营养液循环灌溉紫外线消毒机设计研究.pdf
<p>营 养 液 循 环 灌 溉 紫 外 线 消 毒 机 设 计 研 究 王 伟 琳, 何 芬, 丁 小 明, 魏 晓 明, 齐 飞 ( 农 业 部 规 划 设 计 研 究 院, 北 京 100125) 摘 要: 温 室 作 物 水 培 采 用 营 养 液 进 行 循 环 灌 溉, 营 养 液 在 周 期 使 用 过 程 中 会 滋 生 很 多 有 害 细 菌, 影 响 作 物 的 品 质。 荷 兰 等 农 业 发 达 国 家 已 普 遍 采 用 紫 外 线 对 营 养 液 进 行 消 毒, 消 毒 设 备 与 灌 溉 系 统 统 一 管 理, 达 到 了 自 动 化 的 程 度。 为 此, 对 紫 外 线 消 毒 机 理 进 行 了 深 入 研 究, 试 制 加 工 的 紫 外 线 消 毒 机 具 备 接 近 国 外 同 类 产 品 的 消 毒 能 力, 能 实 现 自 动 管 理、 维 护, 降 低 了 作 物 的 灌 溉 成 本, 提 高 了 作 物 的 品 质, 具 有 较 好 的 应 用 前 景 和 推 广 价 值。 关 键 词: 紫 外 线 消 毒 机; 营 养 液; 循 环 灌 溉; 温 室 中 图 分 类 号: S625.3 文 献 标 识 码: A 文 章 编 号:1003-188X(2018)09-0069-05 0 引 言 在 我 国 设 施 农 业 领 域, 土 壤 一 般 连 续 耕 种3 年 后, 病 毒 和 次 生 盐 渍 化 便 会 导 致 耕 种 土 壤 环 境 急 剧 破 坏, 生 态 系 统 紊 乱 1 , 药、 肥 剂 量 过 施 危 害 严 重。 传 统 栽 培 的 周 期 性 催 生 了 无 土 栽 培 的 兴 起, 无 土 栽 培 能 有 效 应 对 生 态 系 统 恶 化 和 蔬 菜 品 质 降 低。 随 着 人 口 增 加, 耕 地 面 积 减 少, 人 力 成 本 增 长, 无 论 从 技 术 上 还 是 经 济 上, 我 国 农 业 种 植 模 式 都 在 逐 渐 向 无 土 栽 培 模 式 转 变, 温 室 植 物 的 栽 培 方 式 逐 渐 转 变 为 营 养 液 栽 培 2 。 由 于 种 植 业 工 况 环 境 复 杂, 考 虑 到 种 植 业 成 本 的 构 成, 营 养 液 多 采 用 循 环 使 用, 这 就 导 致 了 细 菌 的 大 量 出 现, 容 易 对 植 物 造 成 病 害, 大 大 影 响 了 种 植 效 果 和 作 物 品 质, 同 时 也 浪 费 了 营 养 液 的 有 效 成 分。 当 前 世 界 上 农 业 发 达 国 家, 在 灌 溉 消 毒 领 域 已 开 发 了 新 的 方 案, 即 紫 外 线 消 毒 技 术, 且 已 经 催 生 了 成 熟 的 消 毒 设 备。 而 在 我 国, 无 土 栽 培 的 发 展 还 没 有 达 到 先 进 农 业 国 家 水 平, 还 在 沿 用 着 农 药 消 毒。 化 学 药 剂 杀 毒 存 在 的 主 要 问 题: 单 一 药 剂 只 对 某 一 病 原 菌 起 到 杀 灭 作 用; 溶 解 于 营 养 液 中 的 药 剂 很 容 易 被 植 物 吸 收 而 残 留 在 植 物 体 内。 药 剂 消 毒 既 不 安 全, 效 率 也 不 够 高, 相 较 而 言 紫 外 线 消 毒 更 加 合 理。 在 温 室 无 土 栽 培 工 艺 体 系 中, 为 了 保 证 作 物 成 长 健 康、 成 分 安 全, 最 关 键 的 问 题 就 是 保 证 营 养 液 的 收 稿 日 期: 2017-05-17 基 金 项 目: 国 家 重 点 研 发 计 划 项 目(2017YFD0701500) 作 者 简 介: 王 伟 琳(1980-), 男, 哈 尔 滨 人, 博 士 后,(E-mail) wwl3939 163.com。 通 讯 作 者: 齐 飞(1967-), 男, 银 川 人, 研 究 员, 博 士 生 导 师,(E- mail)Qf2008188.com。 有 效 性 3 。 由 于 种 植 业 本 身 对 成 本 十 分 敏 感, 那 么 如 何 经 济、 合 理、 绿 色 地 使 用 营 养 液, 在 确 保 作 物 质 量 的 基 础 上 保 证 企 业 的 竞 争 力, 是 相 关 领 域 学 者 关 心 的 问 题。 荷 兰 等 农 业 强 国 普 遍 认 可 了 营 养 液 循 环 利 用 的 方 式, 一 方 面 是 基 于 经 济 性 的 考 虑, 同 时 也 是 其 废 液 处 理 技 术 达 到 了 实 际 使 用 要 求。 在 营 养 液 循 环 利 用 整 个 工 艺 链 条 中, 消 毒 是 最 为 关 键 的 一 环, 具 有 重 要 的 研 究 前 景 和 意 义。 为 了 解 决 营 养 液 再 利 用 问 题, 发 展 适 合 我 国 农 业 的 作 业 设 备, 笔 者 开 发 了 循 环 灌 溉 紫 外 线 消 毒 机, 努 力 填 补 该 领 域 国 内 空 白。 1 紫 外 线 消 毒 机 工 作 机 理 1.1 紫 外 线 消 毒 机 理 介 绍 农 用 消 毒 机 主 要 用 于 潮 汐 灌 溉、 滴 灌 及 水 培 等 种 植 系 统 的 营 养 液 回 收 利 用。 学 者AmsingJ.J 4 实 验 证 明, 如 放 任 病 原 体 感 染 扩 散, 会 对 整 个 栽 培 群 体 内 的 作 物 造 成 灭 顶 之 灾。 因 此, 在 营 养 液 回 收 利 用 的 工 艺 中, 消 毒 环 节 至 关 重 要。 在 相 关 领 域 研 究 中, 各 国 研 究 人 员 对 多 种 消 毒 方 法 进 行 了 实 际 考 察, 下 文 列 出 了 有 代 表 性 的 一 些 方 法。 1) 臭 氧 消 毒。 该 方 案 将 臭 氧 施 加 到 营 养 液 内 消 毒, 其 消 毒 效 果 显 著; 但 该 方 案 的 副 作 用 是 会 与 营 养 液 中 的 有 效 成 分 反 应, 降 低 营 养 液 养 分 比 例。 2) 电 热 消 毒。 该 方 案 需 将 营 养 液 温 度 升 高 以 达 到 杀 菌 目 的; 但 其 成 本 非 常 高, 且 杀 毒 周 期 较 长。 3) 高 级 氧 化 消 毒。 该 方 案 工 艺 要 求 不 高, 但 使 用 该 法 会 导 致 产 品 根 部 积 累 化 学 物, 导 致 安 全 问 题。 · 9 6 · 2018 年9 月 农 机 化 研 究 第9 期 4) 超 细 过 滤 消 毒。 在 污 水 处 理 方 面 有 着 广 泛 的 应 用, 而 其 设 备 高 昂 的 投 资 额 度 不 适 合 农 业 领 域 使 用。 紫 外 线 辐 射 消 毒 方 法 目 前 来 看, 无 论 从 投 资 还 是 工 作 原 理, 都 是 较 为 理 想 的 应 用 方 法: 该 法 可 以 有 效 杀 灭 相 关 细 菌; 对 营 养 液 中 有 效 成 分 影 响 小; 设 备 投 资 额 度 能 为 大 多 数 企 业 接 受。 紫 外 线 消 毒 的 原 理 十 分 简 单。 所 有 微 生 物 都 会 被 特 定 波 长 的 波 动 所 影 响, 这 是 生 物 的 本 质 属 性, 那 么 所 有 微 生 物 都 有 自 己 的“ 克 星”, 只 要 暴 露 在 特 定 波 长 的 辐 射 下, 足 够 的 时 间 内 就 会 导 致 其 死 亡。 研 究 设 备 利 用 了 紫 外 线 的 一 个 特 定 的 波 长(254nm), 根 据 实 际 企 业 需 求 和 工 况 情 况, 定 制 系 统 以 保 持 消 毒 效 率 和 时 间, 在 保 持 营 养 液 特 性 不 变 的 基 础 上 杀 灭 有 害 微 生 物, 并 确 保 企 业 对 营 养 液 使 用 的 流 量。 根 据 荷 兰 瓦 赫 宁 根 大 学 提 供 的 数 据, 在 营 养 液 灭 菌 时, 当 紫 外 线 辐 射 强 度 达 到100mJ/cm 2 时, 可 有 效 杀 死 细 菌、 线 虫 和 酵 母 菌; 当 紫 外 线 辐 射 强 度 达 到 150mJ/cm 2 时, 可 有 效 杀 死 真 菌、 镰 孢 菌 和 疫 病 菌; 当 紫 外 线 辐 射 强 度 达 到250mJ/cm 2 时, 可 有 效 杀 死 病 毒 和 黄 瓜 花 叶 病 菌。 1.2 总 体 设 计 思 路 课 题 开 发 的 消 毒 机 可 以 有 效 地 消 除 营 养 液 中 微 生 物 对 作 物 的 潜 在 危 险。 该 紫 外 线 消 毒 设 备 设 计 过 程 中 侧 重 于 面 向 对 象、 可 靠、 耐 久 的 设 计 理 念, 适 合 大、 中、 小 型 种 植 业 企 业, 尤 以 潮 汐 灌 溉 方 式 最 为 适 合。 该 紫 外 线 消 毒 设 备 设 计 初 始, 根 据 用 户 需 求 不 同, 其 初 始 设 计 考 虑 的 关 键 参 数 是: 辐 射 量; 光 线 穿 透 率。 根 据 这 种 思 路, 消 毒 机 在 设 计( 定 制) 阶 段 就 有3 种 备 选 辐 射 装 置, 以 实 现10% 或 更 高 的 穿 透 率。 辐 射 室 的 独 立 模 块 化 设 计, 使 紫 外 线 消 毒 设 备 可 以 参 数 化 定 制, 以 满 足 不 同 种 植 业 务 的 需 求, 其 兼 容 性 更 完 备。 通 过 对 辐 射 量 的 精 确 调 控, 设 备 尽 可 能 的 避 免 影 响 营 养 液 本 身 的 营 养 配 比, 避 免 盲 目 破 坏 工 况 生 态 平 衡, 使 整 个 灌 溉 系 统 具 有 良 好 的 稳 定 性; 同 时, 也 降 低 了 补 充 药 剂 的 概 率, 某 种 程 度 上 也 节 约 了 企 业 的 工 艺 成 本。 不 同 对 象 紫 外 线 消 毒 辐 射 强 度 值 如 表1 所 示。 穿 透 率 是 衡 量 肥 水 污 浊 程 度 的 一 个 重 要 指 标。 它 是 指 紫 外( 线) 光 穿 过1cm 3 的 水 样 的 前 后 测 得 的 光 照 度 的 比 值。 该 比 值 越 大, 表 明 水 体 越 清 澈, 反 之 表 明 水 体 污 浊 度 越 高。 由 于 农 业 工 况 环 境 复 杂, 国 内 种 植 用 户 分 布 多 样 性, 设 备 本 身 的 参 数 定 制 取 决 于 种 植 当 地 水 体 中 的 铁 螯 合 物、 有 机 物 颗 粒( 来 自 于 泥 炭 或 可 可 种 植 基 质 中 分 解 中 的 有 机 物 质)、 生 态 族 群 分 布、 杂 质 种 类、 水 质 特 征 及 施 肥 方 案 等 多 方 面 因 素, 是 一 个 复 杂 的 优 化 问 题。 表1 针 对 不 同 对 象 紫 外 线 消 毒 辐 射 强 度 值 Table1 Theultravioletradiationintensityfordifferentbacteria 性 能 参 数 取 值 /100mJ·cm - 2 水 中 的 大 肠 杆 菌 16.2 炭 疽 杆 菌 13.7 乳 酸 链 球 菌 18 扁 阔 棒 状 杆 菌 24 菊 欧 文 菌 20 野 油 菜/ 天 竺 葵 黄 单 胞 菌 26 流 苏 角 化 病 100 大 刀 镰 刀 菌 100 尖 孢 镰 刀 菌 40 青 霉 菌 120 肉 桂 疫 霉 30 疫 霉 菌 70 终 极 腐 霉 菌 100 立 枯 丝 核 菌 120在 用 户 考 虑 选 择 紫 外 线 消 毒 设 备 前, 应 对 其 本 身 的 建 设 基 础 进 行 统 计, 提 供 其 企 业 整 体 灌 溉 方 案、 水 质 数 据、 营 养 配 比、 施 放 方 案 及 产 品 类 型 等 信 息, 由 专 业 工 程 师 辅 助 选 型; 当 工 厂 生 产 目 标 发 生 变 化 时, 则 对 应 的 消 毒 设 备 在 定 制 阶 段 亦 需 要 作 出 相 应 调 整。 表2 是 部 分 作 物 营 养 液 穿 透 率 参 考 值。 表2 不 同 作 物 营 养 液 紫 外 线 穿 透 率 Table2 Theultravioletradiationpenetrationrateof differentnutrientsolutions 作 物 回 水 紫 外 穿 透 率 /% 玫 瑰 18 非 洲 菊 17 红 掌 45 · 0 7 · 2018 年9 月 农 机 化 研 究 第9 期 续 表2 作 物 回 水 紫 外 穿 透 率 /% 黄 瓜 28 西 红 柿 25 甜 椒 27根 据 穿 透 率 的 不 同, 低 压 紫 外 线 消 毒 设 备 设 计 构 造 上 提 供 了3 种 辐 射 灯 室 来 实 现 恰 当 的 消 毒 效 果: 紫 外 光 穿 透 率>45% 时, 回 水 流 经 辐 射 室 内, 紫 外 光 可 以 穿 透 相 当 大 厚 度 的 水 体; 穿 透 率 范 围25%45% 时, 回 水 流 经 辐 射 室 内, 紫 外 光 可 以 穿 透 中 等 厚 度 的 水 体; 穿 透 率<25% 时, 液 体 已 经 足 够 浑 浊, 透 光 性 非 常 差, 故 该 情 况 下 需 调 整 辐 射 室 结 构 使 其 环 形 截 面 积 减 小, 同 时 考 虑 降 低 流 速。 相 同( 相 近) 穿 透 率 时, 杀 菌 率 和 辐 射 室 截 面 积 具 有 类 似 反 比 的 关 系。 紫 外 线 灯 管 处 于 辐 射 室 中 央, 其 光 线 密 度 自 内 向 外 依 次 降 低, 如 图1 所 示。 如 给 定 流 量 或 营 养 液 经 过 辐 射 室 的 有 效 时 间, 经 过 计 算 可 以 获 得 辐 射 室 管 径 可 选 范 围, 并 获 取 相 应 的 使 用 成 本, 用 户 可 根 据 具 体 使 用 需 求 进 行 参 数 选 择, 以 达 到 杀 菌 有 效 同 时 兼 顾 成 本 的 效 果。 图1 不 同 穿 透 率 时 辐 射 室 结 构 设 计 Fig.1 Thestructuraldesignofradiantchamberwith differentpenetrationrates 定 制 消 毒 设 备 本 身 可 以 看 作 一 个 专 家 决 策 系 统, 原 理 上 来 讲, 企 业 工 况 下 水 质 参 数、 作 物 品 种、 灌 溉 方 案 等 都 是 一 个 设 计 黑 箱 的 输 入 量, 消 毒 率 和 成 本 作 为 设 计 的 约 束 值。 研 究 拟 逐 步 对 消 毒 机 的 智 能 化 进 行 优 化, 丰 富 其 参 数 化 设 计 功 能, 增 强 其 兼 容 能 力, 努 力 提 高 市 场 适 应 性。 1.3 消 毒 机 运 行 逻 辑 从 原 理 上, 除 消 毒 功 能 外, 消 毒 机 主 要 实 现 以 下 功 能: 1) 对 营 养 液 流 量 进 行 控 制。 抛 开 单 纯 的 消 毒 性 质, 设 备 整 个 运 行 周 期 均 需 持 续、 实 时 地 测 量 紫 外 线 辐 射 强 度, 进 而 根 据 目 标 辐 射 值 控 制 流 体 通 过 紫 外 线 消 毒 机 的 时 间。 紫 外 线 辐 射 室 内 采 用 可 调 节 电 动 阀 门, 通 过 程 序 计 算, 控 制 水 流 量 与 当 前 辐 射 值 相 匹 配。 营 养 液 的 污 浊 程 度, 决 定 了 紫 外 线 辐 射 传 感 器 的 读 数。 回 收 的 营 养 液 越 污 浊, 紫 外 线 辐 射 值 读 数 越 低, 营 养 液 在 紫 外 线 辐 射 室 内 停 留 的 时 间 就 越 长, 从 而 达 到 消 毒 目 的。 严 格 的 水 流 量 控 制 可 以 恰 到 好 处 地 保 证 回 收 营 养 液 被 消 毒 完 全。 2) 紫 外 线 消 毒 灯 监 测/ 报 警。 紫 外 线 消 毒 机 系 统 持 续 地 监 控 灯 组 的 正 确 运 行。 如 果 部 分 紫 外 线 灯 不 能 正 常 工 作, 系 统 会 立 即 发 出 警 报。 同 时, 当 灯 达 到 预 设 工 作 上 限 时 数, 机 器 也 会 提 醒 用 户 更 换 耗 材。 3) 清 洁 紫 外 线 辐 射 室。 由 于 回 收 的 营 养 液pH 值 较 高, 水 里 肥 料 中 诸 如 铁 离 子 和 钙 离 子 会 不 同 程 度 的 沉 积 在 紫 外 线 辐 射 室 的 管 壁 上。 沉 积 物 影 响 了 紫 外 线 灯 的 辐 射 强 度, 系 统 采 用 硝 酸 进 行 辐 射 室 清 洁 的 系 统, 定 期 降 低 系 统 内 的pH 值, 使 辐 射 室 保 持 清 洁。 整 个 清 洁 过 程 无 需 人 为 干 预, 通 过 算 法 控 制 和 运 行。 计 算 机 会 根 据 测 量 的 辐 射 强 度、 紫 外 线 灯 管 工 作 的 小 时 数, 来 启 动 清 洗 指 令。 清 洁 工 序 运 行 时, 消 毒 过 程 将 被 中 断, 辐 射 室 被 注 入 高 浓 度 的 硝 酸(pH= 3.5), 在 辐 射 室 停 留 约10min 后, 再 由 酸 泵 驱 动 回 到 排 水 罐 中。 4) 预 过 滤 器 组。 主 要 用 于 过 滤 回 收 营 养 液 携 带 的 大 颗 粒 污 浊 物。 营 养 液 中 尘 土 颗 粒 将 导 致 辐 射 室 内 阴 影, 同 时 会 导 致 隐 藏 在 固 体 颗 粒 微 孔 中 的 病 菌, 通 过 紫 外 线 辐 射 室 而 不 被 杀 死。 因 此, 必 须 配 备 预 过 滤 装 置, 从 回 收 营 养 液 中 去 除30m 以 上 的 颗 粒。 全 自 动 紫 外 线 消 毒 机 配 置 预 过 滤 设 备, 包 括 一 套 砂 石 过 滤 器 和 一 套 叠 片 过 滤 器。 按 照 以 上 思 路, 其 主 要 工 作 流 程 如 图2 所 示。 2 消 毒 机 具 体 设 计 2.1 采 用 关 键 设 备 整 个 系 统 采 用 的 关 键 设 备 为: 紫 外 线 消 毒 灯( 含 石 英 管、 安 装 支 架)、 砂 石 过 滤 器、 叠 片 过 滤 器、 系 统 泵、 酸 计 量 泵、 控 制 柜 和 膨 胀 罐, 如 图3 所 示。 采 用 的 主 要 测 量 设 备/ 传 感 器 有:EC 传 感 器、pH 传 感 器、 液 位 传 感 器( 酸/ 液)、 辐 射 强 度 传 感 器、 叶 轮 式 流 量 计、 可 视 流 量 计 和 压 力 表 等。 · 1 7 · 2018 年9 月 农 机 化 研 究 第9 期 图2 消 毒 机 工 作 机 理 Fig.2 Theworkingmechanismofdisinfectionmachine 图3 消 毒 机 样 机 装 配 模 型 Fig.3 Theprototypeassemblymodelofdisinfectionmachine 根 据 消 毒 机 使 用 环 境 的 多 样 性、 复 杂 性, 考 虑 到 整 个 生 产 成 本 情 况, 主 要 设 备 之 间 采 用PVC 管 路 连 接, 电 控 部 分 设 专 门 柜 体 和 保 护 壳 体。 2.2 工 艺 流 程 1) 预 热: 打 开 系 统 泵, 当 系 统 充 满 水 后 开 启 紫 外 线 消 毒 灯。 监 测 辐 射 强 度 传 感 器 的 数 值, 在 达 到 预 设 目 标 之 前, 回 收 后 营 养 液 不 得 进 入 消 毒 水 罐, 重 新 排 入 排 水 罐, 直 到 紫 外 线 灯 预 热 至 设 定 辐 射 强 度。 该 过 程 大 约 需 要10min。 2) 消 毒: 预 热 结 束 后, 消 毒 机 进 入 正 常 工 作 状 态, 系 统 泵 将 排 水 罐 内 的 回 收 营 养 液 送 入 预 过 滤 组 进 行 初 步 过 滤 后 再 送 入 紫 外 线 辐 射 室 进 行 消 毒。 消 毒 后 的 营 养 液 输 送 至 消 毒 水 罐 留 待 下 次 灌 溉 用, 如 果 排 水 罐 内 的 液 位 过 低 或 者 消 毒 水 罐 内 液 位 过 高 消 毒 机 将 自 动 停 止。 3) 反 冲 洗: 砂 石 过 滤 器 可 以 进 行 自 动 反 冲 洗。 当 砂 石 过 滤 器 上 压 差 传 感 器 的 数 值 增 大 时, 由 程 序 控 制 砂 石 过 滤 器 进 行 反 冲 洗。 4) 酸 洗: 计 算 机 会 根 据 测 量 的 辐 射 强 度 或 及 紫 外 线 灯 管 工 作 的 小 时 数, 来 启 动 该 工 序。 2.3 操 作 及 控 制 系 统 从 设 备 控 制 上 来 说, 整 个 系 统 分 为 参 数 设 置、 自 动 操 作、 手 动 操 作、I/O 监 控 及 数 据 报 告5 部 分。 1) 参 数 设 置。 该 部 分 包 含 了 预 热 时 间、 酸 洗UV 值、 酸 停 留 消 毒 室 时 间、UV 灯 更 换 时 长、 酸 泵 自 动 流 速 百 分 比、 阀 开 关 超 时、 砂 石 罐 清 洗 时 间、 砂 石 罐 清 洗 间 隔 时 间、 流 量 传 感 器 控 制 器、 水 流 流 速 等 设 定。 2) 手 动 操 作。 本 界 面 可 对 所 有 的 阀 进 行 手 动 操 作, 将 其 打 开 或 闭 合, 同 时 可 监 测 阀 开 关 状 态, 如 图4 所 示。 以 下 以 排 水 阀VR 为 例 解 释。 图4 消 毒 机 控 制 系 统 手 动 操 作 界 面 Fig.4 Thecontrolsystemmanualinterfaceofdisinfectionmachine 按 键“OFF/ON”: 按 动 此 按 键,VR 阀 在 关 闭/ 打 开 进 行 切 换, 当 显 示 为OFF 时, 指 示 灯“OFF” 亮, 按 动 此 键,VR 阀 打 开, 同 时 按 键 显 示 为“ON”;3s 后, 待 阀 完 全 打 开 后, 指 示 灯“ON” 亮。 酸 泵 分3 部 分 操 作, 打 开 酸 泵 的 电 源, 输 入 流 速 百 分 比(100L/h 的 百 分 比), 最 后 打 开 远 程 控 制 开 关。 该 面 板 还 可 对 排 水 阀、 消 毒 阀、 砂 石 选 择 阀、 过 滤 阀、 酸 洗 选 择 阀、 酸 洗 阀UV 紫 外 灯( 开 关)、 水 泵、 消 毒, 以 及 预 热 进 行 手 动 操 控, 并 显 示 相 关 状 态 信 息。 3) 自 动 操 作。 在 自 动 操 作 界 面, 按 动“ 消 毒 OFF”, 进 入 自 动 消 毒 模 式, 此 键 显 示 为“ 消 毒OFF”, 界 面 顶 部 显 示 消 毒, 再 按 动 停 止 消 毒; 按 动“ 酸 洗 OFF”, 进 入 自 动 酸 洗 模 式, 此 键 显 示 为“ 酸 洗OFF”, · 2 7 · 2018 年9 月 农 机 化 研 究 第9 期 界 面 顶 部 显 示 酸 洗, 再 按 动 停 止 酸 洗。 其 界 面 如 图5 所 示。 图5 消 毒 机 控 制 系 统 自 动 操 作 界 面 Fig.5 Thecontrolsystemautomationinterfaceofdisinfectionmachine 3 样 机 初 步 试 验 结 果 基 于 农 业 部 规 划 设 计 研 究 院 设 施 农 业 所 提 供 研 发 方 案, 北 京 华 农 农 业 工 程 技 术 有 限 公 司 根 据 用 户 需 求 定 制 生 产 了 样 机, 该 样 机 主 要 指 标 如 下: 系 统 泵 流 量/m 3 ·h -1 :12 穿 射 率T10:30%45% 紫 外 辐 射 定 量 水 平/ mJ·cm -2 :100 辐 射 室 参 数 如 下: 管 径/ mm:15 安 装 长 度/mm:1554 功 率/W:155 使 用 寿 命/h:13000 辐 射 室 的 数 量:6 砂 石 过 滤 器:6m 3 /h, 双 罐 叠 片 过 滤 器:6m 3 /h,200 目 机 器 尺 寸/m:W3.0,L3.0 电 源:3 相,380V,50Hz 采 用 上 述 数 据 进 行 试 验 时, 在180 天 番 茄 栽 培 试 验 的 营 养 液 前 提 下, 灭 菌 率 保 持 在92%95% 之 间( 受 液 流 量、 流 速 变 化、 穿 透 率 影 响), 达 到 了 较 好 的 灭 菌 效 果。 在 整 个 试 验 过 程 中, 由 于 工 况 所 在 地 条 件 所 限, 试 验 结 果 还 有 进 一 步 提 高 的 空 间, 同 时 在 现 有 样 机 基 础 上 加 强 流 速、 流 量 的 精 细 调 控, 会 有 助 于 进 一 步 提 高 其 杀 菌 能 力。 4 结 论 1) 研 究 设 计 并 试 制 了 一 种 紫 外 线 营 养 液 消 毒 机, 主 要 包 括 紫 外 线 消 毒 灯、 砂 石 过 滤 器、 叠 片 过 滤 器、 系 统 泵、 酸 泵、PVC 管 路 及 自 动 控 制 设 备 等。 2) 在 现 有 试 验 条 件 下, 紫 外 线 消 毒 机 的 灭 菌 率 保 持 在92%95% 之 间。 为 提 高 灭 菌 率、 稳 定 偏 差 范 围, 下 一 步 拟 对 紫 外 线 消 毒 室 结 构、 设 备 整 体 流 量/ 流 速 控 制 算 法 进 行 进 一 步 优 化 设 计, 以 达 到 更 高 的 实 际 灭 菌 效 力。 3) 该 样 机 是 国 内 面 向 营 养 液 循 环 灌 溉 领 域 消 毒 的 一 次 尝 试, 旨 在 填 补 该 领 域 国 内 市 场 空 白, 力 争 在 达 到 国 外 同 类 产 品 消 毒 水 平 的 基 础 上, 使 设 备 成 本 为 国 内 种 植 企 业 所 能 承 受。 4) 课 题 研 发 设 备 致 力 于 提 高 营 养 液 利 用 效 率, 优 化 作 物 品 质, 改 善 种 植 企 业 工 况 卫 生 安 全, 降 低 企 业 投 资 成 本 和 市 场 风 险。 参 考 文 献: 1 周 鑫 鑫. 设 施 农 业 肥 料 高 投 入 对 土 壤 环 境 次 生 盐 渍 化 的 影 响 研 究D. 上 海: 东 华 大 学,2016. 2 杨 其 长, 张 成 波. 植 物 工 厂 概 论M. 北 京: 中 国 农 业 科 技 出 版 社,2005:18-20. 3 李 东 星, 田 真, 王 浚 峰, 等. 植 物 工 厂 营 养 液 循 环 再 利 用 装 备 的 研 究 应 用J. 农 业 工 程,2011(1):46-51. 4 AmsingJJ.Spreadanddevelopmentof P r a t y l e n c h u s v u l n u s p o p u l a t i o n s:ebbandflowidealforattacksbyrootnematodes J.VakbladvoordeBloemisterij,1990,45:34-37. 5 宋 卫 堂, 王 成, 侯 文 龙. 紫 外 线- 臭 氧 组 合 式 营 养 液 消 毒 机 的 设 计 及 灭 菌 性 能 试 验J. 农 业 工 程 学 报,2011,27 (2):360-365. 6 李 杨, 段 小 容, 苑 宏 英. 不 同 处 理 工 艺 去 除 污 水 中 病 原 微 生 物 的 研 究 进 展J. 现 代 农 业 科 技,2010(10):254- 255. 7 郭 美 婷, 朗 洪 营, 李 莉. 污 水 紫 外 线 消 毒 工 艺 的 影 响 因 素 研 究J. 中 国 环 境 科 学,2007,27(4):534-538. 8 莫 君 毅. 紫 外 线 消 毒 腔 辐 射 剂 量 的 数 值 模 拟 及 改 进D. 北 京: 中 国 农 业 大 学,2006. 9 刘 向 辉, 宋 卫 堂, 周 立 刚, 等. 循 环 营 养 液 的 物 理 消 毒 J. 中 国 农 学 通 报,2004,20(5):273-278. 10 刘 向 辉, 刘 芬, 周 立 刚, 等. 紫 外 线 杀 灭 营 养 液 中 黄 瓜 枯 萎 病 病 菌 的 试 验J. 中 国 农 学 通 报,2005,21(3):268 -271. 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D e s i g n o f Wi r e l e s s S e n s o r S y s t e m f o r C o w B e h a v i o r M o n i t o r i n g B a s e d o n Z i g B e e YangYutianyi,HeDongjian,LiuChang,LiuCong (CollegeofMechanicalandElectronicEngineering,NorthwestAbodydetect;ZigBee;microcontroller ( 上 接 第73 页) A b s t r a c t I D:1 0 0 3 - 1 8 8 X( 2 0 1 8) 0 9 - 0 0 6 9 - E A D e s i g n o f U l t r a v i o l e t D i s i n f e c t i o n M a c h i n e f o r C i r c u l a t i n g I r r i g a t i o n o f N u t r i e n t S o l u t i o n WangWeilin,HeFen,DingXiaoming,WeiXiaoming,QiFei (ChineseAcademyofAgriculturalEngineering,Beijing100125,China) A b s t r a c t:Ingreenhousecropshydroponicproductionthenutrientsolutionisalwaysusedforcirculatingirrigation.Inthis course,alotofharmfulbacteriawillbreed,whichaffectthequalityofcrops.InthedevelopedcountriessuchasHol- land,ultravioletradiationhasbeenwidelyusedinthedisinfectionofnutrientsolution.Thedisinfectionequipmentandir- rigationsystemaremanageduniformlyandreachautomationdegree.Basedonstudyofultravioletdisinfectionmechanism, theultravioletdisinfection machine for trial manufacture has the disinfection ability close to foreign similar products. Meanwhile,italsocanachieveautomaticmanagementandmaintenance,reducecropirrigationcost,improvethequality ofthecrop,andhasgoodapplicationprospectandpopularizationvalue. K e y w o r d s:ultravioletdisinfectionmachine;nutrientsolution;circulatingirrigation;greenhouse · 0 8 · 2018 年9 月 农 机 化 研 究 第9 期</p>
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