堆肥茶生产自动控制输送系统的研制和实施

李延国 孙雪娇 李建军

摘 要：堆肥茶生产自动控制输送系统包括用于生产堆肥茶的堆肥茶生产单元和用于储存堆肥茶的堆肥茶容器，堆肥茶容器通过管道与堆肥茶生产单元相互连接，该系统还包括控制部件，用于自动控制堆肥茶输送到预定用肥场所。文章将堆肥茶输送到预定用肥场所的方法进行了详细的解析。

关键词：堆肥茶;自动控制;输送系统;耦合

中图分类号：S23       文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200330015

1 背景技术

本研制和实施涉及一种堆肥茶生产自动控制输送系统及连续生产的方法。

堆肥茶富含作物生长所需的养分和有益微生物及其代谢产物，不仅能满足作物的营养需求，还能够抵抗病虫害和疾病。有益微生物不仅通过占有植物上的食物、空间和感染部位来控制疾病，而且还能阻止其它病原体的生长，生态有机液肥正迅速成为农业经济可持续发展的有机肥料替代品[1]。

过去关于堆肥茶的研究大都集中在与堆肥茶生产有关的设备改进上。早期的生产方法是简单地将水和堆肥混合，发酵一段时间，然后将液体与颗粒物质分离并将其施用于农作物和土壤。随着技术的不断发展，确定了堆肥茶生产的关键环节是向液体堆肥混合物中提供足够的氧气，以便快速生产出高质量的堆肥茶，可以采用多种方式将氧气添加到液体堆肥中。然而，现有技术并没有涉及如何将生产的堆肥茶输送到预定用肥场所。如果不能将生产的堆肥茶输送到预定用肥场所使用，则会影响堆肥茶的连续生产。因此，需要一种能够将堆肥茶输送到预定场所以供使用的输送系统。

2 研制内容

所研制和实施的堆肥茶生产自动控制输送系统包括以下3个方面的内容。该系统包括生产堆肥茶的堆肥茶生产单元和用于储存堆肥茶的堆肥茶容器;堆肥茶容器通过管道系统与堆肥茶生产单元相互连接;该系统还包括控制部件，用于在堆肥茶被输送到预定用肥场所时控制通过管道系统的堆肥茶的流动;该系统还包括管道、阀装置，用于将堆肥茶生产单元连接到堆肥茶容器并将堆肥茶输送到预定用肥场所;另外，该系统还包括用于选择性地控制管道和阀装置的控制部件。对把堆肥茶输送到预定用肥场所的方法进行了研究，先在堆肥茶生产单元中生产第1部分堆肥茶，并将堆肥茶的第1部分从堆肥茶生产单元输送到堆肥茶容器;通过控制器部件控制堆肥茶的第1部分输送到预定用肥场所，同时在堆肥茶生产单元中生产第2部分堆肥茶。

3 附图及说明

图中：1为堆肥茶生产自动控制输送系统;2为堆肥茶生产单元;3为盖子;4为出气口;5为堆肥区;6为歧管装置;7为阀;8为气泡;9为空气泵;10为管道;11为倾斜表面;12为管道;13为阀;14为出口;15为过滤器;16为可移动筛网;17a～g为管道;18为水源;19为主阀;20为止回阀;21为阀;22为混合管道;23为入口区;24为出口区;25为阀;26为管道;27为堆肥茶容器;28为阀;29为主腔;30为出气口;31为混合管道;32为填充盖;33为灌溉施肥单元;34为阀;35为区域阀;36为控制器;37为其它传感器;38为传感器;39为线路;40为线路;41为灌溉头;42为植物群;43为阀。

4 工作过程及实施方式

下面结合附图对本研究作详细的描述。

图1堆肥茶生产自动控制输送系统的示意图中，堆肥茶生产自动控制输送系统具有生产堆肥茶并有选择地将堆肥茶输送到预定用肥场所的功能。该系统包括用于生产堆肥茶的堆肥茶生产单元2和用于储存堆肥茶的堆肥茶容器27，以及各种阀门、管道、传感器、控制器和灌溉施肥系统。

水源18与主阀19连接。水源18可以是地下水、地表水、雨水或其它水源。水源18经由管道17a连接到主阀19。

主阀19控制整个系统的关闭以进行系统维护和其它功能。本实施例中所示的阀门为手动阀以节约成本。主阀19可以耦合到止回阀20，止回阀20可以是能够防止意外回流的任何装置，如大气真空断路阀、压力真空断路阀等。

止回阀20可以连接到阀21，阀21作为选择性隔离系统的一些部分。当堆肥茶容器27或堆肥茶生产单元2正在填充时阀21可以关闭，当进行灌溉和进料操作时阀21可以打开。在另一个实施例中，当灌溉施肥单元33正在填充时，阀21可以关闭。

管道10连接到管道17c，以向堆肥茶生产自动控制输送系统中的堆肥茶生产部分供水。阀7可以连接到管道10以控制流入到堆肥茶生产单元2的水。在操作过程中，除了堆肥茶生产单元2的充填过程之外阀7是打开的，其余时间是关闭的。

为了加速在堆肥茶生产单元2中酿造堆肥茶，通常将空气泵放入液体中。在实施过程中，堆肥茶生产单元2包括空气泵9，空气泵9从堆肥茶生产自动控制输送系统周围的环境中抽取空气，然后通过歧管装置6推动气体进入液体，产生含氧的气泡8，当多个气泡8扩散到液体里面时，将氧气带入到液体中从而促进微生物的生长。当气泡8移动通过液体之后，气泡8渗透到含有大量堆肥的堆肥区5中。为了减少堆肥茶生产单元2的过压状况，在堆肥茶生产单元2上方放置1个可移动的盖子3，在盖子3上设置多个出气口4，以允许多余的气泡溢出。气泡8同时在堆肥茶中还起到了搅拌作用，以进一步提高生产效率。

可移动筛网16用于将堆肥保持在局部区域中，防止堆肥茶生产单元2中堆肥的流失。

在预定时间完成酿造之后，堆肥茶通过过滤器15并随后通過出口14离开堆肥茶生产单元2，从堆肥茶生产单元2排出堆肥茶的液体部分。倾斜表面11可用于增加从堆肥茶生产单元2排出的堆肥茶的数量。阀13可连接到出口14，以控制堆肥茶的液体部分从堆肥茶生产单元2中流出。在实施过程中，堆肥茶生产单元2的容量大致与堆肥茶容器27的容量相同，有助于为每个循环提供新鲜的堆肥茶供应。另外，可以从堆肥茶生产单元2中手动移除堆肥。

堆肥茶生产单元2经由管道12连接到堆肥茶容器27。在实施过程中，管道12可以是柔性软管，便于移除以进行清洁或更换。在预定时间，阀13和阀25可以打开，以允许堆肥茶生产单元2和堆肥茶容器27之间的液体连通。当堆肥茶生产单元2运行过程中液体对管道和其它部件施加压力时，阀13和阀25关闭，使系统的受压部分与管道12隔离。

堆肥茶容器27从堆肥茶生产单元2接收堆肥茶，然后根据通过堆肥茶容器27所需要的流量分配堆肥茶，这样堆肥茶生产单元2就可以腾出空间来生产更多的堆肥茶，而先前生产的堆肥茶则被系统分配到输送系统中，并最终到达预定设定的位置。也就是说，堆肥茶生产单元2和堆肥茶容器27一起工作，可以连续地将堆肥茶输送到预定用肥场所。如，当堆肥茶生产单元2生产一批堆肥茶时，堆肥茶容器27已将先前生产的一批堆肥茶进行了分配。

堆肥茶容器27包括混合管道22、入口区23和出口区24。通常情况下，来自管道17d的水进入混合管道22并流入入口区23。混合管道22可以使用比例混合器，但不限于此。入口区23中的至少一部分液体流经出气口30，并进入该堆肥茶容器27的主腔29。当液体进入主腔29时，当前在主腔29中的堆肥茶被向下推到堆肥茶容器27的下部。管道26的入口在堆肥茶容器27的底部，允许堆肥茶从中流过。因此，堆肥茶从管道26向上流动，与来自入口区23的液体混合，流入出口区24，并从堆肥茶容器27流出。如图所示，阀28可以控制堆肥茶容器27的排水。堆肥茶容器27可有效地定期排水，避免产生停滞液体而破坏堆肥茶容器27中液体中有益微生物的特性。

堆肥茶容器27优选内表面没有凸起、接缝等平滑表面形状构成的容器。研究发现，如果堆肥茶容器的内表面不平滑，液体在堆肥茶容器27的流动路径中遇到凸起或者接缝时，堆肥茶会产生生物膜。这种生物膜能使堆肥茶产生厌氧细菌，降低堆肥茶的效果并且可能毒害植物群42和其输送的部位。此外，堆肥茶容器27通常具有足够的壁厚以承受罐内液体的压力。

堆肥茶容器27可以连接到灌溉施肥单元33。灌溉施肥单元33可以将液体肥料和其它可溶解添加剂添加到堆肥茶生产自动控制输送系统中，以进一步增强输送到预定用肥场所的效率。灌溉施肥单元33通常包括填充盖32，添加剂通过填充盖32添加到灌溉施肥单元33。上游液体可以通过混合管道31流入灌溉施肥单元33的主体内部，随着主体内部的压力增强，促使液体流出主体并进入混合管道31，与流过混合管道31中的液体混合。阀34可用于控制灌溉施肥单元33液体的排放。

如果预定用肥场所的多个区域，可以将灌溉施肥单元33耦合到1个或多个区域阀35上，以便将液体输送到用肥场所的植物群40。

控制器36可根据需要控制多个区域的各种参数，如天数、持续时间、启动时间、停止时间、手动模式、测试模式和其它编程特性。可以提供默认设置，如运行时间最大值等。此外，控制器36可以具有“进料”循环，该“进料”循环设计可用于设定操作，包括时间、天数和提供堆肥茶的顺序的持续时间。这样的循环可以独立于灌溉循环来进行设置。

此外，1个或多个传感器38可以耦合到堆肥茶生产自动控制输送系统并向控制器36提供输入信号。如，1个或多个传感器38可以包括用于检测冻结条件、高温条件、环境温度和其它感测参数。传感器38可以通过线路39、无线通信或其它方式耦合到控制器36。在一个实施例中，传感器38可以直接耦合到区域阀35并且接收来自控制器36的信号。传感器38提供用于控制堆肥茶生产自动控制输送系统的时间、持续时间、激活和其它参数的输入信号。换句話说，传感器38提供的输入信号会影响区域阀35的整体运行，而与区域无关。

1个或多个其它传感器37可用于控制特定区域的操作。如，1个或多个其它传感器37可以通过线路40、无线通信或其它方式，为控制器36提供每个区域或每1组区域的湿度输入信号，也可以向每个区域或每1组区域提供其它类型的输入信号。

区域阀35可以耦合到从堆肥茶生产自动控制输送系统到预定用肥场所的液体出口。如，出口可包括1个或多个灌溉装置41。灌溉装置41可将液体喷洒到植物群42上。

在操作中，堆肥茶容器27、灌溉施肥单元2以及区域阀等配置成允许水通过不同的阀门。堆肥茶生产单元2可以生产堆肥茶并且周期性地将堆肥茶输送到堆肥茶容器27中与通过堆肥茶容器27中的液体混合。在一个实施例中，为了操作灌溉系统，打开阀21并且关闭阀7、阀13、阀25和阀28。为了操作堆肥茶生产循环系统，关闭阀13、阀21和阀25，打开阀7，使水在堆肥茶生产单元2中填充到所需高度，然后关闭阀7。同时，运行空气泵9将气体送到堆肥茶生产单元2中。阀21打开以允许在堆肥茶生产单元2运行时进行灌溉。为了清空堆肥茶容器27，关闭阀21并打开阀25和28。在堆肥茶容器27被清空后，关闭阀28并打开阀13，在填充堆肥茶容器27之后，关闭阀13和阀25并打开阀21。流过输送系统的水与堆肥茶混合并输送到预定用肥场所。控制器36可以在不同的时间、日期、持续时间等设置1个独立的循环模式，而不是常规的灌溉循环，以便精准地将堆肥茶分配到预定用肥场所。

图2是堆肥茶生产自动控制输送系统的部分示意图。堆肥茶生产自动控制输送系统的总体设计与图1所示的堆肥茶生产自动控制输送系统1相似，并通过控制器34实现了系统中各个阀门的自动化控制。通常，水源18通过主阀19和止回阀20向堆肥茶生产自动化输送系统提供水。管道10连接堆肥茶生产单元2与水源18，管道10通过阀7向堆肥茶生产单元2提供水。堆肥茶生产单元2生产的堆肥茶通过出口阀13输送到堆肥茶容器27中与水混合。中间阀25连接到堆肥茶容器27的入口，可以控制流体进入堆肥茶容器27中。阀28在底部连接到堆肥茶容器27的排液出口。灌溉施肥单元33包括在堆肥茶生产自动化输送系统中，如连接到堆肥茶容器27上。阀43设置在灌溉施肥单元33的水流上游，以控制进入灌溉施肥单元33内的液体。当将肥料或其它肥料输送到灌溉施肥单元33中时阀43关闭，并且当液体从中流过时打开阀43以使产品与液体混合。灌溉施肥单元33可以连接到1个或多个区域阀35。区域阀35可以将堆肥茶液体分配到1个或多个区域。1个或多个传感器38和1个或多个其它传感器37可以提供用于控制堆肥茶自动化输送系统的输入信号。

控制器36以下列方式控制用于灌溉的各种阀。当运行灌溉循环时，阀21和阀43打开，阀7、阀13、阀25和阀28通常是关闭的。当堆肥茶生产循环时，关闭阀13、阀21和阀25，并打开阀7，当水在堆肥茶生产单元2中填充到所需位置时，关闭阀7。运行空气泵9将气体送到堆肥茶生产单元2。阀21和阀43可以打开以允许在堆肥茶生产单元2运行时进行灌溉。为了清空堆肥茶茶罐27，通常在堆肥茶生产单元2中准备好堆肥茶之后，关闭阀21和阀43并打开阀25和阀28。在堆肥茶容器27被清空一段時间之后，阀28关闭，阀13打开以填充堆肥茶容器27。在堆肥茶容器27被填充之后，阀13和阀25关闭并且打开阀21和阀43。此外，阀43可以进行手动选项，以用肥料或其它产品填充灌溉施肥单元33。流过堆肥茶自动化输送系统可以把水与堆肥茶混合并输送到使用场所。控制器36可以在不同时间、日期、持续时间等设置独立的进料循环程序，而不是常规灌溉循环，以将堆肥茶准确地分配到现场的各个预定用肥场所。

5 系统特点

堆肥茶自动化输送系统包括用于生产堆肥茶的堆肥茶生产单元，用于储存堆肥茶的堆肥茶容器，堆肥茶容器通过管道与堆肥茶生产单元相互连接，控制部件用于控制堆肥茶输送到预定用肥场所时堆肥茶在管道中的流动。灌溉施肥单元用于将添加剂添加到输送系统中，止回阀设置在供水和堆肥茶生产单元之间，被用于防止液体从所述堆肥茶生产单元回流到所述供水系统中。堆肥茶生产单元包括空气泵和用于将气体注入堆肥区的歧管装置，还包括倾斜表面，其作用是增加堆肥茶生产单元中排出的堆肥茶的数量。堆肥茶生产单元和堆肥茶容器之间的阀门用于控制堆肥茶的流动，而且具有大致相同的体积，便于匹配使用。控制部件的传感器用于测量预定用肥场所处的至少一个环境参数。

6 结论

该系统的主要功能是能够将连续生产的堆肥茶及时输送到预定用肥场所使用，同时实现了整个系统的自动控制，提高了堆肥茶的生产效率，满足了对堆肥茶不断增长的需求。并且能够配合水肥一体化滴灌系统使用，实现微生物生态有机肥替代农药和化肥，使人们的生活方式得到改善和更加安全，为种植者提供了一个改善土壤生态环境的有效途径。扩大堆肥茶的使用，能够调控土壤微生物群落的代谢功能和结构，从而改善土壤质量，实现农作物绿色有机生产。

参考文献

[1] 贾然然.多措并举，实现重点作物差异化管理农业部印发《开展果菜茶有机肥替代化肥行动方案》（下）[J].中国农资，2017（06）：16.

（责任编辑 常阳阳）