操作控制系统

操作控制系统由软件程序来控制水流和各阀的营养配比。整套系统是由软件、硬件、传输设备、传感器、环境控制、灌溉控制及营养控制组成。

该系统通过PLC可编程控制器精确控制水和肥液的比例，以实现精确控制营养液浓度的目的。其工作原理是：控制器通过采集电子水表信号计算出水流量，通过程序判断实际的水流是否达到设定量，当灌溉水量达到设定值时就自动切断电磁阀，从而实现自动控制灌溉水量。营养液池安装有液位传感器，通过测量水位电阻的变化来自动检测水位。当营养液用尽时，电阻值就会很大，传感器检测到阻值变化信号后传送给控制器，控制器驱动报警器发出报警声音，并切断进水口的电磁阀，自动停止工作。

为了能检测pH值和EC值，系统设计的传感器接口可以采集传感器模拟量，并将数值显示在液晶上，通过人机交互界面，可以随时查看系统工作时的pH值和EC值，并且数据可以自动保存，可以查看历史数据文档。外接的光照传感器和水分传感器信号采集到控制器中，可以作为施肥灌溉程序的参考值。

消毒系统

营养液消毒装备主要通过采用多段处理工艺，前级采用砂滤法去除营养液中的组织老化残留物、浮游物，提高营养液的透明度，后级采用UV-OH技术进行终端处理，利用真空紫外线（Vacuum-UV）和短波紫外线（UV-C）两类波长高能级UV的相互协同作用，产生高级氧化物羟基自由基OH，实现快速、高效、广谱灭菌，净化营养液中的有机、无机污染物。

营养液循环再利用系统核心装置首段为砂率段，可减轻后级处理负荷，中段利用波长为225nm～275nm的紫外线对微生物的强烈杀灭的作用，对原水中的微生物进行杀灭；末段导入羟基自由基OH进行最终杀菌。其特点是：杀菌速度快，不改变水的物理、化学性质，不增加水的嗅味，不产生对人体有害的卤代甲烷化合物，无副作用；水处理筒体采用进口优质不锈钢，可满足1.2MPa的工作压力，具有防锈、强度高、无金属离子污染、设备表面易于清洁等优点；耗能低，连续使用寿命可达3000小时以上，并配有可靠的镇流装备；模块化电控装置，功能齐全，定时标准，与水处理筒体采用一体化设计，具有安装方便，操作简单，安全可靠，便于维护的特点。

增氧系统

充足的氧气供给是维持植物根系正常生长和生理功能的重要条件。营养液栽培的作物根系有一部分暴露在潮湿的空气中，形成所生根，直接从空气中吸氧。然而水培作物大部分根系主要在营养液中，尤其是新生根系主要分布在根底部，仍处在供氧困难状态，长期供氧不足，导致根系生长不良，影响作物产量，长期浸在缺氧营养液中的根也容易腐烂。各种作物对根系缺氧的敏感程度不同，但要求NFT能提供充足氧的营养液是一致的。为此，课题组对提高营养液中溶氧量的有关方面进行了探索，以改善营养液栽培的条件。

一般地，在营养液栽培中维持溶解氧的浓度在4～5mg/L水平以上（相当于在15～27℃时营养液中溶解氧的浓度维持在饱和溶解度50%左右），大多数的植物都能够正常生长。根据以上要求，课题组经过大量前期调查，决定采用一种先进的微纳米气泡发生装置。该装置位于地上母液罐旁边，其管路通到地下营养液池中。一般情况下，气泡越小溶氧性越强，而气泡小到50μm以下其物理、化学性质都将发生根本性变化。微纳米气泡发生装置与其它方法比较的优势在于：

（1） 气泡小、溶氧率高、上升速度慢、水中停留长（3～5小时）泵内加压。

（2） 设备体积小，仅为原系统的1/10；成本低，主要有发生装置、陆用自吸式水泵、空气调节器。

（3） 迅速达到氧饱和溶氧状态时间短，节约能耗；材质优良，抗酸碱及海水腐蚀；曝气管路可移动，效率高、噪音小。

（4） 结构简单，部件少，坚固耐用，拆装简便，易于维修。

微纳米气泡就是气泡发生时产生直径在50μm和数十纳米之间的微小气泡。目前世界上用于曝气的气泡99%大于80μm，气泡小到50μm以下，其会逐渐变小，在1m3水体内可保持4～5h不消失。