CN102870658A

CN102870658A - 一种利用空间废物和废水进行植物栽培的方法

Info

Publication number: CN102870658A
Application number: CN2011101965361A
Authority: CN
Inventors: 郭双生; 程泉勇; 唐永康; 艾为党; 秦利锋
Original assignee: SPACE MEDICINE ENGINEERING RESEARCH INSTITUTE PLA GENERAL ARMAMENT DEPARTMENT
Current assignee: SPACE MEDICINE ENGINEERING RESEARCH INSTITUTE PLA GENERAL ARMAMENT DEPARTMENT
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2013-01-16

Abstract

本发明涉及一种利用空间废物和废水进行植物栽培的方法。空间废物以小麦秸秆为主要原料，废物通过预处理、添加菌剂发酵以及腐熟处理，与蛭石按1∶1比例混合配成为类土壤基质，用作植物的栽培基质；废水以模拟空间废水为主要原料，经过初次沉淀、沸石层过滤和无泡供氧微生物处理等步骤后，与自来水和Hoagland全营养液按照1∶1∶2的比例配成植物营养液。本方法是在借鉴农业和工业生产中废物和废水再生资源循环利用的方法的基础上，针对密闭生态系统的特点，对植物利用模拟废水和废物再生资源的工艺条件进行了摸索，为空间环境下受控生态生命保障系统中利用再生资源进行植物生产和提高系统的闭合度提供很好的解决途径。

Description

一种利用空间废物和废水进行植物栽培的方法

技术领域

本发明涉及一种应用于受控生态生命保障系统中可实现利用空间废物和废水进行植物栽培的方法。

背景技术

随着航天事业的发展和人类进驻太空的需要，受控生态生命保障系统将成为人类进行长时间、远距离和多乘员的载人空间飞行、深空探测和星球定居所必须具备的生命保障系统。在受控生态生命保障系统中，植物是关键生物部件，如何在太空培养植物是该系统的重要研究内容之一，而在太空中采用无土栽培种植绿色植物来生产食物可以说是最有效的方法。如美国肯尼迪宇航中心对用无土栽培生产宇航员在太空中所需食物做了大量研究与应用工作，有些粮食和蔬菜作物的栽培已获成功，并取得了很好的效果。

与传统土壤栽培技术相比，无土栽培具有不受地域限制、避免次生盐渍化和连作障碍等优势。另外，在受控生态生命保障系统中，充分利用植物废物和废水等再生资源来提高系统的闭合度也是一个关键技术问题。与传统方法相比，利用植物废物和废水制备类土壤基质和植物营养液进行植物生产的方法，不仅可以处理植物固体废弃物和废水，降低系统维护的成本和提高系统的封闭度，还可以为系统内的消费者提供部分所需的食物等生保必需物资，是受控生态生命保障系统的发展方向之一。

国内也有废物和废水再利用的相关专利，如专利号为200810015200.9，名称为《一种秸秆型无土栽培基质及其制备方法》的中国专利，专利号为201010240756.5，名称为《一种甜瓜无土栽培基质的配方及其配制方法》的中国专利，专利号为01806290.3，名称为《废水处理方法和装置》奥地利专利，以及专利号为03146827.6，名称为《针对生活废水处理再利用的方法及其装置》的中国专利，都从不同技术角度介绍了利用废物制备无土栽培基质和利用处理后废水进行植物浇灌的方法。

但此类发明存在只注重单项技术发展的不足，而忽略了将处理后废物和废整合用于植物栽培。整合技术在国内的相关专利中都涉及很少，在单项技术发展日臻成熟时，整合技术的发展显得越来越重要。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种将空间废物和废水处理后整合应用于受控生态生命保障系统中进行植物栽培的方法。

本发明的技术解决方案：一种应用于受控生态生命保障系统中可实现利用处理后空间废物和废水进行植物栽培的方法，包括对废物发酵处理环节、废水处理环节和植物栽培环节。

所述的空间废物以小麦秸秆为主要原料，小麦品种为北方冬小麦。

所述的废物发酵处理环节为：将小麦秸秆粉碎至1～2厘米长，添加8％的麦麸，添加适量的硝酸铵和过磷酸钙以调节发酵料的碳氮比为(25～30)∶1，碳磷比为(50～75)∶1，调节含水量为60～70％，调节pH值为6.5～8.0。将预处理后的秸秆，添加0.05％纤维素酶，0.4～0.6％催熟营养剂(北京鑫草科技有限责任公司)和0.5％VT-1000复合菌剂(北京沃土天地生物科技有限公司)，混合均匀后放至密闭容器中，每隔9天进行翻转，期间适当补充水分和空气，进行40～50天的发酵至腐熟。待秸秆发酵腐熟后，经过高温60℃处理12小时，与蛭石按照1∶1(质量比)混合制备成类土壤基质，用作植物的栽培基质。

所述的废水以模拟空间废水为主要原料，其配方见表1。

表1 模拟空间废水配方

所述的模拟空间废水的处理方法为：将模拟空间废水，经过初次沉淀24小时后，以一定的流速流经沸石层填料过滤，填料层上布满微生物生物膜，期间进行无泡供氧，控制温度18～25℃，酸碱度pH 6.5～8.5，溶解氧2～3mg/L，反初始微生物污泥浓度3000～4000mg/L，内循环回流比3，污泥回流比0.5，水力持留时间控制在8～12h。待废水处理达到农田灌溉水质标准(GB5084-2005)后，与自来水和Hoagland全营养液按照1∶1∶2(体积比)的比例配成植物营养液。

所述的植物栽培方法为：植物栽培基质为利用废物发酵制备的类土壤基质，用配置的植物营养液定期定量浇灌植物，植物栽培在植物舱中完成，环境条件为：温度24.0～25.0℃，湿度50～60％，光源为红蓝发光二极管，红蓝比例为90∶10，光照强度5.16mW/cm²，每天光照时间16h，风速为0.1m/s，生长周期视植物品种而定。

本发明与现有技术相比有以下优点：

(1)所制备的类土壤基质中营养元素含量丰富，而且后期植物培养过程中基质中的营养可以继续释放，蛭石的加入可以改善基质的通气性等物理特性、吸附部分重金属等有害物质和防止植物根部腐烂等，为植物生长发育提供良好的环境条件。

(2)废物和废水处理过程简单、效率高、易操作，应用范围广，除应用于生受控生态生命保障系统的废物处理和植物生产中，还可以应用于现代农业的无土栽培技术和有机肥制作领域。

(3)将废物和废水处理物整合用于植物栽培，一方面使废物和废水再生资源循环利用，提高了受控生态生命保障系统的封闭度，另一方面可该系统中乘员提供部分食物等生保必需物资，提高了系统的稳定性和自给能力。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步阐述。应理解，他们仅是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限定。

实施例1：

(1)首先将收获后的2千克小麦秸秆进行粉碎，长度为1.0～2.0厘米，添加160克麦麸，添加16克硝酸铵和10克过磷酸钙调节发酵料的碳氮比为30∶1，碳磷比为75∶1，加入自来水3千克调节含水量为60％，调节pH值为6.5～8.0，混合均匀。秸秆经过预处理后，添加1克纤维素酶，10克催熟营养剂和10mLVT-1000复合菌剂液体，混合均匀后放至密闭容器中，每隔9天进行翻转，期间适当补充水分和空气，进行40～50天的发酵。发酵过程中温度可以达到72℃，发酵腐热后黑褐色颗粒状，有少量残留秸秆，秸秆发酵物和泥炭的营养指标对比见表2。秸秆发酵物与蛭石按照1∶1(质量比)混合类土壤基质。

表2秸秆发酵物和泥炭的营养指标对比

附注：电导率单位为ms/cm，碱解氮、速效钾和速效磷的单位为g/kg。

(2)将模拟空间废水，经过初次沉淀24小时后，以一定的流速流经沸石层填料过滤，填料层上布满微生物生物膜，期间进行无泡供氧，控制温度18～25℃，酸碱度pH 6.5～8.5，溶解氧2～3mg/L，反初始微生物污泥浓度3000～4000mg/L，内循环回流比3，污泥回流比0.5，水力持留时间控制在8～12h。处理至水质达到农田灌溉水质标准(GB5084-2005)。待废水处理液达到农田灌溉水质标准后，与自来水和Hoagland全营养液按照1∶1∶2(体积比)的比例配成植物营养液。

(3)以类土壤基质作为植物栽培基质，在植物舱中进行叶菜类蔬菜奶油嫩绿生菜的培养，期间用废水处理液配制的植物营养液进行浇灌，生长周期为40天。表3为类土壤基质生菜的产量和品质与对照(泥炭和蛭石1∶1混合作为栽培基质)的对比，均用所配制的植物营养液进行浇灌。

表3不同处理对生菜产量和品质的影响

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims

1.一种利用空间废物和废水进行植物栽培的方法，其特征在于：

(1)植物栽培类土壤基质制备废物发酵物∶蛭石＝1∶1(质量比)，所述废物发酵物为植物废物小麦秸秆经过微生物发酵腐熟后的产物；

(2)植物营养液制备：废水处理液∶自来水∶Hoagland全营养液＝1∶1∶2(体积比)，所述废水处理液为模拟空间废水经过微生物处理的产物；

(3)植物以类土壤基质为栽培基质，定期定量浇灌制备的植物营养液，植物培养在植物舱中完成。

2.根据权利要求1所述的废物以植物废物为主要原料，植物废物为小麦秸秆，小麦品种为北方冬小麦。

3.根据权利要求1所述的小麦秸秆发酵处理方法：将小麦秸秆粉碎长度为1～2厘米，添加8％的麦麸，添加适量的硝酸铵和过磷酸钙调节发酵料的碳氮比为(25～30)∶1，碳磷比为(50～75)∶1，调节含水量为60～70％，调节pH值为6.5～8.0。将预处理后的秸秆，添加0.05％纤维素酶，0.4～0.6％催熟营养剂和0.5％VT-1000复合菌剂，混合均匀后放至密闭容器中，每隔9天进行翻转，期间适当补充水分和空气，进行40～50天的发酵至腐熟。

4.根据权利要求1所述，待小麦秸秆发酵腐熟后，经过高温60℃处理12小时，与蛭石按照1∶1(质量比)混合制备成类土壤基质，用作植物的栽培基质。

5.根据权利要求1模拟空间废水的配方见表1。

表1模拟空间废水配方

续表1

6.根据权利要求1所述的废水处理方法：将模拟空间废水，经过初次沉淀24小时后，以一定的流速流经沸石层填料过滤，填料层上布满微生物生物膜，期间进行无泡供氧，控制温度22～25℃，酸碱度pH 6.5～8.5，溶解氧2～3mg/L，初始微生物污泥浓度3000～4000mg/L，内循环回流比3，污泥回流比0.5，水力持留时间控制在8～12h。处理至水质达到农田灌溉水质标准(GB5084-2005)。

7.根据权利要求1所述，待废水处理液达到农田灌溉水质标准后，与自来水和Hoagland全营养液按照1∶1∶2(体积比)的比例配成植物营养液。

8.按照权利要求1所述，植物栽培在植物舱中完成，环境条件为温度24.0～25.0℃，湿度50～60％，光源为红蓝发光二极管，红蓝比例为90∶10，光照强度5.16mW/cm²，每天光照时间16h，风速为0.1m/s，植物以类土壤基质为栽培基质，生长周期视植物品种而定，期间用植物营养液浇灌。