基于电生功能水的设施蔬菜灌溉系统的研究

摘要

水是日常生活中必不可少的组成成分，也是农业生产和发展的最基本要素。水的不同存在方式、不同的物理化学特性又会产生不同的生物、物理化学效应，如磁化水、电场水、富氧水、离子水、电生功能水等，它们都有不同的作用与不同的效应。其中电生功能水是将一定浓度的电解质溶液通过特定的电解装置（电解槽），再经过一系列的反应，使水的理化性质发生改变，从而产生具有特殊功能与用途的功能水。
　　近年来，随着科学技术进步以及可持续发展的日益深入，电生功能水的发展取得了长足进步，在许多领域如医疗、食品、建筑、农业等都得到了应用和推广。但是由于农业环境应用的复杂性，以及相关设备的不规范化，电生功能水在农业应用上还存在一定不足。
　　本文研制一套基于电生功能水的设施蔬菜灌溉系统，主要包括电生功能水制取和设施蔬菜灌溉两大部分。电生功能水制取装置主要包括电解槽（无隔膜复极连续式）、原水供应部分、电解质溶液供应部分、混合部分、电气控制部分。设施蔬菜灌溉系统主要包括灌溉系统和控制系统，其中灌溉开关采用电磁阀和继电器的配合，控制器采用STM32的主控芯片，最终实现手动控制和定时控制以及远程控制。
　　通过设计实验，研究了放置时间、原水流量、电解质溶液浓度、电解质溶液流量、电解电流对电生功能水指标(pH值、氧化还原电位(ORP)、电导率(EC)、有效氯浓度(ACC))的影响及设备制取出性能稳定，符合要求的电生功能水所需要的时间。
　　通过分析试验所需条件选择合适的温室大棚和适宜种植的蔬菜种类，其中温室大棚选为日光温室，蔬菜选为黄瓜。并将设计完成的电生功能水制取装置和设施蔬菜灌溉系统合理结合。由于黄瓜适宜生长的pH值环境为5.5～7.2，因此将电生功能水的pH值控制在4.5～6.5以保证黄瓜的正常生长，使用缓冲桶对电生功能水进行缓冲和存储，并将缓冲桶连接滴灌装置，使用电磁阀进行定时和手动控制，每次灌溉的时间为20～30分钟。在电生功能水杀菌效果验证实验中，随机选择一定的黄瓜进行杀菌效果比对，将黄瓜分成使用电生功能水处理和未用电生功能水处理的两组，经过一定时间的无菌培养，进行菌落平板计数，通过分析所得数据，发现电生功能水杀菌效果比普通水处理提高了4倍多。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景和意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 电生功能水工作原理

1．2．1 电生功能水产生原理

1．2．2 电生功能水作用机理

1．3 国内外研究现状

1．3．1 电生功能水研究状况

1．3．2 电生功能水装置研究状况

1．3．3 电生功能水在设施蔬菜灌溉方面的应用现状

1．4 研究内容和方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

1．4．3 技术路线

2 系统整体方案设计

2．1 系统组成

2．2 系统主要组成成分的连接组合

3 电生功能水制取装置的设计

3．1 原水供应设计

3．2 电解质溶液供应部分

3．3 电解部分设计

3．4 混合部分设计

3．5 电气控制

4 设施蔬菜灌溉系统的设计

4．1 灌溉系统硬件设计

4．2 设施蔬菜灌溉控制系统的设计

4．2．1 阀门控制节点

4．2．2 远程控制

5 操作条件对设备制取水质的影响

5．1 电解质溶液流量调节对水质的影响

5．2 电解电流调节对水质的影响

5．3 原水流量调节对水质的影响

5．4 储存时间的影响

5．5 电解质溶液浓度调节对水质的影晌

5．6 设备稳定运行的时间

6 杀菌效果验证

6．1 试验大棚选择

6．2 实验设备和材料

6．3 操作步骤

6．3．1 黄瓜样品处理

6．3．2 相关器皿紫外消毒

6．3．3 配制平板计数琼脂培养基

6．3．4 配制无菌生理盐水和梯度稀释液

6．3．5 菌落培养和结果观察

7 总结与建议

7．1 总结

7．2 创新点

7．3 建议

参考文献

附录

致谢