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2006年6月20日 作者:cjh [返回]
电功能水设备

一、前言 
   随着人类对农业生态和环境、环保、绿色、无公害问题的关注,深刻地认识到农药对环境及人身健康产生的危害。农药不仅使土壤团粒结构发生变化,导致土壤板结,同时导致农业生态环境的污染,是造成江河、湖泊及溪流水体污染和土气污染的重要因素之一,而农药的残留会影响人身健康,严重威胁着人类和生禽安全。为此,无论从人类健康角度出发,还是从农业经济可持续发展的角度出发,开发推广使用安全、高效、低残留的农药,及环保型中药农药,物理农药已成为各国农业专家和政府的共识,更是我国农业领域重点开发研究的工作之一.尤其是农业部农产品安全行动计划的实施及一系列无公害食品标准的制定为绿色和环保、人身安全健康,奠定了工作基础和依据。针对这些问题,一种以水为原料,通过电解处理方法获取强酸水进行防治的技术应运而生,它的运用在发达国家已蔚然成风,特别是在日本,已在农业上得到了大面积的推广,而且形成了"电功能水农法" ,针对各种不同作物,采用不同的防治措施,已形成规范化的操作体系。
   浙江省丽水农科所农业智能化快繁中心率先引进并介入此领域研究,与国内外专家进行联合科研攻关,成功开发出了高性能,低成本的电功能水装置。随着该技术研究的不断深入与拓展,利用电功能水的杀菌消毒与病害防治的特性,运用于农业栽培、病害防治及藏贮保鲜等领域.对于提高农作物栽培效率有显著的成效.

二、什么叫电功能水
   电功能水杀菌技术是以含有微量食盐的普通水,电解后生成的强酸性水与强碱性水的水溶液在短时间杀菌、消毒的一种新技术。 
   电功能水又称电生功能水,离子功能水。是水经过特殊装置电解后产生的具有一定酸碱度和氧化还原电位(ORP)的“神奇水"。按它们的酸碱度不同可分为弱酸性、弱碱性、强酸性与强碱性电解水等4类。弱酸性与弱碱性、强酸性与强碱性电解水总是同时产生的。也称农用杀菌剂。
三、电功能水的消毒杀菌及氧化原理
   普通的水通过加入0.2%氯化钠(盐)就形成了具有较高导电率的电解质溶液,在电极的作用下,会被分解成OH根与H离子,这些离子再与含有氯化钠水溶液中的氯离子及钠离子反应生成亚次氯酸与氢氧化钠,这个过程需在阴阳离子交换膜的作用下才能实现,从而让化学反应形成的亚次氯酸根离子向阳极富集,而氢氧根离子向阴极富集,这样就分别在两个槽内形成了具有高电位的强氧化(ORP为+900--+1200mv)亚次氯酸水,这种水的PH值通常在3-2.7以下与高还原电位的(ORP-800 mv)强碱氢氧化溶液,这种水的PH值通常达10-13以上。
   化学特性是水电解形成次氯酸,次氯酸再进一步分解形成新生态氧[O],新生态氧的极强氧化性使菌体和病毒上的蛋白质等物质变性,从而致死病源微生物。
  根据化学测定,PPM级浓度的在水里几乎是完全电解成次氯酸,其效率高于99.99%。其过程可用化学方程式简单表示如下:
             NaClO + H2O = HClO + NaOH
                   HClO → HCl + [O]
   其次,次氯酸在杀菌、杀病毒过程中,不仅可作用于细胞壁、病毒外壳,而且因次氯酸分子小,不带电荷,还可渗透入菌(病毒)体内,与菌(病毒)体蛋白、核酸、和酶等有机高分子发生氧化反应,从而杀死病原微生物。
            R-NH-R + HClO → R2NCl + H2O
   同时,次氯酸产生出的氯离子还能显著改变细菌和病毒体的渗透压,使其细胞丧失活性而死亡。此外,能够分解蔬菜、水果等农副产品上所残存的微量农药。绝大多数农药都是由有机物组成的.所释放出来的新态氧能氧化分解掉这些物质。
     有效氯离子的的浓度为10PPM的电解水可以在10秒钟内杀死所有的核糖核酸类微生物。对食物中毒性细菌、腐败菌的杀灭实验表明,供试的28种细菌中有23种细菌与电解水接触10秒内完全死亡,2种菌在接触1分钟内死亡,残留的枯草菌,绿霉与青霉菌在经过30分钟的浸泡后,只有绿霉菌没有杀死.因此,利用电解水杀菌不必要长时间的浸泡清洗,而采用冲洗的方法即可。
   还有值得肯定的是,由于生产的消毒液中不象氯气、二氧化氯等消毒剂在水中产生游离氯,所以一般难以形成因存在游离氯而生成不利于人体健康的致癌物质;也不象臭氧那样只要空气中存在很微弱的量(0.001mg/m3)便会对生命造成损伤和毒害;而且,还不会象氯气同水反应会最后形成盐酸那样,对金属管道造成严重腐蚀。
  次氯酸钠消毒剂可以灭杀一切微生物,包括细菌繁殖体、细胞芽孢、真菌、分枝杆菌和肝炎病毒、各种传染病毒菌等。其对微生物的杀菌机理为:次氯酸钠对细胞壁有较强的吸附穿透力,可有效地使氧化细胞内含琉基的酶,快速的抑制微生物蛋白质的合成来破坏微生物。
   消毒能力和氧化能力远远超过氯气,不会像氯气那样生成对人体有害的有机卤化物和三卤甲烷(致癌物质)。能有效的破坏酚、硫化物、氰化物等有害物质。次氯酸钠消毒剂具有无毒、无害。消毒后的水果、蔬菜不用清洗便可直接食用的.
  物理特性是含有次氯酸的水溶液具有高氧化电位,一旦与细菌真菌或病毒接触后,它强制性地从生物膜上获取电子,而改变细胞膜的正常电位与渗透性,使脂膜氧化渗透性破坏 ,就像在细胞膜上穿了个孔,导致细胞内容物外泄而致死,这个过程属于物理过程,能在1-10分钟之内就达到很好的效果,所以在运用上比化学杀菌的速度更快更彻底,而且不会使病菌产生任何抗药性。
   这无疑对现代农业、果蔬包装业的发展具有重大推动作用


四、电功能水在农业上的运用机理
一、强酸水
  在农业生产上应用较多的是利用酸水进行杀菌防病 ,其杀菌的原理在于酸水的物理特性与化学特性。
   强酸性电功能水,在室内遮光条件下一般可保证存放二个月左右其物理特性不会有较大的变化。因而强酸性电功能水的存放也比较容易.只要存放于遮光、密闭的塑料或其它抗酸容器中.就可较长时间的保存.随用随取,十分方便。
二、强碱水
   制备强酸性电功能水的副产品是在电解设备的阴极处生成的强碱性水。产生的强碱性水的pH在ll以上,酸化还原电位-800mV以下。它具有具有中和酸水改变环境酸碱度作用外,还更为重要的是它所含的氢氧化物,具有促进作物萌芽生长与果实着色的作用 .这种副产品也是有很多用途的.
   由于功能水(农用杀菌剂)对各种植物病虫害有迅速致死作用,非常适合于替代化学农药。而且其杀菌高效瞬时、使用安全、没有化学物质残留。功能水共应用范围广泛,不像化学消毒剂那样只对特定对象起作用,经实验证明它对抗酸菌,真菌杀灭时间为1~3分钟,对芽孢杆菌杀灭时间为3~5分钟,总之它对各类微生物均有转强杀灭作用。所以,自90年代初期该技术在日本诞生后,即被迅速地广泛应用于农业等领域。
   电功能水在农业、医疗卫生、食品工业及家庭中广泛的用途预示着它的推广应用具有良好的前景。相信在我国不久的将来也将会成为农业生产中必备的一种生产工具得到普及与应用。
     五、电功能水的应用特性
   电功能水的发现与使用,标志着病虫害防治将从化学防治中逐渐解放聘出来,运用它,可以实现无污染无残留的免农药栽培,特别是设施园艺栽培下,极易实现园艺植物整个栽培过程的免农药喷施,真正实现植物栽培的无公害,目前,该所的技术人员已在各种植物上展开田间试验,在果树蔬菜花卉等园艺植物上表现为极好的病虫害防治效果,另外,还可在土壤配酸碱度改良上有奇妙功效,在盐碱地或酸化严重的土壤上施用电功能水,可得到最有效地酸碱调节,为植物生长创造最好的PH环境,在植物工厂及生产场所与农业工具的消毒上也发挥了重大作用,完全可代替传统的化学消毒,可以说,电功能水的推广运用,将是农业病虫害防治领域一次全新的革命,也是实现绿色无公害栽培的最有效途径,它具有以下三大特性:
1、极强的杀菌能力
强酸水(PH-3以下)具有极强的杀菌能力,可作为整个植物生长发育期的杀菌手段,另外对于虫害也有较强的趋害作用。
2、土壤改良作用
强碱水(PH-13以上)是酸性土壤最佳的中和剂,利用它来调节适宜的酸碱度,没有任何的化学污染与残留,是最佳的调节剂。
3、绿色环保
运用电功能水实现免农药栽培,大大提高了农产品的质量与档次,是实现生态绿色环保农业的最佳手段,电功能水对人体无任何危害,便于田间喷施的同时,还可以在任何产品收获前的喷洒使用,不会造成任何的农药危害。
五、电功能水在农业领域的应用
1、电功能水在果园土壤改良上的运用
   果树的生长发育好坏与土地的土壤酸碱环境密切相关,过酸或过碱都会造成果树根系吸收矿质营养元素的障碍,如碱地易缺铁,酸地易缺钾、磷、锌、镁等;特别是在南方的酸性极重红黄土壤,有些果园壤土的PH值在4.5以下,对于柑桔等果树的优质生产带来障碍,常用大量施入生石灰进行调整;而北方旱区或海涂的盐碱地,许多地块的PH在8以上,也不适果树的生长,因为大多果树对PH值的范围以5.5-6.5为好,在建园时要施入硫磺粉进行调节,这些方法虽然也起到了作用,但同时又会造成果树对矿质营养吸收平衡的破坏或造成环境的二次污染,另外,改造的成本也是较高,针对这些PH值不适的果园,参考日本土壤改良的经验 ,还是以酸水来调节碱地,碱水来调节酸土的方法较好,它除了能有效纠正土壤PH值环境外,最重要的是不会有任何残留,成本也是极为低廉.运用时也极为方便,可灵活地进行浇施或灌溉调节,酸水的施用,还可杀灭部份土传病菌与为土壤创造微电流环境,大大降低果园的病菌基数.
2、电功能水在果园病害防治上的运用
   电功能水以其独特而强大的杀菌效果倍受生产者青睐,在日本许多无公害的免农药果园都是利用电功能水再结合生物杀虫技术进行果品的安全生产,彻底解决了化学农药残留所造成的生态及健康危害,利用电功能水进行果园的封园,可大大降低越冬病原菌的基数,生长季节利用电功能酸水防治诸如桃疮痂病、黑星病、缩叶病、穿孔病,柑桔上的疮痂病、溃疡病,梨树上的黑斑病、锈病、轮纹病等都取得了极佳的防治效果;特别是极易感病的葡萄,利用电功能水后对于黑痘病、霜霉病、炭疽病等有比百菌清、多菌灵等农药有更好的药效 ,但在使用时,除了每隔7-10天喷施一次外,还需注意一些遇到强酸较为敏感的品种要推行酸水碱水交替使用的原则,特别是定植不久的幼树,通常可以采用喷酸水后,相隔30-60分钟后再喷碱水,以避免酸危害,经日本近年推广运用表明绝大多数果树是没有任何药害表现对人体也无任何皮肤及嗅觉的刺激与敏感现象,日本山梨县的果农们已把电功能水作为一种主要的防病措施,以实现果树的减农药或免农药栽培。
  电功能水发生装置生产出来的水,除了其中酸水有极佳的杀菌功能外,另外一半的碱水也是果树生产上一种很好的根外追肥用水,具有还原电位的氢氧化钾水,除了能促进芽的萌发枝条生产外,在果实外观品质改善上效果也极为明显,可以大大提高果品的糖度与着色度 .
   通过中国农科院蔬菜花卉研究所,南京农业大学园艺学院等对《不同浓度电解水喷施对保护地番茄产量与品质的影响》研究了不同浓度(有效氯浓度)强酸性电解水喷施对春大棚番茄生长发育及产量与品质的影响,结果表明:电解水喷施可有效促进番茄植株生长发育;不同浓度电解水处理均可增加番茄座果数与单果重,其中以中等浓度电解水作用效果最明显;低中浓度电解水可显著增加果实中Vc含量.而高浓度电解水使还原糖含量显著增加,不同浓度电解水处理亦增加了番茄果实中可溶性固形物与有机酸的含量,但差异不显著;
番茄喷施适宜的电解水指标为:pH2.35左右、ORP 1160mV左右、有效氯浓度30mg/L左右。 
3、果蔬的贮藏保鲜也是果业生产中较为重要的一个环节,目前我国的保鲜技术极为落后,是导致果农增产不增收的一个主要原因,而大型的保鲜库及新型技术的投资较大,一般果农又难以实施,只是采用常温下的化学杀菌保鲜法,致使效果不佳及化学残留严重。而利用电功能水处理进行果实采前的留树处理或采后的集中处理,可大大提高劳动效率与保鲜效果,对于大型的保鲜企业,入库时常用大量的化学杀菌剂处理,既影响果品的自然外观又带业污染及残留,而改用电功能水后除了能瞬息杀死果实表面的各种病菌外,还能快速还原回普通的水,没有任何的环境污染与果实残留,是当前最为理想的保鲜措施。
   现以极不耐藏的草莓为试验材料说明它的杀菌保鲜效果,冷藏前用强酸性水和强酸性水加氯化钙处理液浸泡草莓10 min (以无处理作为对照),然后在0 C下冷藏12天,观察草莓品质的变化。结果表明,用强酸性水和强酸性水加氯化钙处理液浸泡草莓,能显著抑制草莓的呼吸作用,抑制多聚半乳糖醛酸酶及羧甲基纤维素酶的活性,从而有效保持了果实的硬度,并极大地减少了腐烂。其中强酸性水处理组l2天后好果率为100% ,而对照组(不处理)的好果率仅为85% 。这说明用强酸性水对果蔬等进行洗净处理,不仅有很好的洗涤、杀菌消毒作用,而且可延长保鲜期。
4、借鉴日本经验生产免农药果品成为可能,日本果农在利用电功能水杀菌技术进行病害防治外,同时又结合中药制剂的杀虫土配方,达到无化学的防治效果,真正生产出没有任何残留的无公害果品。这种制剂在日本叫“汉方药” ,在无公害果品生产上颇受关注,其实质上就是利用中草药配置的一种植物源生物农药,如将黄柏、陈皮、甘草、薄荷、大蒜、辣椒、木酢液、黄连等按一定的比例直接加工后使用,具有很强的刺激气味能有效地杀死红蜘蛛、蚜虫等昆虫,从而达到病虫皆治的效果。
5、电功能水在促进种子发芽及幼苗生长的运用
   通过中国农科院蔬菜花卉研究所,南京农业大学园艺学院等对《强酸性电解水浸种对黄瓜种子发芽与幼苗生长影响的研究》结果表明:低、中浓度电解水对黄瓜种子发芽率没有影响,高浓度电解水会抑制种子发芽:适宜浓度电解水浸种可提高种子胚芽生长速率,促进黄瓜幼苗生长与干物质积累,提高黄瓜幼苗素质,而高浓度电解水则产生抑制作用;
   黄瓜浸种适宜的电解水指标为:pH2.40左右、ORP 1150mV左右、有效氯浓度25mg/L左右。 
6、鉴于电功能水提高对种子胚芽生长速率的作用,因此电功能水应用于芽苗菜的生产,对于提高芽苗菜生产的发芽式与发芽率,以及提高芽苗菜的产量有着促进作用!
7、在养殖场,电解水长用来冲洗地面来消毒杀菌与防病的目的,因为养殖场地面存积的有机物通常较多。先用强碱性电解水冲洗干净后,再用强酸性电解水冲洗消毒。用电解水冲洗实验表明,与普通自来水比较,采用PH<3以下的强酸性电解水处理过的地面,残留菌落数为前者的1/60---1/90,有效防止传染病的发生。不过电解水对金属材料有腐蚀作用,因此在结构上尽可能的平展以防止电解水的存积。
8、电解水可用于食品原料的浸泡与加工。豆腐生产中大豆中的细菌是豆腐变质与污染的重要原因。采用强酸性电解水冲洗杀菌消毒后再用强碱性电解水浸泡,不但可以有效的控制豆腐制品的原始菌落数,而且大豆的吸水率,蛋白抽出率,氨基酸的浸出率等都有所提高。这样不但豆乳和豆制品的品质有所改善,而且得率也有所提高。这是因为大豆蛋白质在碱性条件下水溶性会增加的原故。
9、无土栽培西红柿防止青枯病
   使用强化酸水,用水稀释1~100倍,杀菌效果极大,PH1.55的强碱性水也很有效。对叶锈病、白粉病可隔日喷雾;有效顺序为:强碱性水→强酸性水→自来水。 
10、露地栽培的果蔬试验
   喷洒时强酸性水(PH2.6)和强碱性水(PH11.3)互相交替使用,实验发现:强酸性水对葱的赤霉病,甜瓜白粉病发生的抑制效果显著,还发现强碱性水可使光合作用加强,瓜的甜美增加.
11、对桃、樱桃、葡萄等果树
   用强酸性水可抑制灰霉病、灰星病发生,并对蚜虫有驱虫作用。用PH11.0的碱性水灌根(在树地下铺管)可使桃、葡萄的糖度增加。
12、促使植物生长(千叶大学松尾昌树) 
   电解水的PH值变化,可使水的分子团变小,PH7.0的水分子团最大,阳极水(酸化水 anode water)和阴极水(碱性水 cathode water)分子团变小,增加了生理活性,细胞容易吸收。无土栽培试验表明ORP(氧化还原电位)对植物生育有促进或抑制作用,ORP高抑制生育,ORP低促进生育。 
13、苹果杀菌(岩手大学寿松木章1998园艺学报) 
寿松对红富士和金香玉两种苹果进行了三种喷洒防病实验: 
①只喷强酸化水,果实霍病率有所增加。 
②酸化水和碱性水交替喷洒,发病率减少。 
③只用碱性水,霍病几乎不发生,且果实硬度增加。 
   农业上,将碱性离子水用于植物的无土栽培、嫁接,用于中和酸性土壤等,还能促进植物生根、发芽、成长,这些方面都有人做过或正在试验。农业上,酸性离子水用于植物病虫害的防除,土地改良(中和碱性土壤);碱性离子水用作植物生长促进剂,是世界迫切需要开发的无公害、无二次污染的新型农药和调节促进剂。 
14、功能水在葡萄上的应用 
   葡萄的虫害少但菌病多,一般喷洒波彩液,或硫酸铜,波彩液是硫酸铜加石灰水,虽然在喷洒时对葡萄直到了抗菌抗病作用,但在人食用时洗不净,吃多了,铜的摄入量增加会对人体产生一定的危害,如果采用功能水为ph2.0~3.5强酸性水喷洒,如果采用喷洒不但可以达到杀菌除病的目的,而且无任何残留,因为在杀菌后经X光照射,和在空气中爆氧的作用,会在较短时间内还原为水。同时功能水还有很好的驱虫作用。尤其对植物病害菌如专性寄生菌(白粉)、疫霉菌(黄瓜霜菌)等的防除效果都非常显著。 
   着眼于电场水的杀菌能力,将电场水用于农作物栽培中,在一定程度上可实现减农药甚至无农药栽培,日本、韩国和我们的实验结果都表明,只要施用得当,电解水对黄瓜,草莓,西红柿的白粉病有显著的防治效果。需要注意的是,因为电解水必须与细菌接触才能杀死细菌,而大多数植物病害一旦发生即已深入组织内部,喷洒电解水并不能杀死组织内部的病原体,因此,喷洒电解水要以预防为主。不过实验结果也显示,通过喷洒电解水或将电解水加入无土栽培的营养液中,能增加植物的本身的活性,而增强了植物本身对病虫害的抵抗能力,减少病虫害的发生。
六、影响电功能水杀菌作用的因素
①、 PH:PH值对次氯酸钠杀菌作用影响最大。PH值愈高,次氯酸钠的杀菌作用愈弱,PH值降低,其杀菌作用增强。
②、 浓度:在PH、温度、有机物等不变的情况下,有效氯浓度增加,杀菌作用增强。
③、 温度:在一定范围内,温度的升高能增强杀菌作用,此现象在浓度较低时较明显。
④、 有机物:有机物能消耗有效氯,降低其杀菌效能。
⑤、 水的硬度:水中的CA+、MG+等离子对次氯酸盐溶液的杀菌作用没有任何影响。
⑥、 氨和氨基化合物:在含有氨和氨基化合物的水中,游离氯的杀菌作用大大降低。
⑦、 碘或嗅:在氯溶液中加入少量的碘或臭可明显增强其杀菌作用。
⑧、硫化物:硫代硫酸盐和亚铁盐类可降低氯消毒剂的杀菌作用
七、设备运行成本 
该设备每生产浓度ph<3的次氯酸钠消毒液为100公斤
一般需要0.46公斤盐、2度电(包括上水、化盐电耗)、水230公斤。一套产有效氯量为60L/小时的次氯酸钠发生器,其最大耗费电力560W。通常情况下,设备正常运行时,生产1公斤有效氯量的次氯酸钠液其运行成本费用计算如下:
盐:4×0.5=2(元) 

电费:2×1.00=2.00(元) 

水费:0.23×2.00=0.46元) 

小计:2+2.00+0.46=4.46(元) 

按25%的人工、损耗、折旧,每生产100公斤有效氯耗费为: 

4.46+4.46×25%=5.575(元) 

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