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CN102668760B - 一种治理盐碱地的方法和装置 - Google Patents

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CN102668760B CN201210151129.3A CN201210151129A CN102668760B CN 102668760 B CN102668760 B CN 102668760B CN 201210151129 A CN201210151129 A CN 201210151129A CN 102668760 B CN102668760 B CN 102668760B
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Abstract

本发明提供一种治理盐碱地的方法，包括至少一次的自循环过程，所述自循环过程包括：步骤1，通过电解系统将盐碱地中沉积的盐碱水转化成酸性水，所述酸性水的含盐量低于所述盐碱水的含盐量；步骤2，用包含所述酸性水的淋洗水淋洗盐碱地；同时还提出一种根据上述方法的装置，包括：电解系统，用于将盐碱地中沉积的盐碱水转化成酸性水，所述酸性水的含盐量低于所述盐碱水的含盐量；淋洗系统，用于以包含所述酸性水调配淋洗水淋洗盐碱地；根据本发明的方法和装置，可通过自循环过程实现不添加化学物质、不引入淡水、从根本上降低盐碱地的盐含量且可适宜野外条件下低成本大规模工业化治理盐碱地。

Description

一种治理盐碱地的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种治理盐碱地的方法和装置，特别涉及一种不添加化学物质、不引入淡水，通过自循环过程来治理盐碱地的方法和装置。
背景技术
土壤中的盐分是作物生长必需的营养物质，但当土壤的含盐量高过0.1%，作物就会因为受到盐分的胁迫而被抑制生长。通常，我们将土壤含盐量超过0.1%的抑制植物生长的土地称为盐碱地。盐碱地按含盐量可分为轻度、中度和重度，一般轻度盐碱地的土壤含盐量为0.1-0.3%，中度盐碱地的土壤含盐量为0.3-0.6%，重度盐碱地的土壤含盐量为>0.6%。
目前，治理盐碱地的方法主要有四种：物理改良、化学改良、生物改良和水利改良，其共同存在的问题是：未实现从土壤中提取盐分，只是改变了盐分的迁移规律，因此，治理效果差且反复，治理周期长，资金投入大并且会消耗大量水资源。公开号为CN1236537A的专利公开了一种物理改良盐碱地的方法，通过深耕、灌排、淡水淋洗的方式降低盐碱地的盐含量，该种方式操作简单，但改良效果差且易反复；公开号为CN101134898A的专利公开了一种化学改良盐碱地的方法，通过盐碱地改良剂来隔离盐分以保护作物根系，该方法虽然可提高作物的成活率，但由于改良剂成份复杂，对生态环境的影响很大，且由于需要持续投入，成本较高；公开号为CN1559709A和CN192645A的专利公开了一种以生物的方式改良盐碱地的方法，通过种植耐盐植物吸收盐分降低土壤含盐量，但耐盐植物育种周期较长且地域适应性差；公开号为CN1765169A和CN1799301A的专利公开了一种以水利的方式改良盐碱地的方法，通过暗管或排盐池的水利方式降低土壤含盐量，此种方法投入成本高且需常年维护。上述四种改良方式均以大量消耗淡水资源为基础，而盐碱地治理区的水资源均为盐碱水，必须从其他地区调入淡水资源，从而加剧了我国淡水资源分配的矛盾。
另外，公开号为CN10189804A、CN2740595Y、CN1073664A的专利公开了以离心机或电子处理设备降低盐碱水盐含量的方法，该些方法可短时间提取盐碱水中的盐分，但是由于设备复杂且精密，因此，使用这些设备进行盐碱地治理必须满足比较严格的技术条件，从而导致盐碱水脱盐淡化成本高，难以实现规模化低成本治理盐碱地；同时脱盐设备需提供常规电或动力电作为动力，难以适应分布广且分布散的盐碱地。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种治理盐碱地的方法，可不添加化学物质、不引入外界淡水，通过其自循环过程，实现从根本上降低盐碱地的盐含量且可适宜野外条件下低成本大规模工业化治理盐碱地。
本发明提出一种治理盐碱地的方法，包括至少一次的自循环过程，所述自循环过程包括：
步骤1，通过电解系统将盐碱地中沉积的盐碱水转化成酸性水，所述酸性水的含盐量低于所述盐碱水的含盐量；
步骤2，用包含所述酸性水的淋洗水淋洗盐碱地。
优选的，所述淋洗水为所述酸性水。
优选的，在所述步骤2中，通过将所述酸性水与盐碱地中沉积的盐碱水进行调配而形成所述淋洗水。
优选的，所述电解系统为以盐碱地中沉积的盐碱水为电解液，将多组惰性极板并列浸没于电解液中，将所述惰性极板分别连接脉冲偏置电源的正负极，施加脉冲频率为1-1000KHz，脉冲幅值为8-50V,偏置电压2-20V，偏置电流密度为0.5-20mA／cm2的脉冲偏置电流。
优选的，所述惰性极板的材料包括贵金属基电极，塑料基电极，石墨基电极或陶瓷基电极。
本发明还提出一种根据上述方法的治理盐碱地的装置，包括：
电解系统，用于将盐碱地中沉积的盐碱水转化成酸性水，所述酸性水的含盐量低于所述盐碱水的含盐量；
淋洗系统，用于以包含所述酸性水的淋洗水淋洗盐碱地。
优选的，所述淋洗水为所述酸性水。
优选的，所述淋洗水为通过将所述酸性水与盐碱地中沉积的盐碱水进行调配而形成的。
优选的，所述电解系统为以盐碱地中沉积的盐碱水为电解液，将多组惰性极板并列浸没于电解液中，将所述惰性极板分别连接脉冲偏置电源的正负极，施加脉冲频率为1-1000KHz，脉冲幅值为8-50V，偏置电压2-20V，偏置电流密度为0.5-20mA／cm2的脉冲偏置电流。
优选的，所述惰性极板的材料包括贵金属基电极、塑料基电极、石墨基电极或陶瓷基电极。
通过本发明提供的治理盐碱地的方法和装置，可在不添加化学物质、不引入淡水的基础上以电解的方式驱动盐碱地生态系统的自循环，通过调控盐碱水及盐碱地的“盐-水”、“盐-土”资源配置，可实现盐分与水土资源的分离，达到增加可利用淡水资源，从根本上降低盐碱地的盐含量且可适宜野外条件下低成本大规模工业化治理盐碱地的目的。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明的治理盐碱地方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
图1为本发明治理盐碱地方法的流程图，参看图1，本发明的治理盐碱地的方法，包括至少一次的自循环过程，所述自循环过程包括：
步骤1，通过电解系统将盐碱地中沉积的盐碱水转化成酸性水，所述酸性水的含盐量低于所述盐碱水的含盐量；步骤2，用包含所述酸性水的淋洗水淋洗盐碱地。
根据本发明的方法，可在不添加化学物质、不引入淡水的基础上以电解的方式驱动盐碱地生态系统的自循环，通过调控盐碱水及盐碱地的“盐-水”、“盐-土”资源配置，可实现盐分与水土资源的分离，达到增加可利用淡水资源，从根本上降低盐碱地的盐含量且可适宜野外条件下低成本大规模工业化治理盐碱地的目的。
在本实施例中，首先，通过电解系统将盐碱地中沉积的盐碱水转化成酸性水，所述酸性水的含盐量低于所述盐碱水的含盐量。也就是说，以盐碱地中沉积的盐碱水为电解液进行电解，将盐碱水转化为含盐量降低的酸性水，盐碱水可以采自盐碱地中的机井中或者盐碱地的凹坑等处沉积的水，在电解之后，盐碱水的含盐量有所降低，并呈酸性，更优地，所述酸性水的PH值为2-4，所述酸性水的含盐量小于2g/L。
而后，用含有上述酸性水的淋洗水对该盐碱地进一步进行淋洗。
具体地，可以根据盐碱地的盐碱化程度来选择淋洗水的成分，例如，当盐碱地为重度盐碱地且存在地表积盐现象时，可直接选择使用酸性水来淋洗盐碱地，实现将重度盐碱地的盐分释放到盐碱水中，进行下一次自循环脱盐的目的；当盐碱地为中度或轻度盐碱地或考虑到盐碱地植被的盐碱耐受性时，可选择通过将酸性水与盐碱水按照一定比例调配，控制淋洗水的盐度及碱度来淋洗盐碱地，参照中轻度盐碱地不出现积盐返盐的标准及植被对pH值的适应范围，调配比例的范围一般在1∶10-200，优选的调配比例的范围在1∶40-80。
此外，可以多次重复上述两个步骤，以达到更好的从根本上降低盐碱地的盐含量。
以上为根据本发明实施例的治理盐碱地的方法，为了更好地理解本发明，以下将以具体的电解系统进行说明，可以根据具体的情况选择电解系统的参数以及淋洗水的调配比例，在此实施例中，所述电解系统为以盐碱地中沉积的盐碱水为电解液，将多组惰性极板并列浸没于电解液中，将所述惰性极板分别连接脉冲偏置电源的正负极，施加脉冲频率为1-1000KHz，脉冲幅值为8-50V,偏置电压2-20V，偏置电流密度为0.5-20mA／cm2的脉冲偏置电流，电解一定周期后，可将盐碱地中沉积的盐碱水转化成含盐量小于2g/L，PH值为2-4的酸性水。其中，所述惰性极板的材料可采用贵金属基电极，塑料基电极，石墨基电极或陶瓷基电极，所述脉冲偏置电源为脉冲直流偏置电源或脉冲交流偏置电源。
在更具体的一个实施例中，其中的电解系统是将脉冲直流偏置电源连接到供电能力为1KW.h的风力发电机中，使用两块惰性极板且极板间距为1cm，将惰性极板分别连接脉冲直流偏置电源的正负极，以取自新疆喀什河阿纳库勒5村的盐碱地中沉积的盐碱水（含盐量为9.46g/L且pH值为8.01，主要成份为硫酸盐和氯化物）浸没两极板，另加设1mol/L的氢氧化钠气体处理箱，施加脉冲频率为2kHz，脉冲幅值为15V，偏置电压为4V，偏置电流密度为3mA／cm2的脉冲偏置电流。电解系统的电解周期为7天，在电解过程中，电解24小时后，收集白色沉淀物2.80g，经测试所述白色沉淀物为钙硫酸的沉淀物，电解48小时后，取处理箱中的处理液，经测试所述处理液中的氯离子含量为0.98g/L，电解7天后，可收集白色沉淀物3.50g，经测试此时处理液中的氯离子含量为3.43g/L。盐碱水经电解后转化为含盐量为1.2g/L且pH值为2.16的酸性水,将该酸性水与盐碱水按1∶50的比例调配而形成淋洗水，使用该淋洗水淋洗盐碱地，经过重复的电解步骤和淋溶步骤，可使盐碱地的盐含量降低到0.24%且pH值为6.94，将盐碱地由重度降低为轻度。
在又一个具体的实施例中，其中的电解系统是将脉冲直流偏置电源连接到220V常规电源中，使用两块惰性极板且极板间距为1cm，将惰性极板分别连接脉冲直流偏置电源的正负极，以取自甘肃民勤青土湖区的盐碱地中沉积的盐碱水（含盐量为18.73g/L且pH值为8.47，主成份氯化物和硫酸盐）的盐碱地中沉积的盐碱水浸没两极板，另加设1mol/L的氢氧化钠气体处理箱，施加方波脉冲频率为50kHz，脉冲幅值为25V，偏置电压为6V，偏置电流密度为5mA／cm2的脉冲直流偏置电流。电解系统的电解周期为10天，在电解过程中，电解48小时后，可收集白色沉淀物9.33g，经测试所述沉淀物为硫酸钙的沉淀物，电解72小时后，取处理箱中的处理液，经测试，所述处理液中的氯离子含量为2.61g/L，电解10天后，可收集白色沉淀物10.50g，经测试此时处理液中的氯离子含量为7.83g/L。盐碱水经电解后转化为含盐量为1.79g/L且pH值为2.73的酸性水，将该酸性水与盐碱水按1∶40的比例调配而形成淋洗水，使用该淋洗水淋洗盐碱地，经过重复的电解步骤和淋溶步骤，可使盐碱地的盐含量降低到0.37%且pH值为6.81，将盐碱地从重度降低为中度。
在另一具体的实施例中，其中的电解系统是将脉冲交流偏置电源连接到220V常规电源中，使用两块惰性极板且极板间距为2cm，将惰性极板分别连接脉冲交流偏置电源的电极，以取自天津大港油田盐碱地中沉积的盐碱水（含盐量为20.8g/L且pH值为7.35，主成份氯化物）的盐碱地中沉积的盐碱水浸没两极板，另加设1mol/L的氢氧化钠气体处理箱，施加方波脉冲频率为100kHz，脉冲幅值为30V，偏置电压为8V，偏置电流密度为3mA／cm2的脉冲偏置电流。电解系统的电解周期为15天，在电解过程中，电解72小时后，取处理箱中的处理液，经测试，所述处理液中的氯离子含量为1.76g/L，电解15天后，经测试此时处理液中的氯离子含量为11.65g/L。盐碱水经电解后转化为含盐量为1.60g/L且pH值为2.13的酸性水，将该酸性水与盐碱水按1∶80的比例调配而形成淋洗水，使用该淋洗水淋洗盐碱地，经过重复的电解步骤和淋溶步骤，可使盐碱地的盐含量降低到0.51%且pH值为6.92，将盐碱地从重度降低为中度。
以上为本发明的治理盐碱地的方法，此外，本发明还提供了根据上述方法的治理盐碱地的装置，包括：电解系统，用于将盐碱地中沉积的盐碱水转化成酸性水，所述酸性水的含盐量低于所述盐碱水的含盐量；淋洗系统，用于以包含所述酸性水的淋洗水淋洗盐碱地。
可以根据具体的情况选择电解系统的参数，在此实施例中，所述电解系统为以盐碱地中沉积的盐碱水为电解液，将多组惰性极板并列浸没于电解液中，将所述惰性极板分别连接脉冲偏置电源的正负极，施加脉冲频率为1-1000KHz，脉冲幅值为8-50V,偏置电压2-20V，偏置电流密度为0.5-20mA／cm2的脉冲偏置电流，电解一定周期后，可将盐碱地中沉积的盐碱水转化成含盐量小于2g/L，PH值为2-4的酸性水。其中，所述惰性极板的材料可采用贵金属基电极，塑料基电极，石墨基电极或陶瓷基电极，所述脉冲偏置电源为脉冲直流偏置电源或脉冲交流偏置电源。
具体地，可以根据盐碱地的盐碱化程度来选择淋洗水的成分，例如，当盐碱地为重度盐碱地且存在地表积盐现象时，可直接选择使用酸性水来淋洗盐碱地，实现将重度盐碱地的盐分释放到盐碱水中，进行下一次自循环脱盐的目的；当盐碱地为中度或轻度盐碱地或考虑到盐碱地植被的盐碱耐受性时，可选择通过将酸性水与盐碱水按照一定比例调配，控制淋洗水的盐度及碱度来淋洗盐碱地，参照中轻度盐碱地不出现积盐返盐的标准及植被对pH值的适应范围，调配比例的范围一般在1∶10-200，优选的调配比例的范围在1∶40-80。
通过本发明提供的治理盐碱地装置，可在不添加化学物质、不引入淡水的基础上以电解的方式驱动盐碱地生态系统的自循环，通过调控盐碱水及盐碱地的“盐-水”、“盐-土”资源配置，可实现盐分与水土资源的分离，达到增加可利用淡水资源，从根本上降低盐碱地的盐含量且可适宜野外条件下低成本大规模工业化治理盐碱地的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种治理盐碱地的方法，其特征在于，包括至少一次的自循环过程，所述自循环过程包括：
步骤1，通过电解系统将盐碱地中沉积的盐碱水转化成酸性水，所述酸性水的含盐量低于所述盐碱水的含盐量；其中，所述电解系统为以盐碱地中沉积的盐碱水为电解液，将多组惰性极板并列浸没于电解液中，极板间距0.5-20cm，将所述惰性极板分别连接脉冲偏置电源的正负极，施加脉冲频率为1-1000KHz，脉冲幅值为8-50V，偏置电压2-20V，偏置电流密度为0.5-20mA/cm2的脉冲偏置电流；
步骤2，用包含所述酸性水的淋洗水淋洗盐碱地。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淋洗水为所述酸性水。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，通过将所述酸性水与盐碱地中沉积的盐碱水进行调配而形成所述淋洗水。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述脉冲偏置电源为脉冲直流偏置电源或脉冲交流偏置电源。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述惰性极板为两块且极板间距为1cm，将所述惰性极板分别连接脉冲直流偏置电源的正负极，另加设1mol/L的氢氧化钠气体处理箱，施加脉冲频率为2kHz，脉冲幅值为15V，偏置电压为4V，偏置电流密度为3mA/cm2的脉冲偏置电流。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述惰性极板为两块且极板间距为1cm，将所述惰性极板分别连接脉冲直流偏置电源的正负极，另加设1mol/L的氢氧化钠气体处理箱，施加方波脉冲频率为50kHz，脉冲幅值为25V，偏置电压为6V，偏置电流密度为5mA/cm2的脉冲偏置电流。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述惰性极板为两块且极板间距为2cm，将所述惰性极板分别连接脉冲交流偏置电源的电极，另加设1mol/L的氢氧化钠气体处理箱，施加方波脉冲频率为100kHz，脉冲幅值为30V，偏置电压为8V，偏置电流密度为3mA/cm2的脉冲偏置电流。
8.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述酸性水的PH值为2-4且含盐量小于2g/L。
9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述酸性水与盐碱地中沉积的盐碱水进行调配的比例范围为1：10-200。
10.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述惰性极板的材料包括贵金属基电极、塑料基电极、石墨基电极或陶瓷基电极。
11.一种治理盐碱地的装置，其特征在于，包括：
电解系统，用于将盐碱地中沉积的盐碱水转化成酸性水，所述酸性水的含盐量低于所述盐碱水的含盐量；所述电解系统为以盐碱地中沉积的盐碱水为电解液，将多组惰性极板并列浸没于电解液中，极板间距0.5-20cm，将所述惰性极板分别连接脉冲偏置电源的正负极，施加脉冲频率为1-1000KHz，脉冲幅值为8-50V，偏置电压2-20V，偏置电流密度为0.5-20mA/cm2的脉冲偏置电流；
淋洗系统，用于以包含所述酸性水的淋洗水淋洗盐碱地。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述淋洗水为所述酸性水。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述淋洗水为通过将所述酸性水与盐碱地中沉积的盐碱水进行调配而形成的。
14.如权利要求11-13任一项所述的装置，其特征在于，所述脉冲偏置电源为脉冲直流偏置电源或脉冲交流偏置电源。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述惰性极板为两块且极板间距为1cm，将所述惰性极板分别连接脉冲直流偏置电源的正负极，另加设1mol/L的氢氧化钠气体处理箱，施加脉冲频率为2kHz，脉冲幅值为15V，偏置电压为4V，偏置电流密度为3mA/cm2的脉冲偏置电流。
16.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述惰性极板为两块且极板间距为1cm，将所述惰性极板分别连接脉冲直流偏置电源的正负极，另加设1mol/L的氢氧化钠气体处理箱，施加方波脉冲频率为50kHz，脉冲幅值为25V，偏置电压为6V，偏置电流密度为5mA/cm2的脉冲偏置电流。
17.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述惰性极板为两块且极板间距为2cm，将所述惰性极板分别连接脉冲交流偏置电源的电极，另加设1mol/L的氢氧化钠气体处理箱，施加方波脉冲频率为100kHz，脉冲幅值为30V，偏置电压为8V，偏置电流密度为3mA/cm2的脉冲偏置电流。
18.如权利要求11-13中任一项所述的装置，其特征在于，所述酸性水的PH值为2-4且含盐量小于2g/L。
19.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述酸性水与盐碱地中沉积的盐碱水进行调配的比例范围为1：10-200。
20.如权利要求11-13任一项所述的装置，其特征在于，所述惰性极板的材料包括贵金属基电极、塑料基电极、石墨基电极或陶瓷基电极。
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