一种设施农业脱盐净水装置及农业用水方法

技术领域

本发明涉及水质净化技术领域，具体涉及一种设施农业脱盐净水装置及农业用水方法。

背景技术

设施农业以高投入、高产出、高效益及可持续发展为特征，对农业产业结构调整及农民增收起到了十分重要的作用，已成为我国现代农业的重要组成部分和发展国民经济的重要支柱产业。设施农业由于土壤耕层不能直接利用天然降水，需要依靠人工灌溉的方式来补充水分。近年来，随着地下水的过量开采，地下水水质逐渐恶化，我国多地加大了对地下水的保护，禁止开采深层地下水。埋藏深度小于60米的浅层地下水和地表水逐渐成为设施农业新的灌溉水源。

浅层地下水和地表水中的主要污染物是无机盐，无机盐进入土壤，会改变土壤的理化性质，引起土壤次生盐碱化，影响作物生长和作物品质，同时也存在污染地下水的风险。目前，浅层地下水和地表水的脱盐净水工艺多采用以反渗透为核心的膜处理工艺。反渗透在去除对作物生长有害的重金属离子、钠离子、氯离子的同时，也去除了钙、镁等作物生长不可缺少的营养元素。此外，反渗透系统还存在着膜污染、膜结垢、能耗高等一系列问题。因此，迫切需要开发更加高效灵活的脱盐净水系统及装备，以确保设施农业顺利完成水源转换。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种用于地表水及浅层地下水脱盐净化作为设施农业用水的方法及装置，采用多介质过滤器、熔喷过滤器、纳滤、反渗透为主的组合净水工艺，强化去除地表水和浅层地下水中悬浮物、胶体、无机盐的同时，尽可能多的保留水中钙、镁等有利于作物生长的营养元素。

为实现上述目的，本发明公开了如下的技术方案：

一种设施农业脱盐净水装置，其特征在于它包括：原水箱、第一加压泵、多介质过滤器、熔喷过滤器、第一高压泵、纳滤、纳滤产水箱、第二加压泵、保安过滤器、第二高压泵、反渗透、反渗透产水箱、纳滤浓水箱、第三加压泵，采用依次连接；

其中原水箱1与第一加压泵2、多介质过滤器3依次相连，多介质过滤器3出水口与熔喷过滤器4相连接，熔喷过滤器出水口与第一高压泵5、纳滤6依次相连接，纳滤6产水口与纳滤产水箱8相连接，纳滤6的浓水口与纳滤浓水箱7相连，纳滤产水箱8出水口与第二加压泵9、保安过滤器10、第二高压泵11、反渗透12依次相连，反渗透产水口与反渗透产水箱13连接；纳滤浓水箱7中的全部或部分浓水与第三加压泵14、反渗透产水箱13依次相连接；所述的多介质过滤器主要用于过滤掉原水中的大粒径杂质和悬浮物；所述的熔喷过滤器进一步去除原水中的悬浮杂质、微生物、胶体；所述的纳滤为反渗透的预处理工艺，实现一价、二价离子的分离。原水箱中含有的是：待净化的浅层地下水或地表水。

本发明进一步公开了采用设施农业脱盐净水装置用于地表水及浅层地下水脱盐净化作为设施农业用水的方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（1）采用多介质过滤器过滤掉原水中的大粒径杂质和悬浮物，过滤精度为10μm～50μm，所述多介质过滤器中包含滤料，所述滤料为石英砂、无烟煤、活性炭、纤维束中的一种或几种的组合；

（2）采用熔喷过滤器进一步去除原水中的悬浮杂质、微生物、胶体，确保后续膜系统免受机械损伤，减缓膜表面污染及结垢；所述熔喷过滤器内装pp棉熔喷滤芯，过滤精度为1μm～10μm，最高工作压力1.6MPa，正向耐压差0.4MPa；

（3）采用纳滤系统有效降低反渗透系统的结垢风险和渗透压，并提高水的回收率和产水水质；所述纳滤系统采用对二价离子截留率高（>90%）而对一价离子截留率低（<30%）的纳滤膜，过滤精度为90Da～300Da，运行压力为0.5Mpa～1.0Mpa；

（4）采用反渗透系统脱除废水中的可溶性盐、胶体、有机物及微生物；所述反渗透系统根据进水水质选择反渗透膜的型号；

（5）纳滤系统浓水与反渗透系统产水按照一定比例混合供设施农业灌溉用水；用水量按照每天每个设施大棚40m

本发明更进一步公开了采用设施农业脱盐净水装置用于地表水及浅层地下水脱盐净化作为设施农业用水方法在有效提高水的回收率和产水水质方面的应用；所述的提高产水水质指的是有效保留水中钙、镁等利于作物生长的营养元素。实验结果显示：地表水及浅层地下水经本发明系统处理后，主要出水指标能够满足《农田灌溉水质标准》（GB 5084—2021）中加工、烹调及去皮蔬菜的相关水质要求，水的回收率得到了有效提高，水中钙、镁等有利于作物生长的营养元素得到了最大程度的保留。

本发明更加详细的描述如下：

一种用于地表水及浅层地下水脱盐净化作为设施农业用水的方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（1）多介质过滤器主要用于过滤掉原水中的大粒径杂质和悬浮物，过滤精度为10μm～50μm，所述多介质过滤器中包含滤料，所述滤料为石英砂、无烟煤、活性炭、纤维束中的一种或几种的组合。优选石英砂和无烟煤混合滤料，填充比例为2:1。

（2）熔喷过滤器通过截留和吸附作用进一步去除原水中的悬浮杂质、微生物、胶体等，确保后续膜系统免受机械损伤，减缓膜表面污染及结垢。所述熔喷过滤器内装pp棉熔喷滤芯，过滤精度为1μm～10μm，具有过滤精度高、纳污能力强、使用寿命长、成本低的特点，最高工作压力1.6MPa，正向耐压差0.4MPa。

（3）纳滤作为第一级脱盐和反渗透的预处理工艺，能够有效降低反渗透系统的结垢风险和渗透压，并提高水的回收率和产水水质。所述纳滤系统采用对二价离子截留率高（>90%）而对一价离子截留率低（<30%）的纳滤膜，可有效实现一价、二价离子的分离。所述纳滤装置根据来水水质选择纳滤膜的型号，过滤精度为90Da～300Da，运行压力为0.5Mpa～1.0Mpa。

（4）反渗透系统主要用于脱除废水中的可溶性盐、胶体、有机物及微生物。所述反渗透装置根据进水水质选择反渗透膜的型号，产水回收率不小于75％，总脱盐率不小于95%。所述反渗透装置进水水质应满足以下要求：浊度<1NTU、COD<10mg/L、BOD<5mg/L、碳酸钙LSI<0、硫酸钙<230%。

（5）纳滤系统浓水与反渗透系统产水按照一定比例混合供设施农业灌溉用水。用水量按照每天每个设施大棚40m

本发明进一步公开了一种用于地表水及浅层地下水脱盐净化作为设施农业用水的装置，它包括原水箱1、第一加压泵2、多介质过滤器3、熔喷过滤器4、第一高压泵5、纳滤6、纳滤产水箱8、第二加压泵9、保安过滤器10、第二高压泵11、反渗透12、反渗透产水箱13采用依次连接；纳滤6、纳滤浓水箱7、第三加压泵14，采用依次连接。

其中原水箱1中待净化的浅层地下水或地表水经第一加压泵2泵入多介质过滤器3，多介质过滤器3主要用于过滤掉原水中的大粒径杂质和悬浮物；多介质过滤器出水进入熔喷过滤器4，进一步去除原水中的悬浮杂质、微生物、胶体等，确保后续膜系统免受机械损伤；熔喷过滤器出水经第一高压泵5泵入纳滤6，纳滤为反渗透的预处理工艺，可有效实现一价、二价离子的分离，纳滤产水进入纳滤产水箱8，纳滤浓水进入纳滤浓水箱7；纳滤产水依次经第二加压泵9、保安过滤器10、第二高压泵11泵入反渗透12，反渗透系统主要用于脱除废水中的可溶性盐、胶体、有机物及微生物，反渗透产水进入反渗透产水箱13；纳滤浓水箱7中的全部或部分浓水经第三加压泵14泵入反渗透产水箱13，按照一定比例与反渗透产水混合，水质满足《农田灌溉水质标准》（GB 5084—2021）中相关指标的要求后供设施农业灌溉用水。

本发明公开的一种用于地表水及浅层地下水脱盐净化作为设施农业用水的方法及装置与现有技术相比所具有的积极效果在于：

（1）本发明采用多介质过滤器、熔喷过滤器、纳滤、反渗透为主的组合净水工艺，可充分发挥各自优势，强化去除地表水和浅层地下水中的悬浮物、胶体、无机盐，保障优质供水；

（2）纳滤作为反渗透的预处理工艺，能够有效降低反渗透膜受硬度离子成分污染的风险，并提高水的回收率和产水水质；

（3）纳滤浓水与反渗透产水混合供设施农业灌溉用水，在保证灌溉水水质、提高水资源利用率的同时尽可能多的保留水中钙、镁等有利于作物生长的营养元素。

附图说明

图1 为本发明一种设施农业脱盐净水系统及装备的工艺流程图；

图2 为本装置的平面结构示意图；其中标号：

1 原水箱；2 第一加压泵；3 多介质过滤器；4 熔喷过滤器；5 第一高压泵；

6 纳滤；7 纳滤浓水箱；8 纳滤产水箱；9 第二加压泵；10 保安过滤器；

11 第二高压泵；12 反渗透；13 反渗透产水箱；14 第三加压泵。

具体实施方式

下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。本发明所述用到的石英砂、无烟煤、pp棉熔喷滤芯、聚四氟乙烯卷式纳滤膜元件、卷式聚酰胺复合反渗透膜元件等部件均由市售。

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述。

实施例1

一种设施农业脱盐净水装置，其特征在于它包括：原水箱、第一加压泵、多介质过滤器、熔喷过滤器、第一高压泵、纳滤、纳滤产水箱、第二加压泵、保安过滤器、第二高压泵、反渗透、反渗透产水箱、纳滤浓水箱、第三加压泵，采用依次连接；

其中原水箱1（待净化的浅层地下水或地表水）与第一加压泵2、多介质过滤器3依次相连，多介质过滤器（主要用于过滤掉原水中的大粒径杂质和悬浮物）出水口与熔喷过滤器4相连接，熔喷过滤器（进一步去除原水中的悬浮杂质、微生物、胶体）出水口与第一高压泵5、纳滤6（反渗透的预处理工艺，实现一价、二价离子的分离）依次相连接，纳滤产水口与纳滤产水箱8相连接，纳滤浓水口与纳滤浓水箱7相连，纳滤产水箱出水口与第二加压泵9、保安过滤器10、第二高压泵11、反渗透12依次相连，反渗透产水口与反渗透产水箱13连接；纳滤浓水箱7中的全部或部分浓水与第三加压泵14、反渗透产水箱13依次相连接。

实施例2

一种采用设施农业脱盐净水装置用于地表水脱盐净化作为设施农业用水的方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（1）采用多介质过滤器过滤掉原水中的大粒径杂质和悬浮物，过滤精度为10μm，所述多介质过滤器中包含滤料，所述滤料为石英砂、无烟煤、活性炭、纤维束中的一种或几种的组合；优选：石英砂和无烟煤混合滤料，填充比例为2:1。

（2）采用熔喷过滤器进一步去除原水中的悬浮杂质、微生物、胶体，确保后续膜系统免受机械损伤，减缓膜表面污染及结垢；所述熔喷过滤器内装pp棉熔喷滤芯，过滤精度为6μm，最高工作压力1.6MPa，正向耐压差0.4MPa；

（3）采用纳滤系统有效降低反渗透系统的结垢风险和渗透压，并提高水的回收率和产水水质；所述纳滤系统采用对二价离子截留率高（>90%）而对一价离子截留率低（<30%）的纳滤膜，过滤精度为200Da，运行压力为0.5Mpa；

（4）采用反渗透系统脱除废水中的可溶性盐、胶体、有机物及微生物；所述反渗透系统根据进水水质选择反渗透膜的型号；

（5）纳滤系统浓水与反渗透系统产水按照一定比例混合供设施农业灌溉用水；用水量按照每天每个设施大棚40m

运行结果表明：地表水经脱盐净水系统处理后，主要出水指标能够满足《农田灌溉水质标准》（GB 5084—2021）中加工、烹调及去皮蔬菜的相关水质要求，同时水中钙、镁等有利于作物生长的营养元素得到了最大程度的保留。

实施例3

本实施例水源为天津某地浅层地下水，处理规模为100m

按照本发明提供的设施农业脱盐净水系统及装备进行处理。原水箱1中待净化的浅层地下水经第一加压泵2泵入多介质过滤器3，多介质过滤器3中填充石英砂和无烟煤，填充比例为2:1；多介质过滤器出水进入熔喷过滤器4，熔喷过滤器内装pp棉熔喷滤芯，过滤精度为6μm；熔喷过滤器出水经第一高压泵5泵入纳滤6，纳滤系统采用DL高通量型改性聚四氟乙烯卷式纳滤膜元件，最小MgSO

表1 进出水主要水质指标

表1所示为进出水主要的水质指标。运行结果表明，浅层地下水经脱盐净水系统处理后，主要出水指标能够满足《农田灌溉水质标准》（GB 5084—2021）中加工、烹调及去皮蔬菜的相关水质要求。同时，与完全采用RO产水灌溉相比，水的回收率由50%提高到66%，钙离子和镁离子分别由2mg/L、1mg/L提高到68mg/L、56mg/L，水中钙、镁等有利于作物生长的营养元素得到了最大程度的保留。