一种有机物废弃物沼液自动精准回用系统及运行方法

本发明属于沼液供给及土壤改良领域，具体涉及一种有机物废弃物沼液自动精准回用系统及运行方法。

背景技术：

1、土壤肥力是士壤为植物生长提供和协调营养条件和环境条件的能力，长期不合理的施用化肥，使得土壤质量恶化，从而导致土壤酸化、板结、肥力下降及污染加剧等。大量施用化肥，用地不养地，造成土壤有机质下降，化肥无法补偿有机质的缺乏，进一步影响了土壤微生物的生存，不仅破坏了土壤肥力结构，而且还降低了肥效。而厌氧发酵沼液含有丰富的营养物质和矿物质元素，大量推广沼肥，减少化肥的使用量，可以有效缓解这一情况。因此，在实际应用中，开发一种有机物废弃物沼液自动精准回用系统及运行方法，实现对不同土壤、不同农作物所需的营养物质进行智能化监测、补给，具有显著的环境效益和经济效益。

2、申请号为cn202210676444.1的专利《一种沼液滴灌预处理技术及其应用》公开了一种沼液滴灌流动式预处理技术，包括沼液补给主管路，所述沼液补给主管路的前端固定连通有沼液储存池，沿沼液补给主管路沼液流动方向依次设有补给泵和补给电磁阀，且沼液补给主管路后端固定连接于ph调整部，所述ph调整部固定连接于沼液输送主管路的一端，所述沼液输送主管路沿沼液流动方向依次设有过氧化氢处理部、紫外线与臭氧耦合处理部和出水部，所述过氧化氢处理部并联于沼液输送主管路，所述紫外线与臭氧耦合处理部的进水口通过四通固定连通于沼液输送主管路的两侧，所述出水部与四通的另一出水口固定连通，且沿沼液流动方向依次设有灌溉电磁阀和灌溉泵。但该专利未涉及到沼液的动态补给，系统自动化程度不高，无法根据沼液受体的实际情况进行判定，实现对农田中缺乏的营养物质进行精确补给。

3、申请号为cn201510224500.8的专利《一种灌溉消毒一体化试验装置》公开了一种灌溉消毒一体化试验装置，主要由离心泵、压力传感器、流量传感器、离子浓度传感器和控制系统等组成，具有灌溉施肥、喷滴灌负载模拟、水肥参数检测、吸肥通道参数检测和回流通道参数检测等综合功能，而且在灌溉、营养液动态调配、营养液消毒等方面，有效地结合了检测营养液养分离子浓度信息，从而很好地实现了高精度营养液动态调配和模拟灌区负载，满足了灌溉施肥系统研发过程中对试验系统的要求。但该专利未针对不同土壤，不同农作物进行针对补给，无法实现营养物质的精确补给。

技术实现思路

1、发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种针对有机废弃物处理的沼液自动精准回用系统及运行方法，可主动对农田中的元素和抗生素抗性基因含量，气候进行实时监测并对所补给的沼液进行配比，从而高效地补充农田的肥力，避免大量施用化肥，造成土壤有机质下降，同时创造出更加适宜农作物生长的土壤环境，提高农作物产量。具有显著的环境效益和经济效益。

2、技术方案：本发明目的是通过以下技术手段实现的：

3、一种针对有机废弃物处理的沼液自动精准回用系统，该系统包括检测系统(1)、中控系统(2)、投加系统(3)、补给系统(4)、收纳系统(5)；检测系统连接中控系统，将检测到的收纳系统、投加系统、补给系统的数据传递给中控系统，中控系统将数据进行处理后根据指令控制投加系统和补给系统开启或者关闭，控制投加系统向收纳系统输送沼液，补给系统向投加系统输送补给沼液，使整个系统保持正常稳定运行。

4、所述的检测系统(1)包括：检测单元(1-1)、补给池低液位检测计(1-2)、沼液池低液位检测计(1-3)、沼液池高液位检测计(1-4)以及土地信息检测器(1-5)，其中，沼液池低液位检测计设置在沼液池靠近底部的位置，沼液池高液位检测计(1-4)设置在靠近顶部的侧壁，补给池低液位检测计(1-2)设置在补给池靠近底部的侧壁；土地信息检测器(1-5)设置在收纳系统(5)的边缘，检测单元(1-1)收集上述液位检测计和土地信息检测器所获取的各类信息。

5、具体来说，所述的土地信息检测器(1-5)对土地种类、元素含量、气候、土壤中元素含量、抗生素抗性基因残留进行检测。

6、所述的中控系统(2)包括中控计算单元(2-1)和累计运送沼液流量计算模块(2-2)；检测单元(1-1)将收集的液位检测计信息和收纳系统的土壤信息，传递给中控系统(2)后进行统计；其中，累计运送沼液流量计算模块(2-2)对于整个过程的沼液供给量进行计算。

7、所述的投加系统(3)包括沼液池(3-1)、沼液池搅拌机(3-3)、沼液池密封薄膜(3-4)、沼液池抽液泵(3-5)、沼液池排空管(3-6)、流量计(3-7)、压力检测表(3-8)、沼液池供液管(3-9)、沼液池外接管(3-10)、计时表(3-11)；其中，密封薄膜(3-4)覆盖于沼液池顶部，搅拌机(3-3)设置在沼液池中部，抽液泵(3-5)的输出端连接供液管(3-9)，输入端连接的管道伸入沼液池内，供液管(3-9)端部连接至收纳系统(5)的种植土地，在该土地上种植各种作物；

8、供液管(3-9)上设置流量计(3-7)和压力检测表(3-8)，排空管(3-6)布置在沼液池(3-1)的底部；流量计(3-7)、压力检测表(3-8)、计时表(3-11)均连接至检测系统(1)的检测单元(1-1)。

9、所述的补给系统(4)包括沼液补给池(4-1)、沼液补给池搅拌机(4-3)、沼液补给池密封薄膜(4-4)、补给池抽液泵(4-5)、沼液补给池排空管(4-6)、沼液补给池补给管(4-7)；沼液补给池(4-1)内设置搅拌机(4-3)，表面覆盖密封薄膜(4-4)，底部设置排空管(4-6)；抽液泵(4-5)的输出端连接补给管(4-7)，输入端伸入沼液补给池(4-1)，该补给管(4-7)的输出端连接至补给池(4-1)；

10、收纳系统(5)为种植土地；

11、补给系统的沼液补给池(4-1)、投加系统(3)的沼液池(3-1)、收纳系统(5)的种植土地之间通过管道连接；沼液池抽液泵(3-5)设置在沼液池(3-1)岸边，一用一备；补给池抽液泵(4-5)设置在沼液补给池(4-1)岸边。

12、一种针对有机废弃物处理的沼液自动精准回用系统的运行方法，步骤如下：

13、步骤1)、检测系统(1)通过土地信息检测器(1-5)，检测获得相关数据fi(i＝1，2，3……n)，检测系统(1)将检测数据fi以电信号的形式传输至中控系统(2)；

14、注：f1为土地种植种类；

15、f2为土壤水分含量；

16、f3为土壤中碳氮比；

17、f4为土壤中磷元素含量；

18、f5为土壤中钾元素含量；

19、f6为气候条件；

20、f7抗生素抗性基因残留。

21、步骤2)、中控系统(2)对检测系统(1)传输的数据进行接收得到fi；

22、根据f1(土壤种植种类)、f6(气候条件)，对各元素含量fi(i＝2，3，4，5)进行判定。

23、对fi判定，当均满足fi(i＝2，3，4，5)≥f i(i＝2，3，4，5)和f7＜f0时判定结果为假，不再进行沼液的投加；

24、当fi(i＝2，3，4，5)<f i(i＝2，3，4，5)以及f7＞f0时，判定结果为真，开始进行沼液的供给。

25、fi为某土壤种植种类及气候条件下，元素的适宜含量，mg/m3；

26、f0为某土壤种植种类及气候条件下，抗生素抗性基因的适宜含量，mg/m3

27、fi的元素适宜含量可参考正常土壤氮磷钾含量表；

28、

29、步骤3)、对沼液及各元素供给量进行计算。根据土地信息检测器(1-5)所检测的结果，进行计算，根据不同检测元素fi(i＝2，3，4，5)，分别对应不同元素浓度随土壤深度增加而递减的函数f(fi)，f(fi)∝h，计算步骤如下：

30、

31、

32、注：fi′为所需补充元素的量，mg；

33、f(fi)为不同元素fi浓度随土壤深度增加而递减的函数；

34、fi为某土壤种植种类及气候条件下，元素的适宜含量，mg/m3；

35、f0为某土壤种植种类及气候条件下，抗生素抗性基因的适宜含量，mg/m3

36、fi为元素的现有含量，mg/m3；

37、a为种植土壤的面积，m2；

38、h为所种植农作物根系的平均扎根深度，m；

39、α为损失系数，通常取0.75～0.85。

40、步骤4)、根据步骤3计算结果，计算沼液供给量。假设沼液中该元素浓度为c0

41、

42、注：t需为沼液需求量，m3；

43、fi′为所需补充元素的量，mg；

44、c0为沼液中该元素的浓度，mg/m3。

45、f7抗生素抗性基因残留，不能超过土壤范围。

46、步骤5)、同时启动累计运送沼液流量计算模块(2-2)，计算沼液的供给量，计算步骤如下：

47、

48、注：t：沼液实际供给量，m3；

49、β为管道损失系数，通常取0.85-0.95；

50、v为沼液在供给管道内的流速，m/s；

51、d为供给管道直径，m。

52、步骤6)、先打开沼液补给池搅拌机(4-3)和沼液池搅拌机(3-3)，然后投加系统(3)根据中控系统(2)的供给指令，启动沼液池抽液泵(3-5)对收纳系统(5)进行供给；同时累计运送沼液流量计算模块(2-2)对沼液的供给量进行计算并显示数据；

53、步骤7)、当t＝t需时，则供给结束，供给系统自动关闭。

54、步骤8)、当沼液池(3-1)供给液不足，液位达到h1时，沼液池低液位检测计(1-3)以电信号的形式传输到中控系统(2)，然后补给系统(4)会根据中控系统(2)的补给指令，启动补给池抽液泵(4-5)从补给沼液池(3-2)到沼液池(3-1)进行供给，当沼液池沼液充足，液位达到h2时，沼液池高液位检测计(1-4)会以电信号的形式传输到中控系统(2)，然后补给系统(4)会根据中控系统(2)的停止补给的指令，从而关闭补给池抽液泵(4-5)，停止对沼液池的补给，如果沼液池再不充足时，重复步骤4)，完成再一轮的补给，补给量计算如下式所示：

55、

56、注：t补：沼液实际补给量，m3；

57、γ为管道损失系数，通常取0.85-0.95；

58、v为沼液在沼液补给池补给管道内的流速，m/s；

59、d为沼液补给池补给管道直径，m。

60、步骤9)、完成供给后，投加系统(3)会根据中控系统(2)的指令，停止投加，并关闭沼液池抽液泵(3-5)，然后在关闭沼液补给池搅拌机(4-3)和沼液池搅拌机(3-3)；从而进行下一次的供给。

61、步骤10)定期对储液池进行清掏，对储液池液体中的污泥浓度进行检测，测得污泥浓度为c，当满足：

62、c≥c0时，开始清掏，c≤c0时，则无需清掏。

63、所清掏的污泥量为：

64、

65、注：v排泥为储液池中所需清掏的污泥量，m3；

66、v储液池为储液池的液体体积，m3；

67、c为储液池中液体的污泥浓度，mg/l；

68、c0为储液池中液体的标准污泥浓度，mg/l；

69、c1为排出污泥的污泥浓度，mg/l。

70、有益效果：相比于现有技术，本发明的优点在于：

71、(1)实现了对农田沼液的自动化智能化补给，通过设置检测系统、投加系统、补给系统、中控系统，取代了传统的直接对农田施用化肥，实现了针对不同土壤、农作物的营养需求进行精确检测、投加沼液补给，从而提高土壤肥力，具有自动化程度高、容错率低等特点。

72、(2)检测系统和中控系统实现优化和高效运行，检测系统和中控系统采用智能编程方式，实时检测元素含量、抗生素抗性基因含量，气候，自动调节各营养物质的投入比例，使碳氮比、磷、微量元素等保持在最佳范围，从而实现土壤所需营养物质的最佳范围，提高了营养物质利用效率。

73、(3)本发明避免了对土壤的过度施肥以及无针对性施肥，使得土壤环境更适宜不同种类的农作物生长，具有显著的环境效益和经济效益。