活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭反滲透對溫室作物營養(yǎng)液的處理

　　溫室中生長的植物通過潮濕的土壤或營養(yǎng)平衡溶液(即肥料溶液)的循環(huán)獲得食物營養(yǎng)，這是水培系統(tǒng)中最常用的方法。在反復(fù)循環(huán)后，由于植物吸收所需養(yǎng)分造成的微量營養(yǎng)素濃度不平衡，不平衡的高微量元素金屬的植物毒性會影響生長激素植物的生長，如果不進(jìn)行處理，高磷水平會導(dǎo)致湖泊富營養(yǎng)化。這期研究處理方案包括混凝過濾、活性炭吸附，然后是反滲透膜過濾來處理。

　　處理方法

　　通過使用待處理的植物營養(yǎng)液水在罐中進(jìn)行單獨(dú)的混凝試驗(yàn)來確定最佳混凝劑劑量。使用三水鋁石固體/無定形溶解度圖確定各種凝結(jié)劑(Al、氯化鐵)的最低溶解度條件(pH)。然而，氯化鐵在處理中產(chǎn)生了不良結(jié)果，并且不包括在結(jié)果中。對于活性炭吸附，完成了測試以獲得每質(zhì)量活性炭的最大吸附量。根據(jù)處理(吸附)水的分析結(jié)果確定活性炭的最佳用量和時間。然后進(jìn)行RO過濾實(shí)驗(yàn)。對于膜，選擇基于聚砜的復(fù)合材料超低能RO膜，操作壓力始終保持在約125psi。圖1說明了用于溫室作物營養(yǎng)液循環(huán)管理的RO系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　圖1：節(jié)能型RO設(shè)計(jì)的簡化示意圖。

　　活性炭和水炭處理溫室作物營養(yǎng)液

　　為了評估微量營養(yǎng)素(金屬)和營養(yǎng)磷酸鹽濃度的降低，選擇營養(yǎng)液1和營養(yǎng)液3并用早先生產(chǎn)的活性炭和水炭處理。磷酸鹽或正磷酸鹽是具有化學(xué)和生物活性的成分，主要由活性炭處理。兩種制備的活性炭，分別在700-730℃下生產(chǎn)，加熱持續(xù)時間分別為1小時和30分鐘，以及三種水炭在260℃和225℃下生產(chǎn)。圖2a顯示了兩種營養(yǎng)液減少鉀和鈣的范圍，圖2b顯示了過量鉀和鈣對植物生長的影響。

　　圖2：(a)通過活性炭和水炭處理將較高濃度的Ca和K降低到安全的可回收水平。(b)過量的鉀和鈣對植物生長的影響。

　　活性炭降低過量微量營養(yǎng)素濃度的結(jié)果表明，通過維持圖2a中給出的推薦值(RV)，兩種處理一起可能能夠允許循環(huán)。數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過兩次處理后，較高濃度的K和Ca降低到接近推薦值，允許處理過的溫室作物營養(yǎng)液再循環(huán)。這里可能要提到的是，在活性炭處理后，兩種營養(yǎng)液中的磷酸鹽含量都增加了，這歸因于吸附劑表面可能殘留一些游離磷化合物。將其自由洗滌、干燥并重復(fù)使用以獲得所需的結(jié)果。還使用RO處理營養(yǎng)液。結(jié)果表明，所有營養(yǎng)物質(zhì)都顯著減少(>98%)，這可以證實(shí)，如果營養(yǎng)液的處理應(yīng)符合直接處置的規(guī)定，反滲透將是最佳選擇。考慮到反滲透，可以很容易地實(shí)現(xiàn)直接處置限制，并帶來經(jīng)濟(jì)收益和環(huán)境效益。圖3顯示了營養(yǎng)液中營養(yǎng)成分的匯總，顯示TN和NO3/NO2等氮成分的濃度較高，而正磷酸鹽的濃度最低。否則，正磷酸鹽具有很強(qiáng)的反應(yīng)性，并與參與環(huán)境轉(zhuǎn)化和新陳代謝的其他成分相互作用。出于這個原因，調(diào)節(jié)磷以保護(hù)湖中的藻類繁殖。

　　圖3：溫室作物營養(yǎng)液中的營養(yǎng)成分匯總。

　　處理結(jié)果

　　為了調(diào)整微量營養(yǎng)素濃度，應(yīng)用了不同的處理方法，包括傳統(tǒng)的混凝過濾、活性炭吸附以及RO過濾。單獨(dú)使用時，混凝過濾和吸附處理都不能解決問題。然而，當(dāng)活性炭和水炭的性能結(jié)合在一起時，它可以將較高濃度的K、Ca和Mg降低到安全極限。RO過濾的應(yīng)用大大減少了98-99%范圍內(nèi)的幾乎所有營養(yǎng)素和微量營養(yǎng)素，從而產(chǎn)生了非常清澈的水。再循環(huán)不需要完全減少，因?yàn)樗�消耗額外的肥料來調(diào)整NPK濃度以制備新的營養(yǎng)液。

　　活性炭反滲透對溫室作物營養(yǎng)液的處理中觀察到較高濃度的鉀、鈣和鎂微量營養(yǎng)素，以及浸出的營養(yǎng)液中的高pH值，這會對植物產(chǎn)生植物毒性。為了解決在循環(huán)限制后獲得溫室作物營養(yǎng)液可回收性的問題，采用了不同的處理方法，包括傳統(tǒng)的混凝過濾、水炭和活性炭吸附以及RO過濾。活性炭根據(jù)需要降低了金屬濃度，為營養(yǎng)液提供了可回收性。RO過濾可顯著減少富營養(yǎng)化養(yǎng)分(N和P)以符合直接處置限制，但建議通過添加新肥料重新使用純滲透水來制備透明營養(yǎng)液。建議應(yīng)持續(xù)進(jìn)行分析和所需肥料調(diào)整，以確保溫室中植物的穩(wěn)定生長。

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