CN210519720U - 采用气泡上浮竖型调节池的水培系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用气泡上浮竖型调节池的水培系统，该水培系统包括水培池、水培槽、第一调节池、第二调节池、营养液增氧消毒系统、营养液池、营养液水处理系统及监测控制器。其中采用独立小循环单元完成营养液内循环，使用竖型调节池调节水体，并节省动能，采用营养液增氧消毒系统对营养液增氧消毒，并通过在线监测控制水质，可以批量安全的生产大面积水培蔬菜及花卉。

Description

采用气泡上浮竖型调节池的水培系统

技术领域

本实用新型涉及农业生产领域，具体涉及一种水培系统和水培方法。

背景技术

目前由于土地面积的限制，各地区开始大力开展无土栽培的研究，并将其进行工厂化生产。其中水培是无土栽培的一种现代农业栽培方式，将蔬菜或花卉栽培在一定营养液的栽培床上，可以克服传统中植物栽培中的土壤盐渍、土传病害等连作问题。也可以常年生产，提高植物的产量及质量。

大型的工厂化水培温室大部分采用大面积的循环营养液方式，由于营养液循环使用，容易造成氧气供气不足，出现烂根现象，也容易爆发植物染病现象。

为了解决上述问题，本实用新型提出一种新型的水培系统和水培方式。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对工厂化水培温室，提供一种新型高效节能的水培系统和水培方法，可以批量安全的生产大面积的水培蔬菜及花卉。

根据本实用新型的第一方面，提供一种采用气泡上浮竖型调节池的水培系统(水培装置)，包括营养液池、第一水培池、第二水培池、第一调节池、第二调节池、营养液增氧消毒系统、尾水处理系统以及监测控制器；其中：

营养液池与第一调节池通过管路连接，第一调节池与第一水培池进水口连接，第一水培池出水口与第二调节池连接，第二调节池与第二水培池连接，第二水培池出水口与第一调节池连接；

第一调节池和第二调节池结构相同，第一调节池和第二调节池的顶标高分别高于第一水培池和第二水培池，第一水培池和第二水培池的进水口端底标高高于出水口端底标高，从而在第一调节池、第一水培池、第二调节池、第二水培池之间形成水体内循环；

第一调节池和第二调节池为竖式设置，进水口标高低于出水口标高，邻近第一调节池和第二调节池分别设置有气泵，气泵的出气管路伸入到调节池中，出气管路的出气口设置在调节池的池底；通过气泵对调节池底部充气，利用气泡的上浮压力将水体输送至水培池中；

第一水培池和第二水培池的出水口还分别与营养液增氧消毒系统连接，营养液增氧消毒系统与营养液池连接，形成水体外循环；

第一水培池和第二水培池的出水口还分别与尾水处理系统连接。

具体情况下，第一调节池和第二调节池中设置有加热装置、溶解氧/氨氮/温度传感器，分别与监测控制器连接。

具体情况下，第一水培池和第二水培池的结构相同，都包含水培区和过滤槽，中间用间隔板隔开，间隔板布满孔，水培池进水口设置在水培区的一端，水培池出水口设置在过滤槽的一端。

优选情况下，水培区并排设置有多个水培槽，水培槽上设置有苗种固定孔，每个水培槽的外侧壁上设置有开槽，开槽中嵌入距离调节扣，距离调节扣采用不规则六边形状，使得相邻水培槽不易划开又不会紧密贴合。

具体情况下，营养液增氧消毒系统包含微纳米气泡发生装置、制氧机和臭氧发生器。

具体情况下，尾水处理系统包含生物处理装置、曝气装置和消毒装置。

根据本实用新型的第二方面，提供一种水培方法，包括以下步骤：

(1)提供本实用新型第一方面所述的水培系统；

(2)在营养液池配比适合水培植物的营养液，营养液通过第一调节池的外进水管进入第一调节池中；

(3)第一调节池中的传感器实时监控水体中的溶解氧、温度、氨氮，并通过气泵对池底进行通气，将营养液从地下提升至出水口，进入水培池中；当水体温度过低，则会控制加热装置对水体进行加热，直至温度满足要求；

(4)水培槽均布分列在水培池中，水培槽种植水培植物，根系浸泡在营养液中；营养液自流通过第一水培池进入到第二调节池中，水体在第二调节池中实时监控其溶解氧、温度、氨氮，通过第二调节池进入第二水培池中；营养液自流通过第二水培池进入到第一调节池中，至此完成独立小单元的内循环过程；

(5)在内循环过程中，会定时采样检测水体细菌病菌数、溶解氧，当水体指标不达标时，则将水培池中的循环水通入营养液增氧消毒系统中，对水体进行增氧消毒后再进入营养液池中，外循环后的营养液回到内循环体系中，保证水体满足水培植物的需求；

(5)当整个内循环体系的营养液需进行更换时，则将水培池的循环水输送至尾水处理系统中，对水体进行废水处理，达标后排放或者回用；

(6)整个水培过程都通过监测控制器进行监控，通过各定点的传感器对系统进行精准控制，保证系统正常运行。

本实用新型的优点在于：

(1)将两组水培池作为一个独立的循环小单元，便于管理及维护；另独立单元可叠加使用扩大规模，便于推广及监控。

(2)水培槽前后两端采用距离调节扣进行隔离设计，即不影响使用，又便于分离，减少日常操作难度。

(3)使用竖型调节池，利用气泡上浮压力将水流送至水培池，并提升水体溶解氧，使植物根系保持一个良好的溶氧环境，并节省动能。

(4)对竖型调节池水体监测其溶解氧、温度、氨氮，实时对其参数进行控制操作，使循环水体始终保持在一个良好的环境状态下。

(5)利用营养液增氧消毒系统对其水体进行增氧消毒，保持水体细菌及溶解氧在一个稳定值，便于植物生长。

(6)末端设置尾水处理系统，将换茬或者使用过的营养液进行末端处理，达标排放或回用，节能环保。

附图说明

图1为根据本实用新型的水培系统的整体结构示意图。

图2-4分别为根据本实用新型的水培系统中调节池的主视图、左视图和俯视图。

图5为根据本实用新型的水培系统中水培池的结构示意图。

图6-7分别为本实用新型中水培槽的俯视图和侧视图。

1：第一水培池

1-1：水培区

1-2：过滤槽

1-3：间隔板

1-4：水培池进水口

1-5：水培池出水口

2：水培槽

2-1：隔板

2-2：开槽

2-3：距离调节扣

2-4：苗种固定孔

3：第一调节池

3-1：气泵

3-2：进气管道

3-3：加热棒

3-4：溶解氧/氨氮/温度传感器

3-5：调节池进水口

3-6：调节池出水口

3-7：线缆布置孔

4：第二调节池

5：营养液增氧消毒系统

6：营养液池

7：尾水处理系统

8：达标排放池

9：第一外循环管

10：第一内循环管

11：第二内循环管

12：第三内循环管

13：第四内循环管

14：第二外循环管

15：第三外循环管

16：水处理管

17：达标排放管

18：监测控制器

20：第二水培池

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。

参见图1，根据本实用新型的水培系统主要包括营养液池6、第一水培池1、第二水培池20、第一调节池3、第二调节池4、营养液增氧消毒系统5、尾水处理系统7以及监测控制器18。

营养液池6与第一调节池3通过第一外循环管9连接，第一调节池3通过第一内循环管10与第一水培池进水口连接，第一水培池出水口通过第二内循环管11与第二调节池4连接，第二调节池4通过第三内循环管12与第二水培池20连接，第二水培池出水口通过第四内循环管13与第一调节池3连接，形成水体内循环系统。

第一水培池1和第二水培池20的出水口还分别通过第二外循环管14与营养液增氧消毒系统5连接，营养液增氧消毒系统5通过第三外循环管15与营养液池6连接，形成水体外循环系统。

第一水培池1和第二水培池20的出水口还分别通过水处理管16与尾水处理系统7连接。尾水处理系统7通过达标排放管17与达标排放池8连接。

第一调节池3、第二调节池4承担的作用主要对水体进行调节，其结构和功能完全一致。参见图2-4，以第一调节池3为例介绍本实用新型中调节池的结构，包含气泵3-1、进气管道3-2、加热棒3-3、溶解氧/氨氮/温度传感器3-4、调节池进水口3-5、调节池出水口3-6、线缆布置孔3-7。气泵3-1连接进气管道3-2，进气管道3-2的出气口设置曝气器，曝气器设置在第一调节池3底部。通过气泵3-1对调节池底部充气，利用气泡的上浮压力将水体输送至水培池中，并通过里面配备的溶解氧/氨氮/温度传感器3-4对水体的溶解氧、氨氮及温度进行实时监测。当温度不足则通过加热棒3-3进行加热，当氨氮不符合要求的时候则通过营养液水处理系统7对水体进行处理，当溶解氧不足时则加大气泵3-1的进气量及利用营养液增氧消毒系统5对其进行增氧，这一系列操作都将通过监测控制器18进行控制实施，其监测探头可通过线缆布置孔3-7进入调节池水体中。

调节池设计池底标高为-2m，调节池进水口3-5标高在0.2m，调节池出水口3-6标高在0.6m。进水口标高低于出水口标高，且其进水口横切面是出水口横切面的3倍，出水口分为3个等直径的管道，保证其出水压力小于进水压力，并且调节池最高水位与水培池齐平，保证其营养液均布分散进入水培池中，避嫌出现倒流现象。根据研究，同一增氧曝气流量及曝气管长度下，所产生的气泡水量一样，随着曝气管淹没水深越大，使得气泡的初始直径越小，导致出现两种情况：增大了比表面积，增大了氧传质体积系数，另一方面减弱了气泡的搅拌扩散作用。在水深较浅(1.5m以下水域)，水表面氧传质对总传质的贡献率约为80％以上，而水体内部氧传质的贡献率确不大。而利用底层曝气增氧时，可使水体形成上下对流，气泡浮升所产生的强搅拌作用使得水中的扩散实质上是一个剧烈运动过程，其紊动扩散速率远远大于分子扩散速率。因此本实用新型采用的调节池直径略大于进水口直径，增加了其气泡的搅拌扩散作用，底部标高选择-2m，其总体水深为3m左右，增加了水体内部氧传质贡献率，在实际运行过程中可相应调整一定的范围，保证其最优化的增氧效果。

第一水培池1和第二水培池20的结构和功能相同。参见图5，以第一水培池1为例介绍本实用新型中水培池的结构，第一水培池1包含水培区1-1、过滤槽1-2、间隔板1-3、水培池进水口1-4、水培池出水口1-5。水培区1-1和过滤槽1-2之间用间隔板1-3隔开，间隔板1-3布满小孔，水培池进水口1-4设置在水培区1-1的一端，水培池出水口1-5设置在过滤槽1-2的一端。营养液从水培池进水口1-4分别进入水培区1-1，间隔板1-3将水体中的大颗粒物及杂物阻挡在水培区1-1，经过过滤槽1-3进行简单过滤，避免杂物进入水培池出水口1-5，堵塞管道。营养液经过水培池出水口1-5进入第二调节池4、第二水培池20及第一调节池3中进行内循环。

参见图6-7，水培池中均布有水培槽，水培槽2包含隔板2-1、开槽2-2、距离调节扣2-3、苗种固定孔2-4。水培槽2的隔板2-1将每颗蔬菜单独隔开，便于苗种栽培、生长及收割。水培槽2的外壁两端进行开槽2-2，在开槽2-2嵌入距离调节扣2-3，距离调节扣2-3采用不规则六边形状，增加其摩擦力使水培槽不易划开又不会紧密贴合，这样也可以阻止水培槽之间因为水的粘性阻力不易分开，提高了操作效率。苗种固定孔2-4将蔬菜或花卉固定在水培槽中，根系浸没在营养液中吸收营养。

营养液增氧消毒系统5包含微纳米气泡发生装置、制氧机、臭氧发生器等设备。该系统的结构已为本领域技术人员熟知，在此省略对其的详细描述。采用微纳米增氧消毒技术，微纳米气泡具有上升缓慢，水中停留时间长，带负电荷、强氧化性的自由基等有点，并将臭氧通过微纳米技术对营养液进行消毒，对病菌起到非常良好的控制作用。

尾水处理系统7包含生物处理装置、曝气装置、消毒装置等水处理设备，保证其出水满足回用及达标排放标准。

具体实施例：某温室大棚水培项目

温室大棚内设置8个水培池，每2个水培池形成独立小循环，每个水培池均为9×40m，共用一套营养液增氧消毒系统5及尾水处理系统7。

具体步骤如下：

(1)在营养液池6配比适合水培蔬菜的营养液，营养液通过第一外循环管9进入第一调节池3中。

(2)第一调节池3中的溶解氧/氨氮/温度传感器3-4实时监控水体中的溶解氧、温度、氨氮，并通过气泵3-1对池底进行通气，将营养液从地下2m处提升至调节池出水口3-6，通过第一内循环管10进入水培池中。当水体温度过低，则会控制加热棒3-3对水体进行加热，直至温度满足要求。

(3)水培槽2均布分列在水培池1中，水培槽种植当季水培蔬菜，根系浸泡在营养液中。营养液自流通过第二内循环管11进入到第二调节池4中，水体在第二调节池4中实时监控其溶解氧、温度、氨氮，通过第三内循环管12进入第二水培池20中。营养液自流通过第四内循环管13进入到第一调节池3中，至此完成独立小单元的整个循环过程。

(4)在内循环过程中，会定时采样检测水体细菌病菌数、溶解氧，当水体指标不达标时，则将水培池的循环水通入营养液增氧消毒系统5中，对水体进行增氧消毒后再进入营养液池6中，营养液回到内循环体系中，保证水体满足水培蔬菜的需求。

(5)当整个内循环体系的营养液需进行更换时，则将水培池的循环水输送至营养液水处理系统7中，对水体进行废水处理，达标后排放或者回用。

(6)整个水培过程都通过监测控制器18进行监控，通过各定点的传感器对系统进行精准控制，保证系统正常运行。

使用本实用新型的水培装置和水培方法后，蔬菜长势喜人，操作简便，节省劳动力。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。在本实用新型基础上，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，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种采用气泡上浮竖型调节池的水培系统，其特征在于，包括营养液池、第一水培池、第二水培池、第一调节池、第二调节池、营养液增氧消毒系统、尾水处理系统以及监测控制器；其中：

营养液池与第一调节池通过管路连接，第一调节池与第一水培池进水口连接，第一水培池出水口与第二调节池连接，第二调节池与第二水培池连接，第二水培池出水口与第一调节池连接；

第一调节池和第二调节池结构相同，第一调节池和第二调节池的顶标高分别高于第一水培池和第二水培池，第一水培池和第二水培池的进水口端底标高高于出水口端底标高，从而在第一调节池、第一水培池、第二调节池、第二水培池之间形成水体内循环；

第一调节池和第二调节池为竖式设置，进水口标高低于出水口标高，邻近第一调节池和第二调节池分别设置有气泵，气泵的出气管路伸入到调节池中，出气管路的出气口设置在调节池的池底；通过气泵对调节池底部充气，利用气泡的上浮压力将水体输送至水培池中；

第一水培池和第二水培池的出水口还分别与营养液增氧消毒系统连接，营养液增氧消毒系统与营养液池连接，形成水体外循环；

第一水培池和第二水培池的出水口还分别与尾水处理系统连接。

2.根据权利要求1所述的水培系统，其特征在于，第一调节池和第二调节池中设置有加热装置、溶解氧/氨氮/温度传感器，分别与监测控制器连接。

3.根据权利要求1所述的水培系统，其特征在于，第一水培池和第二水培池的结构相同，都包含水培区和过滤槽，中间用间隔板隔开，间隔板布满孔，水培池进水口设置在水培区的一端，水培池出水口设置在过滤槽的一端。

4.根据权利要求3所述的水培系统，其特征在于，水培区并排设置有多个水培槽，水培槽上设置有苗种固定孔。

5.根据权利要求1所述的水培系统，其特征在于，营养液增氧消毒系统包含微纳米气泡发生装置、制氧机和臭氧发生器。

6.根据权利要求1所述的水培系统，其特征在于，尾水处理系统包含生物处理装置、曝气装置和消毒装置。

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