[發明專利]一種以污水資源化利用為目的的智能溫室大棚種植模式

在審

• 申請號: 202110067715.9
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN114793701A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 郭曉燕;張歆怡;吳昊;藏琪;孟諾;藍至清;范守港
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: A01G9/14
• 分類號: A01G9/14;A01G9/24;G05B19/04;C02F3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明針對廣大農村地區大量生活污水沒有得到有效處理以及農作物種植方式落后的問題，構建了一種以污水資源化利用為目的的智能溫室大棚種植模式。通過構建能夠長效控制膜污染的新型可持續抗污染膜生物反應器高效處理生活污水，將出水用于溫室大棚農作物灌溉，實現了氮磷的資源化利用。并通過結合網絡信息傳輸平臺監控管理污水處理設備，利用其實時數據對污水處理參數進行自動調整，減少了管理工作量和運行成本，實現了出水中氮磷濃度的精準調控，能夠最大程度滿足溫室大棚不同種植作物的生長需求，提高溫室大棚產出效率，從而科學地、智能地提高整個系統的生態、經濟效益。

技術領域

本發明涉及水資源和新型溫室大棚技術領域，尤其涉及一種以污水資源化利用為目的的智能溫室大棚種植模式。

背景技術

近年來，隨著我國新農村建設、城鎮一體化進程的不斷加快，在提高農村居民生活水平的同時，也導致村鎮生活污水排量的不斷增加，大量未經有效處理的生活污水直接外排，對農村居民與生態環境以及農業生產造成了嚴重影響。目前，針對農村生活污水，好氧處理工藝因運行能耗低、終端產物可回收利用的優勢被廣泛應用。但是，傳統好氧水處理工藝在運行過程中存在微生物易流失、處理效率低的不足。好氧膜生物反應器(MBR)，則是一種高效的污水生化處理技術，通過將好氧消化工藝與膜分離技術結合，有效解決了功能微生物易流失的問題，增強了系統對有機物的降解能力，在實現農村生活污水高效處理方面具有顯著優勢。但是，在運行過程中，膜生物污染問題的發生會導致膜通量下降、膜壽命降低，增加系統運行成本。幸運地，Guo等人利用生物膜抑制分子D-氨基酸和pH響應材料通過靜電紡絲技術開發了一種可持續抗生物污染的智能動態膜，該膜能夠控釋和再負載D-氨基酸來實現持續的膜生物污染控制。因此，利用該智能動態膜構建新型可持續抗污染膜生物反應器來處理農村生活污水，可望實現系統高效運行并降低成本。

另外，MBR出水中通常含有豐富的氮、磷資源，若能進行有效利用，便可實現一定的經濟效益。但是，由于農村生活污水組分易受季節和時間影響，傳統粗放的出水灌溉模式限制了氮、磷資源的有效利用。近年來，基于網絡技術、計算機技術、傳感器技術以及生物監測模型等高新技術發展的智能溫室(大棚)則為這一問題的解決提供了新途徑。智能大棚可為農作物的健康生長創造適宜的光照、濕溫度和灌溉等條件，進而適應不同作物的生長需求和上市時間，實現作物的高產出、高品質的目標。同時，考慮到實際生產過程中農作物種類會發生季節性的改變，不同作物對灌溉用水的營養成分需求不同，如果不能對灌溉用水的成分及時調整，將會嚴重影響智能溫室大棚的實際產出。實現智能溫室大棚中不同農作物對氮、磷的需求情況與新型可持續抗污染MBR的出水成分之間的聯動響應，成為保證智能化溫室大棚高效率運行的關鍵。對此，基于物聯網的多參數水質監控則為該響應關系的建立提供了可靠的途徑，通過使用可控的智能化監測模塊，自動監測溫室大棚內農作物的生長情況，并使用神經網絡以及優化模型，精準調控由新型可持續抗污染MBR處理的農村生活污水的出水水質，使其最大程度滿足溫室大棚不同種植作物的生長需求，進而提高溫室大棚產出效率，從而科學地、智能地提高整個系統的生態、經濟效益。

發明內容

本發明的目的在于提供一種以污水資源化利用為目的的智能溫室大棚種植模式。通過利用基于可持續抗污染的智能動態膜構建的可持續抗污染好氧膜生物反應器高效處理農村生活污水，并將處理水用于智能溫室大棚種植作物的灌溉，實現處理水中氮、磷資源的有效利用；在此期間，進一步結合網絡共享式信息傳輸平臺，利用其實時數據對污水處理系統參數進行自動調整控制，調控系統處理出水中氮、磷濃度，精準用于不同農作物的灌溉，以實現污水中氮磷資源的高效精準化利用。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

S1、構建可持續抗污染的好氧膜生物反應器

首先制備可持續抗污染的智能動態膜，然后將該智能動態膜應用到膜生物反應器中，構建新型可持續抗污染好氧膜生物反應器。

S2、構建智能水質監測系統