臭氧+UV反應(yīng)器聯(lián)合實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

         實(shí)際生產(chǎn)中，一般采用間歇式營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)方式：營(yíng)養(yǎng)液澆灌植物后流回回液池中暫存，待達(dá)到一定量后再經(jīng)臭氧發(fā)生器消毒轉(zhuǎn)移至儲(chǔ)液池，然后根據(jù)灌溉制度要求進(jìn)行灌溉循環(huán)。對(duì)于栽培面積667 m2 的水培系統(tǒng)，營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)量一般為40～60 m3/h，循環(huán)次數(shù)4～6 次/d。營(yíng)養(yǎng)液的消毒是在兩次灌溉之間，因此消毒時(shí)間為4～6 h/次，臭氧發(fā)生器處理量通常為12～18 m3/h。

本紫外線—臭氧組合式臭氧發(fā)生器的營(yíng)養(yǎng)液處理量設(shè)計(jì)為15 m3/h，其主要由水泵、過(guò)濾器、文丘里射流器、臭氧發(fā)生器、紫外線消毒器和控制裝置等組成[16]（圖1）。

         回液池中的待消毒營(yíng)養(yǎng)液被水泵以一定流量吸入消毒管路，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器濾去其中固體顆粒雜質(zhì)后，進(jìn)入文丘里射流器。營(yíng)養(yǎng)液首先進(jìn)入文丘里管的漸縮部，由于管徑的逐漸收縮液流流速逐漸加快，至喉管處流速達(dá)到 很大，在此形成一個(gè)低于大氣壓的負(fù)壓區(qū)；臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧，在文丘里喉管處負(fù)壓作用下被吸入文丘里管中，與其中的營(yíng)養(yǎng)液混合；由于臭氧充分溶解在營(yíng)養(yǎng)液中，便開(kāi)始氧化其中的病原菌。流出文丘里管的營(yíng)養(yǎng)液隨后進(jìn)入紫外消毒器，營(yíng)養(yǎng)液在紫外燈管外的石英套管和消毒器外殼之間流動(dòng)，受到紫外線照射而滅菌，而已經(jīng)混入營(yíng)養(yǎng)液的臭氧在紫外消毒器中繼續(xù)進(jìn)行氧化滅菌。 很后消毒處理后的營(yíng)養(yǎng)液由紫外消毒器出液口流出，進(jìn)入儲(chǔ)液池。

紫外線消毒器

目前，國(guó)內(nèi)沒(méi)有專用于營(yíng)養(yǎng)液消毒的紫外線消毒設(shè)備。而在用于飲用水消毒的紫外線消毒器中，水主要是以層流形式流過(guò)消毒腔體，從而導(dǎo)致各個(gè)流層之間很少或沒(méi)有物質(zhì)交換。當(dāng)紫外線在水中的透射率較低時(shí)，靠近紫外燈管的液體受到較強(qiáng)的紫外線輻射，可以受到預(yù)期的輻射劑量，滅菌效果較好；但是遠(yuǎn)離紫外燈管的液體（如靠近消毒器殼體流動(dòng)的液體）受到的紫外線輻射強(qiáng)度較小，此處營(yíng)養(yǎng)液中的病原菌便很難接受到致死的輻射劑量，滅菌效果較差。這樣，紫外線臭氧發(fā)生器的整體消毒效果就受到很大影響[14]。

針對(duì)上述問(wèn)題，自行設(shè)計(jì)了一種新型的紫外線消毒器[17]：在消毒腔體內(nèi)安裝螺旋形導(dǎo)流片，使?fàn)I養(yǎng)液以湍流形式流動(dòng)（圖2），即讓沿不銹鋼腔體內(nèi)壁流動(dòng)的營(yíng)養(yǎng)液也有一部分時(shí)間是在石英套管附近流動(dòng)。營(yíng)養(yǎng)液在距離紫外燈管較近或較遠(yuǎn)的兩個(gè)區(qū)域停留的時(shí)間接近，從而解決了因一部分營(yíng)養(yǎng)液滅菌不徹底而影響整體滅菌效果的問(wèn)題。

本臭氧發(fā)生器所采用的消毒器中安裝有3 根紫外燈管，單根燈管功率30 W。消毒腔體中的紫外線輻照度為18.3mW/cm2。

臭氧發(fā)生器

選用北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心研制的臭氧發(fā)生器；利用高壓放電的原理產(chǎn)生臭氧，其中并聯(lián)安裝2 個(gè)高壓放電管。臭氧發(fā)生器進(jìn)氣量35 L/min，出口處臭氧濃度18.3～18.5 ppm，臭氧產(chǎn)量10 g/h。

射流器

選用A32235型文丘里射流器。該射流器采用耐臭氧氧化的PVDF 材料制作，總長(zhǎng)度235 mm，進(jìn)出水口外徑32 mm（1 吋），進(jìn)氣口外徑15 mm（1/2 吋），軟管接口直徑10 mm。要求水流輸入壓力0.2～0.5 MPa，輸出壓力0～0.1 MPa，吸氣量11～15 Nm3/hr，出水量3～5 T/h。本機(jī)采用4 個(gè)A32235 型文丘里射流器并聯(lián)使用。

控制設(shè)備

由北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心開(kāi)發(fā)研制，主要由液晶顯示屏和觸摸屏的人機(jī)交互界面與主電控箱兩部分組成。可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整機(jī)的自動(dòng)或手動(dòng)控制。在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，手動(dòng)操作無(wú)效，不能改變臭氧發(fā)生器的工作狀態(tài)。為防止臭氧發(fā)生器被燒壞，開(kāi)機(jī)時(shí)必須先打開(kāi)臭氧發(fā)生器的氣泵；而關(guān)閉時(shí)，先關(guān)閉臭氧高壓放電管，后關(guān)閉氣泵。在系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，按照上述順序開(kāi)閉設(shè)備。手動(dòng)操作時(shí)，開(kāi)啟各設(shè)備的順序是水泵、紫外線燈管和氣泵，過(guò)3～5 min 后再打開(kāi)臭氧發(fā)生器；關(guān)閉時(shí)，先關(guān)閉臭氧高壓放電管，然后順序關(guān)閉氣泵、紫外線燈管和水泵。同時(shí)，為安全起見(jiàn)，手動(dòng)控制時(shí)，在不開(kāi)啟氣泵的情況下，不能開(kāi)啟臭氧高壓放電管。

其他設(shè)備

水泵： 選用上海晶泉泵閥制造有限公司生產(chǎn)的50HYLZ-22 型不銹鋼耐腐蝕自吸泵，電動(dòng)機(jī)功率3 kW，流量15 m3/h，揚(yáng)程22 m。過(guò)濾器采用120 目疊片式過(guò)濾器。選用上?？堤丨h(huán)?？萍及l(fā)展有限公司生產(chǎn)的B-8 型止回閥，其作用是防止?fàn)I養(yǎng)液經(jīng)臭氧吸氣管路倒流入臭氧發(fā)生器。管路由防氧化ABS 管材粘接而成。

結(jié)論

1）設(shè)計(jì)并試制了一種紫外線—臭氧組合式營(yíng)養(yǎng)液消毒機(jī)。樣機(jī)主要包括紫外線消毒器、4 個(gè)文丘里射流器、臭氧發(fā)生器、自吸泵、ABS 管路及自動(dòng)控制設(shè)備等。工作時(shí)，灌溉后回收的營(yíng)養(yǎng)液首先由自吸泵提高壓力后以一定流量和速度通過(guò)文丘里射流器的喉管，在此由臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧由于負(fù)壓作用吸入并與營(yíng)養(yǎng)液充分混合，從而殺滅營(yíng)養(yǎng)液中的病原微生物；然后營(yíng)養(yǎng)液再經(jīng)過(guò)紫外線消毒器，在紫外線的照射下進(jìn)一步殺滅病原微生物。

2）對(duì)所研制的紫外線—臭氧組合式消毒機(jī)，用經(jīng)過(guò)了180 d 番茄栽培試驗(yàn)的營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行UV、O3、UV+O33 種方法的滅菌性能測(cè)試，結(jié)果表明：主要病原體（真菌、細(xì)菌和放線菌）總的消毒效果分別達(dá)到70.6%、15.9%和89.9%，從中可以看出，紫外線—臭氧組合式消毒，其消毒效果并非紫外線與臭氧消毒效果的簡(jiǎn)單疊加，而是出現(xiàn)了協(xié)同滅菌效應(yīng)。

3）當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液的紫外線穿透率較高時(shí)，紫外線較臭氧的滅菌效果更好，短時(shí)間的滅菌率高出3～4 倍，臭氧此時(shí)只起輔助滅菌作用，這也是由于臭氧滅菌所需的時(shí)間較長(zhǎng)、濃度較高；同時(shí)臭氧發(fā)生器的產(chǎn)生臭氧氣體還易受到環(huán)境因素的影響。實(shí)際中，在保證生產(chǎn)需要的前提下，應(yīng)盡量減小整機(jī)的營(yíng)養(yǎng)液流量，以延長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)液在紫外線消毒腔體中的存留時(shí)間，從而提高整體滅菌效果。

4）試驗(yàn)證明，本機(jī)達(dá)到了比單一滅菌方法更好的滅菌效果，可以較大幅度地提高消毒效率，滿足了生產(chǎn)實(shí)際的需要；另外，對(duì)于栽培面積667 m2 的水培系統(tǒng)，營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)量一般為40～60 m3/h，循環(huán)次數(shù)4～6 次/d。營(yíng)養(yǎng)液的消毒是在兩次灌溉之間的間隙進(jìn)行，由此，每次消毒的時(shí)間為4～6 h，消毒機(jī)需要處理的營(yíng)養(yǎng)液量通常為12～18 m3/h，因此，本機(jī)可用于栽培培面積為667 m2、營(yíng)養(yǎng)液處理量為15 m3/h 的水培系統(tǒng)。

UV+臭氧一體化裝置（僅供參考）