CN104773899A - 一种大田中沼液施用系统及其沼液施用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大田中沼液施用系统及沼液施用方法，大田中沼液施用系统包括：沼液处理单元，其包括沼液池、好氧发酵池、沉淀池及无害化处理池，并通过管道顺次连接；存储单元，其包括营养液存储池及灌溉水存储池，其中所述营养液存储池与所述无害化处理池连通；混配池，所述营养液存储池及灌溉水存储池分别与所述混配池连通；灌溉系统，其第一端与所述混配池连接，其第二端分布至大田。本发明能够高效去除沼液中重金属、有害微生物及其它杂质，消除沼液的危害性，能够充分利用沼液进行高效灌溉。
Description
技术领域
本发明涉及有机废弃物循环利用领域，尤其涉及一种大田中沼液施用系统及其沼液施用方法。
背景技术
近年来，随着畜禽业朝着专业化、规摸化、集约化方向发展，畜禽有机污染物排放规模加大且集中，畜禽粪尿集中产生量不断增加。调查显示，在各地畜禽养殖污水排放总量中，集约化养殖场占的比重较大。畜禽养殖业的发展和生产方式的转变，促进了农业增效、农民增收，但同时也带来了畜禽固体有机废弃物污水大量增加并集中排放的问题。
沼气工程是解决畜禽粪便污染的有效措施，沼液就是沼气工程运行产生的残留液，沼液是人们广为熟知的一种速效性与长效性兼备的生物有机肥料，肥效是普通化学合成肥料的10倍以上，不仅能完全取代化肥，还是生产有机食品的最佳肥料。沼液中含有丰富的氮、磷、钾、各类氨基酸、维生素、蛋白质、赤霉素、生长素、糖类、核酸以及抗生素等，以及丁酸、吲哚乙酸、维生素B12等活性抗性物质。因此有着促进作物生长和控制病害发生的双重作用。
厌氧发酵沼液的安全和高效利用，既能为农林业等提供有效资源，又能解决固体废弃物处理造成的环境污染问题。然而，目前对于有机固体废物发酵沼液利用还不充分，存在厌氧消化后的成分不稳定，养分的有效性、营养元素含量难以控制，甚至还存在有害物质，影响沼液的有效利用和施用的安全性。
沼液中的有害物质是否符合安全使用的标准，是人们一直关注的问题，也是安全利用的关键所在。由于沼液可能包含有一些重金属离子等有害物质，严重影响沼液的安全利用。当前我国土壤环境质量呈下降趋势，加上大批化肥的使用，土壤结构的严重破坏，重金属污染面积大，对农作物、蔬菜等的生产及其品质危害严重。制约沼液应用的问题主要有以下几个方面：
(1)重金属，从环境污染方面来说，实际上主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属，也指具有一定毒性的一般重金属如锌、铜、钴、镍、锡等。目前最引起人们注意的是汞、镉、铬等。
(2)微生物病菌危害，因为在厌氧发酵过程中，涉及到的微生物数量巨大，种类复杂，沼液要想作为一种肥料安全使用，真正实现无害化的目的，必须高温杀灭那些寄生虫卵和各种病原菌，杀死危害作物的各种病虫害，并且抑制有害微生物的活性。
(3)缺乏沼液高效灌溉方法，目前缺乏对沼液的农田灌溉技术的研究及应用，沼液怎么才能快速准确高效的施用到大田中，将肥效真正转化出来，这是制约沼液应用的另一个关键环节。沼液不同于传统的水溶肥，其含有一定量的杂质、营养成分，如果采用目前较成熟的水肥一体化工艺，如喷滴灌等，长期使用，管道内部将会生长青苔等固形物，存在管道滴头容易堵塞，更换不方便的缺陷，使用维护复杂，成本高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种大田中沼液施用系统，能够实现连续稳定作业，充分利用沼液进行灌溉。
本发明的另一个目的是，提供一种高效去除沼液中重金属、有害微生物及其它杂质的方法，消除沼液的危害性，实现沼液的安全利用。
本发明的另一个目的是，提供一种利用所述大田中沼液施用系统进行沼液施用的方法，能够充分利用沼液进行高效灌溉。
本发明还有一个目的是，提供一种复合絮凝剂，提高絮凝的效果，快速去除沼液中的杂质。
为实现上述目的和一些其他的目的，本发明采用如下技术方案：
一种大田中沼液施用系统，包括：
沼液处理单元，其包括沼液池、好氧发酵池、沉淀池及无害化处理池，并通过管道顺次连接；
存储单元，其包括营养液存储池及灌溉水存储池，其中所述营养液存储池与所述无害化处理池连通；
混配池，所述营养液存储池及灌溉水存储池分别与所述混配池连通；
灌溉系统，其第一端与所述混配池连接，其第二端分布至大田。
优选的是，所述的大田中沼液施用系统中，所述无害化处理池内设置有用于吸附重金属元素的生物膜；所述好氧发酵池内设置有鼓风曝气装置。
优选的是，所述的大田中沼液施用系统中，所述沼液处理单元还包括一级过滤池，所述一级过滤池内填充鹅卵石、无纺布、塑料颗粒、有机聚合物、金属丝、碎瓷片或玻璃纤维中的一种或多种作为过滤介质；
也可将鹅卵石、碎瓷片、金属丝、玻璃纤维及无纺布按照从上至下的顺序顺次铺设在所述一级过滤池中，形成多层过滤单元；
另外，所述一级过滤池还包括第一入水口、第一出水口及第一出水管，所述第一入水口设置在所述一级过滤池的上部，在所述一级过滤池的底部均匀分布有多个第一出水口，且多个第一出水口分别与第一出水管连通。
优选的是，所述的大田中沼液施用系统中，所述沼液处理单元还包括二级过滤单元，所述二级过滤单元包括二级过滤池和过滤管，所述二级过滤池中设置有银离子杀菌器，且所述二级过滤池内设置有过滤网及反冲洗装置；所述二级过滤池分别设置有第二入水口及第二出水口，所述第二入水口和所述第一出水管连通；
所述过滤管内填充有活性炭，所述过滤管和所述第二出水口连通。
优选的是，所述的大田中沼液施用系统中，所述灌溉系统包括低压管道灌溉系统及喷灌设备：
所述低压管道灌溉系统所用管道为压力0.30-0.35MPa，管径150-200mm的UPVC管道；
所述喷灌设备所用管道为压力0.30-0.35MPa，管径70-80mm的PE管道，且喷嘴直径25-35mm，连接压力0.60-0.65MPa。
一种利用大田中沼液施用系统进行沼液施用的方法，包括以下步骤：
步骤一、营养液的制备，将沼液存储于沼液池一定的时间后，顺次经过好氧发酵池的好氧发酵，沉淀池的絮凝沉淀、无害化处理池无害化处理及多级过滤后既得所述营养液；
步骤二、经所述营养液在营养液存储池进行存储一定的时间，将灌溉用水在灌溉水存储池进行存储，并分别释放适量的营养液及灌溉用水至混配池中进行混配，得到混合灌溉水；
步骤三、灌溉，将所得混合灌溉通过所述灌溉系统通入大田进行灌溉。
优选的是，所述的利用大田中沼液施用系统进行沼液施用的方法中，步骤一中，沉淀池中所加絮凝剂为由聚丙烯酰胺、木质磺酸钠、碳酸钠、聚合三氯化铁、粘土及有机酸中的几种组成的复合絮凝剂；
并通过添加碳酸钠调节沉淀池中沼液pH值为6-7。
优选的是，所述的利用大田中沼液施用系统进行沼液施用的方法中，步骤三中可采用低压管道灌溉或喷灌两种灌溉方式；
且步骤二中对营养液进行一定的稀释后再进行灌溉：
当采用低压管道灌溉时，所述营养液与所述灌溉水进行混配的体积比为1∶3-4；
当采用喷灌进行灌溉时，所述营养液与所述灌溉水进行混配的体积比为1∶5-6。
优选的是，所述的利用大田中沼液施用系统进行沼液施用的方法中，步骤一中沼液在所述沼液池储存时间为1-3个月；
步骤二中所述营养液在所述营养液储池中储存时间为3-5个月。
优选的是，所述的利用大田中沼液施用系统进行沼液施用的方法中，步骤二中所述灌溉用水为将有机废水经过预处理后得到的中水，所述预处理包括沉淀及生化处理；所述生化处理方法为厌氧氨氧化法。
本发明至少包括以下有益效果：首先，通过设置沼液处理单元，使沼液经过好氧发酵，使其中的有机质得到降解，并通过在沉淀池内加入由有机絮凝剂及无机絮凝剂组成的复合絮凝剂，能够使沼液中的杂质快速高效絮凝并沉淀，提高沼液的净化效率，能够使絮凝效提高20％以上。通过无害化处理池的无害化处理，消除沼液中的重金属危害，从而使沼液经过多级净化，能够高效消除重金属、有害微生物及杂质，使沼液可以得到安全、高效的回收利用。并通过设置灌溉系统，使经过多级净化的沼液可安全稳定地施用到大田中，实现沼液的高效利用。
其次，本发明通过设置由多层过滤介质构成的一级过滤池，并将多中过滤介质按照孔隙大小从上至下依次布置，同时在一级过滤池底部设置多个出水口，可使沼液从上至下依次通过多层过滤介质，更加彻底地去除沼液中的悬浮颗粒，有效避免在施用中对灌溉网管造成堵塞的现象发生。通过在二级过滤池中设置银离子杀菌器，能够有效杀灭沼液中残留的有害微生物，避免沼液施用中造成危害。
本发明能够高效去除沼液的重金属、有害微生物及杂质等对沼液施用造成的潜在危害，并将经过净化的沼液作为营养液与灌溉用水混合施用，达到液态肥的效果，实现沼液的高效利用。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的大田中沼液施用系统的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明，以令本领域普通技术人员参阅本说明书后能够据以实施。
如图1所示，一种大田中沼液施用系统，包括：
沼液处理单元，其包括沼液池、好氧发酵池、沉淀池及无害化处理池，并通过管道顺次连接；
存储单元，其包括营养液存储池及灌溉水存储池，其中所述营养液存储池与所述无害化处理池连通；
混配池，所述营养液存储池及灌溉水存储池分别与所述混配池连通；
灌溉系统，其第一端与所述混配池连接，其第二端分布至大田。
所述的大田中沼液施用系统中，所述无害化处理池内设置有用于吸附重金属元素的生物膜，能够去除大流量的沼液中的重金属离子，保证沼液施用的环境安全性；所述好氧发酵池内设置有鼓风曝气装置，目的是对沼液进行杀菌以及彻底降解有机质。
所述的大田中沼液施用系统中，所述沼液处理单元还包括一级过滤池，所述一级过滤池内填充鹅卵石、无纺布、塑料颗粒、有机聚合物、金属丝、碎瓷片或玻璃纤维中的一种或多种作为过滤介质；
也可将鹅卵石、碎瓷片、金属丝、玻璃纤维及无纺布按照从上至下的顺序顺次铺设在所述一级过滤池中，形成多层过滤单元；
另外，所述一级过滤池还包括第一入水口、第一出水口及第一出水管，所述第一入水口设置在所述一级过滤池的上部，在所述一级过滤池的底部均匀分布有多个第一出水口，且多个第一出水口分别与第一出水管连通。
所述的大田中沼液施用系统中，所述沼液处理单元还包括二级过滤单元，所述二级过滤单元包括二级过滤池和过滤管，所述二级过滤池中设置有银离子杀菌器，且所述二级过滤池内设置有过滤网及反冲洗装置；所述二级过滤池分别设置有第二入水口及第二出水口，所述第二入水口和所述第一出水管连通；
所述过滤管内填充有活性炭，所述过滤管和所述第二出水口连通。
所述的大田中沼液施用系统中，所述灌溉系统包括低压管道灌溉系统及喷灌设备：
所述低压管道灌溉系统所用管道为压力0.30-0.35MPa，管径150-200mm的UPVC管道。这样做的好处是，低压管道不容易堵塞，可以高效灌溉沼液，同时达到节水效果，并且投资成本低、运行管理简单。
所述喷灌设备所用管道为压力0.30-0.35MPa，管径70-80mm的PE管道，且喷嘴直径25-35mm，连接压力0.60-0.65MPa。这样做的好处是，喷灌设备受地形影响小，使用维护方便，并且更加节水。采用低压管道灌溉可以根据需要再转化成喷滴灌形式，同时此工艺代替滴灌工艺，可以减少滴灌带地面部分软管回收的二次污染问题。
一种利用大田中沼液施用系统进行沼液施用的方法，包括以下步骤：
步骤一、营养液的制备，将沼液存储于沼液池一定的时间后，顺次经过好氧发酵池的好氧发酵，沉淀池的絮凝沉淀、无害化处理池无害化处理及多级过滤后既得所述营养液，可作为植物营养液，灌溉作物的时候在追肥的时候使用，如此一来，可以完全代替化肥。
步骤二、经所述营养液在营养液存储池进行存储一定的时间，将灌溉用水在灌溉水存储池进行存储，并分别释放适量的营养液及灌溉用水至混配池中进行混配，得到混合灌溉水；
步骤三、灌溉，将所得混合灌溉通过所述灌溉系统通入大田进行灌溉。田间主管网铺设到灌溉的大田地头，并不延伸到大田中，不管采用何种灌溉模式，都需要铺设大田主管网。
所述的利用大田中沼液施用系统进行沼液施用的方法中，步骤一中，沉淀池中所加絮凝剂为由聚丙烯酰胺、木质磺酸钠、碳酸钠、聚合三氯化铁、粘土及有机酸中的几种组成的复合絮凝剂，目的是去除沼液中的悬浮物，由有机和无机絮凝剂组成的复合絮凝剂能够达到良好的絮凝效果，使絮凝效果提高20％以上。
并通过添加碳酸钠调节沉淀池中沼液pH值为6-7。
所述的利用大田中沼液施用系统进行沼液施用的方法中，步骤三中可采用低压管道灌溉或喷灌两种灌溉方式；
且步骤二中对营养液进行一定的稀释后再进行灌溉，混配的依据是土壤性质、作物生长期等，按照实际需肥量配方，这样做的好处是，能够提高作物产量，并使沼液施用量与土壤承载力相匹配，养分的合理利用，避免水体富营养化。混配的比例为：
当采用低压管道灌溉时，所述营养液与所述灌溉水进行混配的体积比为1∶3-4；这样做的目的是，消除沼液对大田作物生长的不利影响。
当采用喷灌进行灌溉时，所述营养液与所述灌溉水进行混配的体积比为1∶5-6。这样做的目的是，喷灌设备灌溉时需要喷洒在作物叶面上，稀释后减少营养液对作物的不利影响。
采用营养液追肥可以根据基肥的施用量、作物、土壤的情况进行测算配比，根据需求量施用，达到增产、代替化肥追肥的作用。
所述的利用大田中沼液施用系统进行沼液施用的方法中，步骤一中沼液在所述沼液池储存时间为1-3个月；步骤二中所述营养液在所述营养液储池中储存时间为3-5个月。这样做的好处是，可以使沼液充分腐熟，从而使一些营养元素和腐殖酸铵更好的进行溶解，并且新鲜沼液对作物有不利影响，不能直接灌溉喷施。
所述的利用大田中沼液施用系统进行沼液施用的方法中，步骤二中所述灌溉用水为将有机废水经过预处理后得到的中水，所述预处理包括沉淀及生化处理，有机废水以重力流方式进入预处理单元。将预处理单元处理后的废水用提升泵泵入生化处理单元，处理后的水达到农田灌溉标准，这样做的好处是，中水回用灌溉节省了灌溉水。
所述生化处理方法为厌氧氨氧化法，厌氧氨氧化法的具体方法为：使待处理水进入厌氧流化床，并控制在20～35摄氏度的温度下反应，调节pH在7左右，然后进入缺氧池进行进一步反应，反应后的污水进入曝气池进行曝气，此时控制温度在30～35摄氏度，曝气后的废水进行沉淀后出水，沉淀污泥回流到曝气池，达不到标准的出水回流至进口再次处理。
实施例1
(1)有机废弃物厌氧发酵产生的沼液经过管道输送到沼液池；(2)沼液池中的沼液经过一段时间的储存，进入好氧发酵池，在好氧发酵池中进行曝气；(3)好氧发酵池处理后的沼液再经管道输送到沉淀池进行絮凝沉淀，去除沼液中悬浮颗粒物；(4)经过沉淀池处理的沼液进入无害化处理单元，此工艺的主要目的是处理沼液中含有的重金属元素，保证沼液施用的环境安全性；(5)经过上述处理后的沼液可以作为植物生长营养液输送到农场的营养液储池，以代替追肥时使用的化肥，提供作物生长的养分；(6)本方法中提供的灌溉水来自于生产生活产生的有机废水，经过预处理单元和生物处理单元后储存在农场灌溉水储池；(7)灌溉水通过混配单元与营养液充分均匀混合后，进入田间灌溉主管网；(8)进入田间主管网的水肥可以通过低压管道灌溉技术和喷灌设备两种方式施用到田间作物，完成沼液的资源化利用。
首先，有机废弃物厌氧发酵产生的沼液经过管道输送到沼液池；沼液池中的沼液经过两个月的储存，使沼液充分腐熟，从而使一些营养元素和腐殖酸铵更好的进行溶解，然后进入好氧发酵池，在好氧发酵池中进行鼓风曝气，对沼液进行杀菌以及彻底降解有机质。
好氧发酵池处理后的沼液再经管道输送到沉淀池，在沉淀池中加入三氯化铁类絮凝剂进行絮凝沉淀，去除沼液中悬浮颗粒物然后进入无害化处理单元，在此采用离子交换法和生物吸附法处理沼液中含有的重金属元素，保证沼液施用的环境安全性。经过上述处理后的沼液可以作为植物营养液输送到农场的营养液储池储存4个月，以代替追肥时使用的化肥，提供作物生长的养分。
另一方面，灌溉水采用中水回用，即来自于生产生活产生的有机废水，以重力流方式进入预处理单元，经过三级沉淀工艺，对有机废水进行沉淀，去除其中的悬浮物，再将预处理单元处理后的废水用提升泵泵入生化处理单元，采用厌氧氨氧化工艺对其进行处理，达到农田灌溉标准，此部分水储存在农场灌溉水储池。
将农场灌溉水池和营养液储池的水依据土壤性质、作物生长期等实际需肥量测算，使沼液施用量与土壤承载力相匹配，达到养分的合理利用，避免水体富营养化，混配单元中灌溉水、营养液充分均匀混合后，进入田间灌溉主管网，田间主管网铺设到灌溉的大田地头，然后可选用两种不同的灌溉方式进行营养液灌溉，第一种方式是采用低压管道灌溉，选取的支管标准为0.3MPa管径200的UPVC管道，低压管道不容易堵塞，可以高效灌溉沼液，同时达到节水效果，并且投资成本低、运行管理简单。采用低压管道灌溉可以根据需要再转化成喷滴灌形式，同时此工艺代替滴灌工艺，可以减少滴灌带地面部分软管回收的二次污染问题，采用低压管道灌溉时，营养液需要进行3～4倍的稀释。第二种方式是采用喷灌设备灌溉，选取的设备标准为喷嘴直径30mm，压力0.35MPa，PE管直径75mm，连接压力0.65MPa，喷灌设备受地形影响小，使用维护方便，并且更加节水，由于喷灌设备灌溉时需要喷洒在作物叶面上，采用喷灌设备灌溉时，营养液需要进行5～6倍的稀释，稀释后减少营养液对作物的不利影响。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种大田中沼液施用系统，其特征在于，包括：
沼液处理单元，其包括沼液池、好氧发酵池、沉淀池及无害化处理池，并通过管道顺次连接；
存储单元，其包括营养液存储池及灌溉水存储池，其中所述营养液存储池与所述无害化处理池连通；
混配池，所述营养液存储池及灌溉水存储池分别与所述混配池连通；
灌溉系统，其第一端与所述混配池连接，其第二端分布至大田。
2.如权利要求1所述的大田中沼液施用系统，其特征在于，所述无害化处理池内设置有用于吸附重金属元素的生物膜；所述好氧发酵池内设置有鼓风曝气装置。
3.如权利要求1所述的大田中沼液施用系统，其特征在于，所述沼液处理单元还包括一级过滤池，所述一级过滤池内填充鹅卵石、无纺布、塑料颗粒、有机聚合物、金属丝、碎瓷片或玻璃纤维中的一种或多种作为过滤介质；
也可将鹅卵石、碎瓷片、金属丝、玻璃纤维及无纺布按照从上至下的顺序顺次铺设在所述一级过滤池中，形成多层过滤单元；
另外，所述一级过滤池还包括第一入水口、第一出水口及第一出水管，所述第一入水口设置在所述一级过滤池的上部，在所述一级过滤池的底部均匀分布有多个第一出水口，且多个第一出水口分别与第一出水管连通。
4.如权利要求3所述的大田中沼液施用系统，其特征在于，所述沼液处理单元还包括二级过滤单元，所述二级过滤单元包括二级过滤池和过滤管，所述二级过滤池中设置有银离子杀菌器，且所述二级过滤池内设置有过滤网及反冲洗装置；所述二级过滤池分别设置有第二入水口及第二出水口，所述第二入水口和所述第一出水管连通；
所述过滤管内填充有活性炭，所述过滤管和所述第二出水口连通。
5.如权利要求1所述的大田中沼液施用系统，其特征在于，所述灌溉系统包括低压管道灌溉系统及喷灌设备：
所述低压管道灌溉系统所用管道为压力0.30-0.35MPa，管径150-200mm的UPVC管道；
所述喷灌设备所用管道为压力0.30-0.35MPa，管径70-80mm的PE管道，且喷嘴直径25-35mm，连接压力0.60-0.65MPa。
6.一种利用如权利要求1-5中任一项所述的大田中沼液施用系统进行沼液施用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、营养液的制备，将沼液存储于沼液池一定的时间后，顺次经过好氧发酵池的好氧发酵，沉淀池的絮凝沉淀、无害化处理池无害化处理及多级过滤后既得所述营养液；
步骤二、经所述营养液在营养液存储池进行存储一定的时间，将灌溉用水在灌溉水存储池进行存储，并分别释放适量的营养液及灌溉用水至混配池中进行混配，得到混合灌溉水；
步骤三、灌溉，将所得混合灌溉通过所述灌溉系统通入大田进行灌溉。
7.如权利要求6所述的利用大田中沼液施用系统进行沼液施用的方法，其特征在于，步骤一中，沉淀池中所加絮凝剂为由聚丙烯酰胺、木质磺酸钠、碳酸钠、聚合三氯化铁、粘土及有机酸中的几种组成的复合絮凝剂；
并通过添加碳酸钠调节沉淀池中沼液pH值为6-7。
8.如权利要求6所述的利用大田中沼液施用系统进行沼液施用的方法，其特征在于，步骤三中可采用低压管道灌溉或喷灌两种灌溉方式；
且步骤二中对营养液进行一定的稀释后再进行灌溉：
当采用低压管道灌溉时，所述营养液与所述灌溉水进行混配的体积比为1∶3-4；
当采用喷灌进行灌溉时，所述营养液与所述灌溉水进行混配的体积比为1∶5-6。
9.如权利要求6所述的利用大田中沼液施用系统进行沼液施用的方法，其特征在于，步骤一中沼液在所述沼液池储存时间为1-3个月；
步骤二中所述营养液在所述营养液储池中储存时间为3-5个月。
10.如权利要求6所述的利用大田中沼液施用系统进行沼液施用的方法，其特征在于，步骤二中所述灌溉用水为将有机废水经过预处理后得到的中水，所述预处理包括沉淀及生化处理，所述生化处理方法为厌氧氨氧化法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150715 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |