CN103386140A - 一种基于微波的营养液消毒方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微波的营养液消毒方法，依据微波消毒具有热效应高、节能和作用温度低的特点，设计了一种基于微波的余液消毒方法，使温室作物余液消毒彻底、降低能耗。本发明可应用于营养液的消毒。

Description

一种基于微波的营养液消毒方法

技术领域

本发明属于设施园艺节能减排领域，具体涉及营养液消毒技术。

背景技术

与传统的土壤栽培方式相比，无土栽培的优点在于既可以生产廉价的无公害、绿色食品满足人们的生活需求，又能提高水肥利用效率。我国无土栽培面积在2011年已超过3000公顷，全世界营养液栽培面积达到402981公顷。营养液的排出液简称余液。无土栽培面积的迅速增加带来了一系列的问题，其中最严重的是余液的排放日益增多。排出的余液污染了土壤、地表水和地下水，直接排入河流的废液引起河流和湖泊的富营养化，同时浪费了大量的水肥资源。荷兰在2000年以法律的形式明文规定无土栽培的营养液必须回收利用。我国也于2003年7月1日起实施排污费征收使用管理条例，限制了无土栽培余液的随意排放。鉴于此，研究营养液回收利用技术的研究势在必行。

与传统的开放式无土栽培系统相比，封闭式系统能够节省30%的水分和40%的肥料，具有很好的应用前景。但封闭式栽培系统也面临许多问题。首先是病虫害传播严重，一旦部分作物生病，病原菌就存在于余液中，并随着余液的再次利用迅速传播至整个温室；因此加强对余液消毒方法研究，对提高我国温室生产水平，提高水肥利用率具有重要的推动作用。

目前传统的余液消毒方法主要有紫外光法和加热法。紫外光由于水中投射距离短，且受水层扰动，不同水层紫外光剂量不均匀，导致消毒不彻底。加热法能耗高，增加温室运行成本。刘向辉比较了紫外光、臭氧等几种余液消毒方法后，认为加热处理效果好且不破坏余液中的养分，是最理想的消毒方法，但运行成本高是限制其推广的主要因素。例如：荷兰用于加热营养液的能源是由政府免费供应的天然气,将1m³的营养液从80℃加热到95℃大约需要1m³的天然气，运行成本太高。

微波指的是波长1-1000mm的电磁波，其频率在数百兆赫兹至3000M赫兹，用于消毒的微波频率为2450赫兹和915赫兹。微波消毒具有以下几方面的效应：

热效应：极性物质（如水）的分子两端分别带有正负电，形成偶极矩，成为偶极子。当置于高频电场中时，偶极子高速运动引起分子相互摩擦，从而使温度迅速升高。因此微波加热与其他加热方式不同，微波加热是从内向外传热，且加热均匀，易于杀死微生物。

非热效应：微波的振荡改变细胞胶体的电动势，改变细胞膜的通透性，影响细胞及其组织器官的功能，破坏生物酶活性。

量子效应：微波激发水分子产生双氧水和其他自由基形成细胞毒作用。

因此，同传统的消毒方式相比，微波消毒比较节能，因为微波对物体内部直接加热，加热均匀无能量损失。微波与普通加热若产生等量的热效应，其作用在物体上的温度有明显地低于普通加热作用温度。普通加热消毒所需温度在120℃以上作用20分钟，而微波消毒升温仅需在70℃作用1分钟即可达到相同的消毒效果，目前广泛应用于污水处理、医药等领域，未见用于温室作物的余液消毒。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微波的营养液消毒方法，使温室作物余液消毒彻底、降低能耗。

为了解决以上技术问题，本发明依据微波消毒具有热效应高、节能和作用温度低的特点，设计了一种基于微波的余液消毒方法，具体技术方案如下。

一种基于微波的营养液消毒方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，余液收集：利用余液收集系统进行余液收集；

步骤二，余液过滤：将收集后的余液慢慢流过一个充满过滤材料的过滤装置进行过滤；

步骤三，余液消毒：将过滤后的余液缓慢流过消毒系统，在600-1000W的微波作用下，将余液加热4-8min后，进行微波消毒。

所述余液收集系统包括中部平坦的栽培床(1),栽培床两边各设有一凹槽(2)；内置有作物的栽培袋位于栽培床(1)上中间位置；在栽培袋底部与栽培床(1)的接触处开设小口，使基质袋中多余的营养液顺小口缓慢流入栽培床的凹槽(2)中；栽培床(1)一端稍高，在栽培床稍低的一端与两凹槽(2)对应位置下放置有余液回收装置(3)。

所述过滤材料为细沙、陶瓷、滤膜、活性炭中的任一种。

本发明具有有益效果。本发明采用的微波消毒方法更节能、高效、消毒彻底。传统的加热法需要将余液加热至80-90℃，停留时间为4min；而本发明采用的微波加热法仅需要将余液加热至40-45℃即可。同传统的紫外光消毒法比较，本发明采用的微波加热消毒法消毒效率高。紫外光消毒法要求余液流速不大于18L/h，即一个紫外光消毒单位在一个小时内最多消毒18L的余液。而本发明可以在在一个小时内消毒48L，消毒效率是紫外光法的2.5倍。

附图说明

图1是本发明基于微波的营养液消毒装置，即余液收集系统。

图中：1栽培床，2凹槽，3余液收集装置。

具体实施方式

将营养液消毒装置如图1所示连接设置好

下面以温室栽培黄瓜时余液的消毒为例，详细介绍本发明一种基于微波的余液消毒的方法，它包括以下三个步骤：

第一步，余液的收集。

将温室黄瓜种植在栽培台上，每次营养液浇灌结束后，余液随着栽培台上的凹槽自动流入余液收集装置中。

第二步，余液的过滤。

将余液收集装置收集的余液流过过滤系统，将余液中植株衰老组织等杂质过滤。

第三步，余液的消毒。

将过滤后的余液流入消毒装置中，打开微波发生器，在1000W的微波作用下，将余液加热4-8min后，将消毒后的余液加入至新配的营养液中，然后进入栽培系统。

本发明中参数的获取：

1．设计不同的微波消毒试验，以微波强度和消毒时间为自变量，对余液进行消毒。分别测定消毒前后余液中真菌、细菌和放线菌的数量。以杀菌率来检验微波的消毒效果。

2.测定方法

2.1培养基的制备

1）真菌培养基（孟加拉红培养基）的配制：每升蒸馏水中，加入K₂HPO₄1g，MgSO₄·7H₂O0.5g，蛋白胨5g，葡萄糖10g，琼脂15～20g，1%的孟加拉红溶液3.3mL。121℃湿热灭菌30min。

2）细菌培养基（牛肉膏蛋白胨培养基）的配制：每升蒸馏水中，加入牛肉膏5g，蛋白胨10g，NaCl5g，琼脂15g，调节pH值在7.2～7.6之间，121℃湿热灭菌30min。培养基使用前用双层纱布中间夹一层脱脂棉过滤，使培养基澄清、透明。121℃湿热灭菌30min。

3）放线菌培养基（高氏一号培养基）的配制：每升蒸馏水中，加入可溶性淀粉20g，琼脂15～20g，KNO₃1g，NaCl0.5g，K₂HPO₄0.5g，MgSO₄0.5g，FeSO₄0.01g，121℃湿热灭菌30min。

2.2余液中微生物的稀释

在消毒前后分别取余液样本10毫升于无菌试管中，在旋涡混旋器上混匀30s后，从原液中吸取1毫升加入到另一装有9毫升无菌水的试管中，即为10^-1倍稀释液，再从10^-1倍稀释液中吸取取原液样本1毫升加入到另一装有9毫升无菌水的试管中，得10^-2倍稀释液，依次进行10倍稀释，制备10^-3倍、10^-4倍稀释液。

分别取真菌10^-1、10^-2、10^-3倍稀释液，细菌取10^-2、10^-3、10^-4倍稀释液，放线菌取原液、10^-1、10^-2倍稀释液各100μL，涂在马丁培养基、牛肉膏蛋白胨培养基和高氏一号培养基上，用无菌玻璃刮铲涂抹均匀，分别在28℃倒置培养72h。微生物数量以单位体积（mL）所形成的菌落数量来表示（CFU/mL）。

2.3杀菌率的计算

2.4处理步骤：

将余液收集系统收集的余液经过滤后，取出过滤后余液10ml，测定消毒前细菌、真菌和放线菌的数量，测定方法同上；剩余的余液经过微波消毒，处理时间分别为2、4、6、8分钟，微波强度分别为600、800、1000瓦。测定消毒后余液中细菌、真菌、放线菌数量,结果如表1所示。

表1.不同微波强度、处理时间的灭菌效果

Claims (3)

1.一种基于微波的营养液消毒方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，余液收集：利用余液收集系统进行余液收集；

步骤二，余液过滤：将收集后的余液慢慢流过一个充满过滤材料的过滤装置进行过滤；

步骤三，余液消毒：将过滤后的余液缓慢流过消毒系统，在600-1000W的微波作用下，将余液加热4-8min后，进行微波消毒。

2.如权权利要求1所述的一种基于微波的营养液消毒方法，其特征在于：所述余液收集系统包括中部平坦的栽培床(1),栽培床两边各设有一凹槽(2)；内置有作物的栽培袋位于栽培床(1)上中间位置；在栽培袋底部与栽培床(1)的接触处开设小口，使基质袋中多余的营养液顺小口缓慢流入栽培床的凹槽(2)中；栽培床(1)一端稍高，在栽培床稍低的一端与两凹槽(2)对应位置下放置有余液回收装置(3)。

3.如权权利要求1所述的一种基于微波的营养液消毒方法，其特征在于：所述过滤材料为细沙、陶瓷、滤膜、活性炭中的任一种。

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