一種無土栽培基質(zhì)消毒系統(tǒng)與方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無土栽培基質(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、儲液池、儲液桶、電解裝置；所述滴灌系統(tǒng)布置在基質(zhì)槽的上方，基質(zhì)槽底部通過回液管與儲液池連接，在儲液池內(nèi)底部設有兩個潛水泵，其中一個潛水泵通過過濾器連接儲液桶，所述儲液桶再通過加壓泵與電解裝置的入口連接，所述電解裝置的陽極出液口通過陽極端回液管與滴灌系統(tǒng)相連接，陰極出液口通過陰極端回液管與儲液池連接。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)通過三通閥門實現(xiàn)消毒和營養(yǎng)液供液兩個閉合環(huán)路，自動化程度高，能耗小。對基質(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，且無殘留，無污染。
【專利說明】一種無土栽培基質(zhì)消毒系統(tǒng)與方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無土栽培基質(zhì)消毒系統(tǒng)與方法，屬于設施蔬菜無土栽培領域。
【背景技術】
[0002]無土栽培擺脫了土壤對農(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)，同時用澆灌營養(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，無土栽培可以通過對營養(yǎng)液組分、特性調(diào)控，創(chuàng)造適宜作物生長的根際環(huán)境，同時還能防止連作及土壤鹽分累積引發(fā)的作物生理障礙。
[0003]按照營養(yǎng)液是否循環(huán)利用將無土栽培分為開放式和閉合式方式。在開放式無土栽培系統(tǒng)中，由于營養(yǎng)液不是循環(huán)利用的，每次都需要添加新配制的營養(yǎng)液，同時將剩余的營養(yǎng)液廢液直接排放，大大降低了營養(yǎng)液的利用率，同時也增加了環(huán)境污染的風險。閉合式無土栽培系統(tǒng)中的營養(yǎng)液是循環(huán)利用的，僅需對營養(yǎng)液組分、特性調(diào)控，使其滿足作物生長的需求，用水量僅為土壤栽培的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%，同時減少了排出廢液對環(huán)境污染的風險，降低了生產(chǎn)成本。因此，閉合式無土栽培技術已成為設施農(nóng)業(yè)中重要的組成部分。然而，在營養(yǎng)液循環(huán)利用過程中，致病的病毒和細菌不斷在基質(zhì)中積累，增大了作物的患病幾率。因此，研發(fā)合理高效的無土栽培基質(zhì)消毒方法是閉合式無土基質(zhì)栽培能否推廣需要解決的關鍵問題之一。
[0004]目前常用的基質(zhì)消毒方法從大的方面分為化學方法和物理方法?；瘜W方法主要是通過向基質(zhì)中添加有毒的藥品對致病微生物病菌進行殺滅。雖然化學消毒法具有見效快、操作簡便及成本低的優(yōu)點，但是基質(zhì)中殘留的藥物會對作物產(chǎn)生毒害作用，且這些藥物被作物吸收后會導致其品質(zhì)降低，而且會對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。高溫消毒通過對基質(zhì)加溫，將基質(zhì)中致病微生物殺滅，其缺點是能耗較高。臭氧消毒是通過向基質(zhì)中通入一定濃度的臭氧，利用臭氧的強氧化性對基質(zhì)中的致病微生物進行殺滅。由于臭氧易在空氣中擴散，不宜進入基質(zhì)團塊的內(nèi)部，在一定程度上降低了其消毒效果。`

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有無土栽培基質(zhì)消毒方法存在的問題，本發(fā)明提出一種能耗低、殺菌效果好的無土栽培基質(zhì)消毒系統(tǒng)與方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0007]—種無土栽培基質(zhì)消毒系統(tǒng)，包括滴灌系統(tǒng)、基質(zhì)槽、儲液池、儲液桶、電解裝置；所述滴灌系統(tǒng)布置在基質(zhì)槽的上方，基質(zhì)槽底部通過回液管與儲液池連接，在儲液池內(nèi)底部設有兩個潛水泵，其中一個潛水泵通過過濾器連接儲液桶，所述儲液桶再通過加壓泵與電解裝置的入口連接，所述電解裝置的陽極出液口通過陽極端回液管與滴灌系統(tǒng)相連接，陰極出液口通過陰極端回液管與儲液池連接。
[0008]所述過濾器為篩網(wǎng)式過濾器或疊片式過濾器，并定期對過濾器進行清洗，以防止過濾器阻塞，影響其使用效果。
[0009]本發(fā)明分別設置儲液桶和儲液池，每次消毒時，待營養(yǎng)液需全部進入儲液桶中后，再進行電解消毒，并將處理后的營養(yǎng)液回流至儲液池中，實現(xiàn)了處理的營養(yǎng)液與未處理營養(yǎng)液分開存放，避免二次污染。
[0010]在上述消毒系統(tǒng)基礎上，在陽極端回液管、滴灌系統(tǒng)和營養(yǎng)液供液管連接處安裝三通閥門，并將營養(yǎng)液供液管與儲液池中另一個潛水泵相連；當消毒系統(tǒng)工作時，保持電解裝置陽極端回液管與滴灌系統(tǒng)連通；當在栽培過程中需要供給營養(yǎng)液時，保持營養(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養(yǎng)液經(jīng)回液管收集至儲液池中；
[0013]2)將儲液池中回收的營養(yǎng)液經(jīng)潛水泵進入過濾器過濾，濾液流入儲液桶中，同時向儲液桶內(nèi)加入電解質(zhì)；
[0014]3)混有電解質(zhì)的營養(yǎng)液經(jīng)加壓泵進入電解裝置，在直流電場的作用下在陽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養(yǎng)液儲液池中，陽極端電解生成的含有次氯酸的酸性消毒液經(jīng)陽極端回液管、滴灌系統(tǒng)滴入待消毒的基質(zhì)槽中，消毒后再通過基質(zhì)槽底部的回液管將基質(zhì)中滲出的營養(yǎng)液收集至儲液池中，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，又不會損傷農(nóng)作物的健康狀況。
[0017]在步驟3)中，所述電解為無隔膜電解，其中，所述無隔膜電解參數(shù)具體為:電解電壓在15-25v之間，均能達到電解消毒效果，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]將回收的營養(yǎng)液經(jīng)過濾凈化處理后，酌情加入一定量的電解質(zhì)，通過電解裝置進行電解。其中，電極陽極以析氯反應和析氧反應為主，陰極以析氫反應為主，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,陽極端電解生成的消毒液的次氯酸含量主要通過電解電極之間的電壓來控制。
[0019]在步驟4)中，將消毒后回流到儲液池中含有次氯酸的營養(yǎng)液靜置3-5天，以便回流營養(yǎng)液中殘留次氯酸的分解，收集至儲液池中的營養(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)通過三通閥門實現(xiàn)消毒和營養(yǎng)液供給兩個閉合環(huán)路。通過增設電解裝置對無土栽培基質(zhì)進行消毒，利用回收營養(yǎng)液電解過程中產(chǎn)生的次氯酸達到對基質(zhì)和營養(yǎng)液中的致病微生物進行殺滅的效果。本發(fā)明消毒方法對致病細菌殺滅徹底，可以有效控制根傳性疾病的發(fā)生與傳播，且無殘留，無污染。在電解過程中產(chǎn)生的次氯酸具有強氧化性，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，不會產(chǎn)生污染，對作物生長無影響。而且經(jīng)研究表明，基質(zhì)中微量的次氯酸，可以促進作物干物質(zhì)的累積，改善其品質(zhì)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明消毒系統(tǒng)示意圖。
[0022]圖中:1儲液池；2潛水泵；3潛水泵；4營養(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電解裝置陽極端回液管；9儲液桶；10過濾器；11三通閥門；12滴灌系統(tǒng)；13基質(zhì)槽；14回液管。
【具體實施方式】
[0023]以下實施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。若未特別說明，實施例中所用的技術手段為該領域技術人員所熟悉的常規(guī)手段。
[0024]實施例1
[0025]本實施例為太陽光利用型植物工廠空心菜閉合式無土栽培基質(zhì)消毒系統(tǒng)。如圖1所示，包括滴灌系統(tǒng)12、基質(zhì)槽13、儲液池1、儲液桶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底部通過回液管14與儲液池I連接，在儲液池I內(nèi)底部設有兩個潛水泵2、3，其中潛水泵2通過過濾器10連接儲液桶9，所述儲液桶9再通過加壓泵5與電解裝置6的入口連接，所述電解裝置6的陽極出液口通過陽極端回液管8與滴灌系統(tǒng)12相連接，陰極出液口通過陰極端回液管7與儲液池I連接，形成消毒系統(tǒng)；儲液池中另一個潛水泵3再通過營養(yǎng)液供液管4與基質(zhì)槽13上方的滴灌系統(tǒng)12連接，組成無土栽培營養(yǎng)液供液系統(tǒng)；陽極端回 液管、營養(yǎng)液供液管和滴灌系統(tǒng)用三通閥門11連接；當消毒時，保持電解裝置陽極端回液管8與滴灌系統(tǒng)12連通；當供給營養(yǎng)液時，保持營養(yǎng)液供液管4與滴灌系統(tǒng)12連通,從而形成2個封閉環(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中的營養(yǎng)液通過回液管14回流至儲液池I中，回收待用；
[0028]2)回收的營養(yǎng)液經(jīng)潛水泵2進入過濾器10過濾，對營養(yǎng)液中的作物脫落的根系等大粒徑雜質(zhì)進行過濾,除去較大固體雜質(zhì)后,營養(yǎng)液流入儲液桶9中，加入電解質(zhì)；
[0029]根據(jù)回收營養(yǎng)液中氯離子的濃度，酌情加入氯化鈉或者氯化鉀，一般營養(yǎng)液中氯離子的濃度范圍以0.01%-0.05%為宜，不宜過高或者過低；
[0030]3)儲液桶中含有電解質(zhì)的營養(yǎng)液經(jīng)過加壓泵5加壓后進入電解裝置6，在電場電解作用下，電解裝置陽極端生成次氯酸；
[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回流至營養(yǎng)液儲液池I中，陽極端電解生成的含有次氯酸的酸性消毒液經(jīng)陽極端回液管8、滴灌系統(tǒng)12滴入待消毒的基質(zhì)槽13中，12小時后通過基質(zhì)槽底部的回液管14將多余的營養(yǎng)液收集至儲液池I中。
[0033]上述消毒裝置還具備供給營養(yǎng)液的功能。待儲液池I中營養(yǎng)液靜置4天，殘留的次氯酸完全分解后，由潛水泵3、營養(yǎng)液供液管4、滴灌系統(tǒng)12、基質(zhì)槽13和回液管14，組成無土栽培營養(yǎng)液供液系統(tǒng)，用于下一茬作物種植。需要注意的是，使用前要對儲液池I中的營養(yǎng)液的pH進行檢測，將其調(diào)整至5.5-6.5之間。
[0034]雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實施方案對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術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。
【權利要求】
1.一種無土栽培基質(zhì)消毒系統(tǒng)，其特征在于，包括滴灌系統(tǒng)、基質(zhì)槽、儲液池、儲液桶、電解裝置；所述滴灌系統(tǒng)布置在基質(zhì)槽的上方，基質(zhì)槽底部通過回液管與儲液池連接，在儲液池內(nèi)底部設有兩個潛水泵，其中一個潛水泵通過過濾器連接儲液桶，所述儲液桶再通過加壓泵與電解裝置的入口連接，所述電解裝置的陽極出液口通過陽極端回液管與滴灌系統(tǒng)相連接，陰極出液口通過陰極端回液管與儲液池連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的消毒系統(tǒng)，其特征在于，還包括在陽極端回液管、滴灌系統(tǒng)和營養(yǎng)液供液管連接處安裝三通閥門，并將營養(yǎng)液供液管與儲液池中另一個潛水泵相連；當消毒系統(tǒng)工作時，保持電解裝置陽極端回液管與滴灌系統(tǒng)連通；在栽培過程中需要供給營養(yǎng)液時，保持營養(yǎng)液供液管與滴灌系統(tǒng)連通。
3.權利要求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)槽中待回收的營養(yǎng)液經(jīng)回液管收集至儲液池中； 2)將儲液池中回收的營養(yǎng)液經(jīng)潛水泵進入過濾器過濾，濾液流入儲液桶中，同時向儲液桶內(nèi)加入電解質(zhì)； 3)混有電解質(zhì)的營養(yǎng)液經(jīng)加壓泵進入電解裝置，在直流電場的作用下在陽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養(yǎng)液儲液池中，陽極端電解生成的含有次氯酸的酸性消毒液經(jīng)陽極端回液管、滴灌系統(tǒng)滴入待消毒的基質(zhì)槽中，消毒后再通過基質(zhì)槽底部的回液管將基質(zhì)中滲出的營養(yǎng)液收集至儲液池中，完成一次基質(zhì)消毒。
4.根據(jù)權利要求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)添加量以營養(yǎng)液氯離子濃度范圍在0.01-0.05%之間為宜。
6.根據(jù)權利要求2所述的消毒方法，其特征在于，在步驟3)中，所述電解為無隔膜電解。
7.根據(jù)權利要求6所述的消毒方法，其特征在于，所述無隔膜電解工藝參數(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，收集至儲液池中的營養(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)權利要求9所述的消毒方法，其特征在于，所述營養(yǎng)液添加硝酸或氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH值。
【文檔編號】A61L2/18GK103814807SQ201410065007
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權日: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 申請人:北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術研究中心