设施园艺灌溉水处理方法

设施园艺灌溉水处理方法郭飞;周志疆;刘士辉;姚永康【摘要】设施园艺使用先进的设施来合理控制作物的生长，而灌溉水对设施园艺作物的生长及其品质具有决定性的影响，因此开展设施园艺灌溉水处理方法研究具有十分重要的意义。目前设施园艺灌溉水处理方法主要有生物净化处理、砂石过滤处理、紫外线杀菌处理、反渗透处理等几种方法。%Protectedhorticultureusestheadvantagedfacilitiestocontrolthecropgrowthproperly.Irrigationwaterisapartofthefacilities,whichplaysdecisiveroleingrowthandqualityofhorticulturalcrops.Therefore,itisofvitalimportancetoresearchthetreatmentsofprotectedhorticultureirrigationwater.Atpresent,themaintreatmentsinvolvebiologicalpurificationtreatments,sandstonefiltrationtreatment,ultravioletsterilizationtreatmentandreverseosmosistreatment.【期刊名称】《安徽农学通报》【年(卷)，期】2011(017)019【总页数】3页(P77-79)【关键词】设施园艺;灌溉水;处理方法【作者】郭飞;周志疆;刘士辉;姚永康【作者单位】上海孙桥现代农业联合发展有限公司，上海201210;上海孙桥现代农业联合发展有限公司，上海201210;上海孙桥现代农业联合发展有限公司，上海201210;上海孙桥现代农业联合发展有限公司，上海201210【正文语种】中文【中图分类】S688当前我国水资源存在的问题主要有:水资源短缺、水资源污染和水资源浪费。我国是农业大国，农业用水占总用水量的70%以上，最易受到干旱缺水的影响。根据用水现状分析，我国在正常需求和不超采地下水的情况下，年缺水总量为300~400亿m3，其中农业缺水占80%以上，严重制约着农业的发展。设施园艺的推广可以极大的提高灌溉水的利用率，相比传统的灌溉方式，设施园艺通过喷滴灌等设施可以节约30%的用水量。灌溉水对设施园艺作物生长及其品质的影响不言而喻，对鲜食蔬菜和名贵花卉尤为重要。为生产出高品质的产品，需要对灌溉水进行处理，以达到较高的灌溉水平。通过应用相关的水处理技术对设施灌溉水进行处理，提高可灌溉性是解决水资源不足和高标准农业产品生产的重要途径之一。近年来，我国开展了设施园艺灌溉水处理技术研究，主要有生物净化处理、砂石过滤处理、紫外线杀菌处理、反渗透处理等几种方法。生物净化处理主要原理是利用水生植物和潜水植物以及近岸湿地对水质中的富营养化物质进行生物吸收［1］，目前主要应用的生物净化处理方式主要有人工近岸湿地、人工潜水植物、人工水生植物悬浮型浮岛等几种，也有研究人员将其中的两种或多种进行合理的搭配使用，取得了较好的效果。生物净化系统采取人工近岸湿地、人工潜水植物等生物净化模式。人工湿地技术是—项较成熟的水体生态净化技术，在国内外已有许多尝试。而悬浮型水生植物在微污染水体修复中的重要性越来越得到人们的认可。悬浮植物可通过养分竞争、克生物质释放以及提供植食性浮游动物庇护所等多种机制影响水生态系统;悬浮型植物的茎、叶和表皮都与根一样具有吸收作用，且皮层细胞含有叶绿素，具有进行光合作用的功能。这种结构对水体中不同污染物，尤其是氮、磷等具有良好的吸收作用。将人工湿地技术与水生植物悬浮型浮岛技术一共运用于源水净化与保护中，可深度净化水质，取得良好的组合效果。（生物净化处理流程见图1）。此外，为保证该生物净化系统的长期稳定运行，一方面在物种配置方面应注意其生长周期，保证1年四季均有物种生长;湿地植物选择应遵循适地适种、耐污染能力强、净化能力强、根系发达、经济和景观价值较高、重视物种间合理搭配等原则[2]；另一方面要适当辅以人工管护措施，如定期收割、曝气增氧等，维持系统的净水稳定性。研究表明，采用悬浮型水生植物+近岸人工湿地模式的生物净化系统处理灌溉用水河道的源水，各项水质指标均达到较好的效果。该系统可有效提高水体的SD,对水体SS的去除率达67%~80%;提高水体DO180%~300%，显著改善水体溶氧环境;对有机污染物及营养物质有明显降低作用，其中COD、NH3-N、TN和TP的去除率分别达到26%~59%、60%~73%、71%~80%和40%~45%[3]。因此利用该模式的生物净化系统对源水进行净化处理是可行的。同时通过合理的设计和种植，还可达到一定的景观美化效果。生物净化处理具有环保、低碳等优点，但由于水生植物一般生长具有季节周期性，对水体的净化效果受季节影响较大，一般夏秋两季处理效果最好，春季次之，冬季最差。因此，在合理搭配水处理适宜物种方面还需要进行大量的研究。砂石过滤是设施园艺微灌工程上最常用的水处理方法之一，在国内外卜大中型微灌工程中的应用比例达70%以上。石英砂滤料是最常用的围观过滤器的滤料，具有可滤除各种有机物、无机物以及油质物等杂质（指较大粒径能够堵塞灌水器的各种杂质）和悬浮颗粒（指漂浮在水中不易沉淀的微小颗粒）功效，并且反冲洗简单、冲洗彻底和实现自动控制方便。砂石过滤的核心设备是砂石过滤器。砂石过滤器是介质过滤器之一，其砂床是三维过滤，具有较强的截获污物的能力，是微灌系统中用来清除灌溉水中污物的理想设备。在所有过滤器中，用砂石过滤器处理水中有机杂质5级杂质最为有效，这种过滤器滤除和存留杂质的能力很强，并可不间断供水。只要水中有机物含量超过10mg/L时，无论无机物含量有多少，均应选用砂石过滤器［4］（见图2）。过滤罐通常做成圆柱状，罐直径为0.6~1.2m,罐内滤料厚约25~50cm。它允许在滤料表面淤积几厘米厚的杂质，这一点远比网式和叠片式过滤器优越。砂石过滤器系统通常为多罐联合运行，以便用一组罐中滤后的水来反冲其他罐中的杂质，过流量越大，需要并联运行的罐也越多［5］。对于设施园艺微灌用过滤器而言，即要求较高的过滤速度又要去除更多的杂质和悬浮颗粒，如何选择过滤速度要综合考虑滤料、水质、灌溉系统等因素，一些参数还需要通过专门的研究才能确定。随着中国水资源短缺的加剧，各种再生水源陆续被运用于灌溉中，微灌是最节水和易控制的灌溉技术，应用再生水源微灌有很多优势，但如何处理水质解决堵塞问题是推广这项技术的关键，砂石过滤的相关研究可为进一步开展劣质水过滤和反冲洗激励性试验奠定基础。随着高档蔬菜和高档花卉栽培面积的扩大和对品质要求的提升，对水质的清洁与无菌要求也更高。通过灌溉水传播的病原物主要有真菌、细菌、病毒与线虫等。虽然并不是所有的微生物都对植物产生危害，但是当某些微生物进入植物后都可能造成植物感病直至死亡。所以杀菌作业就是去除、杀死这些病原物［6］。紫外线杀菌具有杀菌彻底、安全、无二次污染、成本低等优点，因此研究紫外线对灌溉水消毒具有广阔的前景和现实意义。紫外光是光线某一波段，也可称为一种电磁波，能量由频率或波长所决定。紫外线通常又分为3类:紫外线A（长波紫外线）、紫外线B（中波紫外线）和紫外线C（短波紫外线）。由于紫外线C具有最短的波长与最高的能量，因此最适合用以杀菌作业。紫外线对付病原物的方式是利用其能量贯穿细胞膜，并折断DNA分子。由于DNA结构受到紫外线的辐射作用，所有基因资料不再存在，无法再读取，因此引起细胞失去作用或是死亡，也因此失去再繁殖能力［7］。造成病害细胞失去生命作用的辐射量决定因子有两项:一是在紫外线作用时，灌溉水所吸收的强度(或称密度)。二是灌溉水在处理室内的作用时间，两者的乘积称为剂量，单位为mJ/cm2。紫外线消毒虽具有很多优点［8］，但在使用过程中也发现了很多需要解决的问题。当灯源能量太小时，不能均匀穿透流水，则杀菌效果急剧降低;当灯源能量大到—定的程度时，增加光源强度对杀菌效果的贡献将越来越小。杀菌效果跟水流速度成反比，水流越快，杀菌效果越差，水流越慢，杀菌效果越好。主要是因为灌溉水受到紫外线照射的时间太短，如果在加快流速的同时增加灯源能量，通过合理的调控，也可以达到较好的杀菌效果，这需要有较好的控制器系统来进行控制。⑶水中的杂质也会因为吸附紫外线能源，造成水中吸收的能量不够，不足以杀死病毒，通过试验比较发现，经过砂石过滤和未经过砂石过滤的水源通过紫外线消毒器后，杀菌效果差别很大，通过砂石过滤后的水源再经过紫外线消毒，其中的细菌较未通过砂石过滤的少了很多。(4)水流处理不全面:所有灌溉水没有完全通过紫外光，部分水源经旁支通路进入已完成杀菌的容器内，相互混合，造成污染。紫外线消毒器对水源消毒受到很多因素的影响，主要有灯源能量、水流速度和水中杂质等因素，为了更好地消毒处理，应该使用各种方法，合理规避和处理各种因素所造成的影响，通过控制器系统和结合其它水处理方法联动使用，以达到最好的杀菌处理效果。渗透是一种物理现象。当两种含有不同盐类的水，如用一张半渗透性的薄膜隔开就会发现，含盐量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中，而所含的盐分并不渗透，直到两边的含盐浓度均等为止。然而，要完成这一过程需要很长时间。但如果在含盐量高的水一侧，试加一定压力，其结果可使上述渗透停止，这时的压力称为渗透压力。如果压力再加大，可使相反方向渗透，而盐分剩下。因此，反渗透除盐原理，就是在有盐分的水中（如原水），施以比自然渗透压更大的压力，使渗透向相反方向进行，把原水中的水分子压到膜的另一边，变成洁净的水，从而达到除去水中杂质、盐分的目的。反渗透的基本工作原理就是运用特制的增压水泵将原水加至一定的压力使原水在压力的作用下渗透过孔径只有0.0001pm的反渗透膜［9］。由于反渗透半透膜上有众多的孔这些孔的大小与水分子的大小相当由于细菌病毒大部分有机污染物和水合离子均比水分子大得多因此不能透过反渗透半透膜而与透过反渗透膜的水相分离在水中众多种杂质中，溶解性盐类是最难清除的。通过对未经处理和经过处理的水样进行多次取样检测，发现经过反渗透装置净化之后的水，基本接近纯水的各项指标。通过研究发现，利用反渗透方法处理灌溉用水，可以使原有的水中全部的大分子有机物、杂质、细菌、绝大部分的盐分都可以有效去除，基本接近纯水。不过在反渗透使用过程中，若水体不经过初步过滤净化的话，其中的杂质会堵塞反渗透膜，使设备的净化效果和速度受到一定的影响。因此反渗透设备应该与砂石过滤系统结合起来使用，利用合理的系统控制，使之形成高效、稳定的水处理系统。设施园艺灌溉水由于其来源不同，用途不一，其处理方法也应根据实际情况并结合产能进行合理的选择，在处理方式上也应根据不同的需要进行两种或两种以上的交叉联动使用，以达到最佳的处理效果。【相关文献】[1]何玲玲，李迪秦，杨知建，等.耐生活污水的草种筛选研究进展[J].湖南农业科学，2008(2):24-25,28.北京市环境保护科学研究院等.三废处理工程技术手册-废水卷[M].北京:化学工业出版社，2000:712-714.于慧卿，何延新，黄宇广，等.人工湿地处理生活污水的研究[J].湖南农业科学，2011(5):63-65.[4]杨树新.砂石过滤器在滴灌系统中的应用[J].青海科技学报，2005(2):50-51.[5]董文楚.滴灌用砂石过滤器的过滤与反冲洗性能试验研究[J].水利学报，1997(12):72-77.[6]谭凤训，周峰，武道吉.紫外线技术在水处理中的应用与发展[J].山东建筑大学学报，2009(2):175-179.