一种智能沼液施用装置的制作方法

本实用新型涉及沼气技术应用领域、农用器械领域及自动控制与智能检测领域，具体涉及一种智能沼液施用装置。

背景技术：
沼液为有机废弃物如树叶、秸秆、木屑及畜禽粪便等在沼气池内经厌氧发酵后的剩余废液。经发酵后的沼液，无味且肥效往往是普通化学合成肥料的10倍以上，含有的常规营养成分主要有氮、磷、钾等多种元素及少量微量元素，含有的活性有机成分有腐植酸、赤霉素、细胞分裂素等植物激素，含有的B族维生素有Bl、B2、B5等，此外，还含有多种氨基酸、蛋白质、水解酶以及多种无机酸和某些抗菌素等。这些成分之间互相协调作用，并以速效养分和生物农药的形式存在于沼液中，可直接迅速地被作物吸收和杀死有害病菌和虫卵、刺激作物生长、促进作物代谢、提高作物自身抗逆性能等。同时，沼液的水质特性极易被作物吸收，因而沼液施用在农业生产中有着广泛的应用，既可用作肥料，又可用于果树保花保果、防病治虫等。

纯沼液浓度较高，特别是大中型沼气工程中，为便于储存与运输，沼液往往需进行浓缩处理。这样高浓度的沼液直接施用会烧伤植物的幼小叶片，因此大部分情况下需要先将沼液进行稀释后方可应用于田间。邵艳伟公开了（授权公告号：CN201294746）一种沼液喷施装置，其结构主要由沼液槽、水槽、水泵及喷头构成，根据经验，利用手工操作阀门，调节沼液槽和水槽的出口流量，实现不同浓度沼液的稀释，结构简单紧凑，使用方便。但该装置并未考虑沼液中存在的杂质可能会堵塞管路和喷头，以及单纯经水稀释后的沼液可能无法满足作物营养需求等问题。虽然厌氧发酵沼液的利用，既能为农林业等提供有效资源，又能解决固体废弃物处理造成的环境污染问题，然而，目前对于有机废弃物发酵沼液的认识利用还不够充分，比如厌氧消化后沼液成分的不稳定,所带来的养分的有效性及营养元素含量难以控制等问题，是长期待解决的问题。边文范等公开了（专利公开号：CN 102249775 A）一种基于户用沼气池沼液的叶面肥及其制备方法，通过配制氮、磷、钾及微量元素专用营养包与沼液混合的方式制成沼液叶面肥，该叶面肥考虑了沼液中的营养成分比例问题，但局限于户用，且为纯手工调配，不利于大规模施用和精确控制。

综上，目前不管是沼液的稀释，还是沼液肥与其他肥料混合搭配施用的方式，基本上都依靠经验和手工操作，随机性较大，调配过程复杂且不够精确，不能很好满足作物对营养及防病害等的需求，不利于现代农业生产和大规模沼液施用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种克服现有沼液施用技术中存在的上述不足，提供一种智能沼液施用装置，实现沼液施用浓度的精确控制及施用沼液中对作物影响较大的营养元素，如氮、磷、钾及其他微量元素浓度的智能控制和调配。并提供不同智能控制模式，满足不同作物及作物不同季节、不同生长期、不同施用目的等的沼液施用需求。同时，结合供给的沼液原液特点与作物的实际需求，采用智能控制模式加人工参数优化的形式，使用户能根据作物及其环境特点选用最经济、合理的参数，满足实际情况中各种复杂条件下的沼液施用要求，实现智能控制与自主调节相结合的智能沼液施用模式。

本实用新型的技术方案：

一种智能沼液施用装置，包括储液单元、输液单元及自动控制单元；所述储液单元，包括水槽、沼液槽、氮营养液槽、磷营养液槽、钾营养液槽及微量元素营养液槽；所述水槽、沼液槽、氮营养液槽、磷营养液槽、钾营养液槽及微量元素营养液槽，均设相应的输出支管；所述输液单元，包括输液泵、输液管；所述自动控制单元，包括DDC控制器、自动取样器、元素分析单元及所述水槽、沼液槽、各营养液槽输出支管上安装的电动调节阀组和传感器。

所述自动取样器与所述元素分析单元，通过自动取样管连接；

所述电动调节阀组，由电动调节阀、水过滤器、旁通管及相应的闸阀组成；

所述水槽，在侧上端设补水管，所述补水管上设水过滤器，所述过滤器前后设闸阀；

所述输液单元中的输液管，包括水输出支管、沼液输出支管、氮营养液输出支管、磷营养液输出支管、钾营养液输出支管、微量元素营养液输出支管、输液干管Ⅰ、输液干管Ⅱ、合流管及输液总管；所述水输出支管及所述沼液输出支管，与所述输液干管Ⅰ相连；所述各营养液输出支管，与所述输液干管Ⅱ相连；所述输液干管Ⅰ和所述输液干管Ⅱ，与所述合流管相连。

所述输液泵，入口端与所述合流管相连，出口端与所述输液总管相连；所述输液泵入口端的合流管上，沿混合液流动方向，依次设闸阀和水过滤器；所述输液泵出口端的输液总管上，沿混合液流动方向，依次设止回阀和闸阀；

所述输液总管，连接至沼液施用系统，所述沼液施用系统可以是沼液喷滴灌系统中的任意一种；

所述自动取样器，安装在所述合流管上；

所述沼液输出支管上，在所述沼液电动调节阀组前，沿沼液流动方向，先后安装沼液过滤器、重金属离子分离器；

所述DDC控制器，通过数据线，与所述输液泵、自动取样器、元素分析单元及所述水槽、沼液槽、各营养液槽输出支管上安装的电动调节阀组和传感器相连；

作为优选，所述输液泵，采用污水泵；

作为优选，所述补水管，用于为所述水槽注水，且所注的水为有机废水经过沉淀及生化处理后得到的中水；

作为优选，所述输液单元中的输液管，采用PVC（聚氯乙烯）管；

作为优选，所述氮、磷、钾营养液，可分别选用尿素、磷酸二氢钾及氯化钾溶液；

作为优选，所述微量元素营养液槽中的微量元素，为铁、锌、硼、镁、锰、钼中的任意一种元素，或者其中任意两种或两种以上元素的组合，具体可采用七水合硫酸亚铁、一水合硫酸锌、硼酸、硫酸锌、七水合硫酸锰、及钼酸铵溶液中的任意一种或者其中任意两种或两种以上溶液的组合

作为优选，所述水槽、沼液槽及各营养液槽，采用不锈钢材料制作；

作为优选，所述沼液槽中的沼液，取自正常产气三个月以上的沼气池,且为经沉淀、过滤后的新鲜沼液；

作为优选，所述智能沼液施用装置，可安装在喷洒车或喷洒飞机上，进行移动喷洒作业。

本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型实现了沼液施用浓度，尤其是施用沼液中对作物影响较大的营养元素，如氮、磷、钾及其他微量元素浓度的智能控制和调配，避免传统沼液施用中由于对所施沼液成分认识不够，以及因手工操作和全凭工作人员经验而造成的主观性和误差性较大、较为盲目的沼液施用方式。

（2）本实用新型提供三种典型的沼液施用智能控制模式，以满足不同作物及作物不同季节、不同生长期、不同施用目的等的沼液施用需求，施用的针对性、目的性更强，应用范围更广。

（3）本实用新型在沼液施用智能控制模式下，增加人工参数优化的形式，使用户能根据作物实际情况选用最经济、合理的参数，实现智能控制与自主调节相结合的智能沼液施用模式，以满足实际情况中各种复杂条件下的沼液施用要求，灵活性大，经济性好，实际可操作性强。

（4）本实用新型通过设置重金属离子分离器及沼液过滤器等，消除了沼液中可能存在的重金属及杂质、沼渣等对沼液施用系统造成的潜在危害，实现沼液的安全、高效施用。

（5）本实用新型采用作为沼气工程剩余废液的沼液为作物施用肥料，采用有机废水处理后的中水作为沼液稀释用水，在充分利用有机废弃资源的同时，改善了环境污染问题，促进了生态农业、循环农业的可持续发展。

附图说明

图1是本实用新型的一种智能沼液喷施装置的结构示意图

图2是本实用新型的一种智能沼液喷施装置的带控制点流程图。

图3是本实用新型的一种智能沼液喷施装置的控制沼液浓度模式程序流程图。

图4是本实用新型的一种智能沼液喷施装置的控制沼液营养元素浓度模式程序流程图。

图5是本实用新型的一种智能沼液喷施装置的控制沼液浓度和营养元素浓度模式程序流程图。

图中：1.水槽， 2.沼液槽， 3.氮营养液槽， 4.磷营养液槽， 5.钾营养液槽， 6.微量元素营养液槽， 7.氮营养液电动调节阀组， 8.磷营养液电动调节阀组， 9.钾营养液电动调节阀组， 10.微量元素营养液电动调节阀组， 11.氮营养液流量传感器， 12.氮营养液输出支管， 13.磷营养液流量传感器， 14.磷营养液输出支管， 15.钾营养液流量传感器， 16.钾营养液输出支管， 17.微量元素营养液流量传感器，18.微量元素营养液输出支管， 19.水流量传感器， 20.水电动调节阀组， 21.水输出支管， 22. 沼液流量传感器， 23.沼液电动调节阀组， 24.重金属离子分离器， 25.沼液过滤器， 26.沼液输出支管， 27.输液干管Ⅰ， 28.输液干管Ⅱ， 29.元素分析单元， 30.自动取样管， 31.自动取样器， 32.合流管， 33.闸阀， 34.水过滤器， 35.输液泵， 36.止回阀， 37.闸阀， 38.输液总管， 39.补水管， 40.闸阀， 41.水过滤器， 42.闸阀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例一：

如图1所示，一种智能沼液施用装置，包括储液单元、输液单元及自动控制单元；所述储液单元，包括水槽1、沼液槽2、氮营养液槽3、磷营养液槽4、钾营养液槽5及微量元素营养液槽6；所述水槽1、沼液槽2、氮营养液槽3、磷营养液槽4、钾营养液槽5及微量元素营养液槽6，均设相应的输出支管；所述输液单元，包括输液泵35、输液管；所述自动控制单元，包括DDC控制器、自动取样器31、元素分析单元29及所述水槽、沼液槽、各营养液槽输出支管上安装的电动调节阀组和传感器。

所述自动取样器31与所述元素分析单元29，通过自动取样管30连接；

所述电动调节阀组，由电动调节阀、水过滤器、旁通管及相应的闸阀组成；

所述水槽1，在侧上端设补水管39，所述补水管39上设水过滤器41，所述过滤器前后设闸阀40、42；

所述输液单元中的输液管，包括水输出支管21、沼液输出支管26、氮营养液输出支管12、磷营养液输出支管14、钾营养液输出支管16、微量元素营养液输出支管18、输液干管Ⅰ27、输液干管Ⅱ28、合流管32及输液总管38；所述水输出支管21及所述沼液输出支管26，与所述输液干管Ⅰ27相连；所述各营养液输出支管12、14、16及18，与所述输液干管Ⅱ28相连；所述输液干管Ⅰ27和所述输液干管Ⅱ28，与所述合流管相连32。

所述输液泵35，入口端与所述合流管32相连，出口端与所述输液总管38相连；所述输液泵35入口端的合流管32上，沿混合液流动方向，依次设闸阀33和水过滤器34；所述输液泵出口端的输液总管38上，沿混合液流动方向，依次设止回阀36和闸阀37；

所述输液总管38，连接至沼液施用系统，所述沼液施用系统可以是沼液喷滴灌系统中的任意一种；

所述自动取样器31，安装在所述合流管32上；

所述沼液输出支管26上，在所述沼液电动调节阀组23前，沿沼液流动方向，先后安装沼液过滤器25、重金属离子分离器24；

所述DDC控制器，通过数据线，与所述输液泵35、自动取样器31、元素分析单元29及所述水槽、沼液槽、各营养液槽输出支管上安装的电动调节阀组20、23及7～10和传感器19、22、11、13、15及17相连；其控制方法，如图2所示；

作为优选，所述输液泵35，采用污水泵；

作为优选，所述补水管39，用于为所述水槽1注水，且所注的水为有机废水经过沉淀及生化处理后得到的中水；

作为优选，所述输液单元中的输液管，采用PVC（聚氯乙烯）管；

作为优选，所述氮、磷、钾营养液，可分别选用尿素、磷酸二氢钾及氯化钾溶液；

作为优选，所述微量元素营养液槽中的微量元素，为铁、锌、硼、镁、锰、钼中的任意一种元素，或者其中任意两种或两种以上元素的组合，具体可采用七水合硫酸亚铁、一水合硫酸锌、硼酸、硫酸锌、七水合硫酸锰、及钼酸铵溶液中的任意一种或者其中任意两种或两种以上溶液的组合

作为优选，所述水槽1、沼液槽2及各营养液槽3～6，采用不锈钢材料制作；

作为优选，所述沼液槽中的沼液，取自正常产气三个月以上的沼气池,且为经沉淀、过滤后的新鲜沼液；

作为优选，所述智能沼液施用装置，可安装在喷洒车或喷洒飞机上，进行移动喷洒作业；

加料（或补料）时，打开所述补水管阀门40、42，在所述水槽1中注入所述中水；在所述沼液槽2中注入所述沼液；在所述氮、磷、钾及微量元素营养液槽3、4、5及6中，分别注入相应所述的氮、磷、钾及微量元素营养液；

加料完成后，运行所述智能沼液施用装置，即可对作物进行喷施或滴灌了。

实施例二：

一种基于所述智能沼液施用装置的控制沼液浓度模式下的智能沼液施用方法：

控制沼液浓度模式，主要基于作物防虫害期的施用需求而设置的。该种智能控制模式，通过自动控制沼液稀释浓度达到作物防虫害需求的浓度，来实现施用目的。如图3所示，该种智能控制模式下的具体智能沼液施用方法，包括以下步骤：

（1）初始状态

使如技术方案所述的一种智能沼液施用装置的所有电动调节阀20、23及7～10均处于关闭状态，输液泵35处于停止状态；

（2）用户设定沼液流量及稀释倍数

用户根据所述装置智能系统面板中所提示的不同作物防虫害期适宜施用的参考沼液浓度，并结合具体作物及其生长环境，设定需要的沼液流量和稀释倍数；

（3）DDC控制器控制沼液流量及稀释倍数至用户设定值

所述装置的DDC控制器，发出信号：开启所述沼液槽电动调节阀23，并调节开度至如上述步骤（2）用户设定的沼液流量；开启所述水槽电动调节阀20，并调节开度至如上述步骤（2）用户设定的稀释倍数；同时，开启所述输液泵35；

（4）分析并显示稀释后沼液中氮、磷、钾及微量元素浓度

所述装置的DDC控制器，发出信号，开启所述自动取样器31，获取所述输液泵入口前合流管32中的混合样液（即稀释后的沼液），并经所述自动取样管30输送至所述自控中心的元素分析单元29进行元素及其相应浓度的分析，得到稀释后沼液中氮、磷、钾及微量元素浓度分别为：C_N、C_P、C_K、C_M ，并在所述装置智能系统面板中显示这些浓度值；

（5）沼液施用

通过所述沼液输液总管38，将最终处理后的沼液输送至沼液施用系统进行喷施或滴灌施用。

实施例三：

一种基于所述智能沼液施用装置的控制沼液营养元素浓度模式下的智能沼液施用方法：

控制沼液营养元素浓度模式，主要基于沼液原液浓度较低，作物环境温度较低（如春秋冬三季）且生长期处于老叶期时，以追肥施用的形式满足作物对营养元素的需求而设置的。该种智能控制模式，通过最大限度利用沼液原液中含有的营养元素，并补充其中缺失或含量不足的营养元素，来满足该生长期和环境的作物对营养元素的需求。并在此基础上，通过人工参数优化的形式，来满足实际作物施用中可能遇到的各种复杂条件下，作物的实际最优营养元素配比，实现经济、灵活的沼液施用目的。如图4所示，该种智能控制模式下的具体智能沼液施用方法，包括以下步骤：

（1）初始状态

使如技术方案所述的一种智能沼液施用装置的所有电动调节阀20、23及7～10均处于关闭状态，输液泵35处于停止状态；

（2）用户设定沼液流量

用户根据所述装置智能系统面板中所提示的不同作物在环境温度较低且生长期处于老叶期时适宜施用的参考沼液浓度，并结合具体作物及其生长环境，设定需要的沼液流量；

（3）DDC控制器控制沼液流量至用户设定值

所述装置的DDC控制器，发出信号：开启所述沼液槽电动调节阀23，并调节开度至如上述步骤（2）用户设定的沼液流量；同时，开启所述输液泵35；

（4）分析并显示沼液原液中氮、磷、钾及微量元素浓度

所述装置的DDC控制器，发出信号，开启所述自动取样器31，获取所述输液泵入口前合流管32中的沼液原液样液，并经所述自动取样管30输送至所述自控中心的元素分析单元29进行元素及其相应浓度的分析，得到沼液原液中氮、磷、钾及微量元素浓度分别为：C_N、C_P、C_K、C_M ，并在所述装置智能系统面板中显示这些浓度值。

（5）用户设定施用沼液中氮、磷、钾及微量元素浓度目标参数

用户根据如上述步骤（4）中分析得到的沼液原液中氮、磷、钾及微量元素浓度C_N、C_P、C_K及C_M值，并结合经济性、作物的耐受性等实际需求，设定最终施用沼液中氮、磷、钾及微量元素浓度目标参数分别为：C_N⁰、C_P⁰、C_K⁰、C_M⁰；

（6）DDC控制器控制施用沼液中氮、磷、钾及微量元素浓度至用户设定值

令C_max=max{C_N-C_N⁰，C_P-C_P⁰，C_K-C_K⁰，C_M-C_M⁰}，即C_max取C_N-C_N⁰，C_P-C_P⁰，C_K-C_K⁰，C_M-C_M⁰中的最大值；

当C_max=0时，即沼液原液中的氮、磷、钾及微量元素中，某种或几种元素的浓度刚好为用户设定的施用沼液中的目标浓度，而其他元素的浓度均小于用户设定的施用沼液中的目标浓度；此时，所述DDC控制器发出信号，开启浓度小于用户设定目标浓度的相应元素营养液槽中的电动调节阀，并调节开度至施用沼液中该元素浓度达到用户设定值；

当C_max＜0时，即沼液原液中的氮、磷、钾及微量元素浓度，均小于用户设定的施用沼液中的目标浓度；此时，所述DDC控制器发出信号，同时开启所述氮、磷、钾及微量元素营养液槽中的电动调节阀20、23及7～10，并调节开度至施用沼液中相应元素浓度达到用户设定值；

当C_max＞0时，即沼液原液中的氮、磷、钾及微量元素中，某种或几种元素的浓度高于用户设定的施用沼液中的目标浓度，而其他元素的浓度均小于或等于用户设定的施用沼液中的目标浓度；此时，所述DDC控制器发出信号，开启所述水槽电动调节阀20进行稀释，并调节开度至施用沼液中该元素或该几种元素的浓度均小于等于用户设定值，即C_max=0，接下来按上述C_max=0时的情况，进行相应控制操作；同时，在所述装置智能系统面板中显示沼液稀释倍数；

（7）沼液施用

通过所述沼液输液总管38，将最终处理后的沼液输送至沼液施用系统进行喷施或滴灌施用。

实施例四：

一种基于所述智能沼液施用装置的控制沼液浓度和营养元素浓度模式下的智能沼液施用方法：

控制沼液浓度和营养元素浓度模式，主要基于作物环境温度较高（如夏季）或生长期处于幼苗、嫩叶期时设置的；此时的作物，沼液施用浓度不宜过高，否则会造成烧苗现象而毁坏作物，同时，该条件下的作物对营养元素仍有较大需求；此外，该种模式也适用于沼液原液浓度较高（或经浓缩处理后的沼液），作物环境温度较低（如春秋冬三季）且生长期处于老叶期时的沼液施用情况。该种智能控制模式，在稀释沼液的前提下，还需兼顾施用沼液中营养元素的含量和配比，来满足作物的营养需求；并在此基础上，通过人工参数优化的形式，来满足实际作物施用中可能遇到的各种复杂条件下，作物的最优营养元素配比，实现经济、灵活的沼液施用目的。该种智能控制模式下的智能沼液施用方法，较前两种方法，应用范围更广，更为常用，具体方法，如图5所示，包括以下步骤：

（1）初始状态

使如技术方案所述的一种智能沼液施用装置的所有电动调节阀20、23及7～10均处于关闭状态，输液泵35处于停止状态；

（2）用户设定沼液流量及稀释倍数

用户根据所述装置智能系统面板中所提示的不同作物在环境温度较高（如夏季）或生长期处于幼苗、嫩叶期时适宜施用的参考沼液浓度，并结合具体作物及其生长环境，设定需要的沼液流量和稀释倍数；

（3）DDC控制器控制沼液流量及稀释倍数至用户设定值

所述装置的DDC控制器，发出信号：开启所述沼液槽电动调节阀23，并调节开度至如上述步骤（2）用户设定的沼液流量；开启所述水槽电动调节阀20，并调节开度至如上述步骤（2）用户设定的稀释倍数；同时，开启所述输液泵35；

（4）分析并显示稀释后沼液中氮、磷、钾及微量元素浓度

所述装置的DDC控制器，发出信号，开启所述自动取样器31，获取所述输液泵入口前合流管32中的稀释后沼液样液，并经所述自动取样管30输送至所述自控中心的元素分析单元29进行元素及其相应浓度的分析，得到稀释后沼液中氮、磷、钾及微量元素浓度分别为：C_N、C_P、C_K、C_M ，并在所述装置智能系统面板中显示这些浓度值。

（5）用户设定施用沼液中氮、磷、钾及微量元素浓度目标参数

用户根据如上述步骤（4）中分析得到的稀释后沼液中氮、磷、钾及微量元素浓度C_N、C_P、C_K及C_M值，并结合经济性、作物的耐受性等实际需求，设定最终施用沼液中氮、磷、钾及微量元素浓度目标参数分别为：C_N⁰、C_P⁰、C_K⁰、C_M⁰；

（6）DDC控制器控制施用沼液中氮、磷、钾及微量元素浓度至用户设定值

令C_max=max{C_N-C_N⁰，C_P-C_P⁰，C_K-C_K⁰，C_M-C_M⁰}，即C_max取C_N-C_N⁰，C_P-C_P⁰，C_K-C_K⁰，C_M-C_M⁰中的最大值；

当C_max=0时，即沼液原液中的氮、磷、钾及微量元素中，某种或几种元素的浓度刚好为用户设定的施用沼液中的目标浓度，而其他元素的浓度均小于用户设定的施用沼液中的目标浓度；此时，所述DDC控制器发出信号，开启浓度小于用户设定目标浓度的相应元素营养液槽中的电动调节阀，并调节开度至施用沼液中该元素浓度达到用户设定值；

当C_max＜0时，即沼液原液中的氮、磷、钾及微量元素浓度，均小于用户设定的施用沼液中的目标浓度；此时，所述DDC控制器发出信号，同时开启所述氮、磷、钾及微量元素营养液槽中的电动调节阀20、23及7～10，并调节开度至施用沼液中相应元素浓度达到用户设定值；

当C_max＞0时，即沼液原液中的氮、磷、钾及微量元素中，某种或几种元素的浓度高于用户设定的施用沼液中的目标浓度，而其他元素的浓度均小于或等于用户设定的施用沼液中的目标浓度；此时，所述DDC控制器发出信号，开启所述水槽电动调节阀20进行稀释，并调节开度至施用沼液中该元素或该几种元素的浓度均小于等于用户设定值，即C_max=0，接下来按上述C_max=0时的情况，进行相应控制操作；同时，在所述装置智能系统面板中显示最终沼液稀释倍数；

（7）沼液施用

通过所述沼液输液总管38，将最终处理后的沼液输送至沼液施用系统进行喷施或滴灌施用。

上述本实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。