一種無(wú)土栽培基質(zhì)消毒系統(tǒng)與方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種無(wú)土栽培基質(zhì)消毒系統(tǒng)與方法。所述消毒系統(tǒng)包括滴灌系統(tǒng)、基質(zhì)槽、儲(chǔ)液池、儲(chǔ)液桶、電解裝置；所述滴灌系統(tǒng)布置在基質(zhì)槽的上方，基質(zhì)槽底部通過(guò)回液管與儲(chǔ)液池連接，在儲(chǔ)液池內(nèi)底部設(shè)有兩個(gè)潛水泵，其中一個(gè)潛水泵通過(guò)過(guò)濾器連接儲(chǔ)液桶，所述儲(chǔ)液桶再通過(guò)加壓泵與電解裝置的入口連接，所述電解裝置的陽(yáng)極出液口通過(guò)陽(yáng)極端回液管與滴灌系統(tǒng)相連接，陰極出液口通過(guò)陰極端回液管與儲(chǔ)液池連接。本發(fā)明還提供利用該消毒系統(tǒng)的消毒方法。本發(fā)明所述消毒系統(tǒng)通過(guò)三通閥門(mén)實(shí)現(xiàn)消毒和營(yíng)養(yǎng)液供液兩個(gè)閉合環(huán)路，自動(dòng)化程度高，能耗小。對(duì)基質(zhì)中滋生的致病微生物殺滅徹底，可以有效控制根傳性疾病的發(fā)生與傳播，且無(wú)殘留，無(wú)污染。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種無(wú)土栽培基質(zhì)消毒系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無(wú)土栽培基質(zhì)消毒系統(tǒng)與方法，屬于設(shè)施蔬菜無(wú)土栽培領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)土栽培擺脫了土壤對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的限制，采用草炭、蛭石、巖棉等輕質(zhì)材料作為栽培介質(zhì)，同時(shí)用澆灌營(yíng)養(yǎng)液的方式為作物提供充足的水分、養(yǎng)分。與土壤栽培相比，無(wú)土栽培可以通過(guò)對(duì)營(yíng)養(yǎng)液組分、特性調(diào)控，創(chuàng)造適宜作物生長(zhǎng)的根際環(huán)境，同時(shí)還能防止連作及土壤鹽分累積引發(fā)的作物生理障礙。
[0003]按照營(yíng)養(yǎng)液是否循環(huán)利用將無(wú)土栽培分為開(kāi)放式和閉合式方式。在開(kāi)放式無(wú)土栽培系統(tǒng)中，由于營(yíng)養(yǎng)液不是循環(huán)利用的，每次都需要添加新配制的營(yíng)養(yǎng)液，同時(shí)將剩余的營(yíng)養(yǎng)液廢液直接排放，大大降低了營(yíng)養(yǎng)液的利用率，同時(shí)也增加了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。閉合式無(wú)土栽培系統(tǒng)中的營(yíng)養(yǎng)液是循環(huán)利用的，僅需對(duì)營(yíng)養(yǎng)液組分、特性調(diào)控，使其滿(mǎn)足作物生長(zhǎng)的需求，用水量?jī)H為土壤栽培的1/3-1/2，肥料利用率可以由土壤栽培的50%左右提高到90%-95%，同時(shí)減少了排出廢液對(duì)環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，降低了生產(chǎn)成本。因此，閉合式無(wú)土栽培技術(shù)已成為設(shè)施農(nóng)業(yè)中重要的組成部分。然而，在營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)利用過(guò)程中，致病的病毒和細(xì)菌不斷在基質(zhì)中積累，增大了作物的患病幾率。因此，研發(fā)合理高效的無(wú)土栽培基質(zhì)消毒方法是閉合式無(wú)土基質(zhì)栽培能否推廣需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
[0004]目前常用的基質(zhì)消毒方法從大的方面分為化學(xué)方法和物理方法?；瘜W(xué)方法主要是通過(guò)向基質(zhì)中添加有毒的藥品對(duì)致病微生物病菌進(jìn)行殺滅。雖然化學(xué)消毒法具有見(jiàn)效快、操作簡(jiǎn)便及成本低的優(yōu)點(diǎn)，但是基質(zhì)中殘留的藥物會(huì)對(duì)作物產(chǎn)生毒害作用，且這些藥物被作物吸收后會(huì)導(dǎo)致其品質(zhì)降低，而且會(huì)對(duì)人們的健康造成危害。物理方法主要包括高溫消毒和臭氧消毒。高溫消毒通過(guò)對(duì)基質(zhì)加溫，將基質(zhì)中致病微生物殺滅，其缺點(diǎn)是能耗較高。臭氧消毒是通過(guò)向基質(zhì)中通入一定濃度的臭氧，利用臭氧的強(qiáng)氧化性對(duì)基質(zhì)中的致病微生物進(jìn)行殺滅。由于臭氧易在空氣中擴(kuò)散，不宜進(jìn)入基質(zhì)團(tuán)塊的內(nèi)部，在一定程度上降低了其消毒效果。`

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有無(wú)土栽培基質(zhì)消毒方法存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種能耗低、殺菌效果好的無(wú)土栽培基質(zhì)消毒系統(tǒng)與方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種無(wú)土栽培基質(zhì)消毒系統(tǒng)，包括滴灌系統(tǒng)、基質(zhì)槽、儲(chǔ)液池、儲(chǔ)液桶、電解裝置；所述滴灌系統(tǒng)布置在基質(zhì)槽的上方，基質(zhì)槽底部通過(guò)回液管與儲(chǔ)液池連接，在儲(chǔ)液池內(nèi)底部設(shè)有兩個(gè)潛水泵，其中一個(gè)潛水泵通過(guò)過(guò)濾器連接儲(chǔ)液桶，所述儲(chǔ)液桶再通過(guò)加壓泵與電解裝置的入口連接，所述電解裝置的陽(yáng)極出液口通過(guò)陽(yáng)極端回液管與滴灌系統(tǒng)相連接，陰極出液口通過(guò)陰極端回液管與儲(chǔ)液池連接。
[0008]所述過(guò)濾器為篩網(wǎng)式過(guò)濾器或疊片式過(guò)濾器，并定期對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行清洗，以防止過(guò)濾器阻塞，影響其使用效果。
[0009]本發(fā)明分別設(shè)置儲(chǔ)液桶和儲(chǔ)液池，每次消毒時(shí)，待營(yíng)養(yǎng)液需全部進(jìn)入儲(chǔ)液桶中后，再進(jìn)行電解消毒，并將處理后的營(yíng)養(yǎng)液回流至儲(chǔ)液池中，實(shí)現(xiàn)了處理的營(yíng)養(yǎng)液與未處理營(yíng)養(yǎng)液分開(kāi)存放，避免二次污染。
[0010]在上述消毒系統(tǒng)基礎(chǔ)上，在陽(yáng)極端回液管、滴灌系統(tǒng)和營(yíng)養(yǎng)液供液管連接處安裝三通閥門(mén)，并將營(yíng)養(yǎng)液供液管與儲(chǔ)液池中另一個(gè)潛水泵相連；當(dāng)消毒系統(tǒng)工作時(shí)，保持電解裝置陽(yáng)極端回液管與滴灌系統(tǒng)連通；當(dāng)在栽培過(guò)程中需要供給營(yíng)養(yǎng)液時(shí)，保持營(yíng)養(yǎng)液供液管與滴灌系統(tǒng)連通。
[0011]本發(fā)明還提供上述消毒系統(tǒng)的消毒方法，具體步驟如下:
[0012]I)將基質(zhì)槽中殘留待回收的營(yíng)養(yǎng)液經(jīng)回液管收集至儲(chǔ)液池中；
[0013]2)將儲(chǔ)液池中回收的營(yíng)養(yǎng)液經(jīng)潛水泵進(jìn)入過(guò)濾器過(guò)濾，濾液流入儲(chǔ)液桶中，同時(shí)向儲(chǔ)液桶內(nèi)加入電解質(zhì)；
[0014]3)混有電解質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)液經(jīng)加壓泵進(jìn)入電解裝置，在直流電場(chǎng)的作用下在陽(yáng)極端電解生成次氯酸；
[0015]4)電解裝置陰極端電解生成的堿性液經(jīng)陰極端回液管回流至營(yíng)養(yǎng)液儲(chǔ)液池中，陽(yáng)極端電解生成的含有次氯酸的酸性消毒液經(jīng)陽(yáng)極端回液管、滴灌系統(tǒng)滴入待消毒的基質(zhì)槽中，消毒后再通過(guò)基質(zhì)槽底部的回液管將基質(zhì)中滲出的營(yíng)養(yǎng)液收集至儲(chǔ)液池中，完成一次基質(zhì)消毒。
[0016]其中，在步驟2)中，所述電解質(zhì)為氯化鈉或氯化鉀，其添加量以營(yíng)養(yǎng)液中氯離子濃度在0.01%-0.05%范圍之間為宜，既保證消毒效果，又不會(huì)損傷農(nóng)作物的健康狀況。
[0017]在步驟3)中，所述電解為無(wú)隔膜電解，其中，所述無(wú)隔膜電解參數(shù)具體為:電解電壓在15-25v之間，均能達(dá)到電解消毒效果，優(yōu)選20v，供水壓力范圍在200-400千帕之間，以300千帕為宜，營(yíng)養(yǎng)液和基質(zhì)的溫度不宜高于30°C，否則可能加速次氯酸分解，影響消毒效果O
[0018]將回收的營(yíng)養(yǎng)液經(jīng)過(guò)濾凈化處理后，酌情加入一定量的電解質(zhì)，通過(guò)電解裝置進(jìn)行電解。其中，電極陽(yáng)極以析氯反應(yīng)和析氧反應(yīng)為主，陰極以析氫反應(yīng)為主，溶液中則以氯的水解和次氯酸的解離為主，從電解槽陽(yáng)極流出的水含有H+，即為酸性消毒液。酸性消毒液的流速一般為0.3-0.5m3/h,陽(yáng)極端電解生成的消毒液的次氯酸含量主要通過(guò)電解電極之間的電壓來(lái)控制。
[0019]在步驟4)中，將消毒后回流到儲(chǔ)液池中含有次氯酸的營(yíng)養(yǎng)液靜置3-5天，以便回流營(yíng)養(yǎng)液中殘留次氯酸的分解，收集至儲(chǔ)液池中的營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)使用前需將PH調(diào)節(jié)至
5.5-6.5之間。若pH過(guò)高則可添加硝酸，若pH偏低可添加氫氧化鉀。
[0020]本發(fā)明所述消毒系統(tǒng)通過(guò)三通閥門(mén)實(shí)現(xiàn)消毒和營(yíng)養(yǎng)液供給兩個(gè)閉合環(huán)路。通過(guò)增設(shè)電解裝置對(duì)無(wú)土栽培基質(zhì)進(jìn)行消毒，利用回收營(yíng)養(yǎng)液電解過(guò)程中產(chǎn)生的次氯酸達(dá)到對(duì)基質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)液中的致病微生物進(jìn)行殺滅的效果。本發(fā)明消毒方法對(duì)致病細(xì)菌殺滅徹底，可以有效控制根傳性疾病的發(fā)生與傳播，且無(wú)殘留，無(wú)污染。在電解過(guò)程中產(chǎn)生的次氯酸具有強(qiáng)氧化性，可以快速殺滅基質(zhì)中的致病微生物，由于次氯酸易分解，殘留少，不會(huì)產(chǎn)生污染，對(duì)作物生長(zhǎng)無(wú)影響。而且經(jīng)研究表明，基質(zhì)中微量的次氯酸，可以促進(jìn)作物干物質(zhì)的累積，改善其品質(zhì)。【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明消毒系統(tǒng)示意圖。
[0022]圖中:1儲(chǔ)液池；2潛水泵；3潛水泵；4營(yíng)養(yǎng)液供液管；5加壓泵；6電解裝置；7電解裝置陰極端回液管；8電解裝置陽(yáng)極端回液管；9儲(chǔ)液桶；10過(guò)濾器；11三通閥門(mén)；12滴灌系統(tǒng)；13基質(zhì)槽；14回液管。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不能用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。若未特別說(shuō)明，實(shí)施例中所用的技術(shù)手段為該領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的常規(guī)手段。
[0024]實(shí)施例1
[0025]本實(shí)施例為太陽(yáng)光利用型植物工廠(chǎng)空心菜閉合式無(wú)土栽培基質(zhì)消毒系統(tǒng)。如圖1所示，包括滴灌系統(tǒng)12、基質(zhì)槽13、儲(chǔ)液池1、儲(chǔ)液桶9、電解裝置6 ;所述滴灌系統(tǒng)12布置在基質(zhì)槽13的上方，基質(zhì)槽13底部通過(guò)回液管14與儲(chǔ)液池I連接，在儲(chǔ)液池I內(nèi)底部設(shè)有兩個(gè)潛水泵2、3，其中潛水泵2通過(guò)過(guò)濾器10連接儲(chǔ)液桶9，所述儲(chǔ)液桶9再通過(guò)加壓泵5與電解裝置6的入口連接，所述電解裝置6的陽(yáng)極出液口通過(guò)陽(yáng)極端回液管8與滴灌系統(tǒng)12相連接，陰極出液口通過(guò)陰極端回液管7與儲(chǔ)液池I連接，形成消毒系統(tǒng)；儲(chǔ)液池中另一個(gè)潛水泵3再通過(guò)營(yíng)養(yǎng)液供液管4與基質(zhì)槽13上方的滴灌系統(tǒng)12連接，組成無(wú)土栽培營(yíng)養(yǎng)液供液系統(tǒng)；陽(yáng)極端回 液管、營(yíng)養(yǎng)液供液管和滴灌系統(tǒng)用三通閥門(mén)11連接；當(dāng)消毒時(shí)，保持電解裝置陽(yáng)極端回液管8與滴灌系統(tǒng)12連通；當(dāng)供給營(yíng)養(yǎng)液時(shí)，保持營(yíng)養(yǎng)液供液管4與滴灌系統(tǒng)12連通,從而形成2個(gè)封閉環(huán)路系統(tǒng)。
[0026]上述消毒系統(tǒng)的具體消毒方法如下:
[0027]I)在前茬空心菜收獲之后，將基質(zhì)槽13中的營(yíng)養(yǎng)液通過(guò)回液管14回流至儲(chǔ)液池I中，回收待用；
[0028]2)回收的營(yíng)養(yǎng)液經(jīng)潛水泵2進(jìn)入過(guò)濾器10過(guò)濾，對(duì)營(yíng)養(yǎng)液中的作物脫落的根系等大粒徑雜質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾,除去較大固體雜質(zhì)后,營(yíng)養(yǎng)液流入儲(chǔ)液桶9中，加入電解質(zhì)；
[0029]根據(jù)回收營(yíng)養(yǎng)液中氯離子的濃度，酌情加入氯化鈉或者氯化鉀，一般營(yíng)養(yǎng)液中氯離子的濃度范圍以0.01%-0.05%為宜，不宜過(guò)高或者過(guò)低；
[0030]3)儲(chǔ)液桶中含有電解質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)液經(jīng)過(guò)加壓泵5加壓后進(jìn)入電解裝置6，在電場(chǎng)電解作用下，電解裝置陽(yáng)極端生成次氯酸；
[0031]其中，具體電解條件為:電壓20V，供水壓力以300千帕為宜，待處理的營(yíng)養(yǎng)液水溫不宜高于30°C。
[0032]4)將電解裝置陰極端電解生成的堿性液經(jīng)陰極端回液管7回流至營(yíng)養(yǎng)液儲(chǔ)液池I中，陽(yáng)極端電解生成的含有次氯酸的酸性消毒液經(jīng)陽(yáng)極端回液管8、滴灌系統(tǒng)12滴入待消毒的基質(zhì)槽13中，12小時(shí)后通過(guò)基質(zhì)槽底部的回液管14將多余的營(yíng)養(yǎng)液收集至儲(chǔ)液池I中。
[0033]上述消毒裝置還具備供給營(yíng)養(yǎng)液的功能。待儲(chǔ)液池I中營(yíng)養(yǎng)液靜置4天，殘留的次氯酸完全分解后，由潛水泵3、營(yíng)養(yǎng)液供液管4、滴灌系統(tǒng)12、基質(zhì)槽13和回液管14，組成無(wú)土栽培營(yíng)養(yǎng)液供液系統(tǒng)，用于下一茬作物種植。需要注意的是，使用前要對(duì)儲(chǔ)液池I中的營(yíng)養(yǎng)液的pH進(jìn)行檢測(cè)，將其調(diào)整至5.5-6.5之間。
[0034]雖然，上文中已經(jīng)用一般性說(shuō)明及具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做`的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)土栽培基質(zhì)消毒系統(tǒng)，其特征在于，包括滴灌系統(tǒng)、基質(zhì)槽、儲(chǔ)液池、儲(chǔ)液桶、電解裝置；所述滴灌系統(tǒng)布置在基質(zhì)槽的上方，基質(zhì)槽底部通過(guò)回液管與儲(chǔ)液池連接，在儲(chǔ)液池內(nèi)底部設(shè)有兩個(gè)潛水泵，其中一個(gè)潛水泵通過(guò)過(guò)濾器連接儲(chǔ)液桶，所述儲(chǔ)液桶再通過(guò)加壓泵與電解裝置的入口連接，所述電解裝置的陽(yáng)極出液口通過(guò)陽(yáng)極端回液管與滴灌系統(tǒng)相連接，陰極出液口通過(guò)陰極端回液管與儲(chǔ)液池連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消毒系統(tǒng)，其特征在于，還包括在陽(yáng)極端回液管、滴灌系統(tǒng)和營(yíng)養(yǎng)液供液管連接處安裝三通閥門(mén)，并將營(yíng)養(yǎng)液供液管與儲(chǔ)液池中另一個(gè)潛水泵相連；當(dāng)消毒系統(tǒng)工作時(shí)，保持電解裝置陽(yáng)極端回液管與滴灌系統(tǒng)連通；在栽培過(guò)程中需要供給營(yíng)養(yǎng)液時(shí)，保持營(yíng)養(yǎng)液供液管與滴灌系統(tǒng)連通。
3.權(quán)利要求1或2所述消毒系統(tǒng)的消毒方法，其特征在于，包括步驟如下: 1)將基質(zhì)槽中待回收的營(yíng)養(yǎng)液經(jīng)回液管收集至儲(chǔ)液池中； 2)將儲(chǔ)液池中回收的營(yíng)養(yǎng)液經(jīng)潛水泵進(jìn)入過(guò)濾器過(guò)濾，濾液流入儲(chǔ)液桶中，同時(shí)向儲(chǔ)液桶內(nèi)加入電解質(zhì)； 3)混有電解質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)液經(jīng)加壓泵進(jìn)入電解裝置，在直流電場(chǎng)的作用下在陽(yáng)極端電解生成次氯酸； 4)電解裝置陰極端電解生成的堿性液經(jīng)陰極端回液管回流至營(yíng)養(yǎng)液儲(chǔ)液池中，陽(yáng)極端電解生成的含有次氯酸的酸性消毒液經(jīng)陽(yáng)極端回液管、滴灌系統(tǒng)滴入待消毒的基質(zhì)槽中，消毒后再通過(guò)基質(zhì)槽底部的回液管將基質(zhì)中滲出的營(yíng)養(yǎng)液收集至儲(chǔ)液池中，完成一次基質(zhì)消毒。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的消毒方法，其特征在于，在步驟2)中，所述電解質(zhì)為氯化鈉或氯化鉀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的消毒方法，其特征在于，所述電解質(zhì)添加量以營(yíng)養(yǎng)液氯離子濃度范圍在0.01-0.05%之間為宜。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的消毒方法，其特征在于，在步驟3)中，所述電解為無(wú)隔膜電解。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的消毒方法，其特征在于，所述無(wú)隔膜電解工藝參數(shù)為:電壓15-25V ;供水壓力200-400千帕。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的消毒方法，其特征在于，所述步驟4)酸性消毒液的流速為0.3-0.5m3/h。
9.根據(jù)權(quán)利 要求3所述的消毒方法，其特征在于，在步驟4)中，收集至儲(chǔ)液池中的營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)使用前需將PH調(diào)節(jié)至5.5-6.5之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的消毒方法，其特征在于，所述營(yíng)養(yǎng)液添加硝酸或氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH值。
【文檔編號(hào)】A61L2/18GK103814807SQ201410065007
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】王利春, 薛緒掌, 郭文忠, 陳曉麗, 余禮根, 徐凡 申請(qǐng)人:北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心