CN105432341A - 一种基于生物质的二氧化碳施肥设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及温室气体施肥技术领域，尤其涉及一种基于生物质的二氧化碳施肥设备及方法，二氧化碳施肥设备包括密闭的壳体，壳体内设有储物装置、加热装置、加水装置、第一二氧化碳传感器、储气装置和控制装置；加热装置用于提供发酵所需的温度，加水装置用于向储物装置内加入水分；第一二氧化碳传感器用于检测壳体内二氧化碳的浓度；储气装置包括空气压缩机和储气罐，储气罐连接有穿过壳体的出气管，出气管的管口设有控制阀门；控制装置用于控制储气装置收集二氧化碳；壳体的顶部还设有通风装置，用于提供发酵所需的氧气。本发明的二氧化碳施肥设备可以收集二氧化碳并根据温室内的需要向温室内提供二氧化碳，提高了生产效率。

Description

一种基于生物质的二氧化碳施肥设备及方法

技术领域

本发明涉及温室气体施肥技术领域，尤其涉及一种基于生物质的二氧化碳施肥设备及方法。

背景技术

目前设施农业已由简易塑料大棚、温室发展到具有人工环境控制的自动化、机械化程度极高的现代化大型温室和植物工厂。设施蔬菜生产在设施农业占了很大的比重，设施蔬菜生产中，二氧化碳作为光合作用的反应物，对植物的生长起着至关重要的作用，二氧化碳缺乏在设施蔬菜的生产中已经成为一个影响作为生长发育的因素，尤其是在一些地面硬化的温室中表现尤为明显，因此，如何提高并调控温室大棚内的二氧化碳浓度以满足作物光合作用的需要，同时达到提高产量、改善品质的目的，已经成为设施蔬菜栽培发展迫切需要解决的问题。

现有的化学型二氧化碳发生器主要是通过调节反应腔内的压力变化来达到控制二氧化碳气体的出气率，但由于硫酸等药品的获取难度大、腐蚀性强，成本高等问题，所以该方法存在了很大的制约性。现有的生物发酵法制取二氧化碳的方式有施用颗粒有机生物气肥法，将颗粒有机生物气肥按一定间距均匀施入植株行间，施入深度为3厘米，保持穴位土壤有一定的水分，使其相对湿度在80％左右，利用土壤微生物发酵产生二氧化碳，该方式的缺点是需要外界补充颗粒的有机气肥，成本比一般的有机物发酵法要高，而且二氧化碳的释放量和释放时间不受控制，影响温室内二氧化碳浓度调节效果。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有技术中利用生物质发酵产生二氧化碳施肥量不可控制的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于生物质的二氧化碳施肥设备，包括密闭的壳体，壳体内设有储物装置、加热装置、加水装置、第一二氧化碳传感器、储气装置和控制装置；所述储物装置用于放置待发酵生物质；所述加热装置用于提供发酵所需的温度，所述加水装置用于向储物装置内加入水分；所述第一二氧化碳传感器用于检测所述壳体内二氧化碳的浓度；所述储气装置包括空气压缩机和储气罐，所述空气压缩机用于收集壳体内产生的二氧化碳，所述储气罐连接有穿过所述壳体的出气管，用于向壳体外释放二氧化碳，所述出气管的管口设有控制阀门；所述控制装置用于控制储气装置收集二氧化碳；所述壳体的顶部还设有通风装置，用于提供发酵所需的氧气。

其中，所述储物装置设于所述壳体的上部，所述储气装置设于所述储物装置的下方。

其中，所述第一二氧化碳传感器与所述空气压缩机的进口位于同一高度。

其中，所述壳体内还设有第二二氧化碳传感器，所述第二二氧化碳传感器设于所述壳体内的上部空间。

其中，所述储物装置包括一个或多个储物箱，所述储物箱的顶部开口设置，且所述储物箱的侧壁为网孔状。

其中，所述储物箱设于所述壳体内的支架上，所述支架上与所述储物箱接触位置设有流利条。

其中，所述加水装置包括加水管、水泵和水箱；所述加水管铺设于所述储物装置的上方，且加水管上间隔开设有多个通孔；所述水泵连接于所述水箱与所述加水管之间。

其中，所述壳体内还设有温湿度传感器，用于测量壳体内的温湿度。

其中，所述通风装置包括通风板、电推杆和固定座，所述壳体顶部设有通风口，所述通风板与所述通风口相配合，所述固定座固定于所述壳体上，所述电推杆连接于所述固定座和所述通风板之间。

本发明还提供了一种上述的基于生物质的二氧化碳施肥设备的施肥方法，包括以下步骤：

S1：将待发酵生物质放置于所述储物装置内；

S2：调节所述加热装置和加水装置使生物质发酵；

S3：所述第一二氧化碳传感器检测到的浓度值上升到设定值时，打开所述空气压缩机，将二氧化碳收集到所述储气罐内；

S4：所述第一二氧化碳传感器检测到的浓度值下降到设定值时，关闭所述空气压缩机，开启所述通风装置向所述储物装置内补充空气；

S5：开启或关闭所述控制阀门，控制所述储气罐内二氧化碳向温室内的释放。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明提供的二氧化碳施肥设备内设有加热装置和加水装置，可以控制生物质发酵的温度和湿度，提高生物质发酵产生二氧化碳的转换率，在密闭容器进行发酵，环境因素更加可控，利用储气装置收集二氧化碳，可以根据温室内作物对于二氧化碳的需求向温室内释放二氧化碳，减少了水电等能源的消耗，节能效果显著，而且反应后的产物还可以作为有机肥料还田使用，清洁零污染，有利于设施农业的可持续发展。另外，采用控制装置进行控制，设备自动化程度较高，易于安装调试，运行稳定可靠，具有较低的成本，不仅解决了温室作物对二氧化碳气肥的需求，也拓宽了农作物秸秆的应用发展领域。

附图说明

图1是本发明实施例基于生物质的二氧化碳施肥设备的结构示意图；

图2是本发明实施例电控柜的示意图。

图中：1：壳体；2：控制按钮；3：触摸屏；4：电控柜；5：加水管；6：水泵；7：水箱；8：流利条；9：空气压缩机；10：储气罐；11：出气管；12：固定座；13：通风板；14：电推杆；15：储物箱；16：第二二氧化碳传感器；17：电加热板；18：温湿度传感器；19：第一二氧化碳传感器；20：空气开关；21：直流电源；22：PLC；23：继电器组。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供的一种基于生物质的二氧化碳施肥设备，包括密闭的壳体1，本实施例中，壳体1的尺寸优选为80cm×80cm×170cm，采用壁厚为1.5mm的钢板焊接而成，壳体1内设有储物装置、加热装置、加水装置、第一二氧化碳传感器19、储气装置和控制装置；储物装置用于放置待发酵生物质；加热装置用于为待发酵生物质提供发酵所需的温度，加水装置用于向储物装置内加入水分；第一二氧化碳传感器19用于检测壳体1内二氧化碳的浓度；储气装置包括空气压缩机9和储气罐10，空气压缩机9用于收集壳体1内产生的二氧化碳，并将收集的二氧化碳储存在储气罐10中，储气罐连接有穿过壳体1的出气管11，用于向壳体1外释放二氧化碳，出气管11的管口设有控制阀门，用于控制出气管11向外释放二氧化碳，控制阀门既可以人工控制，也可以为自动控制；控制装置用于控制储气装置收集二氧化碳，本实施例中，控制装置还可以根据温室内二氧化碳的浓度控制出气管管口控制阀门的开启或关闭，实现该二氧化碳施肥设备的全自动控制；壳体1的顶部还设有通风装置，用于提供发酵所需的氧气。

本发明实施例提供的二氧化碳施肥设备生物质的发酵在密闭的壳体1内进行，控制装置根据壳体1内二氧化碳的浓度控制储气装置的开启或关闭，当温室内二氧化碳浓度高于设定值时开启空气压缩机9，当温室内二氧化碳浓度低于设定值时关闭空气压缩机9，开启通风装置向壳体1内补充生物质发酵所需的空气，储气罐10连接有一与壳体1外相连通的出气管11，当温室内需要供给二氧化碳时储气罐10由出气管11向温室内释放二氧化碳。本发明提供的二氧化碳施肥设备内设有加热装置和加水装置，可以控制生物质发酵的温度和湿度，提高生物质发酵产生二氧化碳的转换率，在密闭容器进行发酵，环境因素更加可控，减少了水电等能源的消耗，节能效果显著，而且反应后的产物还可以作为有机肥料还田使用，清洁零污染，有利于设施农业的可持续发展。另外，采用控制装置进行控制，设备自动化程度较高，易于安装调试，运行稳定可靠，具有较低的成本，不仅解决了温室作物对二氧化碳气肥的需求，也拓宽了农作物秸秆的应用发展领域。

进一步地，储物装置设于壳体1的上部，储气装置设于储物装置的下方。储物装置发酵产生的二氧化碳密度较大容易下沉，因此将储气装置设于储物装置的下方便于二氧化碳的收集。具体地，第一二氧化碳传感器19与空气压缩机9的进口位于同一高度。本实施例中，空气压缩机9优选为OTS-550X2型号，额定功率为1100w，额定排气压力为0.7MPa，储气罐10优选为50L的储气罐10，将第一二氧化碳传感器19设于与空气压缩机9进口同一高度便于控制装置根据二氧化碳的浓度开启空气压缩机9进行收集，避免过早的开启空气压缩机9压缩机内会吸入过多的空气。进一步地，壳体1内还设有第二二氧化碳传感器16，第二二氧化碳传感器16设于壳体1内的上部空间。本实施例中，第一二氧化碳传感器19和第二二氧化碳传感器16优选为BMG-CO2-NDIR型，量程为0～200000ppm，工作压力为DC24V，工作环境温度为0～50℃，湿度为0～100％RH，外壳为防高温塑料外壳。第二二氧化碳传感器16设于储物装置的上部可以监测壳体1顶部的二氧化碳浓度，当第二二氧化碳传感器16检测到的浓度达到设定下限值时关闭空气压缩机9，开启通风装置，利用负压开始向壳体1内补充有氧发酵所需的空气。

进一步地，储物装置包括一个或多个储物箱15，储物箱15的顶部开口设置，且储物箱15的侧壁为网孔状。进一步地，储物箱15设于壳体1内的支架上，支架上与储物箱15接触位置设有流利条8。本实施例中，储物箱15的尺寸优选为60cm×80cm×170cm，壁厚为1.5mm。储物装置设为多个小储物箱15便于换料，并且可以增大生物质与壳体1内空气的接触面积，提高二氧化碳产生效力。储物箱15的顶部开口并且侧壁设为网孔状有利于二氧化碳气体的释放，

进一步地，加水装置包括加水管5、水泵6和水箱7；加水管5铺设于储物装置的上方，且加水管5上间隔开设有多个通孔；水泵6连接于水箱7与加水管5之间。本实施例中，加水管5优选为直径20mm的PVC管道，各通孔之间的间距为5cm，长度为40cm。加水管5上设有通孔可以使水通过通孔均匀滴入生物质内，为生物质的发酵提供所需的湿度。具体地，壳体1内还设有温湿度传感器18，用于测量壳体1内的温湿度。本实施例中，温湿度传感器18优选为JWSK-6ACXX型，工作电压为DC24V，工作环境温度为-40℃～120℃，湿度为0～100％RH。加热装置优选为电加热板17，电加热板17设于储物装置的一侧。控制装置可以根据壳体1内温湿度传感器18检测的湿度和湿度控制水泵6或电加热板17的开启，调节壳体1内的温湿度。

进一步地，通风装置包括通风板13、电推杆14和固定座12，壳体1顶部设有通风口，通风板13与通风口相配合，固定座12固定于壳体1上，电推杆14连接于固定座12和通风板13之间。本实施例中，通风口的尺寸优选为8cm×8cm。当壳体1内二氧化碳浓度低于某设定值时，控制装置控制电推杆14伸出使通风板13打开，空气由通风口内进入壳体1内用于生物质的发酵。

进一步地，如图2所示，壳体1内设有电控柜4，控制装置设于电控柜4内，电控柜4内还设有直流电源21和空气开关20，控制装置包括PLC22和继电器组23，壳体1上还设有控制面板，控制面板上设有与电控柜4内控制装置连接的触摸屏3和控制按钮2。

本发明还提供了一种上述的基于生物质的二氧化碳施肥设备的施肥方法，包括以下步骤：

S1：将待发酵生物质放置于储物装置内；

S2：调节所述加热装置和加水装置使生物质发酵；

S3：第一二氧化碳传感器19检测到的浓度值上升到设定值时，打开所述空气压缩机9，将二氧化碳收集到所述储气罐内；

S4：第一二氧化碳传感器19检测到的浓度值下降到设定值时，关闭空气压缩机9，开启通风装置向储物装置内补充空气；

S5：开启或关闭控制阀门，控制储气罐内二氧化碳向温室内的释放。具体地，控制阀门的开启或关闭既可以手动控制，也可以自动控制，控制装置根据温室内二氧化碳的浓度开启或关闭控制阀门。

综上所述，本发明实施例提供的二氧化碳施肥设备生物质的发酵在密闭的壳体内进行，控制装置根据壳体内二氧化碳的浓度控制储气装置的开启或关闭，当温室内二氧化碳浓度高于设定值时开启空气压缩机9，当温室内二氧化碳浓度低于设定值时关闭空气压缩机9，开启通风装置向壳体内补充生物质发酵所需的空气，储气罐10连接有一与壳体外相连通的出气管11，当温室内需要供给二氧化碳时储气罐10由出气管11向温室内释放二氧化碳。本发明提供的二氧化碳施肥设备内设有加热装置和加水装置，可以控制生物质发酵的温度和湿度，提高生物质发酵产生二氧化碳的转换率，在密闭容器进行发酵，环境因素更加可控，减少了水电等能源的消耗，节能效果显著，而且反应后的产物还可以作为有机肥料还田使用，清洁零污染，有利于设施农业的可持续发展。另外，采用控制装置进行控制，设备自动化程度较高，易于安装调试，运行稳定可靠，具有较低的成本，不仅解决了温室作物对二氧化碳气肥的需求，也拓宽了农作物秸秆的应用发展领域。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于生物质的二氧化碳施肥设备，其特征在于：包括密闭的壳体，壳体内设有储物装置、加热装置、加水装置、第一二氧化碳传感器、储气装置和控制装置；

所述储物装置用于放置待发酵生物质；所述加热装置用于提供发酵所需的温度，所述加水装置用于向储物装置内加入水分；

所述第一二氧化碳传感器用于检测所述壳体内二氧化碳的浓度；所述储气装置包括空气压缩机和储气罐，所述空气压缩机用于收集壳体内产生的二氧化碳，所述储气罐连接有穿过所述壳体的出气管，用于向壳体外释放二氧化碳，所述出气管的管口设有控制阀门；所述控制装置用于控制储气装置收集二氧化碳；

所述壳体的顶部还设有通风装置，用于提供发酵所需的氧气。

2.根据权利要求1所述的基于生物质的二氧化碳施肥设备，其特征在于：所述储物装置设于所述壳体的上部，所述储气装置设于所述储物装置的下方。

3.根据权利要求1所述的基于生物质的二氧化碳施肥设备，其特征在于：所述第一二氧化碳传感器与所述空气压缩机的进口位于同一高度。

4.根据权利要求3所述的基于生物质的二氧化碳施肥设备，其特征在于：所述壳体内还设有第二二氧化碳传感器，所述第二二氧化碳传感器设于所述壳体内的上部空间。

5.根据权利要求1所述的基于生物质的二氧化碳施肥设备，其特征在于：所述储物装置包括一个或多个储物箱，所述储物箱的顶部开口设置，且所述储物箱的侧壁为网孔状。

6.根据权利要求5所述的基于生物质的二氧化碳施肥设备，其特征在于：所述储物箱设于所述壳体内的支架上，所述支架上与所述储物箱接触位置设有流利条。

7.根据权利要求1所述的基于生物质的二氧化碳施肥设备，其特征在于：所述加水装置包括加水管、水泵和水箱；所述加水管铺设于所述储物装置的上方，且加水管上间隔开设有多个通孔；所述水泵连接于所述水箱与所述加水管之间。

8.根据权利要求1所述的基于生物质的二氧化碳施肥设备，其特征在于：所述壳体内还设有温湿度传感器，用于测量壳体内的温湿度。

9.根据权利要求1所述的基于生物质的二氧化碳施肥设备，其特征在于：所述通风装置包括通风板、电推杆和固定座，所述壳体顶部设有通风口，所述通风板与所述通风口相配合，所述固定座固定于所述壳体上，所述电推杆连接于所述固定座和所述通风板之间。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的基于生物质的二氧化碳施肥设备的施肥方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将待发酵生物质放置于所述储物装置内；

S2：调节所述加热装置和加水装置使生物质发酵；

S3：所述第一二氧化碳传感器检测到的浓度值上升到设定值时，打开所述空气压缩机，将二氧化碳收集到所述储气罐内；

S4：所述第一二氧化碳传感器检测到的浓度值下降到设定值时，关闭所述空气压缩机，开启所述通风装置向所述储物装置内补充空气；

S5：开启或关闭所述控制阀门，控制所述储气罐内二氧化碳向温室内的释放。