旱区盐碱农田尾水分级净化系统及其净化方法

本发明涉及节能减排，尤其涉及一种旱区盐碱农田尾水分级净化系统及其净化方法。

背景技术：

1、我国西北旱区干旱少雨，蒸发强烈，长期以来，盐分表聚问题凸显，当地农业面临地力衰退、作物减产等危机。近年来，暗管排水、漫灌洗盐等灌排协同措施备受瞩目，但排泄的农田尾水在带走盐分的同时，也使得土壤中的氮、磷、钾等营养成分无故流失，更为严重的是，由于农业生产过程中农药、化肥的不合理施用，农田尾水中甚至含有残留农药或有害金属元素，如若不加以处理直接排出，不仅造成水源或土壤的二次污染，而且使大量水资源得以浪费。因此，如何有效处理成分复杂且数量巨大的农田尾水，高效实现废水回用，对旱区节水农田的可持续发展具有重要现实意义。

2、目前，常见的水质净化技术主要有以下3种方案：

3、第一，通过生态湿地系统中的介质—植物—微生物协同作用降解转化废水中的有机质及杂质。

4、第二，通过利用吸附—微滤技术对废水进行高效固液分离。

5、第三，通过电化学水处理技术直接氧化废水中的氨氮或生成沉淀。

6、综上所述，传统水质净化方法具有净水成本高、制水流程复杂、净水周期较长、无法满足较大用水需求等弊端，且废物回用率低，容易造成环境污染和资源浪费。此外，电化学水处理技术还兼具极板电压波动大、电流效率低、重金属离子脱除效果不理想等不足。更重要的是，现有技术主要集中在单一成分的水质净化，面对处理成分复杂，含有大量无机盐、重金属离子和有机质等的旱区盐碱农田尾水的复合净化技术却很少涉及。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种旱区盐碱农田尾水分级净化系统，并提供了其净化方法和搭载其净化方法应用程序的计算机装置，实现了旱区盐碱农田尾水复合净化，解决了传统净水技术净水量小、净水周期长、废物回收率低，且无法处理成分复杂、含有大量无机盐、重金属离子和有机质的旱区盐碱农田尾水问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、旱区盐碱农田尾水分级净化系统，其特征在于，包括依次设置的：尾水检测系统、初步净化处理系统和深度净化处理系统；

6、所述尾水检测系统，包括盐度检测模块、水质检测模块和毒性检测模块，用于检测农田尾水盐度、水质和毒性；

7、所述初步净化处理系统，包括依次设置的用于农田尾水初步净化处理的物理吸附模块、尾水电解模块、生物净化模块，和用于检测水质、毒性的综合检测模块1；

8、所述深度净化处理系统，包括依次设置将初步净化处理的农田尾水再次进行处理的尾水加热模块、蒸发结晶模块、尾水冷凝模块，和用于检测盐度的综合检测模块2；

9、所述尾水检测系统、初步净化处理系统、深度净化处理系统分别与中央控制系统电性连接，所述中央控制系统用于分析农田尾水水质、盐度和毒性是否达标，通过监测反馈模块反馈，并做出决策。

10、优选的，所述物理吸附模块包括过滤池，通过活性炭过滤器吸附、除臭和初步净化农田尾水，并对不溶于水的杂质进行过滤；

11、所述尾水电解模块包括电解槽，所述电解槽上通过螺栓固定有多电极电解装置，通过多电极电解装置对过滤吸附后的农田尾水进行电解处理，去除大部分有机质和重金属离子；

12、所述生物净化模块包括依次设置的调节池、第一湿地单元和第二湿地单元；所述调节池用于调节水量、均衡水质，并通过水泵定时定量且连续地向湿地单元输水；所述第一湿地单元和第二湿地单元分别对农田尾水中残余的有机质、重金属离子以及部分无机盐进行一级和二级净化。

13、优选的，所述第一湿地单元选用粗砂(粒径1mm)充当吸附基质，所述第二湿地单元选用废砖块(粒径10-30mm)充当吸附基质，并且在湿地单元混合种植特耐盐碱湿地植物芦苇和香蒲。

14、优选的，所述旱区盐碱农田尾水分级净化系统由太阳能光伏电板进行供电；

15、所述电解槽为锯齿状，所述多电极电解装置由多组串联的阴阳电极装置组成，所述阴极材料为石墨，阳极材料为fe-al混合板(比例为1：1)，极板间距为100mm。其中，各阴极材料和阳极材料分别通过铜线进行串联，共6对，每对电极与太阳能光伏电板均使用铜线进行连接。

16、优选的，所述多电极电解装置的电流调节周期为1h，电流密度控制区间为10-100ma/cm2，变动范围为±10ma/cm2。

17、优选的，所述尾水加热模块包括太阳能集热真空管，对初步净化处理系统净化后的高含盐量的农田尾水进行加热；

18、所述蒸发结晶模块包括闪蒸罐和盐分干燥盒，通过闪蒸罐对尾水加热模块处理的农田尾水再次加热蒸发，通过盐分干燥盒收集蒸发结晶的无机盐；

19、所述尾水冷凝模块包括循环冷凝器，通过循环冷凝器对闪蒸罐的蒸发水蒸汽进行冷凝。

20、优选的，所述太阳能集热真空管由石英制成，表面着有吸热涂层，下面安有可调节支架，可根据不同地理位置和季节规律实时调整受热角度；

21、所述闪蒸罐，通过调节其真空度和入口处农田尾水温度实现农田尾水的高效蒸发结晶；

22、所述循环冷凝器为多管程排列的管壳式循环冷凝器。

23、优选的，所述尾水检测系统包括蓄水池，所述盐度检测模块为盐度检测仪、水质检测模块为水质检测仪、毒性检测模块为毒性传感器，所述盐度检测仪、水质检测仪和毒性传感器通过螺栓固定在蓄水池内侧；

24、所述初步净化处理系统还包括出水池，所述综合检测模块1安装在出水池内，所述综合检测模块1包括水质检测仪和毒性传感器；

25、所述深度净化处理系统处理后的尾水进入净水池，所述综合检测模块2安装在净水池内，包括盐度检测仪；

26、所述盐度检测仪、水质检测仪和毒性传感器分别用于检测尾水盐度、水质和毒性。

27、旱区盐碱农田尾水分级净化系统的净化方法，包括：

28、步骤一、通过盐度检测模块、水质检测模块和毒性检测模块检测进入尾水检测系统的农田尾水盐度、水质和毒性数据；

29、步骤二、中央控制系统记录进入尾水检测系统的农田尾水的盐度、水质、毒性数据，并将其与数据库中的标准值进行对比，而后反馈至监测反馈模块进行显示；中央控制系统依据尾水检测对比结果进行决策，当盐度or水质or毒性检测结果均不超标时，不用净化，可直接使用，当任一指标超标时，则进行步骤三；

30、步骤三、通过物理吸附模块对农田尾水进行初步净化处理；

31、步骤四、依次通过尾水电解模块、生物净化模块对农田尾水进行初步净化处理，初步净化处理的农田尾水经综合检测模块1再次检测；

32、步骤五、中央控制系统记录进入综合检测模块1的农田尾水的水质、毒性数据，并将其与数据库中的标准值进行对比，而后反馈至监测反馈模块进行显示，并依据尾水检测对比结果进行决策，当水质or毒性检测结果均不超标时，进行步骤六，任一指标超标时，重新进行步骤四；

33、步骤六、通过尾水加热模块对农田尾水进行加热处理；

34、步骤七、尾水加热模块处理的加热水，通过蒸发结晶模块进行蒸发结晶，通过尾水冷凝模块对蒸发结晶模块的水蒸汽进行冷凝液化，实现农田尾水深度净化处理，深度净化处理的尾水经综合检测模块2再次检测；

35、步骤八、中央控制系统记录进入综合检测模块2的农田尾水的盐度数据，并将其与数据库中的标准值进行对比，而后反馈至监测反馈模块进行显示，并依据尾水检测对比结果进行决策，当盐度检测结果不超标时，净化完成，盐度超标时，重新进行步骤七。

36、一种计算机装置，包括存储器、处理器和计算机程序，所述计算机程序存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的旱区盐碱农田尾水分级净化系统的净化方法的步骤。

37、(三)有益效果

38、(1)本发明通过中央控制系统控制，通过初步净化处理系统和深度净化处理系统进行净化处理，每个系统又下设多个净化模块，实现了快速、大量的净水，满足大量用水要求，解决了农田尾水成分复杂、含有大量无机盐、重金属离子和有机质不易处理的问题。经过三级检测，并且独有的添加了毒性检测模块，保证了制备水体的安全性。

39、(2)本发明基于电化学水处理技术在电解过程中各重金属离子对电流强度的响应差异特点和旱区丰富的光热条件，利于太阳能光伏供能，通过调节多电极电解装置的电流密度(电流大小和方向)和电解周期，对重金属离子的去除效果理想，操作简单，成本低廉。

40、(3)本发明将电化学水处理技术与小型生态湿地相结合，将电解过程中未能完全去除的有机质及杂质引入多级生态湿地，进一步强化净水系统的脱氮除磷能力，深度处理农田尾水。

41、(4)将去除重金属离子和有机质等的尾水通过太阳能集热真空管进行加热，通过调节闪蒸罐的真空度和入口处尾水温度同步实现蒸发结晶，在高效淡化盐碱农田尾水的同时，也实现大量无机盐的回收和循环利用，经济实用，节能环保。