李衡 張書霖 文冬林 張瑀洲 胡浚磊 申雨慧

摘?要：研究設(shè)計(jì)了一種農(nóng)用自動(dòng)化源控水處理箱。該處理箱由凈化系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)、水泵、進(jìn)水管、出水管、水閥組成。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，待處理的水流經(jīng)凈化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的除雜與疾控防治。測(cè)溫元件監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后反饋給控溫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水溫加熱。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉時(shí)，特別是冬季大棚培育，有效避免了因水溫與棚內(nèi)差異大造成的植物凍傷以及植物病菌經(jīng)水流傳播，降低了經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，可實(shí)現(xiàn)在農(nóng)業(yè)用水領(lǐng)域的集中推廣。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化;凈化系統(tǒng);控溫系統(tǒng)

根據(jù)國(guó)家《水利改革發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確提出“加強(qiáng)水資源配置利用”和“加強(qiáng)水生態(tài)治理與保護(hù)”的發(fā)展要求，我國(guó)加快水利改革發(fā)展。提高水資源利用效率和效益將成為二十一世紀(jì)國(guó)家發(fā)展的重中之重，凈化水的使用正在被各行各業(yè)所重視。通過使用相對(duì)用的技術(shù)手段改善水質(zhì)，提高水的利用效率。[1]

一、水處理現(xiàn)狀及農(nóng)業(yè)應(yīng)用

現(xiàn)目前市面上的水處理工藝多集中在水循環(huán)過程中的二次使用環(huán)節(jié)，[3]對(duì)于一開始控制水源質(zhì)量并未涉及。在大量的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中發(fā)現(xiàn)，水源質(zhì)量很大程度決定了作物的長(zhǎng)勢(shì)和收成，農(nóng)作物易發(fā)的病菌也大多通過水流傳播，病害植物根系。本產(chǎn)品設(shè)計(jì)在使用源頭解決了水質(zhì)問題，實(shí)現(xiàn)凈化，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

二、基于現(xiàn)狀的設(shè)備研發(fā)

（一）整體安裝與設(shè)備特色

通過預(yù)留位置，將凈化系統(tǒng)、水泵、控溫系統(tǒng)依次擺放于箱體中，用水管連接，加入隔層。進(jìn)水管與凈化系統(tǒng)相連接，出水管與水閥和控溫系統(tǒng)相連。測(cè)溫元件與控溫系統(tǒng)連接放置于所需檢測(cè)溫度的位置。測(cè)溫元件將檢測(cè)到的所需溫度數(shù)據(jù)反饋給控溫系統(tǒng)，調(diào)控環(huán)繞在水管外側(cè)的螺旋加熱管，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制水溫。對(duì)于養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)業(yè)的總體安裝，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水的總體凈化和自動(dòng)化控溫，降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用簡(jiǎn)單，易于生產(chǎn)和推廣。

（二）凈化系統(tǒng)部分

凈化系統(tǒng)內(nèi)安裝有凈化柱，農(nóng)作物灌溉使用的地下水通過設(shè)備時(shí)，先通過活性炭，吸附沉淀水中的大顆粒雜質(zhì)，再經(jīng)過絮凝沉淀，起到吸附大量的水中微小顆粒和一次殺菌的作用。二次處理使用反滲透膜，除去雜質(zhì)的同時(shí)最大程度的保留了有益的地下水礦物質(zhì)，材料性能穩(wěn)定，處理效果好。同時(shí)水泵為臭氧水泵，在供壓的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了二次殺菌。凈化柱中安置反滲透膜。在反滲透膜是一種模擬生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，是反滲透技術(shù)的核心構(gòu)件。在安裝以上部分后凈化系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下。[1]（1）有高效脫鹽率。（2）可以在低壓下發(fā)揮功能。（3）能耐受化學(xué)和生化作用的影響。（4）受溫度等因素影響較小。（5）價(jià)錢較低。（6）材料供應(yīng)無慮。

（三）控溫系統(tǒng)與測(cè)溫元件部分

控溫系統(tǒng)內(nèi)安裝有螺旋加熱管，基于控溫系統(tǒng)和測(cè)溫元件設(shè)計(jì)開關(guān)，打開開關(guān)，測(cè)溫元件檢測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)測(cè)溫元件檢測(cè)的所需數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)螺旋加熱管的溫度調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制水溫。

所述的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過整流橋?qū)⑹芯W(wǎng)交流變?yōu)橹绷?，通過場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)電路電流進(jìn)行控制，場(chǎng)效應(yīng)管由ULN2003A進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。所述的測(cè)溫元件將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)反饋給控溫系統(tǒng)，達(dá)到自動(dòng)控制水溫的目的?？販叵到y(tǒng)放置于獨(dú)立隔層內(nèi)，螺旋加熱管安裝在其隔層內(nèi)

三、產(chǎn)品相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)

15天同一大棚內(nèi)對(duì)比測(cè)試。

對(duì)比項(xiàng)目：設(shè)備處理后的地下水澆灌作物

普通地下水澆灌

加熱方式：以1h內(nèi)保持水溫為25℃（大棚室溫為10℃）計(jì)算。

安裝材料：

凈化系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)、水泵、進(jìn)水管、出水管、水閥、金屬件及相關(guān)導(dǎo)線

安裝細(xì)節(jié)：

地點(diǎn)為綿陽市，取調(diào)查數(shù)據(jù)?？諝鉁囟葲]升高1℃需要1290J熱，因此從10℃上升至25℃需要19350J熱。使用220V，500W的螺旋加熱管，產(chǎn)生19350J熱需要38.7s，1h持續(xù)加熱消耗0.5度電。在達(dá)到預(yù)定溫度（本次為25℃）后，螺旋加熱器將停止工作。此裝置完全符合節(jié)約能源標(biāo)準(zhǔn)。凈化系統(tǒng)利用反滲透膜進(jìn)行凈化，根據(jù)反滲透膜過濾精度分析，凈化后水超過養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)用監(jiān)測(cè)結(jié)論：實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)凈化，阻斷了水中病菌的傳播，噴灑溫度為植物最適生長(zhǎng)溫度，在15天的對(duì)比測(cè)試中，同一大棚內(nèi)使用該設(shè)備供水澆灌的作物長(zhǎng)勢(shì)明顯優(yōu)于普通地下水澆灌的作物。

四、設(shè)備推廣的現(xiàn)實(shí)意義

農(nóng)作物通過水分供應(yīng)進(jìn)行光合作用和干物質(zhì)積累，其積累量的大小直接反映在株高、莖粗、葉面積和產(chǎn)量的動(dòng)態(tài)變化上。在水分脅迫下，隨著脅迫程度的加強(qiáng)，枝條節(jié)間變短，葉面積減少，葉數(shù)量增加緩慢;分生組織細(xì)胞分裂減慢或停止;細(xì)胞伸長(zhǎng)受到抑制;生長(zhǎng)受到抑制。若沒有及時(shí)控制水流中的病菌則出現(xiàn)敗枝、敗葉和壞根等癥狀。該設(shè)備解決了以上問題，可安裝在大棚供水口、噴灌水源處、滴灌官網(wǎng)支路處[2]等，真正綠色疾病防控，降低經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，提高作物成熟率，實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)豐收。

五、結(jié)語

水資源是動(dòng)植物生存的基礎(chǔ)。興水利、除水患，歷來是中華民族治國(guó)安邦的大事。根據(jù)國(guó)家《水利改革發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，“十三五”期間新增供水能力270億立方米，城鎮(zhèn)供水保證率和應(yīng)急供水能力進(jìn)一步提高，發(fā)展高效節(jié)水灌溉面積1億畝。只有合理利用水資源才能發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)，只有保護(hù)水資源人類才能有光明的未來。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅國(guó)芝，陳曉慶，譚洪新.水產(chǎn)養(yǎng)殖水體循環(huán)利用過程中堿度的變化及調(diào)控[J].淡水漁業(yè)，2018，48（02）：100-106.

[2]李惠鈞，李雙冰.基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].山西農(nóng)經(jīng)，2017（23）：114.

[3]姜衍禮，董信林，崔從明，楊同.工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水系統(tǒng)控溫技術(shù)的探討[J].水產(chǎn)養(yǎng)殖，2017，38（03）：8-12.