CN108293869A - 一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无土栽培技术领域，公开了一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置及方法，其中装置包括：生物净化箱；所述生物净化箱内为营养液回收液存储空间，所述生物净化箱内设置用于栽培水生植物的栽培装置，以使水生植物的根系对营养液回收液进行吸附消毒预处理。本发明提供的一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置及方法，采用水生植物对回收液进行预处理，安全有效，不会对环境造成污染，能有效去除回收液中多余的有机质和病菌，且不破坏回收液中的营养成分和有益微生物，该装置成本较低，操作简单，易于实现且适用性广。

Description

一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置及方法

技术领域

本发明涉及无土栽培技术领域，特别是涉及一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置及方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，人们对食品安全更加重视。有机农业发展面临着前所未有的契机。传统农业以土壤栽培为主，而近年来伴随土地资源的紧张及土壤连作障碍的影响，无土栽培技术发展迅速且逐渐成熟，因此发展有机基质栽培是农业未来发展、保证食品安全的一个趋势。

有机基质栽培选用一些天然物质所构成的种植材料作为基质，如木屑、椰糠等。通过供给有机营养液为植物生长提供必需的水分和养分。有机营养液的制备通常通过发酵来进行，发酵周期通常为20d左右。为提高有机肥利用效率，降低排放带来的土壤、水体、环境污染问题，发展封闭循环式有机基质栽培是节水节肥，提高有机肥料利用率的最直接有效的途径。但营养液的循环利用容易引起病菌的累积，增加根系接触病原的几率，因而，有机基质栽培的营养液回收消毒是有机营养液重复利用中的一项亟待解决的关键技术，关系到栽培系统的运行和营养液的清洁度。目前主要应用的无土栽培营养液消毒方法以物理消毒为主，包括加热消毒、过滤消毒、紫外消毒、臭氧氧化消毒、微波消毒等。

这些消毒方式多针对于无机营养液消毒，营养液余液以无机形态为主，较为稀薄，杂质多为根系或基质颗粒，经过一般过滤即可将杂质去除，保证进一步消毒效果。但有机营养液灌溉之后，经过有机基质后渗出的余液有机质含量高，较为粘稠，且里面富含多种有益的微生物。杂质多而细，使用现有的消毒方法很难达到预期的消毒效果，且容易造成过滤装置的堵塞，影响系统的稳定运行。例如紫外消毒效果受营养液中悬浮物、浊度、色度、微生物的类型和数量等影响很大。

有机营养液余液采用普通前处理通常不能满足要求；而如果以不改变营养液组分，不破坏有益菌为前提来对余液进行处理，粘稠的余液会堵塞过滤装置，影响过滤装置的过滤速度。因此，开发一种基于有机基质栽培的营养液消毒系统和方法是解决有机栽培营养液回收利用的一项重要技术。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置及方法，用于解决或部分解决现有技术中有机营养液余液采用普通前处理通常不能满足要求；而如果以不改变营养液组分，不破坏有益菌为前提来对余液进行处理，粘稠的余液会堵塞过滤装置，影响过滤装置的过滤速度的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，根据本发明第一方面提供一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置，该过滤装置包括：生物净化箱；所述生物净化箱内为营养液回收液存储空间，所述生物净化箱内设置用于栽培水生植物的栽培装置，以使水生植物的根系对营养液回收液进行吸附消毒预处理。

在上述方案的基础上，所述栽培装置包括定植板以及根系垫层；所述定植板和所述根系垫层分别横置于所述生物净化箱内部，且所述定植板以及所述根系垫层的边缘分别与所述生物净化箱的内侧壁紧密接触，所述定植板设置在所述根系垫层的上方；所述定植板设置多个用于种植和固定水生植物的种植孔；所述根系垫层包括上层亲水材料层和下层不透水或弱透水材料层，以使水生植物的根系位于所述定植板和所述根系垫层之间，所述不透水或弱透水材料层上设置有若干个透水孔。

在上述方案的基础上，所述生物净化箱的侧壁上开设有进液口，所述进液口位于所述定植板的上方；在所述进液口与所述定植板之间设置引流板；所述生物净化箱的箱底上开设有排液口和排污口。

在上述方案的基础上，一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置还包括：导轨、伸缩控制杆和软刷；所述导轨固定设置在所述根系垫层的下方，沿所述导轨的长度方向设置一排或若干排喷淋头，所述喷淋头与生物净化箱外部供水结构相连；所述伸缩控制杆的一端与所述导轨相连，所述伸缩控制杆的另一端安装所述软刷，所述软刷与所述生物净化箱的内侧壁接触；所述伸缩控制杆与驱动机构相连，所述驱动机构带动所述伸缩控制杆沿所述导轨移动。

在上述方案的基础上，一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置还包括：栅格透水隔板、侧挡板和支柱；所述栅格透水隔板呈栅格结构，所述栅格透水隔板位于所述根系垫层的下方，所述栅格透水隔板用于支撑所述根系垫层；所述栅格透水隔板与所述生物净化箱的箱底之间设置至少一个支柱；所述生物净化箱的内侧壁固定设置所述侧挡板，所述栅格透水隔板的边缘搭接在所述侧挡板上。

在上述方案的基础上，一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置还包括：至少一个慢砂过滤器；所述慢砂过滤器从上到下依次包括：上部接头、待处理液腔、过滤材料层、快速滤水层和下部接头，在所述上部接头的顶部分别设置进水口和排气口，在所述下部接头的底部设置出水口；所述进水口分别通过连接管路与所述排液口相连；所述排气口分别与总排气管相连；所述出水口分别与总出水管相连。

在上述方案的基础上，一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置还包括：控制器；在所述生物净化箱中设置液位传感器，在所述进液口或所述生物净化箱内设置回收液特性传感器；设置排污阀与排污口相连；所述进液口与第一阀门相连；所述排液口与第二阀门相连；所述进气口处设置第三阀门；所述控制器分别与所述液位传感器、回收液特性传感器、第一阀门、第二阀门、排污阀、第三阀门以及驱动机构相连，用于根据传感器检测的信息对各阀门以及整个装置进行控制；其中，所述回收液特性传感器包括：EC和/或pH检测传感器。

根据本发明的第二方面提供一种基于有机基质栽培的营养液过滤方法，该方法包括：利用水生植物发达根系对营养液回收液进行吸附消毒预处理；将预处理后得到的回收液引入慢砂过滤装置中；利用慢砂过滤装置对回收液进行二次消毒过滤处理。

在上述方案的基础上，利用水生植物发达根系对营养液回收液进行吸附消毒预处理的控制过程包括：检测生物净化箱内的第一液位高度，并与第一高度阈值进行对比；第一液位高度低于第一高度阈值下限时，将营养液回收液引入生物净化箱内进行吸附净化；第一液位高度高于第一高度阈值上限时，停止将营养液回收液引入生物净化箱内，生物净化过程结束。

在上述方案的基础上，利用慢砂过滤装置对回收液进行二次消毒过滤处理的控制过程包括：检测慢砂过滤后储液箱内的第二液位高度，并与第二高度阈值进行对比；第二液位高度低于第二高度阈值下限时，将预处理后的回收液引入慢砂过滤装置中进行二次过滤；第二液位高度高于第二高度阈值上限时，停止将预处理后的回收液引入慢砂过滤装置中，慢砂过滤过程结束。

(三)有益效果

本发明提供的一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置及方法，采用水生植物对回收液进行预处理，安全有效，不会对环境造成污染，能有效去除回收液中多余的有机质和病菌，且不破坏回收液中的营养成分和有益微生物，该装置成本较低，操作简单，易于实现且适用性广。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置整体结构示意图；

图2为根据本发明实施例的一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置中生物净化箱的结构示意图；

图3为根据本发明实施例的一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置中慢砂过滤器的结构示意图；

图4为根据本发明实施例的一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置工作流程示意图；

图5为根据本发明实施例的生物净化过程控制流程图；

图6为根据本发明实施例的慢砂过滤过程控制流程图。

附图标记说明：

1—进液口； 2—生物净化箱； 3—慢砂过滤器；

4—连接管路； 5—总出水管； 6—控制柜；

7—总排气管； 11—第一阀门； 21—引流板；

22—水生植物； 23—定植板； 24—根系垫层；

25—栅格透水隔板； 26—支柱； 27—排液口；

28—透水孔； 29—侧挡板； 210—清洗装置；

211—导轨； 212—伸缩控制杆； 213—软刷；

214—喷淋进水口； 215—进水阀； 216—喷淋头；

217—排污阀； 218—驱动机构； 31—进水口；

32—排气口； 33—上部接头； 34—待处理液腔；

35—过滤材料层； 36—快速滤水层； 37—出水口；

38—下部接头； 39—支腿； 61—液位传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例根据本发明提供一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置，参考图1，该过滤装置包括：生物净化箱2；所述生物净化箱2内为营养液回收液存储空间，所述生物净化箱2内设置用于栽培水生植物的栽培装置，以使水生植物的根系对营养液回收液进行吸附消毒预处理。

本实施例提供的一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置，利用水生植物22发达根系的吸附消毒作用，吸附和截留有机栽培营养液回收液中的有机质，降低余液的粘稠度，减轻养分的富集，抑制藻类的生长，并提高溶解氧含量。

设置生物净化箱2，在生物净化箱2内种植水生植物22。生物净化箱2内部空间可用于存储营养液回收液，以对其进行生物净化预处理。在生物净化箱内设置栽培装置，用来栽培对营养液回收液进行预处理的水生植物。

可在生物净化箱2内对回收液进行预处理，去除有机回收液中的多余有机质，且能在不破坏回收液的营养组分以及有益微生物的前提下去除病菌。在生物净化箱2内经过水生植物22吸附消毒预处理之后的回收液粘稠度大大降低，不会对后续过滤的装置造成阻塞，便于后续进一步地过滤消毒。

生物净化箱2的主要作用为生物净化，利用水生植物22的净化作用，对有机营养液进行预处理和消毒，去除其中粘稠的部分，降低病菌和养分含量。

该过滤装置采用水生植物22对回收液进行预处理，安全有效，不会对环境造成污染，能有效去除回收液中多余的有机质和病菌，且不破坏回收液中的营养成分和有益微生物，该装置成本较低，操作简单，易于实现且适用性广。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图2，所述栽培装置包括定植板23以及根系垫层24；所述定植板23和所述根系垫层24分别横置于所述生物净化箱2内部，且所述定植板23以及所述根系垫层24的边缘分别与所述生物净化箱2的内侧壁紧密接触，所述定植板23设置在所述根系垫层24的上方；所述定植板23设置多个用于种植和固定水生植物22的种植孔；所述根系垫层24包括上层亲水材料层和下层不透水或弱透水材料层，以使水生植物22的根系位于所述定植板23和所述根系垫层24之间，所述不透水或弱透水材料上设置有若干个透水孔28。

本实施例基于上述实施例，对生物净化箱2的具体结构进行了说明。生物净化箱2为箱体，内部具有容置空间。生物净化箱2内部设置定植板23和根系垫层24，用于培养固定水生植物22。

定植板23和根系垫层24横置于生物净化箱2内部上方，与箱底之间具有间距。其中，定植板23位于根系垫层24的上方。定植板23可放置在根系垫层24上，通过根系垫层24进行固定。定植板23用于种植和固定水生植物22。定植板23上可设置多个小孔即种植孔，水生植物22通过小孔固定且水生植物22的根系通过小孔往下方延伸。

根系垫层24用于阻挡水生植物22的根系继续往下延伸，使水生植物22的根系控制在根系垫层24的上方。因此，定植板23和根系垫层24之间为水生植物22的根系，用于过滤和吸附有机营养液回收液中的杂质与病菌，并吸收过剩的养分。回收液也主要在定植板23与根系垫层24之间与水生植物22的根系接触，进行消毒过滤。

根系垫层24主要包括上下两层，上层为亲水材料形成的亲水材料层，下层为不透水或弱透水材料形成的不透水或弱透水材料层。将根系垫层24的上层设置为亲水材料层，回收液在与水生植物22的根系接触过滤之后会流过该层亲水材料层。该层亲水材料层可对回收液进行进一步地过滤，可将回收液中的一些杂质等过滤在根系垫层24的上方，流过该层亲水材料层的回收液为清澈液体。

将根系垫层24的下层设置为不透水或弱透水材料层可阻挡回收液向下流动，从而可增加回收液位于根系垫层24上方的时间，使回收液与水生植物22的根系充分接触进行过滤，以保证过滤效果。

进一步地，根系垫层24横置于生物净化箱2的内部，应防止回收液直接从根系垫层24与生物净化箱2内侧壁之间的间隙中流过，而未与水生植物22的根系接触过滤消毒。根系垫层24的边缘应与生物净化箱2的内侧壁紧密接触。

将定植板23横置于生物净化箱2的内部，可保证水生植物22的根系布满生物净化箱2的整个截面，从而对回收液进行均匀的过滤消毒。同样的，可使定植板23的边缘与生物净化箱2的内侧壁紧密接触。

在生物净化箱2内设置定植板23和根系垫层24，结构简单，能有效实现水生植物22根系与回收液的接触，可保证过滤效果。

进一步地，在根系垫层24的下层不透水或弱透水材料层上设置若干个透水孔28，用于保证处理后回收液的通过。

进一步地，生物净化箱2的水生植物22和根系垫层24，需要定期进行检查、清洗和更换。当根系吸附达到饱和状态，根系垫层24透水性下降时，则需要取出进行清洗和更换，以保证生物净化箱2的处理速度和净化效果。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图2，所述生物净化箱2的侧壁上开设有进液口1，所述进液口1位于所述定植板23的上方，在所述进液口1与所述定植板23之间设置引流板21，所述生物净化箱2的箱底上开设有排液口27和排污口。

本实施例基于上述实施例，对生物净化箱2的结构进行了进一步地说明。生物净化箱2的侧壁上设置有进液口1，营养液回收液通过该进液口1进入生物净化箱2内。

进液口1为该生物净化箱2的总进液口1，可与栽培槽排液口或回收液储液池通过管路连接，将待处理回收液引入生物净化箱2中。

进液口1位于定植板23的上方，从进液口1进入生物净化箱2的回收液应从箱体的上方进入，经过定植板23和根系垫层24之后流到箱体的底部。在进液口1和定植板23之间设置引流板21，使回收液能快速准确流至定植板23处与水生植物22接触。

引流板21可为一斜板，斜板的一端位于进液口1的下方，斜板的另一端放置在定植板23的上方。

在生物净化箱2的箱底上设置排液口27，用于排出生物过滤后的清澈回收液。排液口27安装有第二阀门，用于控制生物过滤后的回收液的排出。

进液口1安装有第一阀门11，用于控制有机回收液的流入。进一步地，可在进液口1处连接水泵，用于驱动回收液流入进液口1。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图2，一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置还包括：导轨211、伸缩控制杆212和软刷213；所述导轨211固定设置在所述根系垫层24的下方，沿所述导轨211的长度方向设置一排或若干排喷淋头216，所述喷淋头216与生物净化箱外部供水结构相连；所述伸缩控制杆212的一端与所述导轨211相连，所述伸缩控制杆212的另一端安装所述软刷213，所述软刷213与所述生物净化箱2的内侧壁接触；所述伸缩控制杆212与驱动机构218相连，所述驱动机构218带动所述伸缩控制杆212沿所述导轨211移动。

本实施例基于上述实施例，增设了对生物净化箱2内部的清洗装置210。清洗装置210由导轨211、伸缩控制杆212、软刷213、喷淋进水口214、喷淋头216和驱动机构218组成。可定期对生物净化箱2内侧壁和底面进行清洗。

导轨211设置在根系垫层24的下方，可通过生物净化箱2的侧壁进行固定。导轨211为伸缩控制杆212移动的轨迹。伸缩控制杆212具有弹性，长度可进行伸缩变化。伸缩控制杆212的一端与导轨211滑动连接，可在驱动机构218的带动下沿导轨211进行移动。伸缩控制杆212的另一端与软刷213相连。软刷213与生物净化箱2的内侧壁接触。驱动机构218可密封设置在生物净化箱2内部。

伸缩控制杆212可带动软刷213在生物净化箱2内部移动，从而使软刷213对生物净化箱2内部不同部位进行清洗。进一步地，沿导轨211的长度方向设置一排或若干排喷淋头216。将喷淋头216整排设置，可使喷淋头216均匀布满生物净化箱2的整个宽度范围，有利于对箱内侧壁进行均匀的清洗，提高清洗效果和效率。外部供水结构与喷淋头216相连，用于给喷淋头216供水。

具体地，喷淋头216可设置在一管道侧壁上，管道可通过生物净化箱2的侧壁进行固定，且管道的一端穿出生物净化箱2与外部的喷淋进水口214相连，喷淋进水口214与供水结构相连。进一步地，喷淋头216的供水结构也可为其他形式，以能为喷淋头216供水为目的，对此不做限定。

喷淋进水口214用于输送清洗水，喷淋进水口214安装有进水阀215，用于控制清洗水的输送。从喷淋进水口214流入的清洗水在管道内通过喷淋头216喷出至生物净化箱2的内部。喷淋头216应朝下设置，将清洗水朝下喷至生物净化箱2内部。

导轨211的运动轨迹和软刷213的尺寸根据所配置生物净化箱2尺寸确定。在生物净化箱2较小时，可将导轨211设置为环形，使伸缩控制杆212带动软刷213移动一圈即可对生物净化箱2内侧壁进行全部清洗。在生物净化箱2较大时，可将导轨211设置为往复式，使伸缩控制杆212带动软刷213在生物净化箱2内往复移动以对生物净化箱2的内侧壁进行全部清洗。

在生物净化箱2的箱底设置排污口，用于排出清洗后的污水。排污口安装有排污阀217，用于控制清洗后污水的排出。进一步地，可将软刷213设置为L型，伸缩控制杆212为两根杆，分别与L型软刷213的两边相连，这样，软刷213水平的一面可与箱底接触，软刷213立着的一面可与生物净化箱2的内侧壁接触，便于对生物净化箱2的侧壁和底面进行清洗。

当生物净化箱2需要进行清洗时，首先打开喷淋进水口214上的进水阀215，经过喷淋头216进行箱体的冲洗。同时启动驱动机构218和伸缩控制杆212，对于小型箱体则在清洗时，软刷213通过伸缩控制杆212伸缩，使软刷213立面贴壁，清洗净化箱侧壁；贴底清洗生物净化箱2底面；伸缩控制杆212带动软刷213沿导轨211运行一周，即可完成生物净化箱2内壁的清洗。当生物净化箱2尺寸较大时，则导轨211在环形轨道中间添加往复式轨道，伸缩控制杆212伸长将软刷213立面放平，并沿往复式轨道进行底面的清洗。清洗结束，打开排污阀217，废水通过排污口排出。之后关闭排污阀217，再进行一次喷淋清洗，废水排出，完成一次生物净化箱2的清洗过程。

进一步地，可将排液口27与三通阀相连，排液口27引出两路分支，一路用来排出营养液，另一路作为排污口用来排出清洗污水，在另一路管路上设置排污阀217用来控制污水的排出。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图2，一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置还包括：栅格透水隔板25、侧挡板29和支柱26；所述栅格透水隔板25呈栅格结构，所述栅格透水隔板25位于所述根系垫层24的下方，所述栅格透水隔板25用于支撑所述根系垫层24；所述栅格透水隔板25与所述生物净化箱2的箱底之间设置至少一个支柱26；所述生物净化箱2的内侧壁固定设置所述侧挡板29，所述栅格透水隔板25的边缘搭接在所述侧挡板29上。

本实施例基于上述实施例，对根系垫层24的固定进行了说明。设置栅格透水隔板25对根系垫层24进行支撑固定，根系垫层24可铺在栅格透水隔板25上。栅格透水隔板25呈栅格结构，不会对液体的流动形成阻挡，从根系垫层24流下的生物过滤后的回收液可快速经过栅格透水隔板25流至箱底。

栅格透水隔板25通过支柱26和侧挡板29进行固定。支柱26设置在栅格透水隔板25的下方，支柱26的一端与栅格透水隔板25相连，支柱26的另一端与生物净化箱2箱底接触连接对栅格透水隔板25进行支撑。其中支柱26的数量及间距根据生物净化箱2的尺寸进行调整，以能对栅格透水隔板25进行支撑固定为目的。

侧挡板29和支柱26的上端面在一个平面上，并设计有一定坡度，用于放置栅格透水隔板25，对栅格透水隔板25的边缘进行支撑，且便于液体流过。侧挡板29可与生物净化箱2的内侧壁固连进行固定。

基于上述实施例，一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置在运行时，将水生植物22种植于定植板23上，并在定植板23与根系垫层24之间形成根系层。当待处理营养液流过水生植物22根系层，则可经过根系层与根系垫层24亲水材料的过滤、净化和吸附作用，将较为清澈的营养液透过根系垫层24。栅格透水隔板25的主要作用是支撑根系垫层24，并使经过植物根系的营养液快速到达生物净化箱2底部存储，准备进入下一处理流程。

进一步地，清洗装置210中导轨211的运动轨迹以及软刷213的尺寸还应考虑支柱26的位置来设定，应避开支柱26，保证软刷213的顺利移动。

进一步地，清洗装置可设置在栅格透水隔板25的下方。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图3，一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置还包括：至少一个慢砂过滤器3；所述慢砂过滤器3从上到下依次包括：上部接头33、待处理液腔34、过滤材料层35、快速滤水层36和下部接头38，在所述上部接头33的顶部分别设置进水口31和排气口32，在所述下部接头38的底部设置出水口37；所述进水口31分别通过连接管路4与所述排液口27相连；所述排气口32分别与总排气管相连；所述出水口37分别与总出水管相连。

本实施例基于上述实施例，设置慢砂过滤器3，对生物过滤后的营养液进行进一步地物理过滤，以使营养液达到更好的可以直接重复利用的过滤效果。

将一个或多个慢砂过滤器3并联设置，慢砂过滤器3的具体数量根据处理量进行配置。慢砂过滤器3由慢砂进水口31，慢砂排气口32，上部接头33，待处理液腔34，过滤材料层35，快速滤水层36，慢砂出水口37，下部接头38和支腿39组成。

经过生物净化箱2的营养液，由进水口31流进慢砂过滤器3，充满待处理液腔34，多余的气体通过慢砂排气口32排出。过滤材料层35主要填充有细砂等过滤材料。待处理液腔34中的营养液，经过细砂等过滤材料，液体中的各种菌类或虫类与过滤介质充分作用，发生过滤、吸收等作用，达到过滤消毒抑菌的目的。

此外，慢砂过滤器3经过一段时间的使用，会在过滤材料，如细砂等的表面形成一层滤膜，具有很高的生物活性，是一种重要的额外补充净化过程。经过滤材料层35过滤后的营养液流经快速滤水层36，经过慢砂出水口37排出，完成慢砂过滤消毒过程。

营养液回收液在经过生物前处理后，再将余液经过慢砂过滤消毒装置，对回收的营养液进行二次生物物理消毒。这一消毒方法既去除了有机营养液中的多余有机质，保证慢砂过滤装置和系统的稳定运行，又能将营养液中的病菌去除，且不破坏营养液的组分和其中的有益微生物，是一种安全有效的生物消毒方法。

进一步地，该过滤装置也可以作为紫外消毒或臭氧消毒等的前处理装置，在慢砂过滤器3末端可扩充连接紫外、臭氧等消毒装置，进行更深层次的消毒，保证更高度的消毒效果。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图1，至少一个慢砂过滤器3的排气口32分别与总排气管7相连，至少一个慢砂过滤器3的出水口37分别与总出水管5相连，在所述慢砂过滤器3的进水口31处设置第三阀门。

本实施例基于上述实施例，对慢砂过滤器3的连接结构进行了进一步地说明。慢砂过滤器3与生物净化箱2通过连接管路4进行连接。连接管路4一端与生物净化箱2的排液口27相连，同时通过多通分支分别连接慢砂过滤器3的进水口31，并通过并联方式可连接多个慢砂过滤器3。

生物净化箱2排液口27有第二阀门，可为球阀控制开关，排污口配有排污阀217。慢砂过滤器3的进水口31管路也连接有第三阀门，可以单独控制每个慢砂过滤器3的开关。同时在分支到慢砂过滤器3的总进水口端通过第二阀门，根据过滤速度及生物净化箱2中的存液量，控制该管路的开关。慢砂过滤器3顶端的排气口32也通过并联连接到总排气管7，保证慢砂过滤器3的稳定运行。

慢砂过滤器3出水口37通过并联方式汇集到系统总出水管5，营养液经过慢砂过滤后，则完成系统所进行的生物慢砂过滤消毒过程。营养液经过总出水管5排出后，即可直接用于营养液配比，进行重复利用；亦可再连接紫外消毒装置或臭氧消毒装置等设备，与本实施例的生物慢砂过滤装置配套使用，实现营养液的进一步消毒处理。

慢砂过滤器3需要定期进行检查和清洗，当慢砂过滤速度低于设定值时，则需要关闭慢砂进水口31处的第三阀门，打开上部接头33，打开慢砂过滤材料层35上盖，对表层细砂和以及形成的滤皮进行清洗或更换。完成后盖紧上盖，锁紧上部接头33，便可完成清洗。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图2，在所述生物净化箱2中设置液位传感器61，在所述进液口1或所述生物净化箱2内设置回收液特性传感器；其中，所述回收液特性传感器包括：EC和pH检测传感器。

在上述实施例的基础上，进一步地，一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置还包括：控制器；设置排污阀217与排污口相连；所述进液口1与第一阀门11相连；所述排液口27与第二阀门相连；所述进水口31处设置第三阀门；所述控制器分别与所述液位传感器61、回收液特性传感器、第一阀门11、第二阀门、排污阀217、第三阀门以及驱动机构218相连，用于根据传感器检测的信息对各阀门以及整个装置进行控制。

本实施例基于上述实施例，在生物净化箱2内部设置液位传感器61，以实时监测生物净化箱2中的液位。同时在生物净化箱2的进液口1处或者箱体内可根据需要安装回收液特性传感器，例如可为EC、pH等传感器。

设置液位传感器61，可根据所监测的液位数据来控制各阀门的开启，以使进入生物净化箱2的回收液与生物净化速率相匹配，以提高过滤效率，保证过滤效果。

回收液特性传感器，即用于检测营养液回收液品质特性的传感器。设置回收液特性传感器，实时监测回收营养液的浓度以及酸碱度等热性，可根据该数据进行科研或指导生产。

进一步地，对过滤装置设置智能控制系统，设置控制柜6对整个过滤装置进行综合自动智能控制。控制柜6中控制器通过各传感器、阀门、驱动机构218等与硬件系统相连，同时通过配套开发的回收液处理控制系统，实时采集传感器的数据，并据此控制各阀门的开启和关闭，保证系统的稳定运行。

控制柜6中控制端还包括显示器、继电器组、调理电路及通讯模块。显示器可为触摸显示屏，通过显示器可进行人机交互，实现控制参数的实时调整。通信模块可为GSM模块，可用来发送报警或提示信息。

进一步地，第一阀门11、第二阀门、第三阀门以及排污阀217可为电磁阀，便于通过控制器进行控制调节，也可为其他控制结构，以能实现对管路的控制为目的，对此不做限定。

基于上述各实施例，参考图4，一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置的具体过滤控制流程为：启动智能控制系统即控制柜6，在上位机触摸显示器人机界面交互设置生物净化箱2底部存储的控制液位阈值下限h1、控制液位阈值上限h2、生物净化的额定过滤速度v1、自清洗周期T和慢砂过滤器3额定过滤速度v2、慢砂过滤后储液箱的控制液位阈值下限H1、控制液位阈值上限H2。

栽培槽中多余的营养液经回液管收集至回收液储液池中，生物净化箱2的进液口1通过管道与回收液储液池相连；慢砂过滤后的回收液进总出水管5流至储液箱中存储。

实时检测生物净化箱2中的水位高度h，当水位高度h低于底部存储控制液位阈值下限h1时，打开净化箱进液口1处第一阀门11和配套的回收液储液池水泵(若配备)。回收的待处理营养液流经水生植物22根系层与根系垫层24，在吸附和过滤作用下，降低营养液的有机质含量和过剩的营养成分，降低有机营养液回液的粘稠度，暂存于生物净化箱2底部。当水位高度h达到底部存储控制液位阈值上限h2时，进液口1第一阀门11关闭，生物净化过程结束，控制流程如图5所示。

实时检测慢砂过滤后储液箱的液位高度H。当液位H低于设定液位阈值下限H1，开启生物净化箱2底部排液口27处的第二阀门以及与慢砂过滤装置进水口31连接的第三阀门，使暂存在生物进化箱底部的营养液流经慢砂过滤装置进行消毒；当液位H到达慢砂过滤后储液箱的控制液位阈值上限H2时，关闭慢砂过滤器3进水口31第三阀门，慢砂过滤过程结束，控制流程如图6所示。

经过慢砂消毒后的营养液，储存于储液箱中待用。

储存于储液箱中的营养液，可以直接经过配比重复利用。也可以增加紫外消毒或者臭氧消毒，进行进一步的处理后再利用。

本过滤装置的运行，还包括生物净化箱2的清洗更换提醒，以生物净化箱2中液位的变化速率来反应生物净化箱2的处理速度。当处理速度低于额定过滤速度v1的70％，则进行生物净化箱2植物根系和根系垫层24清洗提醒。通过设备蜂鸣音、对话窗口提醒，同时利用GSM模块通讯技术发送短信告知管理人员手机清洗更换提醒。清理完成后关闭对话窗口即可。

过滤装置的使用还包括慢砂过滤器3的清洗提醒。慢砂过滤速度以流量计或慢砂过滤后储液箱的液位变化来进行监控。当流量计流速或液位变化低于初始值的30％时，则进行慢砂过滤装置清洗提示，通过设备蜂鸣音、对话窗口提醒，利用GSM模块通讯技术发送短信告知管理人员手机，提醒设备需进行清洗更换。清洗完成后关闭对话窗口即可。

其中生物净化箱2还配有自清洗功能。按照预先设定的时间间隔，进行生物净化箱2的自动清洗。到达自清洗时间，则关闭系统进液口1。当检测到生物净化箱2内液位为0时，则关闭生物净化箱2排液口27以及与慢砂进水口31。打开喷淋进水口214处的进水阀215，通过喷淋口，向生物净化箱2中喷入清水。

同时打开驱动机构218与可伸缩控制杆212，调整可伸缩控制杆212长度，进而使软刷213呈现L型，立面贴紧侧壁，平面贴紧底部。在驱动机构218和伸缩控制杆212的带动下，软刷213沿导轨211行走，进行侧壁和底面的清洗。对于大尺寸的生物净化箱2，增加往复式轨道，可伸缩控制杆212伸长使L软刷213立面放平，沿往复式轨道运动进行底面清洗。

清洗结束后，打开净化箱底端的排污口排污阀217，将废液排出系统。液位归零后，再次打开喷淋进水口214进水阀215，同时启动驱动机构218与可伸缩控制杆212，按照上述步骤进行二次清洗，在二次冲洗过程中排污口保持开启，清洗结束，驱动机构218以及控制杆、软刷213归位。液位归零，污水排净后，关闭排污阀217。完成生物净化箱2的自清洗程序。

智能控制系统还包括，在生物净化箱2进液口1处安装EC/pH传感器，用于检测回收营养液的EC、pH值，与灌溉系统配合进行辅助灌溉决策。当检测到的EC值较灌溉液偏高较大时，提示基质中有盐分富集，需加大淋洗量，以保证基质中根系环境的稳定；当EC值偏低，则提示根系养分供给不足，需增加养分供给。

当检测pH值偏高，则提示基质环境偏碱性，不利于根系对养分的吸收利用，需要进行灌溉液、基质酸碱度的调整；当检测pH值偏低，则根系处于酸性环境，需要对基质进行淋洗，迅速改善基质的酸性环境，避免影响根系生长。

基于上述各实施例，一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置设计生物净化箱2，利用水生漂浮植物净化吸附作用，进行有机营养液的前处理，去除粘稠的有机质和部分过剩的养分，便于营养液的进一步消毒处理。

采用生物慢砂过滤方法进行有机营养液消毒，不破坏营养液中的有益菌，不改变营养液组分，适用于有机栽培封闭式循环生产。

设计生物净化箱2含有自清洗装置210，通过驱动机构218、导轨211、伸缩控制杆212、软刷213与控制系统的配合，实现箱体的自清洗。可定期对生物净化箱2进行清洗排污，保证生物净化箱2的清洁。

设计的慢砂过滤装置由一个或多个慢砂过滤器3组成，慢砂过滤器3顶部留有排气口32设计，确保装置内压力稳定，同时顶部和底部均采用快接方式，便于慢砂过滤装置的清洗以及滤料的更换。

该过滤装置还包括，针对该套设备，配套开发专用的控制系统，实现系统各部分的稳定配合，保证消毒效果。同时控制系统开发有生物净化和慢砂过滤速率实时监控与界面和短信提醒功能，便于实际操作。

本实施例基于上述实施例提供一种基于有机基质栽培的营养液过滤方法，该方法包括：利用水生植物22发达根系对营养液回收液进行吸附消毒预处理；将预处理后得到的回收液引入慢砂过滤装置中；利用慢砂过滤装置对回收液进行二次消毒过滤处理。

本实施例提供的一种基于有机基质栽培的营养液过滤方法，提出利用水生植物22根系的过滤消毒作用来对无土有机栽培的营养液回收液进行预处理；然后再采用慢砂过滤对营养液进行二次过滤处理。

生物过滤可有效去取营养液中多余的有机质，降低营养液的粘稠度，从而使生物过滤后的营养液适用于慢砂过滤处理，解决了直接采用慢砂过滤处理的阻塞问题，可在不破坏营养液中的营养组分以及有益菌的前提下对其进行过滤消毒，过滤后的营养液可直接重复利用。

本实施例所提供的一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置及方法，主要针对有机栽培回收液中有机质和有益微生物含量高，回收液粘度大，不易处理的问题，提出了一种生物慢砂过滤系统及其使用方法。采用水生植物22净化吸附作用进行回收营养液的前处理，降低余液的粘稠度，再经过慢砂过滤装置，进行生物物理过滤消毒，去除其中的病菌虫等有害物质，而不改变营养液的组分。以实现有机营养液的消毒和重复利用。

在上述实施例的基础上，进一步地，利用水生植物发达根系对营养液回收液进行吸附消毒预处理的控制过程包括：检测生物净化箱内的第一液位高度，并与第一高度阈值进行对比；第一液位高度低于第一高度阈值下限时，将营养液回收液引入生物净化箱内进行吸附净化；第一液位高度高于第一高度阈值上限时，停止将营养液回收液引入生物净化箱内，生物净化过程结束。

利用慢砂过滤装置对回收液进行二次消毒过滤处理的控制过程包括：检测慢砂过滤后储液箱内的第二液位高度，并与第二高度阈值进行对比；第二液位高度低于第二高度阈值下限时，将预处理后的回收液引入慢砂过滤装置中进行二次过滤；第二液位高度高于第二高度阈值上限时，停止将预处理后的回收液引入慢砂过滤装置中，慢砂过滤过程结束。

生物过滤过程以及慢砂过滤过程均可通过控制器进行智能控制，具体控制过程参见上述实施例中所述，不再赘述。

生物净化箱2与慢砂过滤器3在使用中均需要定期检查、清洗或更换，本装置配置有生物净化速率与慢砂过滤速率实时监测功能，可实时了解装置的处理速率，并在处理速率不满足设定条件时，发出提醒，提示管理人员对该系统进行必要的检查和清洗。生物净化箱2具有自清洗功能。

其生物净化箱2和慢砂过滤装置亦可单独使用，用于不同栽培条件下的回收营养液的消毒处理。生物净化箱2和慢砂过滤装置可分别或同时与紫外消毒装置、臭氧消毒装置配套使用，完成营养液的净化消毒。

本装置的使用方法中还包括加入EC、pH等的监测，通过对回液理化性质的监测，来辅助指导灌溉决策。

实施例1：

生物净化箱2进液口1与有机基质栽培营养液回收液储液池相连接。装置启动后，在主界面输入生物净化箱2的控制液位和经过慢砂过滤后的营养液储液箱的控制液位，系统进入运行状态。

首先检测生物净化箱2中的液位，当液位低于设定液位，则进液口1第一阀门11开启，回收液储液池中的有机营养液余液经过进液口1、导流板流入生物净化箱2。当检测液位达到设定值，则关闭进液口1第一阀门11。进入生物净化箱2的营养液首先经过水生漂浮植物及其根系层的净化吸附作用以及根系垫层24的过滤作用，经过透水孔28流入生物净化箱2底部。

之后检测慢砂过滤器3末端储液箱的液位，当液位低于设定液位，则开启生物净化箱2流向慢砂过滤装置的阀门，使待处理余液经由净化箱底部的排液口27流入慢砂过滤装置；同时开启慢砂排气口32阀门，将慢砂过滤器3中的气体排出，保持慢砂过滤器3中的压力稳定。排气后关闭排气阀门。回收的营养液经过慢砂过滤消毒后，经由慢砂过滤器3的出水口37排出，汇集到总出水管5排出，进入处理后的储液箱。完成一次生物慢砂过滤消毒过程。

过滤方法，还包括经过慢砂过滤消毒之后的储液箱中的营养液，加入臭氧消毒，如使用曝气法对储液箱的营养液进行进一步的消毒处理。或加入紫外消毒装置，使消毒后的营养液通过管路流入到预热后的紫外消毒装置中，进行进一步的消毒处理。

生物净化箱2进液口1与栽培槽出口通过管路直接相连，还可以在生物净化箱2进液口1处安装EC/pH传感器，用于检测回收营养液的EC、pH值。当检测到的EC值较灌溉液偏高较大时，提示基质中有盐分富集，需加大淋洗量，以保证基质中根系环境的稳定，当EC值偏低，则提示根系养分供给不足，需增加养分供给。当检测pH值偏高，则提示基质环境偏碱性，不利于根系对养分的吸收利用，需要进行灌溉液、基质酸碱度的调整；当检测pH值偏低，则根系处于酸性环境，需要对基质进行淋洗，迅速改善基质的酸性环境，避免影响根系生长。

进一步地，慢砂过滤器3的主体可为不锈钢材质；生物净化箱2的箱体可为环保PVC材料。

本实施例提供的一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置及方法，针对现有技术的不足，提供一种生物慢砂过滤系统与智能控制方法。利用水生植物22及其发达的根系，对有机栽培的回收营养液进行净化和吸附消毒前处理，再经过慢砂过滤装置，对营养液中的病菌进行更深度的消毒过滤。

水生植物22的净化作用主要用于生态修复和污水处理。在无土栽培营养液处理装置中很少应用。本实施例采用生物净化技术，结合慢砂过滤，创建基于有机基质栽培的生物慢砂过滤装置系统及其智能控制方法，解决有机基质栽培中营养液回收处理难的问题，促进循环式有机栽培的发展。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于有机基质栽培的营养液过滤装置，其特征在于，包括：生物净化箱；所述生物净化箱内为营养液回收液存储空间，所述生物净化箱内设置用于栽培水生植物的栽培装置，以使水生植物的根系对营养液回收液进行吸附消毒预处理。

2.根据权利要求1所述的基于有机基质栽培的营养液过滤装置，其特征在于，所述栽培装置包括定植板以及根系垫层；

所述定植板和所述根系垫层分别横置于所述生物净化箱内部，且所述定植板以及所述根系垫层的边缘分别与所述生物净化箱的内侧壁紧密接触，所述定植板设置在所述根系垫层的上方；

所述定植板设置多个用于种植和固定水生植物的种植孔；

所述根系垫层包括上层亲水材料层和下层不透水或弱透水材料层，以使水生植物的根系位于所述定植板和所述根系垫层之间，所述不透水或弱透水材料层上设置有若干个透水孔。

3.根据权利要求2所述的基于有机基质栽培的营养液过滤装置，其特征在于，所述生物净化箱的侧壁上开设有进液口，所述进液口位于所述定植板的上方；

在所述进液口与所述定植板之间设置引流板；

所述生物净化箱的箱底上开设有排液口和排污口。

4.根据权利要求3所述的基于有机基质栽培的营养液过滤装置，其特征在于，还包括：导轨、伸缩控制杆和软刷；

所述导轨固定设置在所述根系垫层的下方，沿所述导轨的长度方向设置一排或若干排喷淋头，所述喷淋头与生物净化箱外部供水结构相连；

所述伸缩控制杆的一端与所述导轨相连，所述伸缩控制杆的另一端安装所述软刷，所述软刷与所述生物净化箱的内侧壁接触；

所述伸缩控制杆与驱动机构相连，所述驱动机构带动所述伸缩控制杆沿所述导轨移动。

5.根据权利要求2或3或4所述的基于有机基质栽培的营养液过滤装置，其特征在于，还包括：栅格透水隔板、侧挡板和支柱；

所述栅格透水隔板呈栅格结构，所述栅格透水隔板位于所述根系垫层的下方，所述栅格透水隔板用于支撑所述根系垫层；

所述栅格透水隔板与所述生物净化箱的箱底之间设置至少一个支柱；

所述生物净化箱的内侧壁固定设置所述侧挡板，所述栅格透水隔板的边缘搭接在所述侧挡板上。

6.根据权利要求4所述的基于有机基质栽培的营养液过滤装置，其特征在于，还包括：至少一个慢砂过滤器；所述慢砂过滤器从上到下依次包括：上部接头、待处理液腔、过滤材料层、快速滤水层和下部接头，在所述上部接头的顶部分别设置进水口和排气口，在所述下部接头的底部设置出水口；

所述进水口分别通过连接管路与所述排液口相连；所述排气口分别与总排气管相连；所述出水口分别与总出水管相连。

7.根据权利要求6所述的基于有机基质栽培的营养液过滤装置，其特征在于，还包括：控制器；在所述生物净化箱中设置液位传感器，在所述进液口或所述生物净化箱内设置回收液特性传感器；设置排污阀与排污口相连；所述进液口与第一阀门相连；所述排液口与第二阀门相连；所述进水口处设置第三阀门；

所述控制器分别与所述液位传感器、回收液特性传感器、第一阀门、第二阀门、排污阀、第三阀门以及驱动机构相连，用于根据传感器检测的信息对各阀门以及整个装置进行控制；

其中，所述回收液特性传感器包括：EC和/或pH检测传感器。

8.一种基于有机基质栽培的营养液过滤方法，其特征在于，包括：

利用水生植物发达根系对营养液回收液进行吸附消毒预处理；

将预处理后得到的回收液引入慢砂过滤装置中；

利用慢砂过滤装置对回收液进行二次消毒过滤处理。

9.根据权利要求8所述的基于有机基质栽培的营养液过滤方法，其特征在于，利用水生植物发达根系对营养液回收液进行吸附消毒预处理的控制过程包括：

检测生物净化箱内的第一液位高度，并与第一高度阈值进行对比；

第一液位高度低于第一高度阈值下限时，将营养液回收液引入生物净化箱内进行吸附净化；

第一液位高度高于第一高度阈值上限时，停止将营养液回收液引入生物净化箱内，生物净化过程结束。

10.根据权利要求8或9所述的基于有机基质栽培的营养液过滤方法，其特征在于，利用慢砂过滤装置对回收液进行二次消毒过滤处理的控制过程包括：

检测慢砂过滤后储液箱内的第二液位高度，并与第二高度阈值进行对比；

第二液位高度低于第二高度阈值下限时，将预处理后的回收液引入慢砂过滤装置中进行二次过滤；

第二液位高度高于第二高度阈值上限时，停止将预处理后的回收液引入慢砂过滤装置中，慢砂过滤过程结束。