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2006年8月21日 作者:ctnyzn [返回]
养液再利用的杀菌技术

    植物对肥料的需求就如人对食物的需求一样,也经历了多个阶段的发展与转变,从最早自然农业的有机农耕到近代的化肥使用,再到发展到最近的营养液无土栽培,每次的革新都推动了农业生产力水平的提高与发展,如养液栽培大在改变了作物对肥水的需求条件,让植物的根系以最直接最快速的方式能从基质中汲取营养,无需土壤微生物的作用就可进行离子的直接吸收,所以采用养液栽培的植物具有生产速度更快,产量质量提高最为明显的特点与优势。如营养液水培可以比土壤栽培快1.5-2倍,气培比水培又快3-5倍或更高。这些改变都是因为优化了类似于人体血液循环系统的养液条件,营养液能为植物生长提供充足的矿质离子与水份,而土壤栽培的有机农耕或者化肥农业都存在的营养的固定与微生物转化的过程,不能直接快速地进行吸收,所以养液栽培能发挥更大的栽培优势,这也是它成为当前较为先进生产模式代表的主要原因所在。任何事物都存在两面性,土壤栽培具有团粒对化学物质吸附性强的优点,环境污染肥份外溢流失污染的少,而养液栽培多少都会存在废弃养液外排污染的问题,也存在养液循环所引起的系统感染问题,特别是一些危害植物较大的病毒病会因养液的循环而危及整个系统的染病,在水培中常会导致毁灭性的病情发生。针对这问题养液栽培都得配以养液杀菌装置,通过杀菌技术后,可以达到杀菌以防病菌交叉循环感染,又可达到废液的重新利用的目的,在传统无土养液栽培中大多采用氯杀菌与臭氧杀菌的方法,但它的杀菌效率及效果来说还是不高,如果采用氯杀菌甚至还会对养液的成份变化造成不良影响。针对这问题以下介绍一种纯物理的杀菌方法及作用原理,这也是目前生产上运用较多的一种方法----紫外线光触媒杀菌法。

1、  认识紫外线。

紫外线是一种光线一种光波,日常人们能见的光叫可见光,在三棱镜下可进行分光形成红橙黄绿蓝靛紫的七色光,这七色光在分光器下显现为400—750nm区间的七色光谱,其中长光波红光以外不可见的光叫红外光或红外线,而短光波紫光以外的不可见光叫紫外线。所以紫外线的光谱范围一般是指100-400nm区间的光波,根据这区间光波的长短又分为UV-AUV-BUV-C三种,这三种不同光谱区间的紫外线具有不同的作用与功能。

其中100-280区间的253.7nm的波长是最佳的杀菌光波,而这种光波在太阳光中存在却较少而弱,它在透过大气层时已被大部份过滤吸收掉了。而用于营养液杀菌的紫外线可以通过人工光来实现,不必依赖于自然光,但紫外线的穿透力在营养液的水中是有限的,所以在使用人工紫外照射时,要进行计算安装相应的数量及水流的流速与流量,这可以在装置的设计中经科学构造而实现。

2、  结合光触媒达到强化杀菌与除臭的效果。

光触媒是一种光催化剂,在紫外光的作用下会发生类似于植物光合作用过程的光催化反应,可以把水催化分解成具有氧化性的氧自由基,这些氧自基的生产是因为光触媒是一种纳米级的二氧化钛,具有很强的表面自由能与光激发下,所产生的电子跃迁,从而形成电子空穴,使水发生氧化还原,而形成了氧自由基,这些氧自由基所具的氧化性可以氧化分解与之接触的有机物或者在细菌细胞壁的胞膜上产生氧化穿孔,以达到杀菌与抑菌之效果,这就是光触媒的除臭及灭菌的机理,但这种光催化所导至的电子迁移则需紫外光的激发才得以实现,在装置的设计上把两者有机结合就可以达到互补之效果,因在养液中也常存在根系分泌的有机物,它即是菌滋生的营养基又是污染养液的主要成份,采用光触媒结合杀菌技术后,不仅菌类能得以有效杀灭,就是污染的有机物也可得以清除。

而光触媒的使用效果除了需要适宜的光激发光谱外,还与光触媒的反应表面积有关,表面积越大就像光合作用一样,光催化的速度与效率也就越高,而纳米级的二氧化钛本身就具惊人的表面积效应,一般一克纳米级的二氧化钛可达900多平方米的表面积,相当于一个足球场。而纳米杀菌技术的设计过程我们还结合了折叠状或滤芯状的过滤装置,它可以把污染物过滤沉积于网上,再通过光的催化使之分解,达到杀菌除臭两不误之效果,同时滤网或滤芯是经光触媒处理过的,比平面处理表面积又大大增大,效果会更佳。

3、  紫外线的杀菌机理

病菌类的细菌真菌甚至病毒的滋生都是通过细胞分裂或复制的方式进行的,而这个过程又是以染色体中DNA遗传物质的复制为基础的,而遗传物质DNA的吸收光谱又正好是253nm左右的波段,当遗传物质吸收这个波段的光谱后就出现物质结构的破坏与抑制,从而间接地影响了菌的繁殖与滋生,达到了杀菌与抑菌之效果。紫外线的杀菌机理除了破坏DNA外,还会把胞膜破坏穿孔,这些过程就是其作用与杀菌的过程,而且是物理的过程,不会对环境造成任何的二次污染或残留,而且是以照射快速作用与杀菌的过程。

 

4、  紫外线杀菌装置的产品设计

这装置主要由紫外线灯及光触媒滤网组成,其中紫外线灯管外套密封的石英管,并且相间均匀地分布于整个容器与滤网间,起到了复合的杀菌除臭效果。

             

5、  紫外线杀菌效果试验

采用紫外线杀菌技术运用于番茄养液栽培的营养液杀菌处理上,达到了很好的效果,现以番茄根腐病的病菌作为试材进行紫外线照射杀菌试验,在25度的环境温度下,接种番茄根腐病病原菌并于培养器皿中培养一周,然后用紫外线照射,达到以下的效果。

 

 

未照射

2

4

6

存活菌数

1600

124

2

1

杀菌率(%

----

92.3

99.9

99.9

6、  具体运用

采用营养液杀菌技术后,可以让废液得以重新的循环利用,也使养液交叉感染的机率大在降低,这样即降低了养液投入成本,又使环境得以保全,不会因排液造成环境污染,如水的污染及土壤环境的恶化等现象的发生,它是养液栽培农业得以持续健康发展的关键所在,是养液栽培或水培及气雾培中都可以运用与借鉴的一项辅助新技术。

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