一种农用自动化源控水处理箱

李衡 张书霖 文冬林 张瑀洲 胡浚磊 申雨慧

摘 要：研究设计了一种农用自动化源控水处理箱。该处理箱由净化系统、控温系统、水泵、进水管、出水管、水阀组成。系统运行时，待处理的水流经净化系统实现水质的除杂与疾控防治。测温元件监测数据后反馈给控温系统，实现水温加热。在农业生产灌溉时，特别是冬季大棚培育，有效避免了因水温与棚内差异大造成的植物冻伤以及植物病菌经水流传播，降低了经济风险，可实现在农业用水领域的集中推广。

关键词：自动化;净化系统;控温系统

根据国家《水利改革发展“十三五”规划》中明确提出“加强水资源配置利用”和“加强水生态治理与保护”的发展要求，我国加快水利改革发展。提高水资源利用效率和效益将成为二十一世纪国家发展的重中之重，净化水的使用正在被各行各业所重视。通过使用相对用的技术手段改善水质，提高水的利用效率。[1]

一、水处理现状及农业应用

现目前市面上的水处理工艺多集中在水循环过程中的二次使用环节，[3]对于一开始控制水源质量并未涉及。在大量的农业生产的过程中发现，水源质量很大程度决定了作物的长势和收成，农作物易发的病菌也大多通过水流传播，病害植物根系。本产品设计在使用源头解决了水质问题，实现净化，降低农业生产的经济风险。

二、基于现状的设备研发

（一）整体安装与设备特色

通过预留位置，将净化系统、水泵、控温系统依次摆放于箱体中，用水管连接，加入隔层。进水管与净化系统相连接，出水管与水阀和控温系统相连。测温元件与控温系统连接放置于所需检测温度的位置。测温元件将检测到的所需温度数据反馈给控温系统，调控环绕在水管外侧的螺旋加热管，实现自动控制水温。对于养殖业、农业的总体安装，可实现对水的总体净化和自动化控温，降低生产风险。实用性强，应用简单，易于生产和推广。

（二）净化系统部分

净化系统内安装有净化柱，农作物灌溉使用的地下水通过设备时，先通过活性炭，吸附沉淀水中的大颗粒杂质，再经过絮凝沉淀，起到吸附大量的水中微小颗粒和一次杀菌的作用。二次处理使用反渗透膜，除去杂质的同时最大程度的保留了有益的地下水矿物质，材料性能稳定，处理效果好。同时水泵为臭氧水泵，在供压的同时实现了二次杀菌。净化柱中安置反渗透膜。在反渗透膜是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，是反渗透技术的核心构件。在安装以上部分后净化系统主要特点如下。[1]（1）有高效脱盐率。（2）可以在低压下发挥功能。（3）能耐受化学和生化作用的影响。（4）受温度等因素影响较小。（5）价钱较低。（6）材料供应无虑。

（三）控温系统与测温元件部分

控温系统内安装有螺旋加热管，基于控温系统和测温元件设计开关，打开开关，测温元件检测数据，根据测温元件检测的所需数据进行对螺旋加热管的温度调控，从而实现自动控制水温。

所述的温度调节系统通过整流桥将市网交流变为直流，通过场效应管对电路电流进行控制，场效应管由ULN2003A进行驱动。所述的测温元件将检测到的数据反馈给控温系统，达到自动控制水温的目的。控温系统放置于独立隔层内，螺旋加热管安装在其隔层内

三、产品相关测试数据

15天同一大棚内对比测试。

对比项目：设备处理后的地下水浇灌作物

普通地下水浇灌

加热方式：以1h内保持水温为25℃（大棚室温为10℃）计算。

安装材料：

净化系统、控温系统、水泵、进水管、出水管、水阀、金属件及相关导线

安装细节：

地点为绵阳市，取调查数据。空气温度没升高1℃需要1290J热，因此从10℃上升至25℃需要19350J热。使用220V，500W的螺旋加热管，產生19350J热需要38.7s，1h持续加热消耗0.5度电。在达到预定温度（本次为25℃）后，螺旋加热器将停止工作。此装置完全符合节约能源标准。净化系统利用反渗透膜进行净化，根据反渗透膜过滤精度分析，净化后水超过养殖业、农业用水标准。

应用监测结论：实现了水质净化，阻断了水中病菌的传播，喷洒温度为植物最适生长温度，在15天的对比测试中，同一大棚内使用该设备供水浇灌的作物长势明显优于普通地下水浇灌的作物。

四、设备推广的现实意义

农作物通过水分供应进行光合作用和干物质积累，其积累量的大小直接反映在株高、茎粗、叶面积和产量的动态变化上。在水分胁迫下，随着胁迫程度的加强，枝条节间变短，叶面积减少，叶数量增加缓慢;分生组织细胞分裂减慢或停止;细胞伸长受到抑制;生长受到抑制。若没有及时控制水流中的病菌则出现败枝、败叶和坏根等症状。该设备解决了以上问题，可安装在大棚供水口、喷灌水源处、滴灌官网支路处[2]等，真正绿色疾病防控，降低经济风险，提高作物成熟率，实现作物高产丰收。

五、结语

水资源是动植物生存的基础。兴水利、除水患，历来是中华民族治国安邦的大事。根据国家《水利改革发展“十三五”规划》，“十三五”期间新增供水能力270亿立方米，城镇供水保证率和应急供水能力进一步提高，发展高效节水灌溉面积1亿亩。只有合理利用水资源才能发展国民经济，只有保护水资源人类才能有光明的未来。

参考文献：

[1]罗国芝，陈晓庆，谭洪新.水产养殖水体循环利用过程中碱度的变化及调控[J].淡水渔业，2018，48（02）：100-106.

[2]李惠钧，李双冰.基于移动互联网的智能灌溉系统设计与开发[J].山西农经，2017（23）：114.

[3]姜衍礼，董信林，崔从明，杨同.工厂化水产养殖循环水系统控温技术的探讨[J].水产养殖，2017，38（03）：8-12.