堆肥茶生產自動控制輸送系統的研制和實施

李延國 孫雪嬌 李建軍

摘 要：堆肥茶生產自動控制輸送系統包括用于生產堆肥茶的堆肥茶生產單元和用于儲存堆肥茶的堆肥茶容器，堆肥茶容器通過管道與堆肥茶生產單元相互連接，該系統還包括控制部件，用于自動控制堆肥茶輸送到預定用肥場所。文章將堆肥茶輸送到預定用肥場所的方法進行了詳細的解析。

關鍵詞：堆肥茶;自動控制;輸送系統;耦合

中圖分類號：S23 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200330015

1 背景技術

本研制和實施涉及一種堆肥茶生產自動控制輸送系統及連續生產的方法。

堆肥茶富含作物生長所需的養分和有益微生物及其代謝產物，不僅能滿足作物的營養需求，還能夠抵抗病蟲害和疾病。有益微生物不僅通過占有植物上的食物、空間和感染部位來控制疾病，而且還能阻止其它病原體的生長，生態有機液肥正迅速成為農業經濟可持續發展的有機肥料替代品[1]。

過去關于堆肥茶的研究大都集中在與堆肥茶生產有關的設備改進上。早期的生產方法是簡單地將水和堆肥混合，發酵一段時間，然后將液體與顆粒物質分離并將其施用于農作物和土壤。隨著技術的不斷發展，確定了堆肥茶生產的關鍵環節是向液體堆肥混合物中提供足夠的氧氣，以便快速生產出高質量的堆肥茶，可以采用多種方式將氧氣添加到液體堆肥中。然而，現有技術并沒有涉及如何將生產的堆肥茶輸送到預定用肥場所。如果不能將生產的堆肥茶輸送到預定用肥場所使用，則會影響堆肥茶的連續生產。因此，需要一種能夠將堆肥茶輸送到預定場所以供使用的輸送系統。

2 研制內容

所研制和實施的堆肥茶生產自動控制輸送系統包括以下3個方面的內容。該系統包括生產堆肥茶的堆肥茶生產單元和用于儲存堆肥茶的堆肥茶容器;堆肥茶容器通過管道系統與堆肥茶生產單元相互連接;該系統還包括控制部件，用于在堆肥茶被輸送到預定用肥場所時控制通過管道系統的堆肥茶的流動;該系統還包括管道、閥裝置，用于將堆肥茶生產單元連接到堆肥茶容器并將堆肥茶輸送到預定用肥場所;另外，該系統還包括用于選擇性地控制管道和閥裝置的控制部件。對把堆肥茶輸送到預定用肥場所的方法進行了研究，先在堆肥茶生產單元中生產第1部分堆肥茶，并將堆肥茶的第1部分從堆肥茶生產單元輸送到堆肥茶容器;通過控制器部件控制堆肥茶的第1部分輸送到預定用肥場所，同時在堆肥茶生產單元中生產第2部分堆肥茶。

3 附圖及說明

圖中：1為堆肥茶生產自動控制輸送系統;2為堆肥茶生產單元;3為蓋子;4為出氣口;5為堆肥區;6為歧管裝置;7為閥;8為氣泡;9為空氣泵;10為管道;11為傾斜表面;12為管道;13為閥;14為出口;15為過濾器;16為可移動篩網;17a～g為管道;18為水源;19為主閥;20為止回閥;21為閥;22為混合管道;23為入口區;24為出口區;25為閥;26為管道;27為堆肥茶容器;28為閥;29為主腔;30為出氣口;31為混合管道;32為填充蓋;33為灌溉施肥單元;34為閥;35為區域閥;36為控制器;37為其它傳感器;38為傳感器;39為線路;40為線路;41為灌溉頭;42為植物群;43為閥。

4 工作過程及實施方式

下面結合附圖對本研究作詳細的描述。

圖1堆肥茶生產自動控制輸送系統的示意圖中，堆肥茶生產自動控制輸送系統具有生產堆肥茶并有選擇地將堆肥茶輸送到預定用肥場所的功能。該系統包括用于生產堆肥茶的堆肥茶生產單元2和用于儲存堆肥茶的堆肥茶容器27，以及各種閥門、管道、傳感器、控制器和灌溉施肥系統。

水源18與主閥19連接。水源18可以是地下水、地表水、雨水或其它水源。水源18經由管道17a連接到主閥19。

主閥19控制整個系統的關閉以進行系統維護和其它功能。本實施例中所示的閥門為手動閥以節約成本。主閥19可以耦合到止回閥20，止回閥20可以是能夠防止意外回流的任何裝置，如大氣真空斷路閥、壓力真空斷路閥等。

止回閥20可以連接到閥21，閥21作為選擇性隔離系統的一些部分。當堆肥茶容器27或堆肥茶生產單元2正在填充時閥21可以關閉，當進行灌溉和進料操作時閥21可以打開。在另一個實施例中，當灌溉施肥單元33正在填充時，閥21可以關閉。

管道10連接到管道17c，以向堆肥茶生產自動控制輸送系統中的堆肥茶生產部分供水。閥7可以連接到管道10以控制流入到堆肥茶生產單元2的水。在操作過程中，除了堆肥茶生產單元2的充填過程之外閥7是打開的，其余時間是關閉的。

為了加速在堆肥茶生產單元2中釀造堆肥茶，通常將空氣泵放入液體中。在實施過程中，堆肥茶生產單元2包括空氣泵9，空氣泵9從堆肥茶生產自動控制輸送系統周圍的環境中抽取空氣，然后通過歧管裝置6推動氣體進入液體，產生含氧的氣泡8，當多個氣泡8擴散到液體里面時，將氧氣帶入到液體中從而促進微生物的生長。當氣泡8移動通過液體之后，氣泡8滲透到含有大量堆肥的堆肥區5中。為了減少堆肥茶生產單元2的過壓狀況，在堆肥茶生產單元2上方放置1個可移動的蓋子3，在蓋子3上設置多個出氣口4，以允許多余的氣泡溢出。氣泡8同時在堆肥茶中還起到了攪拌作用，以進一步提高生產效率。

可移動篩網16用于將堆肥保持在局部區域中，防止堆肥茶生產單元2中堆肥的流失。

在預定時間完成釀造之后，堆肥茶通過過濾器15并隨后通過出口14離開堆肥茶生產單元2，從堆肥茶生產單元2排出堆肥茶的液體部分。傾斜表面11可用于增加從堆肥茶生產單元2排出的堆肥茶的數量。閥13可連接到出口14，以控制堆肥茶的液體部分從堆肥茶生產單元2中流出。在實施過程中，堆肥茶生產單元2的容量大致與堆肥茶容器27的容量相同，有助于為每個循環提供新鮮的堆肥茶供應。另外，可以從堆肥茶生產單元2中手動移除堆肥。

堆肥茶生產單元2經由管道12連接到堆肥茶容器27。在實施過程中，管道12可以是柔性軟管，便于移除以進行清潔或更換。在預定時間，閥13和閥25可以打開，以允許堆肥茶生產單元2和堆肥茶容器27之間的液體連通。當堆肥茶生產單元2運行過程中液體對管道和其它部件施加壓力時，閥13和閥25關閉，使系統的受壓部分與管道12隔離。

堆肥茶容器27從堆肥茶生產單元2接收堆肥茶，然后根據通過堆肥茶容器27所需要的流量分配堆肥茶，這樣堆肥茶生產單元2就可以騰出空間來生產更多的堆肥茶，而先前生產的堆肥茶則被系統分配到輸送系統中，并最終到達預定設定的位置。也就是說，堆肥茶生產單元2和堆肥茶容器27一起工作，可以連續地將堆肥茶輸送到預定用肥場所。如，當堆肥茶生產單元2生產一批堆肥茶時，堆肥茶容器27已將先前生產的一批堆肥茶進行了分配。

堆肥茶容器27包括混合管道22、入口區23和出口區24。通常情況下，來自管道17d的水進入混合管道22并流入入口區23。混合管道22可以使用比例混合器，但不限于此。入口區23中的至少一部分液體流經出氣口30，并進入該堆肥茶容器27的主腔29。當液體進入主腔29時，當前在主腔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，允許堆肥茶從中流過。因此，堆肥茶從管道26向上流動，與來自入口區23的液體混合，流入出口區24，并從堆肥茶容器27流出。如圖所示，閥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，避免產生停滯液體而破壞堆肥茶容器27中液體中有益微生物的特性。

堆肥茶容器27優選內表面沒有凸起、接縫等平滑表面形狀構成的容器。研究發現，如果堆肥茶容器的內表面不平滑，液體在堆肥茶容器27的流動路徑中遇到凸起或者接縫時，堆肥茶會產生生物膜。這種生物膜能使堆肥茶產生厭氧細菌，降低堆肥茶的效果并且可能毒害植物群42和其輸送的部位。此外，堆肥茶容器27通常具有足夠的壁厚以承受罐內液體的壓力。

堆肥茶容器27可以連接到灌溉施肥單元33。灌溉施肥單元33可以將液體肥料和其它可溶解添加劑添加到堆肥茶生產自動控制輸送系統中，以進一步增強輸送到預定用肥場所的效率。灌溉施肥單元33通常包括填充蓋32，添加劑通過填充蓋32添加到灌溉施肥單元33。上游液體可以通過混合管道31流入灌溉施肥單元33的主體內部，隨著主體內部的壓力增強，促使液體流出主體并進入混合管道31，與流過混合管道31中的液體混合。閥34可用于控制灌溉施肥單元33液體的排放。

如果預定用肥場所的多個區域，可以將灌溉施肥單元33耦合到1個或多個區域閥35上，以便將液體輸送到用肥場所的植物群40。

控制器36可根據需要控制多個區域的各種參數，如天數、持續時間、啟動時間、停止時間、手動模式、測試模式和其它編程特性。可以提供默認設置，如運行時間最大值等。此外，控制器36可以具有“進料”循環，該“進料”循環設計可用于設定操作，包括時間、天數和提供堆肥茶的順序的持續時間。這樣的循環可以獨立于灌溉循環來進行設置。

此外，1個或多個傳感器38可以耦合到堆肥茶生產自動控制輸送系統并向控制器36提供輸入信號。如，1個或多個傳感器38可以包括用于檢測凍結條件、高溫條件、環境溫度和其它感測參數。傳感器38可以通過線路39、無線通信或其它方式耦合到控制器36。在一個實施例中，傳感器38可以直接耦合到區域閥35并且接收來自控制器36的信號。傳感器38提供用于控制堆肥茶生產自動控制輸送系統的時間、持續時間、激活和其它參數的輸入信號。換句話說，傳感器38提供的輸入信號會影響區域閥35的整體運行，而與區域無關。

1個或多個其它傳感器37可用于控制特定區域的操作。如，1個或多個其它傳感器37可以通過線路40、無線通信或其它方式，為控制器36提供每個區域或每1組區域的濕度輸入信號，也可以向每個區域或每1組區域提供其它類型的輸入信號。

區域閥35可以耦合到從堆肥茶生產自動控制輸送系統到預定用肥場所的液體出口。如，出口可包括1個或多個灌溉裝置41。灌溉裝置41可將液體噴灑到植物群42上。

在操作中，堆肥茶容器27、灌溉施肥單元2以及區域閥等配置成允許水通過不同的閥門。堆肥茶生產單元2可以生產堆肥茶并且周期性地將堆肥茶輸送到堆肥茶容器27中與通過堆肥茶容器27中的液體混合。在一個實施例中，為了操作灌溉系統，打開閥21并且關閉閥7、閥13、閥25和閥28。為了操作堆肥茶生產循環系統，關閉閥13、閥21和閥25，打開閥7，使水在堆肥茶生產單元2中填充到所需高度，然后關閉閥7。同時，運行空氣泵9將氣體送到堆肥茶生產單元2中。閥21打開以允許在堆肥茶生產單元2運行時進行灌溉。為了清空堆肥茶容器27，關閉閥21并打開閥25和28。在堆肥茶容器27被清空后，關閉閥28并打開閥13，在填充堆肥茶容器27之后，關閉閥13和閥25并打開閥21。流過輸送系統的水與堆肥茶混合并輸送到預定用肥場所。控制器36可以在不同的時間、日期、持續時間等設置1個獨立的循環模式，而不是常規的灌溉循環，以便精準地將堆肥茶分配到預定用肥場所。

圖2是堆肥茶生產自動控制輸送系統的部分示意圖。堆肥茶生產自動控制輸送系統的總體設計與圖1所示的堆肥茶生產自動控制輸送系統1相似，并通過控制器34實現了系統中各個閥門的自動化控制。通常，水源18通過主閥19和止回閥20向堆肥茶生產自動化輸送系統提供水。管道10連接堆肥茶生產單元2與水源18，管道10通過閥7向堆肥茶生產單元2提供水。堆肥茶生產單元2生產的堆肥茶通過出口閥13輸送到堆肥茶容器27中與水混合。中間閥25連接到堆肥茶容器27的入口，可以控制流體進入堆肥茶容器27中。閥28在底部連接到堆肥茶容器27的排液出口。灌溉施肥單元33包括在堆肥茶生產自動化輸送系統中，如連接到堆肥茶容器27上。閥43設置在灌溉施肥單元33的水流上游，以控制進入灌溉施肥單元33內的液體。當將肥料或其它肥料輸送到灌溉施肥單元33中時閥43關閉，并且當液體從中流過時打開閥43以使產品與液體混合。灌溉施肥單元33可以連接到1個或多個區域閥35。區域閥35可以將堆肥茶液體分配到1個或多個區域。1個或多個傳感器38和1個或多個其它傳感器37可以提供用于控制堆肥茶自動化輸送系統的輸入信號。

控制器36以下列方式控制用于灌溉的各種閥。當運行灌溉循環時，閥21和閥43打開，閥7、閥13、閥25和閥28通常是關閉的。當堆肥茶生產循環時，關閉閥13、閥21和閥25，并打開閥7，當水在堆肥茶生產單元2中填充到所需位置時，關閉閥7。運行空氣泵9將氣體送到堆肥茶生產單元2。閥21和閥43可以打開以允許在堆肥茶生產單元2運行時進行灌溉。為了清空堆肥茶茶罐27，通常在堆肥茶生產單元2中準備好堆肥茶之后，關閉閥21和閥43并打開閥25和閥28。在堆肥茶容器27被清空一段時間之后，閥28關閉，閥13打開以填充堆肥茶容器27。在堆肥茶容器27被填充之后，閥13和閥25關閉并且打開閥21和閥43。此外，閥43可以進行手動選項，以用肥料或其它產品填充灌溉施肥單元33。流過堆肥茶自動化輸送系統可以把水與堆肥茶混合并輸送到使用場所。控制器36可以在不同時間、日期、持續時間等設置獨立的進料循環程序，而不是常規灌溉循環，以將堆肥茶準確地分配到現場的各個預定用肥場所。

5 系統特點

堆肥茶自動化輸送系統包括用于生產堆肥茶的堆肥茶生產單元，用于儲存堆肥茶的堆肥茶容器，堆肥茶容器通過管道與堆肥茶生產單元相互連接，控制部件用于控制堆肥茶輸送到預定用肥場所時堆肥茶在管道中的流動。灌溉施肥單元用于將添加劑添加到輸送系統中，止回閥設置在供水和堆肥茶生產單元之間，被用于防止液體從所述堆肥茶生產單元回流到所述供水系統中。堆肥茶生產單元包括空氣泵和用于將氣體注入堆肥區的歧管裝置，還包括傾斜表面，其作用是增加堆肥茶生產單元中排出的堆肥茶的數量。堆肥茶生產單元和堆肥茶容器之間的閥門用于控制堆肥茶的流動，而且具有大致相同的體積，便于匹配使用。控制部件的傳感器用于測量預定用肥場所處的至少一個環境參數。

6 結論

該系統的主要功能是能夠將連續生產的堆肥茶及時輸送到預定用肥場所使用，同時實現了整個系統的自動控制，提高了堆肥茶的生產效率，滿足了對堆肥茶不斷增長的需求。并且能夠配合水肥一體化滴灌系統使用，實現微生物生態有機肥替代農藥和化肥，使人們的生活方式得到改善和更加安全，為種植者提供了一個改善土壤生態環境的有效途徑。擴大堆肥茶的使用，能夠調控土壤微生物群落的代謝功能和結構，從而改善土壤質量，實現農作物綠色有機生產。

參考文獻

[1] 賈然然.多措并舉，實現重點作物差異化管理農業部印發《開展果菜茶有機肥替代化肥行動方案》（下）[J].中國農資，2017（06）：16.

（責任編輯 常陽陽）