一種無土栽培營養(yǎng)液的增氧、消毒裝置和方法
【專利摘要】一種無土栽培營養(yǎng)液的增氧、消毒裝置和方法，利用微納米氣泡發(fā)生技術(shù)將空氣或者氧氣溶入營養(yǎng)液中形成微納米氣泡富氧水對營養(yǎng)液進行增氧；利用微納米氣泡發(fā)生技術(shù)將臭氧溶入營養(yǎng)液中形成微納米氣泡臭氧水，并經(jīng)過紫外線消毒器對營養(yǎng)液進行聯(lián)合消毒。所述裝置及其方法，可以有效提高營養(yǎng)液中溶氧量，減少水培植物爛根現(xiàn)象的發(fā)生，提高產(chǎn)量；并且可以有效抑制營養(yǎng)液中微生物病害的傳播，減少農(nóng)藥使用量。
【專利說明】一種無土栽培營養(yǎng)液的增氧、消毒裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種無土栽培營養(yǎng)液的增氧、消毒裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無土栽培就是一種不用天然土壤作基質(zhì)的作物栽培技術(shù)，它是將作物直接栽培在一定裝置的營養(yǎng)液中，或者是栽培在充滿非活性固體基質(zhì)和一定營養(yǎng)液的栽培床上的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)栽培方式。利用無土栽培可以有效地克服蔬菜、花卉保護地栽培中土壤鹽潰、土傳病害等連作障礙，可以在非耕地場所周年種植；并能提高單位面積產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。荷蘭等歐洲發(fā)達國家有90%以上的瓜果蔬菜以及花卉采用無土栽培。
[0003]無土栽培中的植物主要依靠營養(yǎng)液提供生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素。目前營養(yǎng)液的使用存在以下問題:一是營養(yǎng)液容易缺氧。無土栽培尤其是水培，因營養(yǎng)液層較深、根系活動范圍小，容易造成氧氣供應(yīng)不足。作物根系缺氧時，其生長緩慢、水分及養(yǎng)分吸收減弱，從而影響地上部分生長并導(dǎo)致產(chǎn)量下降。二是營養(yǎng)液的滅菌消毒。由于營養(yǎng)液的循環(huán)使用，營養(yǎng)液接觸病原的幾率大大增加，并且一旦染病傳播會非常迅速，短時間內(nèi)就能使整個栽培系統(tǒng)全部染病，造成重大的經(jīng)濟損失。
[0004]為了解決上述兩個問題，目前有一些針對性的方法。
[0005]營養(yǎng)液增氧方面，主要依靠水泵循環(huán)使營養(yǎng)液在大部分時間處于流動狀態(tài)。營養(yǎng)液在流動過程中通過水流的沖擊以及與空氣接觸來提高自身的溶解氧。這種方法在大型水培系統(tǒng)中效率較低，很難滿足植物生長需要。
[0006]營養(yǎng)液滅菌消毒方面，目前方法比較多。包括高溫消毒、砂濾、化學(xué)藥劑、紫外線、臭氧等。其中高溫消毒效果好且環(huán)境友好，但耗能較大、投入也較大；砂濾處理量較小，效果一般，但環(huán)境友好無污染；化學(xué)試劑效果穩(wěn)定，但對環(huán)境有污染易造成藥劑殘留；紫外線殺菌效率高，但受水質(zhì)影響較大；臭氧消毒反應(yīng)迅速，無二次殘留，但投資較大，消毒后需要放置一段時間才能使用。
[0007]微納米氣泡技術(shù)是剛引進國內(nèi)、世界領(lǐng)先的一項技術(shù)，屬于物理農(nóng)業(yè)技術(shù)。微納米氣泡，是指直徑小于或等于50 μ m的極端微小的氣泡，與普通的微小氣泡相比，其在水中上升緩慢，能夠在水中停留更長的時間，并且微納米氣泡會自我壓縮，溶解在水中，所以其在水中具有很高的溶解度。微納米氣泡具備自增壓，帶負電荷和強氧化性的自由基等特性，農(nóng)業(yè)行業(yè)和食品科學(xué)領(lǐng)域?qū)ξ⒓{米氣泡技術(shù)的應(yīng)用日益重視。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有無土栽培營養(yǎng)液增氧效率低，各種消毒方法單一使用，存在環(huán)境污染大、運行成本高以及效果差、效率低等問題，提供一種新型高效的無土栽培營養(yǎng)液的增氧、消毒裝置及其方法。
[0009]為了實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種無土栽培營養(yǎng)液的增氧、消毒裝置及其方法，利用微納米氣泡發(fā)生技術(shù)將空氣或者氧氣溶入營養(yǎng)液中形成微納米氣泡富氧水對營養(yǎng)液進行增氧；利用微納米氣泡發(fā)生技術(shù)將臭氧溶入營養(yǎng)液中形成微納米氣泡臭氧水，并經(jīng)過紫外線消毒器對營養(yǎng)液進行聯(lián)合消毒。
[0010]所述裝置包括第一貯液池1、潛水泵2、過濾器3、制氧機5、臭氧發(fā)生器6、微納米氣泡快速發(fā)生裝置和紫外線消毒器8、第二貯液池9、空壓機10、潛水泵11，種植槽12，所述微納米氣泡快速發(fā)生裝置包括微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機4和微納米氣泡釋放裝置7 ;其中，所述第一貯液池I通過第一管路14連接過濾器3，第一管路14上安裝有潛水泵2，過濾器3通過第二管路15連接微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機4，微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機4通過第三管路17連接微納米氣泡釋放裝置7，微納米氣泡釋放裝置7通過第四管路18連接紫外線消毒器8、紫外線消毒器8通過第五管路19連接第二貯液池9，、第二貯液池9通過第六管路20連接種植槽12的一端，種植槽12的另一端通過第七管路13連接第一貯液池I，第六管路20上安裝有潛水泵11 ;第二貯液池9還通過空氣管路23和空壓機10連接；制氧機5通過第一氧氣管路16與微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機4連接，并通過第二氧氣管路21與臭氧發(fā)生器6連接；臭氧發(fā)生器6與微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機4通過臭氧管路22連接 。
[0011]相應(yīng)地，本發(fā)明提供一種無土栽培營養(yǎng)液的增氧、消毒方法，包括以下步驟:
[0012]a)種植槽12內(nèi)經(jīng)作物吸收利用后的營養(yǎng)液，回流到第一貯液池I中；
[0013]b)第一貯液池I中的營養(yǎng)液，經(jīng)過潛水泵2提供動力吸入過濾器3進行過濾，除去腐根、沉淀顆粒及有機物雜質(zhì)；
[0014]c)過濾后的營養(yǎng)液進入微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機4 ；
[0015]d)營養(yǎng)液增氧時，制氧機5提供氧氣供給微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機4，與進入主機的營養(yǎng)液進行混合，然后進入微納米氣泡釋放裝置7產(chǎn)生微納米氣泡富氧水，再流經(jīng)紫外線消毒器8進行消毒后流回第二貯液池9，通過潛水泵11提供動力進入水培種植槽12，進行營養(yǎng)液的增氧循環(huán)；
[0016]e)營養(yǎng)液消毒時，制氧機5為臭氧發(fā)生器6提供氧氣，制取臭氧供給微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機4，與進入主機的營養(yǎng)液進行混合，然后進入微納米氣泡釋放裝置7產(chǎn)生微納米氣泡臭氧水，再流經(jīng)紫外線消毒器8進行聯(lián)合消毒后流回第二貯液池9，完成消毒，營養(yǎng)液中殘余臭氧通過空壓機10進行吹脫，最后營養(yǎng)液通過潛水泵11提供動力進入種植槽12進行循環(huán)利用；
[0017]f)換茬時對營養(yǎng)液和種植槽12進行全面消毒，營養(yǎng)液經(jīng)臭氧和紫外線消毒流入第二貯液池9后，不啟動空壓機10，含有微納米臭氧氣泡的營養(yǎng)液在種植槽12內(nèi)進行數(shù)次循環(huán)，然后將營養(yǎng)液放置，使殘余臭氧濃度降到0.lmg/L以下，重新進行定植，循環(huán)利用營養(yǎng)液。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0019](I)采用微納米曝氣技術(shù)，微納米氣泡快速發(fā)生裝置使氧氣/臭氧在水中高效溶解，生成高濃度的氧氣/臭氧微納米氣泡水，同時生成的微納米氣泡具有緩釋效果，可延長氧氣/臭氧在水中的存留時間，提聞利用率。
[0020](2)采用多段工藝對營養(yǎng)液進行消毒，包括前端過濾、臭氧、紫外線三段工藝，三段工藝揚長避短互為補充，實現(xiàn)對營養(yǎng)液的高效滅菌。[0021](3)在營養(yǎng)液進行臭氧和紫外線消毒前，使其先經(jīng)過過濾器，減少了營養(yǎng)液中還原性物質(zhì)和不透明雜質(zhì)對消毒效果的影響，大大提高了殺菌效果。
[0022](4)臭氧和紫外線結(jié)合使用，水中溶解的臭氧在紫外線照射下能夠生成反應(yīng)活性更高的羥基自由基(.0H)，進而加速了水中有機物的去除速率。
[0023](5)采用空壓機對殘留臭氧進行吹脫，使營養(yǎng)液中的臭氧濃度降到0.lmg/L以下，經(jīng)臭氧消毒后的營養(yǎng)液可立即投入使用不對植物造成損傷。
[0024](6)換茬時不啟動空壓機，含有微納米臭氧氣泡的營養(yǎng)液在串聯(lián)水培設(shè)施內(nèi)進行數(shù)次循環(huán)，將有效清除設(shè)施死角的病原菌。
[0025](7)可實現(xiàn)增氧、消毒雙向功能，既能對營養(yǎng)液進行增氧，又能對營養(yǎng)液進行消毒，有效降低了單一設(shè)備的累加投資成本。
[0026](8)營養(yǎng)液增氧效率高，臭氧水制取方便，消毒更為徹底。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明營養(yǎng)液增氧、消毒系統(tǒng)的示意圖。
[0028]其中，1-第一貯液池，2-潛水泵，3-過濾器，4-微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機，5-制氧機，6-臭氧發(fā)生器，7-微納米氣泡釋放裝置，8-紫外線消毒器，9-第二貯液池，10-空壓機，11-潛水泵，12-種植槽，13-第七管路，14-第一管路，15-第二管路，16-第一氧氣管路，17-第三管路，18-第四管路，19-第五管路，20-第六管路，21-第二氧氣管路，22-臭氧管路，23-空氣管路。
【具體實施方式】[0029]以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。若未特別指明，實施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段，所用原料均為市售商品。
[0030]實施例1:溫室水培生菜營養(yǎng)液增氧、消毒。
[0031]增氧、消毒裝置示意圖如圖1所示，該裝置包括第一貯液池1、潛水泵2、過濾器3、制氧機5、臭氧發(fā)生器6、微納米氣泡快速發(fā)生裝置和紫外線消毒器8、第二貯液池9、空壓機
10、潛水泵11、種植槽12以及氣體、液體流通管路。微納米氣泡快速發(fā)生裝置包括微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機4和微納米氣泡釋放裝置7，能夠?qū)怏w(氧氣、臭氧、空氣等)以回旋切割的方式高效、快速地溶入水中，形成微納米氣泡，其直徑小于50 μ m。微納米氣泡在水中上升緩慢，能夠在水中停留更長的時間，并且微納米氣泡會自我壓縮溶解在水中，在水中具有很高的溶解度，微納米氣泡快速發(fā)生裝置的處理能力為l_5m3/h。
[0032]潛水泵2將第一貯液池I的營養(yǎng)液進行提升，通過第一管路14進入過濾器3進行過濾，過濾器3為篩網(wǎng)式、疊片式或砂濾式過濾器，用于濾除營養(yǎng)液中的腐根、沉淀顆粒及有機物雜質(zhì)，避免堵塞微納米氣泡快速發(fā)生裝置，保證紫外線消毒的有效性以及減少對臭氧的無效損耗，提高消毒效率。
[0033]優(yōu)選地，潛水泵2為不銹鋼耐腐蝕自吸泵，其流量和揚程可根據(jù)要求選配。
[0034]制氧機5通過第一氧氣管路16與微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機4連接，并通過第二氧氣管路21與臭氧發(fā)生器6連接。臭氧發(fā)生器6與微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機4通過臭氧管路22連接。[0035]經(jīng)過過濾器3過濾后的營養(yǎng)液通過第二管路15進入微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機4，當營養(yǎng)液需要增氧時，氧氣從制氧機5通過第一氧氣管路16進入微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機4，當營養(yǎng)液需要消毒時，氧氣從制氧機5通過第二氧氣管路21進入臭氧發(fā)生器6，臭氧發(fā)生器6制取的臭氧通過臭氧管路22進入微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機4，營養(yǎng)液與同時進入主機的氧氣或臭氧混合后，經(jīng)第三管路17進入微納米氣泡釋放裝置7，在微納米氣泡釋放裝置7中產(chǎn)生微納米氣泡，微納米氣泡水流經(jīng)第四管路18進入紫外線消毒器8，再經(jīng)過第五管路19流入第二貯液池9，至此，經(jīng)過增氧或者消毒的營養(yǎng)液經(jīng)過潛水泵11的提升可沿第六管路20流入種植槽12循環(huán)利用，最后種植槽12的營養(yǎng)液沿第七管路13回流到第一貯液池I，完成一次增氧或者消毒循環(huán)。
[0036]優(yōu)選的紫外線消毒器8為過流式，其流量為l_5m3/h。
[0037]前述的增氧、消毒方法中，無土栽培營養(yǎng)液需要預(yù)先過濾。過濾采用的過濾器3為篩網(wǎng)式、疊片式或砂濾式過濾器，用于濾除營養(yǎng)液中的腐根、沉淀顆粒及有機物雜質(zhì)，避免堵塞微納米氣泡快速發(fā)生裝置，保證紫外線消毒的有效性以及減少對臭氧的無效損耗，提高消毒效率。
[0038]營養(yǎng)液的增氧、消毒的具體方法為:
[0039]( I)水培種植槽12內(nèi)經(jīng)生菜吸收利用后的營養(yǎng)液，回流到第一貯液池I中；
[0040](2)第一貯液池I的營養(yǎng)液，經(jīng)過潛水泵2提供動力吸入過濾器3進行過濾，除去腐根、沉淀顆粒及有機物雜質(zhì)；
[0041](3)過濾后的營養(yǎng) 液進入微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機4 ；
[0042](4)營養(yǎng)液增氧時，制氧機(或氧氣瓶)5提供氧氣供給微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機4，與進入主機4的營養(yǎng)液進行混合，然后進入微納米氣泡釋放裝置7產(chǎn)生微納米氣泡富氧水，再流經(jīng)紫外線消毒器8進行消毒后流回第二貯液池9，通過潛水泵11提供動力進入水培種植槽12，進行營養(yǎng)液的增氧循環(huán)；
[0043](5)營養(yǎng)液消毒時，制氧機5為臭氧發(fā)生器6提供氧氣，制取臭氧供給微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機4，與進入主機4的營養(yǎng)液進行混合，然后進入微納米氣泡釋放裝置7產(chǎn)生微納米氣泡臭氧水，再流經(jīng)紫外線消毒器8進行聯(lián)合消毒后流回第二貯液池9，完成消毒，營養(yǎng)液中殘余臭氧通過空壓機10進行吹脫，最后營養(yǎng)液通過潛水泵11提供動力進入水培種植槽12進行循環(huán)利用。
[0044](6)換茬時對營養(yǎng)液和水培設(shè)施進行全面消毒，營養(yǎng)液經(jīng)臭氧和紫外線消毒流入第二貯液池9后，不啟動空壓機10，含有微納米臭氧氣泡的營養(yǎng)液在串聯(lián)水培設(shè)施內(nèi)進行數(shù)次循環(huán)，將有效清除設(shè)施死角的病原菌。營養(yǎng)液放置I天待殘余臭氧濃度降到0.lmg/L后(也可開啟空壓機加速殘余臭氧的吹脫)，可重新進行定植，循環(huán)利用營養(yǎng)液。
[0045]上述增氧方法中，由制氧機或氧氣瓶提供氧氣，以提高溶氧速率和純度。所述的增氧方法采用循環(huán)曝氣增氧，可使營養(yǎng)液中溶氧值含量維持在6-10mg/L，用于滿足水培作物根系對氧氣的需求，避免水培作物爛根現(xiàn)象發(fā)生，有助于作物根系發(fā)育從而增加作物產(chǎn)量。營養(yǎng)液的循環(huán)曝氣增氧的時間根據(jù)營養(yǎng)液總量、增氧處理流量來確定，例如每IOm3的營養(yǎng)液，需要循環(huán)曝氣2小時。
[0046]所述消毒方法中，臭氧發(fā)生器的產(chǎn)氣量與微納米氣泡快速發(fā)生裝置相匹配，利用制氧機或氧氣瓶提供氧氣，以提高臭氧的產(chǎn)率和速度。[0047]所述的消毒方法，曝氣消毒時營養(yǎng)液中臭氧濃度達5-8mg/L，可以對營養(yǎng)液中的病原微生物起到瞬間殺滅的效果。消毒時間根據(jù)營養(yǎng)液總量以及消毒處理流量進行計算，例如每IOm3的營養(yǎng)液，需要消毒2小時。
[0048]應(yīng)當指出，以上所述【具體實施方式】可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。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，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種無土栽培營養(yǎng)液的增氧、消毒裝置，包括第一貯液池(I)、潛水泵(2，11)、過濾器(3)、制氧機(5)、臭氧發(fā)生器(6)、微納米氣泡快速發(fā)生裝置、紫外線消毒器(8)、第二貯液池(9)、空壓機(10)，種植槽(12)，所述微納米氣泡快速發(fā)生裝置包括微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機(4)和微納米氣泡釋放裝置(7);其特征在于: 所述第一貯液池(I)通過第一管路(14)連接過濾器(3)，第一管路(14)上安裝有潛水泵(2)，過濾器(3)通過第二管路(15)連接微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機(4)，微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機(4)通過第三管路(17)連接微納米氣泡釋放裝置(7)，微納米氣泡釋放裝置(7)通過第四管路(18)連接紫外線消毒器(8)，紫外線消毒器(8)通過第五管路(19)連接第二貯液池(9)，第二貯液池(9)通過第六管路(20)連接種植槽(12)的一端，種植槽(12)的另一端通過第七管路(13 )連接第一貯液池(I )，第六管路(20 )上安裝有潛水泵(11);第二貯液池(9)還通過空氣管路(23)和空壓機(10)連接；制氧機(5)通過第一氧氣管路(16)與微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機(4)連接，并通過第二氧氣管路(21)與臭氧發(fā)生器(6)連接；臭氧發(fā)生器(6)與微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機(4)通過臭氧管路(22)連接。
2.一種利用權(quán)利要求1所述裝置的無土栽培營養(yǎng)液的增氧、消毒方法，其特征在于，包括如下步驟: a)種植槽(12)內(nèi)經(jīng)作物吸收利用后的營養(yǎng)液，回流到第一貯液池(I)中； b)第一貯液池(I)中的營養(yǎng)液，經(jīng)過潛水泵(2)提供動力吸入過濾器(3 )進行過濾，除去腐根、沉淀顆粒及有機物雜質(zhì)； c)過濾后的營養(yǎng)液進入微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機(4)； d)營養(yǎng)液增氧時，制氧機 (5)提供氧氣供給微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機(4)，與進入主機的營養(yǎng)液進行混合，然后進入微納米氣泡釋放裝置(7)產(chǎn)生微納米氣泡富氧水，再流經(jīng)紫外線消毒器(8)進行消毒后流回第二貯液池(9)，通過潛水泵(11)提供動力進入種植槽(12)，進行營養(yǎng)液的增氧循環(huán)； e)營養(yǎng)液消毒時，制氧機(5)為臭氧發(fā)生器(6 )提供氧氣，制取臭氧供給微納米氣泡快速發(fā)生裝置主機(4)，與進入主機的營養(yǎng)液進行混合，然后進入微納米氣泡釋放裝置(7)產(chǎn)生微納米氣泡臭氧水，再流經(jīng)紫外線消毒器(8)進行聯(lián)合消毒后流回第二貯液池(9)，完成消毒，營養(yǎng)液中殘余臭氧通過空壓機(10)進行吹脫，最后營養(yǎng)液通過潛水泵(11)提供動力進入水培種植槽(12)進行循環(huán)利用； f)換茬時對營養(yǎng)液和種植槽(12)進行全面消毒，營養(yǎng)液經(jīng)臭氧和紫外線消毒流入第二貯液池(9)后，不啟動空壓機(10)，含有微納米臭氧氣泡的營養(yǎng)液在種植槽(12)內(nèi)進行數(shù)次循環(huán)，然后將營養(yǎng)液放置，使殘余臭氧濃度降到0.lmg/L以下，重新進行定植，循環(huán)利用營養(yǎng)液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟d)中，采用循環(huán)曝氣增氧，營養(yǎng)液的循環(huán)曝氣增氧的時間為每IOm3的營養(yǎng)液，需要循環(huán)曝氣2小時，使營養(yǎng)液中溶氧值含量維持在 6-10mg/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟e)中，消毒時間為每IOm3的營養(yǎng)液，需要消毒2小時,使營養(yǎng)液中臭氧濃度達到5-8mg/L。
【文檔編號】A61L2/10GK103535247SQ201310473957
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】林少航, 薛曉莉, 劉磊, 張?zhí)熘? 楊文華, 樊德強, 李志娟, 閆明彤, 房孝勇, 鮑鵬 申請人:北京中農(nóng)天陸微納米氣泡水科技有限公司