种浇灌零排放系统在花卉种植中的应用Word文档格式.docx

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零排放技术是综合应用沉淀、过滤、杀菌等过程，将废水中的杂质过滤或浓缩，使大部分水返回循环再利用。

为更好地应对全球气候变暖和能源短缺等问题，发展低碳经济已成为世界各国应对危机的重要战略选择之一。

多年来，云南省农科院花卉研究所以推进云南设施园艺产业从高产、高效、高能耗农业模式向高产、高效、低能耗的低碳农业模式转变为目标，积极开展花卉标准化栽培和水肥循环利用等低碳农业技术研究，建成了设施园艺下高效零排放及循环再利用的配套种植技术产业化示范基地和低碳同艺研发中心，为云南省现代园艺产业绿色生态发展提供了强有力的科技支撑。

1 

背景技术

现有技术中种植浇灌水同收处理技术装置过滤效果差，使用单一杀菌消毒设备，杀灭菌不彻底，自控回收处理再利用效率低，不适宜规模化种植花卉浇灌水的回收灭菌再利用。

规模化花卉种植浇灌水零排放系统的技术装置包含浇灌水及雨水收集储蓄、沉淀提取、2级过滤、紫外线臭氧交互式混合灭菌、加压过滤、保安过滤、灭菌过滤、水储蓄、pH值检测控制、pH值肥液调节、混合标准液储蓄等设施设备及仪器。

该技术装置回收过滤效果好、杀菌消毒彻底、自动检测控制、水肥液调节再利用率高达60%以上（以无土栽培香石竹为例，除了植物吸收、光照蒸发、反冲洗损耗外，浇灌的水肥液均能得到再利用），是花卉种植浇灌水肥液回收、灭菌、处理、控制再利用方面农业技术设施的创新。

2 

系统的组成及作用

为克服现有技术存在的过滤效果差、使用单一杀菌消毒设备、杀灭菌不彻底、自控回收处理再利用效率低、不适宜规模化种植花卉浇灌水的回收灭菌再利用等问题，本文提供一种回收能力强、过滤效果好、杀菌消毒率高、自动检测控制力强、使用覆盖面积大、维护成本低的节能环保浇灌水回收过滤灭菌检测控制系统。

图l为花卉种植零排放系统组成框图，由棚内苗床、管路收集、沟渠雨水收集、收集池、取水泵、一级过滤器、二级过滤器、紫外线及臭氧混合杀菌消毒系统、二级泵、三级过滤器、保安过滤器、成品水箱、pH值检测控制器、综合肥液池、混液标准池、电源控制箱等组成。

工作原理：

浇灌水、雨水经收集储蓄，沉淀提取，对取水泵送来的水中残存的悬浮细小颗粒、胶体、有机物、带病菌物等杂质进行2次截留过滤，把过滤输出的水送至紫外线、臭氧交互式混合灭菌系统，经系统杀菌消毒，真菌和病毒有效灭菌率达95%以上，再经加压泵、三级过滤、保安过滤即对灭菌过滤水中的氧化物和残存的悬浮细小颗粒、胶体、有机物、带病菌物等杂质再进行2次截留滤除，使回收处理水进入成品水箱（池）储蓄，因成品水箱水位高于混液标准池，成品水将自动流入混液标准池，最后经pH值检测控制，pH值肥液调节，混合标准液池的水或水肥混合液才最终输入种植棚供水管，完成浇灌水从回收、过滤、灭菌、再过滤、pH值检测、控制调节，循环再利用的过程。

收集池是指种植棚内所有浇灌水经专制苗床渗水自流槽或自流管，流人汇水管进入收集废水和雨水的装置。

该池采用玻璃钢体（或其它密封容器），容积根据所控面积而定，本研发系统技术装置试用面积为3000m2（最大可控面积可达20000m2），选用3m3玻璃钢体容器（可控面积越大，选用的收集容器则越大），有沉淀初滤作用，示例见图2。

取水泵是指将收集池内的水抽取后送至一级过滤器的取水设备。

一级过滤器是指采用不绣钢沙碳（石英沙）对回收水进行第1次过滤，对取水泵送来的水中悬浮细小颗粒、胶体、有机物、带病菌物等杂质进行首次截留过滤的设备，过滤器设有反冲洗装置，可将过滤附着物冲洗掉。

二级过滤器是指采用不绣钢沙碳（石英沙）对回收水进行第2次过滤，对一级过滤器送来的水中悬浮细小颗粒、胶体、有机物、带病菌物等杂质进行第2次截留过滤的设备。

过滤器设有反冲洗装置，可将过滤附着物冲洗掉。

紫外线及臭氧交互式混合杀菌消毒系统是指由臭氧发生器、臭氧混合泵、混合杀菌消毒不锈钢罐（2000L）、浸入式紫外灭菌灯、水位控制开关、罐内外空气过滤器、电源等组成的系统装置，是本研发系统装置的核心技术和创新内容，主要对回收水中的真菌和病毒进行有效杀灭，经多次对处理后的水进行抽样化验分析，灭菌率达到93%以上（表1）。

调节臭氧量可改变灭菌效果，经试验，在交互式混合杀菌消毒系统中，臭氧量增大，灭菌率上升，反之下降。

但并非臭氧量越大越好，如果臭氧经常处于最大量输出，将影响臭氧机连续工作时间和使用寿命。

二级泵是指对紫外线及臭氧交互式杀菌消毒系统内的水进行抽取加压，保证三级过滤器工作需要的设备。

三级过滤器是指采用不绣钢沙碳（石英沙）对二级泵加压送来的灭菌回收水中的氧化物及可能还残存的悬浮细小颗粒、胶体、有机物、带病菌物等杂质进行第3次截留过滤的设备。

保安过滤器（亦称精密过滤）是指用不绣钢壳，内部采用PP熔喷作为过滤元件，对三级过滤器送来的回收水进行末级精密过滤，对水中残存的氧化物、细小颗粒、胶体、有机物、带病菌物等杂质进行末级截留过滤的设备，可确保系统回收循环水达到国标和使用要求（表2）。

成品水箱是指采用玻璃钢体（或其它密封容器）制成，对回收灭菌过滤后达到要求的水进行蓄储的设备。

本试验试用面积3000m2，选用容积为3m3。

pH值检测控制器是指由pH值检测传感器、显示器、模数处理、控制输出、控制盒等组成的控制仪器。

主要对混液标准池内的水或水肥混合液进行pH值检测，根据检测情况（酸碱度值）输出相应的控制信号，控制综合液对应调节池内的肥液输出，确保回收循环用水中的pH值满足植物生长需要。

综合液调节池是指存放不同肥液的肥液池，主要由不同肥液池组成，在pH值检测控制器输出信号的控制下，打开相应肥液池输出的电磁阀，把肥液送至混液标准池，调节pH值达到要求。

混液标准池主要对水肥进行混合，在不施肥时主要是储蓄成品水，通过pH值检测达标后输出至供水主管，满足植物生长需要。

电器控制箱是指集中安装多个开关，带过热保护和过流保护的控制装置，为不同用电设备提供电源和保护。

采用上述方案，浇灌水、雨水经收集储蓄，沉淀提取，再经两级过滤，对取水泵送来的水中悬浮细小颗粒、胶体、有机物、带病菌物等杂质进行2次过滤拦截，再送至紫外线、臭氧交互式混合灭菌系统，经紫外线和臭氧同时进行双重杀菌消毒，真菌和病毒有效杀灭率达93%以上，再经加压过滤、保安过滤、灭菌过滤进入成品水箱（池）储蓄，水质达到2-3类水标准，节水效果明显（表3）。

因成品水箱水位高于混液标准池，成品水将自动流入混液标准池，最后经pH值检测控制、pH值肥液调节，混合标准液池的水或水肥混合液才输人种植棚供水管，完成浇灌水回收、过滤、灭菌、再过滤、pH值检测、控制调节，循环再利用。

3紫外线与臭氧发生器组合工艺交互式混合灭菌原理

本文所述的零排放系统中的交互式混合灭菌装置，是一个臭氧和特种波长紫外线组合在一起的消毒系统，杀菌的核心部件是紫外线与臭氧混合灭菌装置。

该装置具有以下特点：

（1）臭氧气体具有较强的氧化、催化等作用，病毒及细菌在臭氧气体中由于受到多种自由基的作用，使蛋白质离解变性，核酸和酶的活性降低，从而消毒灭菌。

（2）臭氧具有广谱杀菌作用，对各类细菌和病毒都具有极强的杀灭作用。

（3）臭氧和甲醛、二氧化碳、二甲苯等有毒有害气体发生降解、氧化等复杂的物理和化学反应，且副产物无毒无害，可避免二次污染。

（4）利用臭氧气体杀菌消毒、降解有机废气、祛除异味、净化空气是国际上比较尖端的高新技术，国内外专家认为其是21世纪环境科学的4大技术之一。

科学研究证明，在臭氧消毒系统中增加特种波长紫外线照射，能激发臭氧活性，并催化臭氧与水分子加速生成大量游离基（OH-），游离基（OH-）是臭氧与水反应后的活性物质，比次氯酸根（CIO-）的氧化能力大100倍，杀菌性能大3000倍。

在臭氧消毒系统中增加特种波长（250-270nm）紫外线照射，其杀菌效果比单纯采用臭氧大1-2倍。

4本零排放系统的处理效果及优势

4.1雨水收集

在现有设施花卉或种植床上进行简易改造，就可形成浇灌水的收集，利用现有沟渠稍加过滤改造连通，即可完成雨水收集。

4.2多级过滤

在杀菌消毒系统前后采取多级过滤，对回收水中的悬浮颗粒物、碳质、重金属、病原物等有效拦截过滤率达98%。

4.3核心技术装置处理效果

4.3.1 

杀菌效果

实验证明，由于臭氧在水中的氧化还原电位为2.07V，比氯（1.6v）高，所以在臭氧量仅为氯的1／10000时，灭菌效果比氯及其它灭菌剂快600-3000倍，数秒内可杀死细菌，且无有害残留物（对细菌总数、大肠菌群杀灭率达到93%以上）。

另外，对化工、农药污染、去色、去味、改善口感、分解苯及有机磷、氧化重金属离子都有明显作用。

紫外线消毒杀菌主要是利用紫外线光子的能量破坏水中各种病毒、细菌以及其它致病体的DNA结构（细胞膜和细胞核）。

对回收水的杀菌效果，通过试验发现Uv（紫外光）、03（臭氧）联合方法对细菌和真菌的去除率明显高于单独采用Uv、03时的效果。

这是因为臭氧反应存在一定的时间，细菌首先在紫外光的照射下被去除，不能被紫外光去除的细菌则在臭氧的作用下被进一步去除。

单独使用紫外光的效果较差，原因是如果水中细菌数量较多且NTU（颗粒）较大时，颗粒物会对细菌进行Uv的遮蔽，从而降低Uv的灭菌效果。

而03的存在可以避免这一问题的出现，在紫外光和臭氧的双重作用下，可以实现很好的细菌去除效果。

但随着时间的推移，Uv、03的去除效果会渐渐下降，原因是水中存在的颗粒物容易对紫外线进行吸收，对反应的顺利进行产生影响，使杀菌效果降低。

本系统对回收水液中的病菌抽样杀菌率为93%。

4.3.2有机物的去除效果

分别在有紫外光辐照和无紫外光辐照2种情况下输入臭氧，考查Uv对水中有机物的去除效果。

结果显示，臭氧与紫外线联合作用时，Uv对水中有机物去除效果较好，并且紫外光的照射可以使去除率有明显的提高。

一般说来，臭氧在紫外线的照射下，其对COD去除率可以提高5%-10%。

4.3.3 

有机优先污染物的去除效果

Uv/03，工艺对于回收水、地表水或自来水中常见的三氯甲烷、四氯化碳、邻一二氯苯、对一二氯苯、1，2，4一三氯苯以及极难氧化的六氯苯等有机优先污染物均有令人满意的去除效果。

关于三氯甲烷的氧化去除机理比较复杂，目前主要靠03等强氧化剂的氧化作用，但紫外光的照射可以提高处理效果，尽管三氯甲烷不是紫外强吸收物质，但如果没有紫外光的照射，也不能生成氯化物，如果单独使用紫外线，只有少量的氯原子转化成氯化物；

只有在紫外线和臭氧的双重作用下，才有明显的效果。

反应机理见图3。

4.4 

系统技术装置自控程度高

（1）收集水池、成品水池、杀菌消毒罐均装有液位控制开关，当水液位达到设定位置时，水泵自动开启，当水液位降到设定位置时，水泵自动关闭。

（2）所有不锈钢沙碳过滤器均装有反冲洗装置，当过滤器过滤效果下降，产生的阻水力增大，当阻水力达到设定压力时，反冲洗装置打开，自动冲洗过滤器上的污物、沙粒等。

（3）考虑紫外灯外壳长期浸没在杀菌消毒罐内水体中工作，易受水体悬浮颗粒物及氧化侵蚀，影响紫外光照射强度，本系统特设计安装有紫外灯管定期自动清刷器。

（4）pH值自动检测，自动控制肥液调节。

（5）系统电器设备电源集中控制。

4.5灌溉水回收率高

系统技术装置可控面积大，浇灌水回收率高，节水效果明显，除了浇灌中蒸腾损失、植物吸收、管路设备输送损失外，回收率可达100%。

5结论

Uv/03臭氧工艺通过2种方法的相互补充，在现代农业设施栽培种植水回收处理方面的效果十分显著，现有的Uv/03工艺复杂，初期投资费用很高。

特别是对于小型净水装置，除光辐射源外，还需配备臭氧发生器，设备复杂，造价偏高，因而应用上受到一定程度限制。

本系统从节能环保创新的角度出发，在降低造价的情况下，较好地解决了上述问题，为设施农业规摸化种植水、肥液回收循环处理再利用探索出一项可行高效的技术，适合在干旱缺水、地表水污染较严重的地区规模化推广应用，可大大提高工作效率，降低管理运行成本，在节能环保方面产生显著的经济效益。