Способ обработки гидропонного питательного раствора Российский патент 2018 года по МПК A01G31/00 

Способ относится к сельскому хозяйству, растениеводству, а именно к обработке питательного раствора для гидропонного выращивания растений.

Существует способ выращивания зеленых гидропонных кормов, включающий обработку посевного материала активированной водой, полученной путем электролиза, отличающийся тем, что с целью длительной, не менее 7 суток, сохранности свойств окислительно-восстановительного потенциала водного раствора католита с рН из диапазона 8÷9 и Eh=350÷400 мВ при активном барботаже воздухом в катодный раствор вводят стабилизатор - желатин в концентрации не менее 0,01 мас. %, что повышает энергию проращивания семян и роста вегетативной массы в сочетании с непрерывной аэроионной активацией воздухом, предотвращает нежелательные окислительные и микробиологические реакции и повышает урожайность зеленных гидропонных кормов на 8÷12% (аналог РФ №2105449, кл. А01С 1/00, 1998 г.).

Недостатком способа является усложнение процесса за счет введения желатина в катодный раствор, а также барботирования.

Наиболее близким является способ восстановления гидропонных субстратов, в котором осуществляют промывку субстратов и ультразвуковую обработку, отличающийся тем, что в качестве субстрата используют цеолит, который промывают водой, готовят водную суспензию промытого субстрата, барботируют ее воздухом, проводят ультразвуковую обработку, удаляют воду, субстрат промывают и подвергают обработке в магнитном поле с индукцией 100÷200 мТл (РФ №2280978, кл. A01G 31/00, 2006 г. - прототип).

Существенным недостатком известного способа является сложность процесса с технологической точки зрения промывкой субстратов водой и барботированием воздуха.

Техническим результатом является стабилизация значения рН питательного раствора и поддержание его чистоты без замены раствора в течение шестидесяти дней.

Технический результат достигается тем, что в способе обработки гидропонного питательного раствора, включающем обработку гидропонного питательного раствора физическим воздействием, согласно изобретению в качестве последнего используют акустическое и вращающиеся электромагнитные поля, при этом для создания акустического и вращающихся электромагнитных полей используют магнитопровод из системы ферритовых колец с электрическими обмотками, на которые подают трехфазное переменное напряжение в резонансном звуковом диапазоне с частотой 32÷35 кГц.

Усвоение растениями основных веществ: фосфора, азота, калия, магния, зависит от уровня рН. Существенной проблемой гидропоники является изменение значения рН питательного раствора. Эту проблему решают путем замены раствора каждые две недели. В свою очередь, коррекция значения рН с помощью акусто-магнитного воздействия позволяет не производить замену раствора в течение шестидесяти дней. Если производить подмешивание в раствор веществ, которых не хватает для нормального роста растений, то появляется возможность не менять раствор до конца созревания плодов растений. Исследования также доказывают, что при обработке раствора акусто-магнитным воздействием рост водорослей не наблюдался, раствор оставался весь срок эксплуатации чистым и без запахов.

Новизна заявляемого способа обработки гидропонного питательного раствора состоит в комбинированном воздействии акустическим и вращающимся электромагнитным полями излучаемых устройством, представленным в виде магнитопровода из ферритовых колец с электрическими обмотками, на которые подают трехфазное переменное напряжение в резонансном звуковом диапазоне частот 32÷35 кГц.

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, направлены на достижение технического результата и не выявлены при изучении уровня данной и смежной областей науки и техники и, следовательно, соответствуют критерию «изобретательский уровень».

Способ обработки гидропонного питательного раствора применим в сельскохозяйственных предприятиях, растениеводческих хозяйствах, а также в специализированных теплицах, что соответствует критерию «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид устройства для осуществления способа обработки гидропонного питательного раствора; на фиг. 2 - узел для обработки питательного раствора; на фиг. 3 - схема соединения обмоток электромагнитной системы; на фиг. 4 - представлен график сравнения роста перцев, выращенных в обработанном и необработанном гидропонном питательном растворе.

На графических материалах для большей ясности представлены только те детали, которые необходимы для понимания сущности изобретения, а сопутствующие элементы, хорошо известные специалистам в данной области, не представлены.

Способ обработки гидропонного питательного раствора осуществляется с помощью устройства для подготовки гидропонного питательного раствора, которое состоит из смесительной емкости 1 для размещения питательного раствора с входными трубопроводами 2, 3 и выходным трубопроводом 4 с узлом обработки питательного раствора 5 (Фиг. 1), который выполнен в виде двух цилиндрических корпусов 6 с проточками 7, расположенными на трубопроводе 4, металлических гаек 8 с резьбой, фиксирующих цилиндрические корпусы на трубопроводе и крепящихся к трубопроводу винтами 9, прижимных диэлектрических шайб 10 и 11, размещенных внутри корпусов четырех ферритовых колец 12, установленных друг от друга на расстоянии, обеспечивающем исключение перекрытия вращающихся магнитных полей. На каждом из ферритовых колец расположены три обмотки 13 с выводами 14, соединенными по схеме «звезда», обмотки соединены между собой параллельно и подключены к источнику переменного трехфазного напряжения, создающего переменное напряжение в резонансном ультразвуковом диапазоне частот 32÷35 кГц.

Пример конкретного осуществления способа обработки гидропонного питательного раствора.

В смесительную емкость 1 насыпают сухое вещество или смесь веществ, входящих в состав гидропонного питательного раствора и по входным трубопроводам 2, 3 подают воду, размешивают и получившийся раствор по трубопроводу 4 поступает к растениям через узел обработки 5, где подвергается комбинированному воздействию акустического и вращающихся электромагнитных полей, которые создаются при подаче трехфазного переменного напряжения на обмотки ферритовых колец 12, вокруг обмоток 13 создается вращающееся электромагнитное поле с противоположным направлением вращения в каждом из ферритовых колец, концентрирующееся в кольцевом зазоре, где проходит поток питательного раствора. Предложенная конфигурация обмоток позволяет устройству в максимальной мере использовать электромагнитную энергию обмотки, создающей вращающееся электромагнитное поле. Частота электрического тока подбирается так, чтобы возник резонанс колебаний, при котором наблюдаются максимальные радиальные магнитострикционные колебания ферритового кольца, создавая тем самым ультразвуковые волновые колебания в рабочей зоне устройства, и воздействуя на раствор. В результате одновременно с переменным вращающимся электромагнитным полем на поток питательного раствора воздействуют акустические колебания, излучаемые внутренней и внешней поверхностями ферритовых колец, что способствует более глубокому (по сравнению с известными устройствами) изменению свойств раствора, стабилизации оптимального диапазона значений рН питательного раствора.

Для экспериментального исследования была собрана лабораторная установка циркуляционного типа. В ее составе питание аппарата осуществляют от источника псевдотрехфазного напряжения 14 В. Сила потребляемого аппаратом тока составляет 200 мА. Раствор подается через трубку, проходящую через отверстие аппарата. Таким образом, раствор подвергается воздействию акустического и электромагнитного вращающегося полей.

В качестве объекта исследования используется гидропонный раствор, представляющий смесь веществ (NH₄)₂SO₄; (NH₄)HPO₄; K₂SO₄; Ca(NO₃)₂; MgSO₄ с заданной концентрацией и кислотностью. Раствор забирается из бака лабораторной установки посредством насоса, проходит через рабочую область аппарата, фильтр и снова сливается в бак, из которого берется проба для измерения значения рН. Значение рН измеряется при t=18°С с помощью электронного рН-метра KL 009 (1) А. Для контроля показаний прибора значение рН проверяется универсальной индикаторной бумагой. Начальное значение рН раствора составляет 6 единиц.

Результаты влияния обработки на значение рН гидропонного раствора приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, значение рН гидропонного раствора возрастает от 6 до 6,9 (ΔрН=0,9).

Для подтверждения результатов, полученных на лабораторной установке, была сделана гидропонная система ʺПлавающая платформаʺ, в которой растения закрепляются непосредственно на самой платформе, плавающей на поверхности питательного раствора, расположенного в контейнере емкостью 56 литров, и их корни постоянно погружены в раствор. Снабжение корней кислородом происходит посредством продува через питательный. раствор воздуха (аэрация) и методом рециркуляции (периодической смены) раствора. Раствор посредством насоса забирался с нижней части контейнера гидропонной установки, посредством насоса проходил через аппарат, фильтр биологической очистки и сливался в верхней части бака. Система оказалась эффективной при выращивании таких растений как салат, перец, лук, баклажан.

Технические данные устройства: размеры ферритового кольца, длина рабочего зазора, число витков и диаметр провода обмоток подбираются в зависимости от количества обрабатываемого раствора за единицу времени.

Исследования проводились на двух установках. Раствор для первой установки не подвергался обработке, а для второй обработка раствора проводилась по мере изменения рН раствора до значения 6. Первые сорок два дня после высадки рассады перца использовался разведенный в два раза питательный раствор для первой установки. Затем на второй неделе растениям дают раствор нормальной концентрации, изначально раствор имел рН=6,5; TDS=720 PPM. Во вторую установку изначально заливался раствор нормальной концентрации с рН=5; TDS=645 PPM. Результаты измерений представлены в таблице 2. Для молодых растений интервалы подачи воздуха составляли днем 15 минут с перерывом 60 минут, а ночью - 15 минут с перерывом 180 минут. Освещенность более 6000 лк.

Результаты исследования представлены в таблице 2 «Результаты опытов по выращиванию перца на гидропонной установке» и на графике сравнения роста перцев, выращенных в обработанном и необработанном гидропонном питательном растворе (фиг. 4).

Таким образом, исходя из полученных данных по результатам исследований, можно сделать вывод, что комбинированное воздействие акустическим и вращающимся электромагнитным полями, излучаемыми устройством, представленным в виде магнитопровода из системы ферритовых колец с электрическими обмотками, на которые подают трехфазное переменное напряжение в резонансном звуковом диапазоне частот 32÷35 кГц, эффективно стабилизирует значение рН питательного раствора в нужном диапазоне и позволяет не производить его замену в течение шестидесяти дней и поддерживать его чистоту.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Предложен способ обработки гидропонного питательного раствора, включающий обработку гидропонного питательного раствора физическим воздействием, в качестве которого используют акустическое и вращающиеся электромагнитные поля. При этом для создания акустического и вращающихся электромагнитных полей используют магнитопроводы в виде системы ферритовых колец с электрическими обмотками, на которые подают трехфазное переменное напряжение в резонансном ультразвуковом диапазоне частот 32÷35 кГц. Изобретение обеспечивает стабилизацию значения рН питательного раствора и поддержание его чистоты в течение шестидесяти дней. 4 ил., 2 табл.

Способ обработки гидропонного питательного раствора, включающий обработку гидропонного питательного раствора физическим воздействием, отличающийся тем, что в качестве физического воздействия используют акустическое и вращающиеся электромагнитные поля, при этом для создания акустического и вращающихся электромагнитных полей используют магнитопроводы в виде системы ферритовых колец с электрическими обмотками, на которые подают трехфазное переменное напряжение в резонансном ультразвуковом диапазоне частот 32÷35 кГц.