基于KDF–椰壳灰的农业灌溉用水过滤器的研究

随着工业化和城市化的快速发展，水资源的保护和治理成为了一个非常重要的议题。中国政府高度重视水资源的保护工作，实施了一系列的水污染治理和水环境保护的政策措施。黑龙江之所以叫黑龙江，是因为黑龙江的水里含有大量的腐殖质，水色较暗。黑龙江的水质虽然存在很多污染问题，但是它的粮食产量仍然连续很多年位居全国首位，为了确保农作物的正常生长，需要用到干净的水源进行农作物灌溉，进而保证粮食的品质和安全。

同时我国作为农业大国之一，农业是国民经济的基础，粮食生产是农业的核心。粮食生产的发展直接关系到国家经济的稳定增长，同时也是农村地区经济发展和农民增收的重要途径。因此水质的过滤净化研究十分必要，需要一定的过滤器件在进行灌溉前对灌溉水进行净化。

现有用于农业灌溉的过滤器仅停留于普通污水的基本过滤，远远不能达到预期目标，不能去除被污染水体中的一些元素，如:有害离子和碳-14、碘-128、钴-60、氚等放射性元素，难以保证灌溉用水安全；  

本项目设计一种基于KDF–椰壳灰的农业灌溉用水过滤器，KDF用于活性炭过滤设备中具有明显的抑菌效果，美国环境保护署(USEPA)将KDF处理介质定为“微生物抑制装置”。KDF适用于氯气处理过的市政自来水，KDF水处理介质符合环保要求，是较为理想的水处理方法。其原理是利用氧化还原反应，KDF与水中氧化性有害物质进行电子交换，把许多有害物质变为无害物质。KDF有两种主要产品:KDF55和KDF85。KDF55处理介质使用反冲洗装置且寿命长，受污染时可用盐酸清洗。用KDF55处理介质可以进行高纯水生产预处理，在厨房水龙头到工业冷却水处理中均可应用。该滤芯过滤效果极佳，安装方便，使用简单，工作效率高，而且成本较低，旨在去除污染水源中放射性元素，保证灌溉用水质的工安全和可用性，从而保证粮食健康安全。

1. 设计结构

图 1过滤装置结构图

放射性元素过滤器主要由沉降池结构和过滤主体装置两个部分构成。

不锈钢箱（2）放置于地面（1）上，在其内部连接过滤装置主体（3），其左侧安置沉降池（4），其上方左侧安装有交流电线桩（13）。

图 2不锈钢箱内部结构图                 图 3过滤装置主体内腔结构

图 4沉降池内部结构图                        图5 喷洒器大致结构图

整个过滤装置中共有两个吸磁力泵和一个增压泵，自左至右依次为第一自吸磁力泵（5）、第二自吸磁力泵（6）、增压泵（7）； 第一自吸磁力泵（5）的进水口处和出水口处分别连接第一进水管（9）和第一出水管，第一出水管通过第一自吸磁力泵（5）延伸至沉降池（4）的内腔；第二自吸磁力泵（6）的进水口处和出水口处分别连接第二进水管（10）和第二出水管，第二出水管一端通过第二自吸磁力泵（6）延伸至沉降池（4）的内腔，另一端通过第二自吸磁力泵（6）贯穿不锈钢箱（2），并与过滤装置主体（3）左侧的顶部相连接； 增压泵（7）的进水口处连通有第三进水管（11），其左连通穿不锈钢箱（2）并与过滤装置主体（3）右侧的底部连通，其右端与喷洒器（12）相连通，其上设置有电磁阀。

过滤组件（8）包含超滤膜和碳酸氢钠 （8₁）、KDF–椰壳灰（8₂）、活性炭（8₃）和石英砂（8₄），超滤膜和碳酸氢钠（8₁）栓接于过滤装置主体（3）的内腔，石英砂（8₄）放置于超滤膜和碳酸氢钠 （8₁）的顶部，活性炭（8₃）设置于石英砂（8₄）的顶部，KDF–椰壳灰（8₂）设置于石英砂（8₄）的顶部，过滤装置主体（3）表面的底部设置有正负电极（14）；该滤芯安装方便，成本低，过滤效果佳，能够有效去除污水中的氚、碳-14、碘-128等放射性元素。

表 1各部分结构汇总

国内研究：^[1]优化条件的活性炭与联用净水系统应用在处理微污染地下水和地表水中的重金属离子具有良好的去除效果，用于净化农业灌溉用水，减少水中的污染物对土壤和农作物的潜在危害显示出广阔的应用前景。

国外研究：^[2]KDF是由美国Don Heskett教授1984年发明,通过了美国家卫生基金会(NSF)、水质协会(WQA)等机构的认证。近几年KDF滤料在美国佛罗里达州好莱坞和美国现代中西部门诊部等得到试验性的应用,取得良好的效果。此外，国外的研究也关注了KDF–椰壳灰材料在家庭用水，去除地下、深井中水处理的应用

国内外的研究都表明——KDF–椰壳灰材料在农业灌溉水处理方面具有很大的潜力。可以有效去除水中的重金属离子，减少这些有害物质对农作物的潜在危害；经过KDF-椰壳灰处理的灌溉水，可降低对农作物的不良影响，有助于保障农产品的质量安全。KDF 介质具有很多功能：去除水中的余氯； 去除可溶性的重金属；控制微生物生长；阻止硬 垢的积累；除铁；降低氟化物、硝酸盐、碳酸盐和 硫酸盐等。

优质的灌溉水质有助于减少土壤板结和盐碱化等问题，使土壤保持较好的透气性和保水性，从而提高水分在土壤中的渗透和存储能力，减少水分的无效蒸发和渗漏，提升农业灌溉用水的效率。

总的来说，KDF-椰壳灰材料作为一种新型的水处理材料，具有广阔的应用前景和研究价值。未来，随着研究的不断深入，相信KDF-椰壳灰材料将会在水处理领域发挥更加重要的作用。

1、高效性：通过网络技术，控制抽水、过滤、灌溉一体化，大大提高了工作效率。

2、低成本：市面上KDF–椰壳灰等原材料价格低廉，容易购买，减少过滤器制作成本低。

3、重复性：通过多个环节、多次过滤，过滤效果更佳。

4、节能性：利用太阳能板发电，减少二氧化碳的排放，更加节能环保。

5、智能化：自控装置可以有效控制电能的储存与释放，控制最有效电离时间，以达到最佳的效果

6、技术创新性：通过结合超滤膜、KDF–椰壳灰、石英砂等多种材料，以及采用碳酸钠、活性炭、等创新结构，项目在过滤技术上实现了突破。

技术路线：

图 3 过滤系统工作原理图

过滤器在水处理行业中的应用前景非常广泛，随着全球水资源短缺和水污染问题的日益严重，水处理技术的需求不断增长。基于KDF–椰壳灰材料的放射性元素过滤器的开发应用，使得过滤器能够更有效地处理复杂和微小的污染物。同时，智能化和自动化的过滤器系统可以实现实时监控和远程控制，提高水处理的效率和可靠性。因此，过滤器在水处理行业的应用前景非常广阔，并将继续成为水处理技术发展的重要方向。

1.地下水净化：在城市雨洪管理和海绵城市建设中，过滤器用于净化收集的雨水，使其可以安全地用于灌溉或补充地下水资源。

2. 污水处理：在城市和工业污水处理中，过滤器用于预处理和深度处理，以去除污水中的固体颗粒、悬浮物和部分溶解性污染物。

3. 水回用和循环利用：为了减少水资源的消耗，许多行业和企业开始回收和循环利用水资源。过滤器在这个过程中用于维持循环水的清洁度，防止系统堵塞和微生物生长。

4. 水生态系统修复：在湖泊、河流和湿地等水生态系统的修复中，过滤器可以用于去除污染物，改善水体质量，恢复生态平衡。

预期成果包括：

申请发明专利一项

发表省级以上期刊一篇    

第一阶段：利用网络和图书馆查阅资料数据及文献材料，了解相关领域的研究现状和趋势，对收集到的数据文献资料进行汇总与整理。学习相关技术。 

第二阶段：基于专业知识的学习和相关资料的查阅，指导老师布置合理的项目研究内容。

指导教师利用网络和课余时间对学生试验研究进行指导，总结试验过程的不足，积累经验。

第三阶段：完成项目研究报告及撰写项目论文。