[发明专利]防治设施农业土壤次生盐碱化的水肥盐分离子输入一体化调控方法及装置

说明书

本发明属于水处理领域，提供一种防治设施农业土壤次生盐碱化的水肥盐分离子输入一体化调控方法及其装置。采用磷酸二氢根和硝酸根混合型阴离子交换树脂去除灌溉水中的硫酸根，离子交换失效的离子交换树脂用磷酸二氢钾和硝酸钾混合盐水再生并免清洗再次用于离子交换，产生的离子交换树脂再生废盐水采用两步沉淀法削减其中的硫酸根浓度后循环用于离子交换树脂的再生，实现水肥盐分离子输入一体化调控，提高硫酸根含量较高的灌溉用水的设施农业应用价值，防治设施农业土壤次生盐碱化。

技术领域

本发明属于水处理领域，提供一种防治设施农业土壤次生盐碱化的水肥盐分离子输入一体化调控方法及其装置。

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。其中，施用过量氮肥容易导致硝酸盐过量累积，使用硫酸盐型的钾肥和含硫较高的磷肥容易导致硫酸盐过量累积。设施农业土壤碳酸盐含量丰富的情况下，也容易发生土壤次生盐碱化。设施农业土壤次生盐碱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。

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；土壤pH偏碱(比如8.0)降低铁等微量元素的有效性，影响很多设施作物根系的生长发育。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以及pH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(比如硝酸根)过量累积时也需要适度削减。

土壤还原处理可以削减设施土壤硝酸盐的过量累积和缓解土壤酸化，但处理过程中产生碱度，不大适用于有盐碱化趋势的土壤。除了减施肥料，削减灌溉引起的盐分输入也可以缓解设施土壤的盐分累积。反渗透膜与纳滤膜可以用于水的脱盐处理，但对进水水质要求高，得水率偏低，伴生的浓水需要适当处理，在水资源缺乏的地区很难大规模应用。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，降低得水率，也增加后续处理的难处。中国专利ZL201310544877.2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”中离子交换脱盐工艺，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，降低其实用性。

盐碱化设施土壤的pH调控比较麻烦，直接加入酸性物质缓解土壤碱化的同时，则加剧土壤盐化。降低土壤中的单价阳离子的含量，特别是钠离子的含量，可以有效治理土壤碱化问题，但目前还缺乏有效的技术手段选择性去除钠离子的同时可以有效保留土壤养分离子。

发明内容

本发明提供一种防治设施农业土壤次生盐碱化的水肥盐分离子输入一体化调控方法及其装置。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种防治设施农业土壤次生盐碱化的水肥盐分离子输入一体化调控的方法，其特征在于：去除灌溉水中硫酸根失效后的阴离子交换树脂经磷酸二氢钾和硝酸钾混合盐水进行再生处理，再生处理后阴离子交换树脂再次用于灌溉水的离子交换去除硫酸根，产生的再生废盐水采用两步沉淀法降低其硫酸根浓度后循环用于离子交换树脂的再生，进而实现设施农业水肥盐分离子输入的一体化调控。

用磷酸二氢根和硝酸根混合型阴离子交换树脂交换去除灌溉用水中的硫酸根；待经离子交换所得出水中的硫酸根浓度超过进水浓度20％-60％时，用含磷酸二氢钾和硝酸钾的摩尔比为1：2-10的盐水对离子交换树脂进行再生处理；直至离子交换树脂再生废盐水中硫酸根的浓度40mmol/L时，阴离子交换树脂再次用于灌溉水的离子交换；