活性炭反滲透對溫室作物營養液的處理

　　溫室中生長的植物通過潮濕的土壤或營養平衡溶液(即肥料溶液)的循環獲得食物營養，這是水培系統中最常用的方法。在反復循環后，由于植物吸收所需養分造成的微量營養素濃度不平衡，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，如果不進行處理，高磷水平會導致湖泊富營養化。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液水在罐中進行單獨的混凝試驗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劑(Al、氯化鐵)的最低溶解度條件(pH)。然而，氯化鐵在處理中產生了不良結果，并且不包括在結果中。對于活性炭吸附，完成了測試以獲得每質量活性炭的最大吸附量。根據處理(吸附)水的分析結果確定活性炭的最佳用量和時間。然后進行RO過濾實驗。對于膜，選擇基于聚砜的復合材料超低能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液循環管理的RO系統設計。

　　圖1：節能型RO設計的簡化示意圖。

　　活性炭和水炭處理溫室作物營養液

　　為了評估微量營養素(金屬)和營養磷酸鹽濃度的降低，選擇營養液1和營養液3并用早先生產的活性炭和水炭處理。磷酸鹽或正磷酸鹽是具有化學和生物活性的成分，主要由活性炭處理。兩種制備的活性炭，分別在700-730℃下生產，加熱持續時間分別為1小時和30分鐘，以及三種水炭在260℃和225℃下生產。圖2a顯示了兩種營養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素濃度的結果表明，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。數據顯示，經過兩次處理后，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液再循環。這里可能要提到的是，在活性炭處理后，兩種營養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、干燥并重復使用以獲得所需的結果。還使用RO處理營養液。結果表明，所有營養物質都顯著減少(>98%)，這可以證實，如果營養液的處理應符合直接處置的規定，反滲透將是最佳選擇。考慮到反滲透，可以很容易地實現直接處置限制，并帶來經濟收益和環境效益。圖3顯示了營養液中營養成分的匯總，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，正磷酸鹽具有很強的反應性，并與參與環境轉化和新陳代謝的其他成分相互作用。出于這個原因，調節磷以保護湖中的藻類繁殖。

　　圖3：溫室作物營養液中的營養成分匯總。

　　處理結果

　　為了調整微量營養素濃度，應用了不同的處理方法，包括傳統的混凝過濾、活性炭吸附以及RO過濾。單獨使用時，混凝過濾和吸附處理都不能解決問題。然而，當活性炭和水炭的性能結合在一起時，它可以將較高濃度的K、Ca和Mg降低到安全極限。RO過濾的應用大大減少了98-99%范圍內的幾乎所有營養素和微量營養素，從而產生了非常清澈的水。再循環不需要完全減少，因為它消耗額外的肥料來調整NPK濃度以制備新的營養液。

　　活性炭反滲透對溫室作物營養液的處理中觀察到較高濃度的鉀、鈣和鎂微量營養素，以及浸出的營養液中的高pH值，這會對植物產生植物毒性。為了解決在循環限制后獲得溫室作物營養液可回收性的問題，采用了不同的處理方法，包括傳統的混凝過濾、水炭和活性炭吸附以及RO過濾。活性炭根據需要降低了金屬濃度，為營養液提供了可回收性。RO過濾可顯著減少富營養化養分(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液。建議應持續進行分析和所需肥料調整，以確保溫室中植物的穩定生長。

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