CN103814807A - 一种无土栽培基质消毒系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无土栽培基质消毒系统与方法。所述消毒系统包括滴灌系统、基质槽、储液池、储液桶、电解装置；所述滴灌系统布置在基质槽的上方，基质槽底部通过回液管与储液池连接，在储液池内底部设有两个潜水泵，其中一个潜水泵通过过滤器连接储液桶，所述储液桶再通过加压泵与电解装置的入口连接，所述电解装置的阳极出液口通过阳极端回液管与滴灌系统相连接，阴极出液口通过阴极端回液管与储液池连接。本发明还提供利用该消毒系统的消毒方法。本发明所述消毒系统通过三通阀门实现消毒和营养液供液两个闭合环路，自动化程度高，能耗小。对基质中滋生的致病微生物杀灭彻底，可以有效控制根传性疾病的发生与传播，且无残留，无污染。

Description

一种无土栽培基质消毒系统与方法
技术领域
本发明涉及一种无土栽培基质消毒系统与方法，属于设施蔬菜无土栽培领域。
背景技术
无土栽培摆脱了土壤对农业生产的限制，采用草炭、蛭石、岩棉等轻质材料作为栽培介质，同时用浇灌营养液的方式为作物提供充足的水分、养分。与土壤栽培相比，无土栽培可以通过对营养液组分、特性调控，创造适宜作物生长的根际环境，同时还能防止连作及土壤盐分累积引发的作物生理障碍。
按照营养液是否循环利用将无土栽培分为开放式和闭合式方式。在开放式无土栽培系统中，由于营养液不是循环利用的，每次都需要添加新配制的营养液，同时将剩余的营养液废液直接排放，大大降低了营养液的利用率，同时也增加了环境污染的风险。闭合式无土栽培系统中的营养液是循环利用的，仅需对营养液组分、特性调控，使其满足作物生长的需求，用水量仅为土壤栽培的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%，同时减少了排出废液对环境污染的风险，降低了生产成本。因此，闭合式无土栽培技术已成为设施农业中重要的组成部分。然而，在营养液循环利用过程中，致病的病毒和细菌不断在基质中积累，增大了作物的患病几率。因此，研发合理高效的无土栽培基质消毒方法是闭合式无土基质栽培能否推广需要解决的关键问题之一。
目前常用的基质消毒方法从大的方面分为化学方法和物理方法。化学方法主要是通过向基质中添加有毒的药品对致病微生物病菌进行杀灭。虽然化学消毒法具有见效快、操作简便及成本低的优点，但是基质中残留的药物会对作物产生毒害作用，且这些药物被作物吸收后会导致其品质降低，而且会对人们的健康造成危害。物理方法主要包括高温消毒和臭氧消毒。高温消毒通过对基质加温，将基质中致病微生物杀灭，其缺点是能耗较高。臭氧消毒是通过向基质中通入一定浓度的臭氧，利用臭氧的强氧化性对基质中的致病微生物进行杀灭。由于臭氧易在空气中扩散，不宜进入基质团块的内部，在一定程度上降低了其消毒效果。
发明内容
针对现有无土栽培基质消毒方法存在的问题，本发明提出一种能耗低、杀菌效果好的无土栽培基质消毒系统与方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种无土栽培基质消毒系统，包括滴灌系统、基质槽、储液池、储液桶、电解装置；所述滴灌系统布置在基质槽的上方，基质槽底部通过回液管与储液池连接，在储液池内底部设有两个潜水泵，其中一个潜水泵通过过滤器连接储液桶，所述储液桶再通过加压泵与电解装置的入口连接，所述电解装置的阳极出液口通过阳极端回液管与滴灌系统相连接，阴极出液口通过阴极端回液管与储液池连接。
所述过滤器为筛网式过滤器或叠片式过滤器，并定期对过滤器进行清洗，以防止过滤器阻塞，影响其使用效果。
本发明分别设置储液桶和储液池，每次消毒时，待营养液需全部进入储液桶中后，再进行电解消毒，并将处理后的营养液回流至储液池中，实现了处理的营养液与未处理营养液分开存放，避免二次污染。
在上述消毒系统基础上，在阳极端回液管、滴灌系统和营养液供液管连接处安装三通阀门，并将营养液供液管与储液池中另一个潜水泵相连；当消毒系统工作时，保持电解装置阳极端回液管与滴灌系统连通；当在栽培过程中需要供给营养液时，保持营养液供液管与滴灌系统连通。
本发明还提供上述消毒系统的消毒方法，具体步骤如下：
1）将基质槽中残留待回收的营养液经回液管收集至储液池中；
2）将储液池中回收的营养液经潜水泵进入过滤器过滤，滤液流入储液桶中，同时向储液桶内加入电解质；
3）混有电解质的营养液经加压泵进入电解装置，在直流电场的作用下在阳极端电解生成次氯酸；
4）电解装置阴极端电解生成的碱性液经阴极端回液管回流至营养液储液池中，阳极端电解生成的含有次氯酸的酸性消毒液经阳极端回液管、滴灌系统滴入待消毒的基质槽中，消毒后再通过基质槽底部的回液管将基质中渗出的营养液收集至储液池中，完成一次基质消毒。
其中，在步骤2）中，所述电解质为氯化钠或氯化钾，其添加量以营养液中氯离子浓度在0.01%-0.05%范围之间为宜，既保证消毒效果，又不会损伤农作物的健康状况。
在步骤3）中，所述电解为无隔膜电解，其中，所述无隔膜电解参数具体为：电解电压在15-25v之间，均能达到电解消毒效果，优选20v，供水压力范围在200-400千帕之间，以300千帕为宜，营养液和基质的温度不宜高于30℃，否则可能加速次氯酸分解，影响消毒效果。
将回收的营养液经过滤净化处理后，酌情加入一定量的电解质，通过电解装置进行电解。其中，电极阳极以析氯反应和析氧反应为主，阴极以析氢反应为主，溶液中则以氯的水解和次氯酸的解离为主，从电解槽阳极流出的水含有H+，即为酸性消毒液。酸性消毒液的流速一般为0.3-0.5m3/h，阳极端电解生成的消毒液的次氯酸含量主要通过电解电极之间的电压来控制。
在步骤4）中，将消毒后回流到储液池中含有次氯酸的营养液静置3-5天，以便回流营养液中残留次氯酸的分解，收集至储液池中的营养液循环使用前需将pH调节至5.5-6.5之间。若pH过高则可添加硝酸，若pH偏低可添加氢氧化钾。
本发明所述消毒系统通过三通阀门实现消毒和营养液供给两个闭合环路。通过增设电解装置对无土栽培基质进行消毒，利用回收营养液电解过程中产生的次氯酸达到对基质和营养液中的致病微生物进行杀灭的效果。本发明消毒方法对致病细菌杀灭彻底，可以有效控制根传性疾病的发生与传播，且无残留，无污染。在电解过程中产生的次氯酸具有强氧化性，可以快速杀灭基质中的致病微生物，由于次氯酸易分解，残留少，不会产生污染，对作物生长无影响。而且经研究表明，基质中微量的次氯酸，可以促进作物干物质的累积，改善其品质。
附图说明
图1为本发明消毒系统示意图。
图中：1储液池；2潜水泵；3潜水泵；4营养液供液管；5加压泵；6电解装置；7电解装置阴极端回液管；8电解装置阳极端回液管；9储液桶；10过滤器；11三通阀门；12滴灌系统；13基质槽；14回液管。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。若未特别说明，实施例中所用的技术手段为该领域技术人员所熟悉的常规手段。
实施例1
本实施例为太阳光利用型植物工厂空心菜闭合式无土栽培基质消毒系统。如图1所示，包括滴灌系统12、基质槽13、储液池1、储液桶9、电解装置6；所述滴灌系统12布置在基质槽13的上方，基质槽13底部通过回液管14与储液池1连接，在储液池1内底部设有两个潜水泵2、3，其中潜水泵2通过过滤器10连接储液桶9，所述储液桶9再通过加压泵5与电解装置6的入口连接，所述电解装置6的阳极出液口通过阳极端回液管8与滴灌系统12相连接，阴极出液口通过阴极端回液管7与储液池1连接，形成消毒系统；储液池中另一个潜水泵3再通过营养液供液管4与基质槽13上方的滴灌系统12连接，组成无土栽培营养液供液系统；阳极端回液管、营养液供液管和滴灌系统用三通阀门11连接；当消毒时，保持电解装置阳极端回液管8与滴灌系统12连通；当供给营养液时，保持营养液供液管4与滴灌系统12连通，从而形成2个封闭环路系统。
上述消毒系统的具体消毒方法如下：
1）在前茬空心菜收获之后，将基质槽13中的营养液通过回液管14回流至储液池1中，回收待用；
2）回收的营养液经潜水泵2进入过滤器10过滤，对营养液中的作物脱落的根系等大粒径杂质进行过滤，除去较大固体杂质后，营养液流入储液桶9中，加入电解质；
根据回收营养液中氯离子的浓度，酌情加入氯化钠或者氯化钾，一般营养液中氯离子的浓度范围以0.01%-0.05%为宜，不宜过高或者过低；
3）储液桶中含有电解质的营养液经过加压泵5加压后进入电解装置6，在电场电解作用下，电解装置阳极端生成次氯酸；
其中，具体电解条件为：电压20V，供水压力以300千帕为宜，待处理的营养液水温不宜高于30℃。
4）将电解装置阴极端电解生成的碱性液经阴极端回液管7回流至营养液储液池1中，阳极端电解生成的含有次氯酸的酸性消毒液经阳极端回液管8、滴灌系统12滴入待消毒的基质槽13中，12小时后通过基质槽底部的回液管14将多余的营养液收集至储液池1中。
上述消毒装置还具备供给营养液的功能。待储液池1中营养液静置4天，残留的次氯酸完全分解后，由潜水泵3、营养液供液管4、滴灌系统12、基质槽13和回液管14，组成无土栽培营养液供液系统，用于下一茬作物种植。需要注意的是，使用前要对储液池1中的营养液的pH进行检测，将其调整至5.5-6.5之间。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种无土栽培基质消毒系统，其特征在于，包括滴灌系统、基质槽、储液池、储液桶、电解装置；所述滴灌系统布置在基质槽的上方，基质槽底部通过回液管与储液池连接，在储液池内底部设有两个潜水泵，其中一个潜水泵通过过滤器连接储液桶，所述储液桶再通过加压泵与电解装置的入口连接，所述电解装置的阳极出液口通过阳极端回液管与滴灌系统相连接，阴极出液口通过阴极端回液管与储液池连接。
2.根据权利要求1所述的消毒系统，其特征在于，还包括在阳极端回液管、滴灌系统和营养液供液管连接处安装三通阀门，并将营养液供液管与储液池中另一个潜水泵相连；当消毒系统工作时，保持电解装置阳极端回液管与滴灌系统连通；在栽培过程中需要供给营养液时，保持营养液供液管与滴灌系统连通。
3.权利要求1或2所述消毒系统的消毒方法，其特征在于，包括步骤如下：
1）将基质槽中待回收的营养液经回液管收集至储液池中；
2）将储液池中回收的营养液经潜水泵进入过滤器过滤，滤液流入储液桶中，同时向储液桶内加入电解质；
3）混有电解质的营养液经加压泵进入电解装置，在直流电场的作用下在阳极端电解生成次氯酸；
4）电解装置阴极端电解生成的碱性液经阴极端回液管回流至营养液储液池中，阳极端电解生成的含有次氯酸的酸性消毒液经阳极端回液管、滴灌系统滴入待消毒的基质槽中，消毒后再通过基质槽底部的回液管将基质中渗出的营养液收集至储液池中，完成一次基质消毒。
4.根据权利要求3所述的消毒方法，其特征在于，在步骤2）中，所述电解质为氯化钠或氯化钾。
5.根据权利要求4所述的消毒方法，其特征在于，所述电解质添加量以营养液氯离子浓度范围在0.01-0.05%之间为宜。
6.根据权利要求2所述的消毒方法，其特征在于，在步骤3）中，所述电解为无隔膜电解。
7.根据权利要求6所述的消毒方法，其特征在于，所述无隔膜电解工艺参数为：电压15-25V；供水压力200-400千帕。
8.根据权利要求3所述的消毒方法，其特征在于，所述步骤4）酸性消毒液的流速为0.3-0.5m3/h。
9.根据权利要求3所述的消毒方法，其特征在于，在步骤4）中，收集至储液池中的营养液循环使用前需将pH调节至5.5-6.5之间。
10.根据权利要求9所述的消毒方法，其特征在于，所述营养液添加硝酸或氢氧化钾调节pH值。
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