CN218485886U - 一种植物工厂营养液调配及处理功能集成装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及营养液调配技术领域，提供一种植物工厂营养液调配及处理功能集成装置，包括混合营养液箱、水泵、母液罐、PH值调节液罐、氧化反应器、静态混合器、射流器、制氧机和臭氧发生组件，所述混合营养液箱分别连接母液罐和PH值调节液罐，并设置出液管和回液管、及纯水管；所述制氧机输出氧气，所述臭氧发生组件产生臭氧并输出至射流器；所述水泵将待处理营养液加压后也输出至射流器；所述静态混合器将臭氧和待处理营养液充分混合后得到混合营养液，并输出至所述氧化反应器，对混合营养液进行光催化氧化处理，得到净化后的营养液并回流。本实用新型能够实现营养液按比例调配，也能对循环的营养液进行净化处理，并能实现营业液循环利用。

Description

一种植物工厂营养液调配及处理功能集成装置

技术领域

本实用新型涉及一种处理装置，具体涉及一种植物工厂营养液调配及处理功能集成装置及方法，属于营养液调配技术领域。

背景技术

集装箱式植物工厂，为利用20英尺或者40英尺标准集装箱作为蔬菜类植物种植场所，并在集装箱内布置多层式的种植架，种植架上放置栽培槽，栽培槽内种植蔬菜类植物(如生菜、香菜、芹菜等)，并且内部循环流动着植物生长所需的营养液。营养液需要根据不同类植物进行相应的调配，即将植物生长所需的营养液(如A母液、B母液、C母液和PH值调节液)按照一定比例与纯净水进行混合调配，然后将调配好的混合营养液输送到栽培槽内供植物生长需求。利用循环营养液进行无土栽培具有节水、易调控等特点，但营养液经过一定周期植物生长吸收使用，由于根系的选择性吸收，营养元素的浓度和元素比例逐渐偏离标准配方，同时植物根系分泌的毒性物质不断积累，会把某些不好的有机物(植物滋生的藻类和根系分泌的自毒物质等有机物)排放到营养液中，因此营养液会受到一定程度的污染，造成病害发生和产量降低。植物的毒性物质主要以酚类和脂肪酸类化合物为主，大多数生菜和果菜均会释放自毒物质，造成蔬菜产量下降。

目前在用的集装箱植物工厂有营养液调配装置，但没有混合营养液净化处理装置，混合营养液经过长时间循环利用后需定期更换，即每隔一段时间更换一次营养液，此法虽然操作简单，但对于水资源不丰富地区，不是一种环保方法。此外，营养液调配装置只解决了各种营养液与纯净水混合调配的功能，功能单一，无法解决经过循环利用被污染后的混合营养液净化处理问题，经过多次循环利用过的混合营养液往往采取的措施就是通过集装箱内的地漏排出，再重新根据需要进行配液。这样不仅造成资源浪费，而且工作效率低下，也造成了工作人员劳动强度增大等弊端。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种植物工厂营养液调配及处理功能集成装置，能够可靠地实现营养液按比例调配，并进行净化处理实现循环利用。

为了解决以上提出的问题，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型提供一种植物工厂营养液调配及处理功能集成装置，其特征在于：包括混合营养液箱、水泵、母液罐、PH值调节液罐、氧化反应器、静态混合器、射流器、制氧机、臭氧发生组件和监测器，所述混合营养液箱分别连接母液罐和PH值调节液罐，并设置出液管和回液管、及纯水管；

所述制氧机输出氧气至所述臭氧发生组件，所述臭氧发生组件产生臭氧并输出至所述射流器；所述水泵连接所述回液管，将待处理营养液加压后，也输出至所述射流器；所述射流器连接所述静态混合器，所述静态混合器将臭氧和待处理营养液充分混合后得到混合营养液，并输出至所述氧化反应器；所述氧化反应器对混合营养液进行光催化氧化处理，得到净化后的营养液并回流至所述混合营养液箱；所述混合营养液箱还连接对营养液进行数据值监测的监测器。

进一步的，所述氧化反应器包括反应器主体、导流筒、石英管和紫外灯管，所述反应器主体的两端分别设置进水口和出水口；所述反应器主体内沿轴向设置导流筒，所述导流筒内同轴设置有石英管和紫外灯管，所述石英管位于所述紫外灯管和导流筒之间；所述氧化反应器内并位于所述导流筒外侧还设置复合催化剂体。

进一步的，所述臭氧发生组件包括支撑板、设置在所述支撑板上的臭氧制取器、第一接头、第二接头和第三接头，所述第一接头连接所述制氧机，并分别通过第一支路连接臭氧制取器、通过第二支路连接第二接头，所述臭氧制取器连接所述射流器；所述第二接头分别连接第三支路和第三接头，所述第三支路连接第一氧气排气管，所述第三接头分别连接第四支路和第五支路，所述第四支路连接外部二氧化碳制备单元，所述第五支路连接第二氧气排气管。

进一步的，所述臭氧发生组件还包括制取器电源，用于给所述臭氧制取器供电。

进一步的，所述臭氧发生组件还包括电磁阀，所述第一支路、第二支路、第三支路、第四支路和第五支路上分别设置有电磁阀。

进一步的，所述母液罐和PH值调节液罐分别连接蠕动泵，所述蠕动泵连接所述混合营养液箱。

进一步的，所述氧化反应器采用三个并依次进行串联。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型的装置通过母液、PH值调节液与纯水按照一定比列混合配制后，得到的混合营养液供给栽培槽，经过一定周期循环使用后，通过臭氧发生组件、静态混合器、射流器和氧化反应器对营养液进行光催化氧化反应，得到净化的营养液并回流至混合营养液箱内，整个装置的结构简单、功能可靠也易于实现，将营养液调配和处理功能集成在一起，即能够实现营养液按比例调配，也能对循环的营养液进行有效净化处理，从而实现营业液循环利用。

(2)本实用新型的氧化反应器通过紫外灯管和复合催化剂体，将待处理营养液中有机成分进行光催化氧化反应，使得部分有机物转化为二氧化碳和水，达到待处理营养液中有机物净化的目的，氧化反应器的结构简单、功能可靠也易于实现。

(3)本实用新型的臭氧发生组件通过臭氧制取器产生臭氧，并设置多个接头和多个支路，方便各个支路之间进行可靠连接，来实现每个支路对应的不同功能即供氧或排气，整体结构简单、功能可靠也易于实现。

(4)本实用新型通过在每个支路上分别设置电磁阀，便于进行控制和不同功能的实现，控制方法、可靠，并实现自动化。

(5)本实用新型通过设置蠕动泵分别将母液罐、PH值调节液罐与混合营养液箱连接，保证母液和调节液能够可靠地输送至所述混合营养液箱内，从而保证整个装置及方法工作的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1为本实用新型植物工厂营养液调配及处理功能集成装置的示意图。

图2为本实用新型中氧化反应器的示意图。

图3为本实用新型中臭氧发生组件的示意图。

图4为本实用新型植物工厂营养液调配及处理功能集成装置的工作流程图。

附图标记说明如下：1-混合营养液箱、2-水泵、3-监测器、5-母液罐、51-A母液罐、52-B母液罐、53-C母液罐、6-PH值调节液罐、7-氧化反应器、71-反应器主体、72-导流筒、73-石英管、74-紫外灯管、75-过滤片、8-静态混合器、9-射流器、10-制氧机、11-臭氧发生组件、12-蠕动泵、101-出液管、102-回液管、103-纯水管、13-制氧机出气管、14-进射流器管、111-支撑板、112-臭氧制取器、113-第一接头、1114-氧气供给管、115-供臭氧管路、116-外部供氧管路、17-制取器电源、118-第一氧气排气管、119-第二接头、120-第三接头、121-第二氧气排气管、122-电磁阀、123-固定弯角。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。

此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参阅图1所示，本实用新型提供一种植物工厂营养液调配及处理功能集成装置，包括混合营养液箱1、水泵2、母液罐5、PH值调节液罐6、氧化反应器7、静态混合器8、射流器9、制氧机10和臭氧发生组件11，所述混合营养液箱1分别连接母液罐5和PH值调节液罐6，并设置与栽培槽位置相对应的出液管101和回液管102、及连接外部纯水的纯水管103。

所述制氧机10输出氧气至所述臭氧发生组件11，所述臭氧发生组件11产生臭氧并输出至所述射流器9。所述水泵2连接所述回液管102，将待处理营养液加压后，也输出至所述射流器9。所述射流器9连接所述静态混合器8，所述静态混合器8将臭氧和待处理营养液充分混合后得到混合营养液，并输出至所述氧化反应器7。所述氧化反应器7对混合营养液进行光催化氧化处理，得到净化后的营养液并回流至所述混合营养液箱1。所述混合营养液箱1还连接对营养液进行数据值监测的监测器3。

本实施例中，根据蔬菜等植物对母液需求的不同，可以并联设置不同种类的母液罐5即包括A母液罐51、B母液罐52和C母液罐53，并与所述PH值调节液罐6内的调节液根据不同比例调配。所述制氧机10通过制氧机出气管13连接臭氧发生组件11，所述臭氧发生组件11通过进射流器管14连接射流器9。通过设置射流器9将臭氧和循环利用后的待处理营养液形成射流搅拌体，并将射流搅拌体输出至静态混合器8内，方便进行处理。

本实施例中，通过设置监测器3用于在调配净化处理的全过程中，对混合营养液箱1内的营养液进行数据采集并进行监控，来保证整个装置工作的可靠性。

进一步的，所述母液罐5和PH值调节液罐6分别连接蠕动泵12，所述蠕动泵12连接所述混合营养液箱1。通过蠕动泵12将不同母液和调节液输送至所述混合营养液箱1，可以保证母液和调节液输送至所述混合营养液箱1内的可靠性。

进一步的，参阅图2所示，所述氧化反应器7包括反应器主体71、导流筒72、石英管73和紫外灯管74，所述反应器主体71的两端分别设置与所述静态混合器8连接的进水口76、及与所述混合营养液箱1连接的出水口77。所述反应器主体71内沿轴向设置导流筒72，所述导流筒72内同轴设置有石英管73和紫外灯管74，所述石英管73位于所述紫外灯管74和导流筒72之间。所述氧化反应器7内并位于所述导流筒72外侧还设置复合催化剂体。

进一步的，所述导流筒72的端部与所述出水口77之间还设置过滤片75，用于对处理后营养液中的杂质进行过滤。

具体的，所述紫外灯管74的波长为185nm或254nm，或采用混合波长的紫外光，可以保证氧化反应器7工作的可靠性。

进一步的，所述复合催化剂体采用纳米二氧化钛催化剂与活性炭复合体，通过活性炭对有机物起到富集左右，工作简单也可靠。

进一步的，所述氧化反应器7采用多级串联方式，优选采用三级串联方式即包括依次串联的第一反应器71、第二反应器72和第三反应器73，可以提高反应效率，保证混合营养液净化的可靠性。

本实施例中，所述氧化反应器7内在紫外光和复合催化剂体作用下，待处理营养液中有机成分发生光催化氧化反应，使得部分有机物转化为二氧化碳和水，达到混合营养液中有机物净化的目的，结构简单、功能可靠也易于实现。

进一步的，参阅图3所示，所述臭氧发生组件11包括支撑板111、设置在所述支撑板111上的臭氧制取器112、第一接头113、制取器电源117、第二接头119和第三接头120。

所述制氧机10制备出氧气后，通过氧气供给管114连接第一接头113。所述第一接头113将其中一路氧气通过第一支路输入臭氧制取器112，另外一路氧气通过第二支路连接第二接头119。所述第二接头119分别连接第三支路和第三接头120，所述第三支路连接第一氧气排气管118，所述第三接头120分别连接第四支路和第五支路，所述第四支路连接外部供氧管路116进入二氧化碳制备单元，为外部二氧化碳制备提供氧气支持。所述第五支路连接第二氧气排气管121。所述臭氧制取器112制取出臭氧后，通过供臭氧管路115向射流器9供给臭氧。所述制取器电源117也设置在所述支撑板111上，并为所述臭氧制取器112供电。

进一步的，所述第一支路～第五支路上分别设置有电磁阀122，通过控制电磁阀切换，方便实现对每个支路进行控制，从而实现自动控制功能。

具体的，为了安装方便，所述支撑板111两端还设置固定弯角123，所述第一接头113、第二接头119和第三接头120分别采用三通接头。所述第一氧气排气管118和第二氧气排气管121用于排出多余氧气。

参阅图4所示，本实用新型提供的植物工厂营养液调配及处理功能集成装置，具体工作过程如下：

步骤S1:根据蔬菜等植物对每种母液需求量，将母液罐5和PH值调节液罐6中对应的A母液、B母液、C母液和PH值调节液，通过对应的蠕动泵12输送到混合营养液箱1内，并与由纯水管103输送进来的纯水进行初次混合，得到初始营养液。其中，A母液、B母液和C母液为含有不同离子的母液，用于调整营养液中的EC值(溶液中可溶性盐浓度)。PH值调节液包括酸液和碱液，用于调控营养液中PH值(酸碱度)。

本步骤中，初次混合时，当营养液的EC值低于设定下限时，则A母液、B母液和C母液分别经蠕动泵12联动，同时等量施加到混合营养液箱1内；当EC值高于设定上限时，则纯水管103启动，补入纯水到混合营养液箱1内，按比例调配得到初始营养液。具体的，母液罐5和PH值调节液罐6分别通过各自的蠕动泵12控制输入量，所述蠕动泵12由外部控制机构进行控制。

步骤S2：初始营养液通过出液管101输送到植物工厂多层设计的栽培槽内供蔬菜等植物生长使用，并通过回液管102循环流回混合营养液箱1内。

具体的，经过栽培槽的混合营养液最后通过回液管102循环流回混合营养液箱1内，通过出液管101和回液管102这样的循环输送，初始营养液就可达到循环利用目的。

步骤S3：待初始营养液循环利用设定时间后，制氧机10将氧气主动输入到臭氧发生组件11，臭氧发生组件11产生臭氧并输送至射流器9内，同时水泵2将回液管102内待处理营养液加压后，也输送至射流器9内。

具体的，由于混合营养液箱1内的混合营养液经过长时间循环利用后，植物将滋生的藻类和分泌的自毒物质等有机物排入营养液中，这就造成营养液一定程度污染，这时候需要对待处理营养液进行净化，来提高营养液的利用效率。待处理营养液在高压力作用下，以一定流速通过文丘里射流器9的喉管，在此形成负压将臭氧发生组件11的臭氧吸出，并与待处理营养液混合。

步骤S4：射流器9将待处理营养液和臭氧混合并输送至静态混合器8，在静态混合器8的作用下，营养液和臭氧充分混合得到充分混合的混合营养液，并输出至氧化反应器7。

具体的，所述静态混合器8将营养液和臭氧充分混合，在混合过程中，使得臭氧和水充分接触，增加水中臭氧的溶解量，臭氧可以杀灭营养液中病原微生物，得到的混合营养液方便所述氧化反应器7进行净化处理。

步骤S5：氧化反应器7内紫外灯管74和复合催化剂体对混合营养液进行光催化氧化处理后，得到净化后的营养液并回流至混合营养液箱1内。

本实施例中，氧化反应器7内紫外灯管74和复合催化剂体对混合营养液进行净化处理，即为光催化氧化法，通过紫外灯管74产生的紫外线对微生物进行照射，以破坏其机体内蛋白质和DNA的结构，使其立即死亡或丧失繁殖能力，然后利用纳米TiO₂吸收小于其带隙波长的紫外光所产生的强氧化效应，将吸附到其表面的有机物分解成CO₂和H₂O，达到去除植物毒性物质的目的，工作简单，可靠。

上述过程中，通过监测器3随时监测所述混合营养液箱1内的营养液获得数据值；当营养液的EC值或PH值低于设定下限或高于设定上限时，则母液罐5和PH值调节液罐6对应的蠕动泵12工作，从而调节母液和调节液的输入量，保证营养液调配的可靠性。

本实用新型提供的植物工厂营养液调配及处理功能集成装置，能够可靠地实现营养液按比例调配，也能对循环的营养液进行净化处理，具有高效、无毒、无污染、可长期重复使用、不影响蔬菜产量和品质、能将有机物彻底氧化分解为CO2和H2O以及广谱的杀菌性等优点，实现营养液循环利用，并在集装箱植物工厂中可取代消毒装置，节省消毒成本；此外，本实用新型通过紫外线、臭氧、催化氧化方式进行营养液综合处理，除去营养液中的有机物、微生物和植物自毒物质，提高了营养液循环使用率，可减低水资源的消耗量。

本实用新型提供了集成集装箱式植物工厂营养液自动调配、参数(即EC值和PH值)监测、营养液自动净化处理等装置，实时高效地解决了植物生长所需营养成分的自动供给及营养液中有机物和微生物自动去除。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种植物工厂营养液调配及处理功能集成装置，其特征在于：包括混合营养液箱、水泵、母液罐、PH值调节液罐、氧化反应器、静态混合器、射流器、制氧机、臭氧发生组件和监测器，所述混合营养液箱分别连接母液罐和PH值调节液罐，并设置出液管和回液管、及纯水管；

所述制氧机输出氧气至所述臭氧发生组件，所述臭氧发生组件产生臭氧并输出至所述射流器；所述水泵连接所述回液管，将待处理营养液加压后，也输出至所述射流器；所述射流器连接所述静态混合器，所述静态混合器将臭氧和待处理营养液充分混合后得到混合营养液，并输出至所述氧化反应器；所述氧化反应器对混合营养液进行光催化氧化处理，得到净化后的营养液并回流至所述混合营养液箱；所述混合营养液箱还连接对营养液进行数据值监测的监测器。

2.根据权利要求1所述的植物工厂营养液调配及处理功能集成装置，其特征在于：所述氧化反应器包括反应器主体、导流筒、石英管和紫外灯管，所述反应器主体的两端分别设置进水口和出水口；所述反应器主体内沿轴向设置导流筒，所述导流筒内同轴设置有石英管和紫外灯管，所述石英管位于所述紫外灯管和导流筒之间；所述氧化反应器内并位于所述导流筒外侧还设置复合催化剂体。

3.根据权利要求1或2所述的植物工厂营养液调配及处理功能集成装置，其特征在于：所述臭氧发生组件包括支撑板、设置在所述支撑板上的臭氧制取器、第一接头、第二接头和第三接头，所述第一接头连接所述制氧机，并分别通过第一支路连接臭氧制取器、通过第二支路连接第二接头，所述臭氧制取器连接所述射流器；所述第二接头分别连接第三支路和第三接头，所述第三支路连接第一氧气排气管，所述第三接头分别连接第四支路和第五支路，所述第四支路连接外部二氧化碳制备单元，所述第五支路连接第二氧气排气管。

4.根据权利要求3所述的植物工厂营养液调配及处理功能集成装置，其特征在于：所述臭氧发生组件还包括制取器电源，用于给所述臭氧制取器供电。

5.根据权利要求3所述的植物工厂营养液调配及处理功能集成装置，其特征在于：所述臭氧发生组件还包括电磁阀，所述第一支路、第二支路、第三支路、第四支路和第五支路上分别设置有电磁阀。

6.根据权利要求1或5所述的植物工厂营养液调配及处理功能集成装置，其特征在于：所述母液罐和PH值调节液罐分别连接蠕动泵，所述蠕动泵连接所述混合营养液箱。

7.根据权利要求2所述的植物工厂营养液调配及处理功能集成装置，其特征在于：所述氧化反应器采用三个并依次进行串联。

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