肥料溶解所需水量，并且當(dāng)稀釋后的汲取液濃度高于灌溉施肥要求時(shí)，提供稀釋水源。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種灌溉施肥設(shè)備，包括污水池(2)、污水栗(3)，其特征在于，所述灌溉施肥設(shè)備還包括處理器(6)、汲取液儲(chǔ)池(8)、汲取液栗(7)、肥料液儲(chǔ)池(4)，所述處理器(6)包括套裝在一起的內(nèi)筒和外筒，所述內(nèi)筒為管式正滲透膜組件，污水池(2)通過(guò)管道與內(nèi)筒連接，污水池(2)與內(nèi)筒之間的管道上設(shè)有污水栗(3)，汲取液儲(chǔ)池(8)通過(guò)管道與外筒連接，汲取液儲(chǔ)池(8)與外筒之間的管道上設(shè)有汲取液栗(7);外筒出水口通過(guò)管道連通肥料液儲(chǔ)池(4)。2.—種灌溉施肥設(shè)備，包括污水池(2)、污水栗(3)，其特征在于，所述灌溉施肥設(shè)備還包括處理器(6)、汲取液儲(chǔ)池(8)、汲取液栗(7)、肥料液儲(chǔ)池(4)，所述處理器(6)包括套裝在一起的內(nèi)筒和外筒，所述內(nèi)筒為管式正滲透膜組件，污水池(2)通過(guò)管道連接外筒，污水池(2)與外筒之間的管道上設(shè)有污水栗(3)，汲取液儲(chǔ)池(8)通過(guò)管道與內(nèi)筒連接，汲取液儲(chǔ)池(8)與內(nèi)筒之間的管道上設(shè)有汲取液栗(7);內(nèi)筒出水口通過(guò)管道連通肥料液儲(chǔ)池(4)。3.—種使用權(quán)利要求1或2所述的灌溉施肥設(shè)備的灌溉施肥方法，其特征在于，包括以下步驟: 污水池(2)中污水經(jīng)污水栗(3)提升后進(jìn)入處理器(6)內(nèi)，汲取液儲(chǔ)池(8)中汲取液經(jīng)汲取液栗(7)提升至處理器(6)內(nèi)，污水與汲取液在處理器(6)內(nèi)錯(cuò)流，污水中的水透過(guò)正滲透膜組件進(jìn)入到汲取液中，汲取液從處理器(6)內(nèi)流出進(jìn)入肥料液儲(chǔ)池(4)內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的灌溉施肥方法，其其特征在于，肥料液儲(chǔ)池(4)出水口設(shè)有灌溉栗(5)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的灌溉施肥方法，其特征在于，汲取液儲(chǔ)池(8)—側(cè)設(shè)有水源栗(9)，所述水源栗(9)通過(guò)管道連通肥料液儲(chǔ)池(4)出水口和汲取液儲(chǔ)池(8)。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的灌溉施肥方法，其特征在于，所述正滲透膜組件的膜孔徑為0.1?0.511111，純水下的膜通量為17.4171112.h。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的灌溉施肥方法，其特征在于，所述述污水與汲取液的錯(cuò)流流速為20?25cm/s。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的灌溉施肥方法，其特征在于，所述汲取液為氮、磷、鉀復(fù)合肥或氮、磷、鉀復(fù)合肥與微量元素肥料的混合物。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的灌溉施肥方法，其特征在于，所述汲取液中氮、磷、鉀復(fù)合肥或氮、磷、鉀復(fù)合肥與微量元素肥料的混合物的濃度為2mol/L。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種灌溉施肥設(shè)備及灌溉施肥方法，涉及農(nóng)田灌溉領(lǐng)域，用以解決現(xiàn)有的農(nóng)田灌溉水源匱乏的問(wèn)題。本發(fā)明包括污水池、污水泵、處理器、汲取液儲(chǔ)池、汲取液泵、肥料液儲(chǔ)池，所述處理器包括套裝在一起的內(nèi)筒和外筒，所述內(nèi)筒為管式正滲透膜組件，污水池通過(guò)管道與內(nèi)筒連接，污水池與內(nèi)筒之間的管道上設(shè)有污水泵，汲取液儲(chǔ)池通過(guò)管道與外筒連接，汲取液儲(chǔ)池與外筒之間的管道上設(shè)有汲取液泵；外筒出水口通過(guò)管道連通肥料液儲(chǔ)池，污水經(jīng)處理器后，污水中的水分子在滲透壓的作用下進(jìn)入到汲取液中，汲取液經(jīng)稀釋后得到灌溉水源。本發(fā)明用于農(nóng)田灌溉。
【IPC分類】A01C23/00, A01C23/04, C02F9/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105638065
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】王昌穩(wěn), 李寶, 張瑩, 趙欣, 雷澤遠(yuǎn)
【申請(qǐng)人】臨沂大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2016年1月15日