CN103535247B - 一种无土栽培营养液的增氧、消毒装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种无土栽培营养液的增氧、消毒装置和方法，利用微纳米气泡发生技术将空气或者氧气溶入营养液中形成微纳米气泡富氧水对营养液进行增氧；利用微纳米气泡发生技术将臭氧溶入营养液中形成微纳米气泡臭氧水，并经过紫外线消毒器对营养液进行联合消毒。所述装置及其方法，可以有效提高营养液中溶氧量，减少水培植物烂根现象的发生，提高产量；并且可以有效抑制营养液中微生物病害的传播，减少农药使用量。
Description
技术领域
本发明涉及农业生产领域，具体涉及一种无土栽培营养液的增氧、消毒装置和方法。
背景技术
无土栽培就是一种不用天然土壤作基质的作物栽培技术，它是将作物直接栽培在一定装置的营养液中，或者是栽培在充满非活性固体基质和一定营养液的栽培床上的现代化农业栽培方式。利用无土栽培可以有效地克服蔬菜、花卉保护地栽培中土壤盐渍、土传病害等连作障碍，可以在非耕地场所周年种植；并能提高单位面积产量和产品质量。荷兰等欧洲发达国家有90%以上的瓜果蔬菜以及花卉采用无土栽培。
无土栽培中的植物主要依靠营养液提供生长发育所必需的营养元素。目前营养液的使用存在以下问题：一是营养液容易缺氧。无土栽培尤其是水培，因营养液层较深、根系活动范围小，容易造成氧气供应不足。作物根系缺氧时，其生长缓慢、水分及养分吸收减弱，从而影响地上部分生长并导致产量下降。二是营养液的灭菌消毒。由于营养液的循环使用，营养液接触病原的几率大大增加，并且一旦染病传播会非常迅速，短时间内就能使整个栽培***全部染病，造成重大的经济损失。
为了解决上述两个问题，目前有一些针对性的方法。
营养液增氧方面，主要依靠水泵循环使营养液在大部分时间处于流动状态。营养液在流动过程中通过水流的冲击以及与空气接触来提高自身的溶解氧。这种方法在大型水培***中效率较低，很难满足植物生长需要。
营养液灭菌消毒方面，目前方法比较多。包括高温消毒、砂滤、化学药剂、紫外线、臭氧等。其中高温消毒效果好且环境友好，但耗能较大、投入也较大；砂滤处理量较小，效果一般，但环境友好无污染；化学试剂效果稳定，但对环境有污染易造成药剂残留；紫外线杀菌效率高，但受水质影响较大；臭氧消毒反应迅速，无二次残留，但投资较大，消毒后需要放置一段时间才能使用。
微纳米气泡技术是刚引进国内、世界领先的一项技术，属于物理农业技术。微纳米气泡，是指直径小于或等于50μm的极端微小的气泡，与普通的微小气泡相比，其在水中上升缓慢，能够在水中停留更长的时间，并且微纳米气泡会自我压缩，溶解在水中，所以其在水中具有很高的溶解度。微纳米气泡具备自增压，带负电荷和强氧化性的自由基等特性，农业行业和食品科学领域对微纳米气泡技术的应用日益重视。
发明内容
本发明的目的是针对现有无土栽培营养液增氧效率低，各种消毒方法单一使用，存在环境污染大、运行成本高以及效果差、效率低等问题，提供一种新型高效的无土栽培营养液的增氧、消毒装置及其方法。
为了实现本发明目的，本发明提供了一种无土栽培营养液的增氧、消毒装置及其方法，利用微纳米气泡发生技术将空气或者氧气溶入营养液中形成微纳米气泡富氧水对营养液进行增氧；利用微纳米气泡发生技术将臭氧溶入营养液中形成微纳米气泡臭氧水，并经过紫外线消毒器对营养液进行联合消毒。
所述装置包括第一贮液池1、潜水泵2、过滤器3、制氧机5、臭氧发生器6、微纳米气泡快速发生装置和紫外线消毒器8、第二贮液池9、空压机10、潜水泵11，种植槽12，所述微纳米气泡快速发生装置包括微纳米气泡快速发生装置主机4和微纳米气泡释放装置7；其中，所述第一贮液池1通过第一管路14连接过滤器3，第一管路14上安装有潜水泵2，过滤器3通过第二管路15连接微纳米气泡快速发生装置主机4，微纳米气泡快速发生装置主机4通过第三管路17连接微纳米气泡释放装置7，微纳米气泡释放装置7通过第四管路18连接紫外线消毒器8、紫外线消毒器8通过第五管路19连接第二贮液池9，、第二贮液池9通过第六管路20连接种植槽12的一端，种植槽12的另一端通过第七管路13连接第一贮液池1，第六管路20上安装有潜水泵11；第二贮液池9还通过空气管路23和空压机10连接；制氧机5通过第一氧气管路16与微纳米气泡快速发生装置主机4连接，并通过第二氧气管路21与臭氧发生器6连接；臭氧发生器6与微纳米气泡快速发生装置主机4通过臭氧管路22连接。
相应地，本发明提供一种无土栽培营养液的增氧、消毒方法，包括以下步骤：
a)种植槽12内经作物吸收利用后的营养液，回流到第一贮液池1中；
b)第一贮液池1中的营养液，经过潜水泵2提供动力吸入过滤器3进行过滤，除去腐根、沉淀颗粒及有机物杂质；
c)过滤后的营养液进入微纳米气泡快速发生装置主机4；
d)营养液增氧时，制氧机5提供氧气供给微纳米气泡快速发生装置主机4，与进入主机的营养液进行混合，然后进入微纳米气泡释放装置7产生微纳米气泡富氧水，再流经紫外线消毒器8进行消毒后流回第二贮液池9，通过潜水泵11提供动力进入水培种植槽12，进行营养液的增氧循环；
e)营养液消毒时，制氧机5为臭氧发生器6提供氧气，制取臭氧供给微纳米气泡快速发生装置主机4，与进入主机的营养液进行混合，然后进入微纳米气泡释放装置7产生微纳米气泡臭氧水，再流经紫外线消毒器8进行联合消毒后流回第二贮液池9，完成消毒，营养液中残余臭氧通过空压机10进行吹脱，最后营养液通过潜水泵11提供动力进入种植槽12进行循环利用；
f)换茬时对营养液和种植槽12进行全面消毒，营养液经臭氧和紫外线消毒流入第二贮液池9后，不启动空压机10，含有微纳米臭氧气泡的营养液在种植槽12内进行数次循环，然后将营养液放置，使残余臭氧浓度降到0.1mg/L以下，重新进行定植，循环利用营养液。
本发明的优点在于：
（1）采用微纳米曝气技术，微纳米气泡快速发生装置使氧气/臭氧在水中高效溶解，生成高浓度的氧气/臭氧微纳米气泡水，同时生成的微纳米气泡具有缓释效果，可延长氧气/臭氧在水中的存留时间，提高利用率。
（2）采用多段工艺对营养液进行消毒，包括前端过滤、臭氧、紫外线三段工艺，三段工艺扬长避短互为补充，实现对营养液的高效灭菌。
（3）在营养液进行臭氧和紫外线消毒前，使其先经过过滤器，减少了营养液中还原性物质和不透明杂质对消毒效果的影响，大大提高了杀菌效果。
（4）臭氧和紫外线结合使用，水中溶解的臭氧在紫外线照射下能够生成反应活性更高的羟基自由基（·OH），进而加速了水中有机物的去除速率。
（5）采用空压机对残留臭氧进行吹脱，使营养液中的臭氧浓度降到0.1mg/L以下，经臭氧消毒后的营养液可立即投入使用不对植物造成损伤。
（6）换茬时不启动空压机，含有微纳米臭氧气泡的营养液在串联水培设施内进行数次循环，将有效清除设施死角的病原菌。
（7）可实现增氧、消毒双向功能，既能对营养液进行增氧，又能对营养液进行消毒，有效降低了单一设备的累加投资成本。
（8）营养液增氧效率高，臭氧水制取方便，消毒更为彻底。
附图说明
图1是本发明营养液增氧、消毒***的示意图。
其中，1-第一贮液池，2-潜水泵，3-过滤器，4-微纳米气泡快速发生装置主机，5-制氧机，6-臭氧发生器，7-微纳米气泡释放装置，8-紫外线消毒器，9-第二贮液池，10-空压机，11-潜水泵，12-种植槽，13-第七管路，14-第一管路，15-第二管路，16-第一氧气管路，17-第三管路，18-第四管路，19-第五管路，20-第六管路，21-第二氧气管路，22-臭氧管路，23-空气管路。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
实施例1：温室水培生菜营养液增氧、消毒。
增氧、消毒装置示意图如图1所示，该装置包括第一贮液池1、潜水泵2、过滤器3、制氧机5、臭氧发生器6、微纳米气泡快速发生装置和紫外线消毒器8、第二贮液池9、空压机10、潜水泵11、种植槽12以及气体、液体流通管路。微纳米气泡快速发生装置包括微纳米气泡快速发生装置主机4和微纳米气泡释放装置7，能够将气体（氧气、臭氧、空气等）以回旋切割的方式高效、快速地溶入水中，形成微纳米气泡，其直径小于50μm。微纳米气泡在水中上升缓慢，能够在水中停留更长的时间，并且微纳米气泡会自我压缩溶解在水中，在水中具有很高的溶解度，微纳米气泡快速发生装置的处理能力为1-5m3/h。
潜水泵2将第一贮液池1的营养液进行提升，通过第一管路14进入过滤器3进行过滤，过滤器3为筛网式、叠片式或砂滤式过滤器，用于滤除营养液中的腐根、沉淀颗粒及有机物杂质，避免堵塞微纳米气泡快速发生装置，保证紫外线消毒的有效性以及减少对臭氧的无效损耗，提高消毒效率。
优选地，潜水泵2为不锈钢耐腐蚀自吸泵，其流量和扬程可根据要求选配。
制氧机5通过第一氧气管路16与微纳米气泡快速发生装置主机4连接，并通过第二氧气管路21与臭氧发生器6连接。臭氧发生器6与微纳米气泡快速发生装置主机4通过臭氧管路22连接。
经过过滤器3过滤后的营养液通过第二管路15进入微纳米气泡快速发生装置主机4，当营养液需要增氧时，氧气从制氧机5通过第一氧气管路16进入微纳米气泡快速发生装置主机4，当营养液需要消毒时，氧气从制氧机5通过第二氧气管路21进入臭氧发生器6，臭氧发生器6制取的臭氧通过臭氧管路22进入微纳米气泡快速发生装置主机4，营养液与同时进入主机的氧气或臭氧混合后，经第三管路17进入微纳米气泡释放装置7，在微纳米气泡释放装置7中产生微纳米气泡，微纳米气泡水流经第四管路18进入紫外线消毒器8，再经过第五管路19流入第二贮液池9，至此，经过增氧或者消毒的营养液经过潜水泵11的提升可沿第六管路20流入种植槽12循环利用，最后种植槽12的营养液沿第七管路13回流到第一贮液池1，完成一次增氧或者消毒循环。
优选的紫外线消毒器8为过流式，其流量为1-5m3/h。
前述的增氧、消毒方法中，无土栽培营养液需要预先过滤。过滤采用的过滤器3为筛网式、叠片式或砂滤式过滤器，用于滤除营养液中的腐根、沉淀颗粒及有机物杂质，避免堵塞微纳米气泡快速发生装置，保证紫外线消毒的有效性以及减少对臭氧的无效损耗，提高消毒效率。
营养液的增氧、消毒的具体方法为：
（1）水培种植槽12内经生菜吸收利用后的营养液，回流到第一贮液池1中；
（2）第一贮液池1的营养液，经过潜水泵2提供动力吸入过滤器3进行过滤，除去腐根、沉淀颗粒及有机物杂质；
（3）过滤后的营养液进入微纳米气泡快速发生装置主机4；
（4）营养液增氧时，制氧机（或氧气瓶）5提供氧气供给微纳米气泡快速发生装置主机4，与进入主机4的营养液进行混合，然后进入微纳米气泡释放装置7产生微纳米气泡富氧水，再流经紫外线消毒器8进行消毒后流回第二贮液池9，通过潜水泵11提供动力进入水培种植槽12，进行营养液的增氧循环；
（5）营养液消毒时，制氧机5为臭氧发生器6提供氧气，制取臭氧供给微纳米气泡快速发生装置主机4，与进入主机4的营养液进行混合，然后进入微纳米气泡释放装置7产生微纳米气泡臭氧水，再流经紫外线消毒器8进行联合消毒后流回第二贮液池9，完成消毒，营养液中残余臭氧通过空压机10进行吹脱，最后营养液通过潜水泵11提供动力进入水培种植槽12进行循环利用。
（6）换茬时对营养液和水培设施进行全面消毒，营养液经臭氧和紫外线消毒流入第二贮液池9后，不启动空压机10，含有微纳米臭氧气泡的营养液在串联水培设施内进行数次循环，将有效清除设施死角的病原菌。营养液放置1天待残余臭氧浓度降到0.1mg/L后（也可开启空压机加速残余臭氧的吹脱），可重新进行定植，循环利用营养液。
上述增氧方法中，由制氧机或氧气瓶提供氧气，以提高溶氧速率和纯度。所述的增氧方法采用循环曝气增氧，可使营养液中溶氧值含量维持在6-10mg/L，用于满足水培作物根系对氧气的需求，避免水培作物烂根现象发生，有助于作物根系发育从而增加作物产量。营养液的循环曝气增氧的时间根据营养液总量、增氧处理流量来确定，例如每10m3的营养液，需要循环曝气2小时。
所述消毒方法中，臭氧发生器的产气量与微纳米气泡快速发生装置相匹配，利用制氧机或氧气瓶提供氧气，以提高臭氧的产率和速度。
所述的消毒方法，曝气消毒时营养液中臭氧浓度达5-8mg/L，可以对营养液中的病原微生物起到瞬间杀灭的效果。消毒时间根据营养液总量以及消毒处理流量进行计算，例如每10m3的营养液，需要消毒2小时。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (3)
1.一种无土栽培营养液的增氧、消毒方法，该方法使用的增氧、消毒装置包括第一贮液池(1)、潜水泵(2，11)、过滤器(3)、制氧机(5)、臭氧发生器(6)、微纳米气泡快速发生装置、紫外线消毒器(8)、第二贮液池(9)、空压机(10)，种植槽(12)，所述微纳米气泡快速发生装置包括微纳米气泡快速发生装置主机(4)和微纳米气泡释放装置(7)；所述第一贮液池(1)通过第一管路(14)连接过滤器(3)，第一管路(14)上安装有潜水泵(2)，过滤器(3)通过第二管路(15)连接微纳米气泡快速发生装置主机(4)，微纳米气泡快速发生装置主机(4)通过第三管路(17)连接微纳米气泡释放装置(7)，微纳米气泡释放装置(7)通过第四管路(18)连接紫外线消毒器(8)，紫外线消毒器(8)通过第五管路(19)连接第二贮液池(9)，第二贮液池(9)通过第六管路(20)连接种植槽(12)的一端，种植槽(12)的另一端通过第七管路(13)连接第一贮液池(1)，第六管路(20)上安装有潜水泵(11)；第二贮液池(9)还通过空气管路(23)和空压机(10)连接；制氧机(5)通过第一氧气管路(16)与微纳米气泡快速发生装置主机(4)连接，并通过第二氧气管路(21)与臭氧发生器(6)连接；臭氧发生器(6)与微纳米气泡快速发生装置主机(4)通过臭氧管路(22)连接；其特征在于，包括如下步骤：
a)种植槽(12)内经作物吸收利用后的营养液，回流到第一贮液池(1)中；
b)第一贮液池(1)中的营养液，经过潜水泵(2)提供动力吸入过滤器(3)进行过滤，除去腐根、沉淀颗粒及有机物杂质；
c)过滤后的营养液进入微纳米气泡快速发生装置主机(4)；
d)营养液增氧时，制氧机(5)采用循环曝气增氧方式提供氧气供给微纳米气泡快速发生装置主机(4)，与进入主机的营养液进行混合，然后进入微纳米气泡释放装置(7)产生微纳米气泡富氧水，再流经紫外线消毒器(8)进行消毒后流回第二贮液池(9)，通过潜水泵(11)提供动力进入种植槽(12)，进行营养液的增氧循环；
e)营养液消毒时，制氧机(5)为臭氧发生器(6)提供氧气，制取臭氧供给微纳米气泡快速发生装置主机(4)，与进入主机的营养液进行混合，然后进入微纳米气泡释放装置(7)产生微纳米气泡臭氧水，再流经紫外线消毒器(8)进行联合消毒后流回第二贮液池(9)，完成消毒，营养液中残余臭氧通过空压机(10)进行吹脱，最后营养液通过潜水泵(11)提供动力进入水培种植槽(12)进行循环利用；
f)换茬时对营养液和种植槽(12)进行全面消毒，营养液经臭氧和紫外线消毒流入第二贮液池(9)后，不启动空压机(10)，含有微纳米臭氧气泡的营养液在种植槽(12)内进行数次循环，然后将营养液放置，使残余臭氧浓度降到0.1mg/L以下，重新进行定植，循环利用营养液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤d)中，采用循环曝气增氧，营养液的循环曝气增氧的时间为每10m3的营养液，需要循环曝气2小时，使营养液中溶氧值含量维持在6-10mg/L。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤e)中，消毒时间为每10m3的营养液，需要消毒2小时，使营养液中臭氧浓度达到5-8mg/L。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Tianzhu Inventor after: Bao Peng Inventor after: Lin Shaohang Inventor after: Xue Xiaoli Inventor after: Liu Lei Inventor after: Yang Wenhua Inventor after: Fan Deqiang Inventor after: Li Zhijuan Inventor after: Yan Mingtong Inventor after: Fang Xiaoyong Inventor before: Lin Shaohang Inventor before: Bao Peng Inventor before: Xue Xiaoli Inventor before: Liu Lei Inventor before: Zhang Tianzhu Inventor before: Yang Wenhua Inventor before: Fan Deqiang Inventor before: Li Zhijuan Inventor before: Yan Mingtong Inventor before: Fang Xiaoyong |
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