專利名稱：一種利用空間廢物和廢水進行植物栽培的方法
技術領域：
本發明涉及一種應用于受控生態生命保障系統中可實現利用空間廢物和廢水進行植物栽培的方法。
背景技術：
隨著航天事業的發展和人類進駐太空的需要，受控生態生命保障系統將成為人類進行長時間、遠距離和多乘員的載人空間飛行、深空探測和星球定居所必須具備的生命保障系統。在受控生態生命保障系統中，植物是關鍵生物部件，如何在太空培養植物是該系統的重要研究內容之一，而在太空中采用無土栽培種植綠色植物來生產食物可以說是最有效的方法。如美國肯尼迪宇航中心對用無土栽培生產宇航員在太空中所需食物做了大量研究與應用工作，有些糧食和蔬菜作物的栽培已獲成功，并取得了很好的效果。
與傳統土壤栽培技術相比，無土栽培具有不受地域限制、避免次生鹽潰化和連作障礙等優勢。另外，在受控生態生命保障系統中，充分利用植物廢物和廢水等再生資源來提高系統的閉合度也是一個關鍵技術問題。與傳統方法相比，利用植物廢物和廢水制備類土壤基質和植物營養液進行植物生產的方法，不僅可以處理植物固體廢棄物和廢水，降低系統維護的成本和提高系統的封閉度，還可以為系統內的消費者提供部分所需的食物等生保必需物資，是受控生態生命保障系統的發展方向之一。國內也有廢物和廢水再利用的相關專利，如專利號為200810015200. 9，名稱為《一種秸桿型無土栽培基質及其制備方法》的中國專利，專利號為201010240756. 5，名稱為《一種甜瓜無土栽培基質的配方及其配制方法》的中國專利，專利號為01806290. 3，名稱為《廢水處理方法和裝置》奧地利專利，以及專利號為03146827. 6，名稱為《針對生活廢水處理再利用的方法及其裝置》的中國專利，都從不同技術角度介紹了利用廢物制備無土栽培基質和利用處理后廢水進行植物澆灌的方法。但此類發明存在只注重單項技術發展的不足，而忽略了將處理后廢物和廢整合用于植物栽培。整合技術在國內的相關專利中都涉及很少，在單項技術發展日臻成熟時，整合技術的發展顯得越來越重要。
發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供了一種將空間廢物和廢水處理后整合應用于受控生態生命保障系統中進行植物栽培的方法。本發明的技術解決方案一種應用于受控生態生命保障系統中可實現利用處理后空間廢物和廢水進行植物栽培的方法，包括對廢物發酵處理環節、廢水處理環節和植物栽培環節。所述的空間廢物以小麥稻桿為主要原料，小麥品種為北方冬小麥。所述的廢物發酵處理環節為將小麥秸桿粉碎至I 2厘米長，添加8%的麥麩，添加適量的硝酸銨和過磷酸鈣以調節發酵料的碳氮比為(25 30) 1，碳磷比為(50 75) 1，調節含水量為60 70%，調節pH值為6. 5 8. O。將預處理后的秸桿，添加O. 05%纖維素酶，O. 4 O. 6%催熟營養劑(北京鑫草科技有限責任公司)和O. 5% VT-1000復合菌劑(北京沃土天地生物科技有限公司)，混合均勻后放至密閉容器中，每隔9天進行翻轉，期間適當補充水分和空氣，進行40 50天的發酵至腐熟。待秸桿發酵腐熟后，經過高溫60°C處理12小時，與蛭石按照I : I (質量比)混合制備成類土壤基質，用作植物的栽培基質。所述的廢水以模擬空間廢水為主要原料，其配方見表I。表I模擬空間廢水配方
權利要求
1.一種利用空間廢物和廢水進行植物栽培的方法，其特征在于 (1)植物栽培類土壤基質制備廢物發酵物蛭石=I I (質量比)，所述廢物發酵物為植物廢物小麥秸桿經過微生物發酵腐熟后的產物； (2)植物營養液制備廢水處理液自來水Hoagland全營養液=I I 2 (體積比)，所述廢水處理液為模擬空間廢水經過微生物處理的產物； (3)植物以類土壤基質為栽培基質，定期定量澆灌制備的植物營養液，植物培養在植物艙中完成。
2.根據權利要求I所述的廢物以植物廢物為主要原料，植物廢物為小麥秸桿，小麥品種為北方冬小麥。
3.根據權利要求I所述的小麥秸桿發酵處理方法將小麥秸桿粉碎長度為I 2厘米，添加8%的麥麩，添加適量的硝酸銨和過磷酸鈣調節發酵料的碳氮比為(25 30) 1，碳磷比為(50 75) 1，調節含水量為60 70%，調節pH值為6. 5 8. O。將預處理后的秸桿，添加O. 05%纖維素酶，O. 4 O. 6%催熟營養劑和O. 5% VT-1000復合菌劑，混合均勻后放至密閉容器中，每隔9天進行翻轉，期間適當補充水分和空氣，進行40 50天的發酵至腐熟。
4.根據權利要求I所述，待小麥秸桿發酵腐熟后，經過高溫60°C處理12小時，與蛭石按照I : I (質量比)混合制備成類土壤基質，用作植物的栽培基質。
5.根據權利要求I模擬空間廢水的配方見表I。
表I模擬空間廢水配方
6.根據權利要求I所述的廢水處理方法將模擬空間廢水，經過初次沉淀24小時后，以一定的流速流經沸石層填料過濾，填料層上布滿微生物生物膜，期間進行無泡供氧，控制溫度22 25°C，酸堿度pH 6. 5 8. 5，溶解氧2 3mg/L，初始微生物污泥濃度3000 4000mg/L,內循環回流比3，污泥回流比O. 5，水力持留時間控制在8 12h。處理至水質達到農田灌溉水質標準(GB5084-2005)。
7.根據權利要求I所述，待廢水處理液達到農田灌溉水質標準后，與自來水和Hoagland全營養液按照I : I : 2(體積比)的比例配成植物營養液。
8.按照權利要求I所述，植物栽培在植物艙中完成，環境條件為溫度24. O 25. 0°C,濕度50 60%，光源為紅藍發光二極管，紅藍比例為90 10，光照強度5. 16mW/cm2，每天光照時間16h,風速為O. lm/s,植物以類土壤基質為栽培基質，生長周期視植物品種而定，期間用植物 營養液澆灌。
全文摘要
本發明涉及一種利用空間廢物和廢水進行植物栽培的方法。空間廢物以小麥秸稈為主要原料，廢物通過預處理、添加菌劑發酵以及腐熟處理，與蛭石按1∶1比例混合配成為類土壤基質，用作植物的栽培基質；廢水以模擬空間廢水為主要原料，經過初次沉淀、沸石層過濾和無泡供氧微生物處理等步驟后，與自來水和Hoagland全營養液按照1∶1∶2的比例配成植物營養液。本方法是在借鑒農業和工業生產中廢物和廢水再生資源循環利用的方法的基礎上，針對密閉生態系統的特點，對植物利用模擬廢水和廢物再生資源的工藝條件進行了摸索，為空間環境下受控生態生命保障系統中利用再生資源進行植物生產和提高系統的閉合度提供很好的解決途徑。
文檔編號C05G3/00GK102870658SQ20111019653
公開日2013年1月16日 申請日期2011年7月14日 優先權日2011年7月14日
發明者郭雙生, 程泉勇, 唐永康, 艾為黨, 秦利鋒 申請人:中國人民解放軍總裝備部航天醫學工程研究所