一種農用自動化源控水處理箱

李衡 張書霖 文冬林 張瑀洲 胡浚磊 申雨慧

摘?要：研究設計了一種農用自動化源控水處理箱。該處理箱由凈化系統、控溫系統、水泵、進水管、出水管、水閥組成。系統運行時，待處理的水流經凈化系統實現水質的除雜與疾控防治。測溫元件監測數據后反饋給控溫系統，實現水溫加熱。在農業生產灌溉時，特別是冬季大棚培育，有效避免了因水溫與棚內差異大造成的植物凍傷以及植物病菌經水流傳播，降低了經濟風險，可實現在農業用水領域的集中推廣。

關鍵詞：自動化;凈化系統;控溫系統

根據國家《水利改革發展“十三五”規劃》中明確提出“加強水資源配置利用”和“加強水生態治理與保護”的發展要求，我國加快水利改革發展。提高水資源利用效率和效益將成為二十一世紀國家發展的重中之重，凈化水的使用正在被各行各業所重視。通過使用相對用的技術手段改善水質，提高水的利用效率。[1]

一、水處理現狀及農業應用

現目前市面上的水處理工藝多集中在水循環過程中的二次使用環節，[3]對于一開始控制水源質量并未涉及。在大量的農業生產的過程中發現，水源質量很大程度決定了作物的長勢和收成，農作物易發的病菌也大多通過水流傳播，病害植物根系。本產品設計在使用源頭解決了水質問題，實現凈化，降低農業生產的經濟風險。

二、基于現狀的設備研發

（一）整體安裝與設備特色

通過預留位置，將凈化系統、水泵、控溫系統依次擺放于箱體中，用水管連接，加入隔層。進水管與凈化系統相連接，出水管與水閥和控溫系統相連。測溫元件與控溫系統連接放置于所需檢測溫度的位置。測溫元件將檢測到的所需溫度數據反饋給控溫系統，調控環繞在水管外側的螺旋加熱管，實現自動控制水溫。對于養殖業、農業的總體安裝，可實現對水的總體凈化和自動化控溫，降低生產風險。實用性強，應用簡單，易于生產和推廣。

（二）凈化系統部分

凈化系統內安裝有凈化柱，農作物灌溉使用的地下水通過設備時，先通過活性炭，吸附沉淀水中的大顆粒雜質，再經過絮凝沉淀，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，除去雜質的同時最大程度的保留了有益的地下水礦物質，材料性能穩定，處理效果好。同時水泵為臭氧水泵，在供壓的同時實現了二次殺菌。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，是反滲透技術的核心構件。在安裝以上部分后凈化系統主要特點如下。[1]（1）有高效脫鹽率。（2）可以在低壓下發揮功能。（3）能耐受化學和生化作用的影響。（4）受溫度等因素影響較小。（5）價錢較低。（6）材料供應無慮。

（三）控溫系統與測溫元件部分

控溫系統內安裝有螺旋加熱管，基于控溫系統和測溫元件設計開關，打開開關，測溫元件檢測數據，根據測溫元件檢測的所需數據進行對螺旋加熱管的溫度調控，從而實現自動控制水溫。

所述的溫度調節系統通過整流橋將市網交流變為直流，通過場效應管對電路電流進行控制，場效應管由ULN2003A進行驅動。所述的測溫元件將檢測到的數據反饋給控溫系統，達到自動控制水溫的目的。控溫系統放置于獨立隔層內，螺旋加熱管安裝在其隔層內

三、產品相關測試數據

15天同一大棚內對比測試。

對比項目：設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內保持水溫為25℃（大棚室溫為10℃）計算。

安裝材料：

凈化系統、控溫系統、水泵、進水管、出水管、水閥、金屬件及相關導線

安裝細節：

地點為綿陽市，取調查數據。空氣溫度沒升高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，產生19350J熱需要38.7s，1h持續加熱消耗0.5度電。在達到預定溫度（本次為25℃）后，螺旋加熱器將停止工作。此裝置完全符合節約能源標準。凈化系統利用反滲透膜進行凈化，根據反滲透膜過濾精度分析，凈化后水超過養殖業、農業用水標準。

應用監測結論：實現了水質凈化，阻斷了水中病菌的傳播，噴灑溫度為植物最適生長溫度，在15天的對比測試中，同一大棚內使用該設備供水澆灌的作物長勢明顯優于普通地下水澆灌的作物。

四、設備推廣的現實意義

農作物通過水分供應進行光合作用和干物質積累，其積累量的大小直接反映在株高、莖粗、葉面積和產量的動態變化上。在水分脅迫下，隨著脅迫程度的加強，枝條節間變短，葉面積減少，葉數量增加緩慢;分生組織細胞分裂減慢或停止;細胞伸長受到抑制;生長受到抑制。若沒有及時控制水流中的病菌則出現敗枝、敗葉和壞根等癥狀。該設備解決了以上問題，可安裝在大棚供水口、噴灌水源處、滴灌官網支路處[2]等，真正綠色疾病防控，降低經濟風險，提高作物成熟率，實現作物高產豐收。

五、結語

水資源是動植物生存的基礎。興水利、除水患，歷來是中華民族治國安邦的大事。根據國家《水利改革發展“十三五”規劃》，“十三五”期間新增供水能力270億立方米，城鎮供水保證率和應急供水能力進一步提高，發展高效節水灌溉面積1億畝。只有合理利用水資源才能發展國民經濟，只有保護水資源人類才能有光明的未來。

參考文獻：

[1]羅國芝，陳曉慶，譚洪新.水產養殖水體循環利用過程中堿度的變化及調控[J].淡水漁業，2018，48（02）：100-106.

[2]李惠鈞，李雙冰.基于移動互聯網的智能灌溉系統設計與開發[J].山西農經，2017（23）：114.

[3]姜衍禮，董信林，崔從明，楊同.工廠化水產養殖循環水系統控溫技術的探討[J].水產養殖，2017，38（03）：8-12.