一种沼液滴灌系统抗堵技术及其应用的制作方法

1.本发明涉及沼液滴灌技术领域，具体为一种沼液滴灌系统抗堵技术及其应用。


背景技术：

2.近年来，随着我国畜禽养殖业蓬勃发展，沼液等畜禽粪污的大量堆积和粗犷的排放方式已经严重制约了养殖业的规模化发展，对我国农业环境的可持续发展构成极大威胁。沼液中养分含量丰富，完全可以通过滴灌水肥一体化技术将沼液作为有机液态肥施入田间，在合理消纳畜禽粪污的前提下，响应国家化肥减量增效的有力号召。沼液中水质成分复杂，长期施用容易导致滴灌系统灌水器发生严重堵塞，增加滴灌系统的维护运行成本。通过定期向滴灌系统中加入酸液和氯液的方式，能够有效缓解灌水器的堵塞情况。其中，加入酸液的目的在于抑制滴灌用水中碳酸盐等化学沉淀的形成并为氯液的加入提供酸性条件；加入氯液的目的在于缓解滴灌用水中微生物对粘性胞外聚合物的分泌。
3.现有技术中，专利号201810206381.7公开了一种防止滴灌灌水器堵塞的系统及方法，提出直接向滴灌用水中加入酸液和氯液的方式缓解灌水器堵塞，但在沼液滴灌系统中，灌溉用水为沼液与清水的混合液，由于沼液中存在较多co
32-离子，直接加酸的方式会生成大量co2气体，导致沼液出现严重的泡沫溢出现象,不利于灌水器的实际工作情况，且部分氮元素存在随co2气体被带出沼液的可能性，这会极大程度降低沼液有机肥的实际肥效，此外，由于沼液呈弱碱性，且含有较多微生物，若直接向混合液中添加酸液和氯液，会导致达到预设值所需的酸氯用量大幅增加。因此，在维护沼液滴灌系统的过程中，不能按照现有技术将酸液和氯液直接加入沼液，而应针对沼液特性，在滴灌工作结束后，依次加入一定浓度的酸液和氯液，实现对沼液残留物质的充分处理。
4.目前还未形成有效的沼液滴灌系统加酸加氯运行制度，亟需提出适用于沼液滴灌系统的加酸加氯技术参数，以期保证沼液滴灌系统安全长效运行。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术的不足，本发明从缓解灌水器堵塞和保留沼液养分的角度，提出了一种沼液滴灌系统抗堵技术及其应用。
6.为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种沼液滴灌系统抗堵技术，其特征在于，灌溉主管路前部设有供水水泵，且沿灌溉水流动方向依次设有加料部、控制部、灌溉部和排水部，加料部加水口与灌溉主管路固定连接，且加料部各出料口均固定连接于控制部，控制部进水口和出水口分别与灌溉主管路固定连接，灌溉部垂直固定连接于灌溉主管路尾部和排水部前部之间。
7.加料部包括加水管路、酸液加料桶、氯液加料桶、沼液加料桶、无机肥加料桶，各加料桶与同一加水管路固定连接。
8.控制部包括酸氯调配箱、肥液调配箱、第一进水管路、第二进水管路、酸液加料管路、氯液加料管路、沼液加料管路、无机肥加料管路、第一出料管路和第二出料管路，第一进
水管路、酸液加料管路和氯液加料管路与酸氯调配箱固定连通，酸液调配箱与第一出料管路固定连通，第二进水管路、沼液加料管路和无机肥加料管路与肥液调配箱连通，肥液调配箱与第二出料管路连通，第一进水管路与第二进水管路上分别设置有第一进水电磁阀和第二进水电磁阀，第一出料管路与第二出料管路上均设有第一出料电磁阀和第二出料电磁阀，各加料管路上沿加料流动方向均依次设有增压泵与加料电磁阀。第一进水管路、第二进水管路与进水总管路固定连接，进水总管路上固定安装有进水单向阀，第一出料管路、第二出料管路与出料总管路固定连接，出料总管路上固定安装有出料单向阀。
9.排水部包括排水主管路，排水主管路上沿灌溉水流动方向依次固定安装有终端监测装置和排水电磁阀。
10.进一步地，加料部各加料桶内部均设有搅拌装置，各加料桶进水口处均固定安装有阀门，出水口处均通过对应加料管路固定连接于控制部。
11.进一步地，中控部设有前端ph监测模块、前端clo2监测模块、无线信息采集模块、数据分析模块、显示模块、前端反馈模块、终端反馈模块和电源模块。无线信息采集模块与终端信息传输模块电性连接，且无线信息采集模块、前端ph监测模块、前端clo2监测模块分别电性连接于数据分析模块，数据分析模块将数据分析结果展示于显示模块，且数据分析模块分别与前端反馈模块、终端反馈模块电性连接，前端反馈模块分别与控制部各加水加料电磁阀电性连接，终端反馈模块与排水电磁阀电性连接。电源模块为各模块提供动力支持。
12.进一步地，终端监测装置包括主体外壳，主体外壳内设有终端ph监测模块、终端clo2监测模块、终端信息传输模块和电池模块，终端ph监测模块和终端clo2监测模块分别与终端信息传输模块电性连接，终端信息传输模块与无线信息采集模块电性连接。
13.提供一种沼液滴灌系统抗堵技术的应用，其包括以下步骤：
14.s1：沼液滴灌停止阶段，关闭第二进水电磁阀、沼液出料口电磁阀、无机肥加料电磁阀和第二出料电磁阀，同时开启第一进水电磁阀、酸液加料电磁阀和第一出料电磁阀。
15.s2：加酸加氯准备阶段，向酸液加料桶加入盐酸溶液(ph＝2.0-4.0)，并向氯液加料桶中加入clo2溶液(1000-5000mg/l)，并在中控部上设定预期ph值和clo2浓度。
16.s3：加酸阶段，打开供水水泵，中控部将酸氯调配箱中混合溶液的ph值调至预设范围后，终端监测装置以1分钟时长为间隔，持续向无线信息采集模块发送终端ph监测数据。此时，无线信息采集模块将终端监测装置发送的信息传递至数据分析模块，数据分析模块判断ph变化达到稳定后，关闭酸液加料电磁阀，完成加酸工作。
17.s4：加氯阶段，同时开启氯液加料电磁阀，调整酸氯调配箱中混合溶液clo2浓度至预设范围后，终端监测装置以30秒时长为间隔，持续向无线信息采集模块发送clo2浓度监测数据。随后，数据分析模块判定无线信息采集模块发送的clo2浓度数据变化稳定后，关闭氯液加料电磁阀，完成加氯工作。
18.s5：静置阶段，关闭整个沼液滴灌系统，并静置2-3h。
19.s6：毛管冲洗阶段，依次打开排水电磁阀和供水水泵，等至，终端监测装置监测到水流时，系统进行时长为5分钟的末端冲洗工作。
20.s7：维护完成阶段，关闭厂房水泵，待终端监测装置无法监测到水流时，关闭沼液滴灌系统，完成一次系统维护。
21.进一步地，所述s3和s4步骤中，判定数据稳定的计算方法为，
[0022][0023]
其中，x
t
表示当前时间点所测沼液滴灌系统终端溶液的ph值或氯浓度；x
t-i
表示相比当前时间点，前第i个时间点所测沼液滴灌系统终端溶液的ph值或氯浓度；表示当前时间点与前第i个时间点所测沼液滴灌系统终端溶液ph值或氯浓度的平均值。
[0024]
进一步地，所述s6和s7步骤中，判定终端监测装置监测到水流的方法为，
[0025][0026]
其中，ph
t
表示当前时间点所测沼液滴灌系统终端溶液的ph值，ph
t-1
表示在t-1时刻所测沼液滴灌系统终端溶液的ph值。
[0027]
提供3组适用于沼液滴灌系统抗堵技术的运行参数，具体参数指标包括：加酸浓度ph、加氯浓度c和系统维护周期t：
[0028]
a.ph＝5.5-6.0,c＝0mg/l,t＝10天；
[0029]
b.ph＝5.5-6.0,c＝1-3mg/l,t＝14天；
[0030]
c.ph＝5.5-6.0,c＝4-9mg/l,t＝10天；
[0031]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0032]
1、本发明通过监测装置与无线信息传输技术的组合设计，解决了不同规模沼液滴灌系统加酸处理和加氯处理时长不统一的问题，在实现沼液滴灌系统自动化工作的前提下，取得更好的运行维护效果。
[0033]
2、本发明针对沼液co
32-离子较多的特性，提出在系统运行间隙进行加酸加氯处理的方法，相比直接向沼液中加酸加氯的方式能够实现用更少的水资源，配比所需的酸液和氯液。
[0034]
3、控制部采用酸氯调配箱和肥液调配箱分离的方式，相比现有单一的混合调配箱，极大程度上避免了残留沼液对酸氯调配的干扰，大幅提高实际工作效率，同时能够较大程度上降低酸氯调配箱的清洗维护频率，达到更精确，更快速，更节水，更方便的目的。
[0035]
4、沿灌溉主管路方向，控制部的出水口设置在进水口的上游，这样的管路布置有利于酸氯溶液或水肥溶液混合地更加均匀。
[0036]
5、该沼液滴灌系统抗堵技术及其应用，不但解决了沼液滴灌灌水器的堵塞问题，大幅延长了沼液滴灌系统使用寿命，同时，提出了3组适用于沼液滴灌系统的加酸浓度、加氯浓度和系统维护周期等技术参数，对于农业生产者具有较高的可实施性，对促进沼液还田技术的推广与应用具有重要意义。
附图说明
[0037]
图1为本发明所提出的沼液滴灌系统抗堵技术结构示意图；
[0038]
图2为本发明所提出的中控部结构示意图；
[0039]
图3为本发明所提出的中控部结构原理图；
[0040]
图4为本发明所提出的终端监测装置结构原理图；
[0041]
图5为本发明所提出的终端监测装置外部结构示意图；
[0042]
图6本发明所提出的沼液滴灌系统抗堵技术应用步骤流程图。
[0043]
图中：1、灌溉主管道；2、加料部；201、加水管路；202、酸液加料桶；203、氯液加料桶；204、沼液加料桶；205、无机肥加料桶；3、中控部；301、酸氯调配箱；302、肥液调配箱；303、酸液加料管路；304、氯液加料管路；305、沼液加料管路；306、无机肥加料管路；307、酸液加料电磁阀；308、氯液加料电磁阀；309、沼液加料电磁阀；310、无机肥加料电磁阀；311、加料增压泵；4、进水总管路；401、进水单向阀；402、第一进水管路；403、第二进水管路；404、第一进水电磁阀；405、第二进水电磁阀；5、出料总管路；501、出料单向阀；502、第一出料管路；503、第二出料管路；504、第一出料电磁阀；505、第二出料电磁阀；6、灌溉部；7、排水部；701、排水主管路；702、终端监测装置；703、排水电磁阀；704、主体外壳；705、显示屏幕；8、前端ph监测模块；9、前端clo2监测模块；10、无线信息采集模块；11、数据分析模块；12、显示模块；13、前端反馈模块；14、终端反馈模块；15、电源模块；16、终端ph监测模块；17、终端信息传输模块；18、终端clo2监测模块；19、电池模块。
具体实施方式
[0044]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045]
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件所必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0046]
此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。
[0047]
应注意的是，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要再对其进行进一步的具体讨论和描述。
[0048]
如图1所示，灌溉主管路1前部设有供水水泵，且沿灌溉水流动方向依次设有加料部2、控制部3、灌溉部6和排水部7，加料部2加水口与灌溉主管路1固定连接，且加料部2各出料口均固定连接于控制部3，控制部3进水口和出水口分别与灌溉主管路1固定连接，灌溉部6垂直固定连接于灌溉主管路1尾部和排水部7前部之间。
[0049]
加料部2包括加水管路201、酸液加料桶202、氯液加料桶203、沼液加料桶204、无机肥加料桶205，各加料桶与同一加水管路201固定连接。加料部2各加料桶内部均设有搅拌装置，各加料桶进水口处均固定安装有阀门，出水口处均通过对应加料管路固定连接于控制部3。
[0050]
排水部包括排水主管路701，排水主管路701上沿灌溉水流动方向依次固定安装有终端监测装置702和排水电磁阀703。
[0051]
如图2所示，控制部3包括酸氯调配箱301、肥液调配箱302、第一进水管路402、第二
进水管路403、酸液加料管路303、氯液加料管路304、沼液加料管路305、无机肥加料管路306、第一出料管路502和第二出料管路503，第一进水管路402、酸液加料管路303和氯液加料管路304与酸氯调配箱301固定连通，酸液调配箱301与第一出料管路固定连通，第二进水管路403、沼液加料管路305和无机肥加料管路306与肥液调配箱302连通，肥液调配箱302与第二出料管路连通，第一进水管路402与第二进水管路403上分别设置有第一进水电磁阀404和第二进水电磁阀405，第一出料管路502与第二出料管路503上均设有第一出料电磁阀504和第二出料电磁阀505，各加料管路上沿加料流动方向均依次设有增压泵与加料电磁阀。第一进水管路402、第二进水管路403与进水总管路4固定连接，进水总管路4上固定安装有进水单向阀401，第一出料管路502、第二出料管路503与出料总管路5固定连接，出料总管路5上固定安装有出料单向阀501。
[0052]
如图3所示，中控部3设有前端ph监测模块8、前端clo2监测模块9、无线信息采集模块10、数据分析模块11、显示模块12、前端反馈模块13、终端反馈模块14和电源模块15。无线信息采集模块10与终端信息传输模块17电性连接，且无线信息采集模块10、前端ph监测模块8、前端clo2监测模块9分别电性连接于数据分析模块11，数据分析模块11将数据分析结果展示于显示模块12，且数据分析模块11分别与前端反馈模块13、终端反馈模块14电性连接，前端反馈模块13分别与控制部3各加水加料电磁阀电性连接，所述终端反馈模块14与排水电磁阀703电性连接。电源模块15为各模块提供动力支持。
[0053]
如图4所示，终端监测装置702包括主体外壳704，主体外壳704内设有终端ph监测模块16、终端clo2监测模块18、终端信息传输模块17和电池模块19，终端ph监测模块16和终端clo2监测模块18分别与终端信息传输模块17电性连接，终端信息传输模块17与无线信息采集模块10电性连接。
[0054]
该沼液滴灌系统抗堵技术的工作方法，具体如下：
[0055]
s1：沼液滴灌停止阶段，关闭第二进水电磁阀405、沼液出料口电磁阀309、无机肥加料电磁阀310和第二出料电磁阀505，同时开启第一进水电磁阀404、酸液加料电磁阀307和第一出料电磁阀504。
[0056]
s2：加酸加氯准备阶段，向酸液加料桶202加入盐酸溶液(ph＝2.0-4.0)，并向氯液加料桶203中加入clo2溶液(1000-5000mg/l)，并在中控部3上设定预期ph值和clo2浓度。
[0057]
s3：加酸阶段，打开供水水泵，中控部3将酸氯调配箱301中混合溶液的ph值调至预设范围后，终端监测装置702以1分钟时长为间隔，持续向无线信息采集模块10发送终端ph监测数据。此时，无线信息采集模块10将终端监测装置发送的信息传递至数据分析模块11，数据分析模块11判断ph变化达到稳定后，关闭酸液加料电磁阀307，完成加酸工作。
[0058]
s4：加氯阶段，同时开启氯液加料电磁阀308，调整酸氯调配箱301中混合溶液clo2浓度至预设范围后，终端监测装置702以30秒时长为间隔，持续向无线信息采集模块10发送clo2浓度监测数据。随后，数据分析模块11判定无线信息采集模块10发送的clo2浓度数据变化稳定后，关闭氯液加料电磁阀308，完成加氯工作。
[0059]
s5：静置阶段，关闭整个沼液滴灌系统，并静置2-3h。
[0060]
s6：毛管冲洗阶段，依次打开排水电磁阀703和供水水泵，等至，终端监测装置702监测到水流时，系统进行时长为5分钟的末端冲洗工作。
[0061]
s7：维护完成阶段，关闭厂房水泵，待终端监测装置702无法监测到水流时，关闭沼
液滴灌系统，完成一次系统维护。
[0062]
上述s3和s4步骤中，判定数据稳定的计算方法为：
[0063][0064]
其中，x
t
表示当前时间点所测沼液滴灌系统终端溶液的ph值或氯浓度；x
t-i
表示相比当前时间点，前第i个时间点所测沼液滴灌系统终端溶液的ph值或氯浓度；表示当前时间点与前第i个时间点所测沼液滴灌系统终端溶液ph值或氯浓度的平均值。
[0065]
上述s6和s7步骤中，判定终端监测装置702监测到水流的方法为：
[0066][0067]
其中，ph
t
表示当前时间点所测沼液滴灌系统终端溶液的ph值，ph
t-1
表示在t-1时刻所测沼液滴灌系统终端溶液的ph值。
[0068]
提出3组适用于沼液滴灌系统抗堵技术的运行参数，具体参数指标包括：加酸浓度ph、加氯浓度c和系统维护周期t：
[0069]
a.ph＝5.5-6.0,c＝0mg/l,t＝10天；
[0070]
b.ph＝5.5-6.0,c＝1-3mg/l,t＝14天；
[0071]
c.ph＝5.5-6.0,c＝4-9mg/l,t＝10天；
[0072]
本方案解决了不同规模沼液滴灌系统加酸处理和加氯处理时长不统一的问题，并提出了3组适用于沼液滴灌系统的加酸浓度、加氯浓度和系统维护周期等技术参数，在实现沼液滴灌系统自动化工作的前提下，取得更好的运行维护效果。同时，对于农业生产者具有较高的可实施性，对促进沼液还田技术的推广与应用具有重要意义。
[0073]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。