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4.5 再循环营养液消毒

2 years ago

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为了尽量减少土壤传播病原体的风险,需要对循环营养液进行消毒(Postma 等人,2008 年)。 热处理 (Runia 等人, 1988 年) 是第一种方法. Van Os (2009 年) 概述了最重要的方法,摘要如下。 营养液的再循环为节省水和肥料创造了可能性(Van Os 1999)。 营养液再循环的最大缺点是将根传病原体扩散到整个生产系统的风险增加。 为了最大限度地减少这种风险,应先处理该解决方案,然后再使 由于并非所有此类病原体都能获得有效的杀虫剂,而且如果有的话,可能会出现抗药性,环境立法限制将含有杀虫剂(和营养物质)的水排放到环境中(欧洲议会和欧洲理事会2000 年. 此外,在 AP 系统中,使用杀虫剂会对鱼类健康产生负面影响,即使系统的水培和 AP 部分位于不同的房间内,也无法进行,因为喷洒化学品可能通过冷凝水或直接喷洒在基底上进入营养液板。 有鉴于此,可以采用生物控制方法来管理虫害疾病,可以通过欧盟 Aquaponics 中心概况介绍(欧盟 Aquaponics 中心)查阅。 与此同时,在使用与植物循环不兼容的兽药处理鱼类时,也可以观察到类似的问题。

4.5.1 消毒方法说明

循环营养溶液的消毒应持续进行。 所有返回的排水量(白天 10—12 小时)必须在 24 小时内处理,对于在基材种植中(石棉、尾叶、珍珠岩)的 1000 msup2/sup 的温室,每天消毒能力约为 1—3 msup3 msup3/sup 以消毒,估计需要剩余的滴灌水量为 30%灌溉番茄植物在 24 小时期间在夏季条件。 由于排水回收率各不相同,因此需要一个足够大的排放水的集水箱,在将水泵送到消毒装置之前将其储存在内。 消毒后,需要另一个水箱储存清洁的水,然后调整 EC 和 pH 值,并与新的水混合,以供给植物。 这两种罐体的平均尺寸为每 1000 毫安/苏克/苏克。 在营养膜系统(NFT)中,每天大约需要 10 msup3/sup 每日消毒。 人们普遍认为,这种能力消毒是不经济的(Ruijs,1994 年)。 DFT 需要类似的治疗。 这是 NFT 和 DFT 生产单位通常不会对营养液进行消毒的主要原因。 消毒是通过非化学或化学方法进行的,如下所示:

4.5.1.1 非化学方法

一般来说,这些方法不会改变溶液的化学成分,并且没有残留物的积聚:

  1. _ 热处理 _。 将排水加热到足够高的温度以消除细菌和病原体是最可靠的消毒方法。 每种类型的生物都有自己的致命温度。 非孢子形成细菌的致命温度在 40 至 60 摄氏度之间,真菌在 40 至 85 摄氏度之间,线虫在 45 至 55 摄氏度之间,病毒介于 80 至 95 摄氏度之间(鲁尼亚等人,1988 年),在 10 秒的暴露时间内,温度设定点为 95 摄氏度足以杀死大多数的生物。可能导致疾病的最短时间为 10 秒. 虽然这似乎非常耗费能源, 但应该指出的是, 能源是通过热交换器回收和再利用的. 提供廉价能源对于实际应用具有更大的重要性。

  2. _ 紫外线辐射 _。 紫外线辐射是波长在 200 至 400 纳米之间的电磁辐射。 波长介于 200 至 280 nm(UV-C)之间,最佳值为 254 nm,对微生物具有强烈的杀死作用,因为它最大限度地减少 DNA 链的繁殖。 不同的生物体需要不同的辐射水平,以达到同样的疗效水平。 鲁尼亚(1995 年)建议的剂量从 100 mj cmSup-2 /sup 用于消除细菌和真菌到 250 毫焦 cmSup-2/SUP 用于消除病毒。 需要使用这些相对较高的剂量来补偿水浊度的变化以及由于紫外灯周围的低湍流或紫外灯输出的变化而导致的能量渗透到溶液中的变化。 Zoschke 等人(2014 年)评述了 185 和 254 纳米的紫外线辐照可提供水有机污染物控制和消毒。 此外,Moriarty 等人(2018 年)报告说,AP 系统中紫外线辐射有效地灭活大肠杆菌。

  3. _ 过滤 _。 过滤可用于从营养液中去除任何未溶解物质。 相对于粒子尺寸范围,可提供各种类型的过滤器。 快速砂过滤器通常用于去除排水中的大颗粒,然后再添加、测量和控制 EC、pH 值和应用新肥料。 通过化肥单元后,通常会在水流中建立一个精细的合成过滤器(50—80 um),以去除未溶解的肥料盐或沉淀物,避免灌溉滴灌器堵塞。 这些合成过滤器也可用作热处理、臭氧处理或紫外线辐射的消毒方法的预处理。 随着过滤孔径的减小,流动受到抑制,因此除去非常小的颗粒需要充足的过滤器和高压结合,然后频繁清洗过滤器。 去除病原体需要相对较小的孔径(\ 10 μm;所谓的微滤、超滤或纳滤)。

4.5.1.2 化学方法

  1. _ 臭氧 (氧化物 < Sub3/Sub) _. 臭氧是通过干燥空气和使用臭氧发生器(转换 3OSub2/Sub → 2OSub3/Sub)产生的。 鲁尼亚(1995 年)的结论是,臭氧供应每小时 10 克/小时,暴露时间为 1 小时 1 小时,足以消除包括病毒在内的所有病原体。 Nicoletto 等人(2017 年)也观察到,在使用臭氧管理的无土系统中,蔬菜生产中的微生物种群减少。 应避免人类暴露于系统或储罐中通风的臭氧,因为即使短时间暴露于浓度为 0.1 毫克 LSUP-1/SUP 的臭氧,也可能导致粘膜的刺激。 使用臭氧的一个缺点是它与铁螯合物发生反应,就像紫外线一样。 因此,需要更高剂量的铁,需要采取措施处理系统中的铁矿沉积问题。 最近对当代臭氧设施进行的研究(Van Os 2017)看起来很有希望,在这些研究中,完全消除病原体并分解剩余农药,而且没有安全问题。

  2. _ 过氧化氢 (HSub2) . 过氧化氢是一种强烈、不稳定的氧化剂,可以反应形成 HSub2/SubO 和 O-自由基。 在溶液中添加了商业上所谓的活化剂,以稳定原始溶液并提高效率。 活化剂主要是甲酸或醋酸,这会降低营养液中的 pH 值。 建议使用不同的剂量(1995 年鲁尼亚),对于 _** ** SPP(0.005%),其他真菌(0.01%),例如,病毒(0.05%)。 0.05% 的浓度也对植物根部有害。 过氧化氢特别有助于清洁浇水系统,而消毒的用途已被其他方法所接管。 该方法被认为是廉价的,但效率不高。

  3. _ 次氯酸钠 (NaOCl) _. 次氯酸钠是一种具有不同商业名称(例如家用漂白剂)的化合物,浓度不同,但具有相同的化学结构 (NaOCl)。 它被广泛用于水处理,尤其是在游泳池。 该产品是相对便宜的。 当添加到水中时,次氯酸钠会分解为 HoCl 和 NaOH,并取决于 pH 值到 OCLUP-/SUP;后者分解为 Cl 和 Osup。 /sup 用于强氧化。 它直接与任何有机物质反应,如果有足够的次氯酸盐,它也与病原体发生反应。 Le Quillec 等人(2003 年)表明,次氯酸盐的耐用性取决于气候条件和相关的分解反应。 高温和接触空气会导致快速分解,其中 NacloSub3/Sub 形成具有植物毒性特性。 Runia(1995 年)表明,次氯酸盐不能有效消除病毒。 浓度为 1—5 毫克 ClLSUP-1/SUP,暴露时间为 2 小时,氯化处理实现了牛孢菌的 90— 99.9% 的减少,但一些孢子在所有浓度下都存活。 必须采取安全措施,以确保安全储存和处理。 次氯酸盐可能对一些病原体起作用,但不是所有的作用,但与此同时,在封闭的生长系统中,Nasup+/SUP 和 ClSUP 浓度增加,这也会导致降低作物生产率的水平,并在此时必须将营养液浸出。 尽管存在上述缺点,但该产品被商业操作人员使用和推荐作为一种廉价和有用的方法。

4.5.2 化学方法与非化学方法

种植者更喜欢具有优异性能和低成本的消毒方法。 通过消除病原体降低 99.9%(或降低对数 3),结合清晰、易于理解和可控的过程,可以描述良好的性能。 低成本最好与低投资、低维护成本以及不需要种植者作为实验室专家工作。 热处理、紫外线辐射和臭氧处理表现出良好的性能。 然而,在臭氧处理方面的投资非常高,导致年度费用很高。 热处理和紫外线辐射的年成本也很高,但投资较低,同时消除过程易于控制。 后两种方法在种植者中最受欢迎,尤其是在大于 1 公顷或 2 公顷的托儿所。 慢砂过滤性能不太完美,但年成本大大降低。 这种方法可以推荐给小于 1 公顷的生产者和投资资本较低的种植者,因为沙子过滤器可以由种植者自己建造。 次氯酸钠和过氧化氢也是廉价的方法,但性能不足以消除所有病原体。 此外,它是一种杀虫剂,而不是农药,这意味着通过法律,至少在欧盟,它是法律禁止使用它来消除病原体。

4.5.3 生物布线和预处理

消毒方法不是很有选择性的病原体和溶液中的其他有机材料。 因此,建议在热处理、紫外线辐射和臭氧处理之前对溶液进行预处理(快速砂过滤器或 50—80 um 机械过滤器)。 如果消毒后的化学方法残留物留在水中,它们可能会与浇水系统的管道中形成的生物膜发生反应。 如果生物膜从管道的壁上释放出来,它们将被运送到滴灌器并导致堵塞。 多种氧化方法(次氯酸钠、带活化剂的过氧化氢、二氧化氯)主要用于清洁管道和设备,这些方法会随着时间的推移而产生特殊的风险。


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