活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭反渗透对温室作物营养液的处理

　　温室中生长的植物通过潮湿的土壤或营养平衡溶液(即肥料溶液)的循环获得食物营养，这是水培系统中最常用的方法。在反复循环后，由于植物吸收所需养分造成的微量营养素浓度不平衡，不平衡的高微量元素金属的植物毒性会影响生长激素植物的生长，如果不进行处理，高磷水平会导致湖泊富营养化。这期研究处理方案包括混凝过滤、活性炭吸附，然后是反渗透膜过滤来处理。

　　处理方法

　　通过使用待处理的植物营养液水在罐中进行单独的混凝试验来确定最佳混凝剂剂量。使用三水铝石固体/无定形溶解度图确定各种凝结剂(Al、氯化铁)的最低溶解度条件(pH)。然而，氯化铁在处理中产生了不良结果，并且不包括在结果中。对于活性炭吸附，完成了测试以获得每质量活性炭的最大吸附量。根据处理(吸附)水的分析结果确定活性炭的最佳用量和时间。然后进行RO过滤实验。对于膜，选择基于聚砜的复合材料超低能RO膜，操作压力始终保持在约125psi。图1说明了用于温室作物营养液循环管理的RO系统设计。

　　图1：节能型RO设计的简化示意图。

　　活性炭和水炭处理温室作物营养液

　　为了评估微量营养素(金属)和营养磷酸盐浓度的降低，选择营养液1和营养液3并用早先生产的活性炭和水炭处理。磷酸盐或正磷酸盐是具有化学和生物活性的成分，主要由活性炭处理。两种制备的活性炭，分别在700-730℃下生产，加热持续时间分别为1小时和30分钟，以及三种水炭在260℃和225℃下生产。图2a显示了两种营养液减少钾和钙的范围，图2b显示了过量钾和钙对植物生长的影响。

　　图2：(a)通过活性炭和水炭处理将较高浓度的Ca和K降低到安全的可回收水平。(b)过量的钾和钙对植物生长的影响。

　　活性炭降低过量微量营养素浓度的结果表明，通过维持图2a中给出的推荐值(RV)，两种处理一起可能能够允许循环。数据显示，经过两次处理后，较高浓度的K和Ca降低到接近推荐值，允许处理过的温室作物营养液再循环。这里可能要提到的是，在活性炭处理后，两种营养液中的磷酸盐含量都增加了，这归因于吸附剂表面可能残留一些游离磷化合物。将其自由洗涤、干燥并重复使用以获得所需的结果。还使用RO处理营养液。结果表明，所有营养物质都显着减少(>98%)，这可以证实，如果营养液的处理应符合直接处置的规定，反渗透将是最佳选择。考虑到反渗透，可以很容易地实现直接处置限制，并带来经济收益和环境效益。图3显示了营养液中营养成分的汇总，显示TN和NO3/NO2等氮成分的浓度较高，而正磷酸盐的浓度最低。否则，正磷酸盐具有很强的反应性，并与参与环境转化和新陈代谢的其他成分相互作用。出于这个原因，调节磷以保护湖中的藻类繁殖。

　　图3：温室作物营养液中的营养成分汇总。

　　处理结果

　　为了调整微量营养素浓度，应用了不同的处理方法，包括传统的混凝过滤、活性炭吸附以及RO过滤。单独使用时，混凝过滤和吸附处理都不能解决问题。然而，当活性炭和水炭的性能结合在一起时，它可以将较高浓度的K、Ca和Mg降低到安全极限。RO过滤的应用大大减少了98-99%范围内的几乎所有营养素和微量营养素，从而产生了非常清澈的水。再循环不需要完全减少，因为它消耗额外的肥料来调整NPK浓度以制备新的营养液。

　　活性炭反渗透对温室作物营养液的处理中观察到较高浓度的钾、钙和镁微量营养素，以及浸出的营养液中的高pH值，这会对植物产生植物毒性。为了解决在循环限制后获得温室作物营养液可回收性的问题，采用了不同的处理方法，包括传统的混凝过滤、水炭和活性炭吸附以及RO过滤。活性炭根据需要降低了金属浓度，为营养液提供了可回收性。RO过滤可显着减少富营养化养分(N和P)以符合直接处置限制，但建议通过添加新肥料重新使用纯渗透水来制备透明营养液。建议应持续进行分析和所需肥料调整，以确保温室中植物的稳定生长。

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