Риски использования
На комбинатах боятся использовать дренаж из-за рисков распространения вирусных и бактериальных инфекций: бешенных корней, ВЗКМО и бактериозов. Действительно, даже один огурец с растения, потерянный из-за повторного использования дренажа, ставит под вопрос окупаемость. Поэтому риски развития болезней необходимо полностью устранить дезинфекцией дренажа.
Для стерилизации дренажа важна его цветность и мутность. Дренаж из матов Гродан не окрашен, и его можно повторно использовать с самого начала. Дренаж из органического субстрата долгое время остается окрашенным и затруднят повторное использование.
Для описания эффективность удаления патогенов используется показатель логарифмического сокращения, где каждая единица – это десяти- кратное снижение популяции. Так, сокращение популяции на 4 порядка (99,99%) достаточно для повторно использования дренажа. Для этого можно использовать разное оборудование.
Термический дезинфектор
Нагревание – это простой и эффективный метод борьбы с патогенами. Нагревание воды до темпера- туры 85–90 °C в течение нескольких минут уничтожает большинство патогенов, а выше 90 °C убивает ToBRFV и ВЗКМО при экспозиции не менее 3 минут (Prince, 1940). Нагревание только частично разрушает пестициды, как и хелатные формы удобрений, поэтому необходимо частично сбрасывать дренаж после внесения препаратов и наладить обязательный контроль содержания микроэлементов в подаче. Несмотря на наличие теплообмен- ника, нагревание требует много энергии, что зачастую делает этот метод дезинфекции нецелесообразным на фоне других способов.
Дезинфекция ультрафиолетом
В основе метода лежит использование ультрафиолетового-света (УФ) длиной волны 200–280 нм, разрушающего ДНК и РНК патогенов. Дозы излучения для эффектив- ной дезинфекции зависят от патогена: для агробактерий требуется около 40 мДж/см², для ToBRFV – около 250 мДж/см², а для ВЗКМО – порядка 150 мДж/см² (Martín- Sómer M. et al., 2005).
УФ-излучение теряет эффективность в мутных и цветных растворах и неспособно самостоятельно разрушать хелаты и пестициды. Для этого требуются высокие дозы облучения или комбинация УФ с окислителями. Пестициды в поливной воде также вынуждают сбрасывать дренаж, чтобы патогены не развивали резистентность от разбавленных доз пестицидов. Железо в концентрации выше 0,3 мг/л и мутность выше 2 мг/л снижают эффективность УФ-об- лучателей, а в дренаже эти параметры обычно гораздо выше. Поэтому перед лампами устанавливают модули обезжелезивания и фильтры грубой очистки, которые требуют пристального внимания и обслуживания. За 10–16 тысяч часов наработки лампы теряют эффективность. Они содержат ртуть и требуют особой утилизации. Вероятно, в будущем они будут заменены на светодиодные источники света, более долговечные (Martín-Sómer M. et al., 2005), но не менее требовательные к мутности и цветности дренажа.
При обработке ультрафиолетом возможно образование нитритов, особенно при рН раствора выше 7 и в бескислородной среде. Нитриты, накопленные при облучении, могут быть токсичны. Огурцы более чувствительны: уже при 1–5 мг/л растения отстают в развитии (Voogt, 2008). Поэтому на огурцах УФ-установки используют с осто- рожностью. Для решения проблемы с нитритами можно комбинировать УФ-установки с оксидными модулями – озоном или дозацией перекиси. ОЗОН Озон (O₃) – сильный окислитель, который разрушает вирусы и бактерии. Озон разлагает пестициды (Van Ruijven J. et al., 2015) и хелатные формы удобрений. Озонирование вызывать рост нитратов в воде за счет окисления органического и минерального азота соеди- нений. Учитывайте это при составлении питательного рецепта. При совместном использовании озонаторов с УФ-установками можно достичь более глубокой дезинфекции, так как УФ-излучение способствует формированию большего числа радикалов кислорода из молекулы озона. Озон быстро разлагается на кислород и не сможет навредить культуре, однако, при недостаточной экспозиции раствора, озон может попасть в корневую среду и навредить растениям. При утечке озона в атмосферу вред может быть нанесен уже и человеку. Для работы озонатора нужен или чистый кислород, или атмосферная подача. При использовании атмос- ферного кислорода нужны фильтры для очистки воздуха от влаги и пыли.
Фильтрация
Фильтры с мелкими порами спо- собны разделить микроорганизмы и раствор. Размер пор определяет скорость фильтрации и группы отделяемых патогенов. Поры размером 0,1 мкм и менее отделяют бактерии, а 0,005 мкм вирусы. По размерам пор выделяют ультра- и нано- фильтрцию, хотя границы между ними условны и пересекаются.
Вода и растворенные удобрения проходят сквозь поры под давлением от насоса, а микробы остаются в концентрате. Крупные частицы собираются снаружи мембраны, затрудняя фильтрацию и снижая скорость. Потому мембраны автоматически промываются обратным током, смывая накопившееся загрязнение. Промывка дает концентрат, который можно использовать для наиболее раннего обнаружения патогенов. Ведь в более концентрированном растворе вероятность обнаружить патоген многократно возрастает.
Фильтрация обесцвечивает раствор, поскольку удаляет из него слож- ные органические молекулы, в том числе и хелаты железа.
Мы рассмотрели несколько принципиально разных установок по очистке дренажа. Каждая имеет свои сильные и слабые стороны, поэтому мы рекомендуем выбирать с учетом рисков, эффективности, и капитальных и операционных затрат (таблица 1). Кроме того, специалисты Гродан помогут вам разобраться не только с поливами на каменной вате, но и с питанием растений, составлением сложных растворов, в том числе с использование обратного дренажа.
Таблица 1. Ориентировочная стоимость установок по очистке дренажа производительностью 15 м3
Таблица 2. Градации качества воды для полива и подмеса (Sonneveld, Voogt, 2009)
Лишние элементы в питательном растворе могут помешать дать достаточно элементов питания. Например, для сборов средне- плодного огурца в 4,0 кг/м2 в неделю и поливе около 4,3 л/м2 в день нужно не менее 11 ммоль/л K на подаче. Содержания Ca и Mg составят около 5 и 2 ммоль/л соответственно, и EC такого раствора будет не менее 2,5 мСм/см. Кажется, что всю оставшуюся концентрацию можно заполнить Na, но он будет накапливаться в дренаже все больше и больше. Так, в модельном эксперименте было показано значительное накопление натрия. При концентрации Na в сырой воде в 0,8 ммоль/л и полном использовании дренажа за 17 недель оборота концентрация на подаче выросла до 8 ммоль/л Na (Savvas et al, 2005 ). Поэтому концентрация Na в мате должна быть строго меньше концентрации K и не более 1–0,5 ммоль/л для полного использования дренажа (таблица 3).
Таблица. 3. Ограничения по Na при полном использовании дренажа
На комбинатах боятся использовать дренаж из-за рисков распространения вирусных и бактериальных инфекций: бешенных корней, ВЗКМО и бактериозов. Действительно, даже один огурец с растения, потерянный из-за повторного использования дренажа, ставит под вопрос окупаемость. Поэтому риски развития болезней необходимо полностью устранить дезинфекцией дренажа.
Для стерилизации дренажа важна его цветность и мутность. Дренаж из матов Гродан не окрашен, и его можно повторно использовать с самого начала. Дренаж из органического субстрата долгое время остается окрашенным и затруднят повторное использование.
Для описания эффективность удаления патогенов используется показатель логарифмического сокращения, где каждая единица – это десяти- кратное снижение популяции. Так, сокращение популяции на 4 порядка (99,99%) достаточно для повторно использования дренажа. Для этого можно использовать разное оборудование.
Термический дезинфектор
Нагревание – это простой и эффективный метод борьбы с патогенами. Нагревание воды до темпера- туры 85–90 °C в течение нескольких минут уничтожает большинство патогенов, а выше 90 °C убивает ToBRFV и ВЗКМО при экспозиции не менее 3 минут (Prince, 1940). Нагревание только частично разрушает пестициды, как и хелатные формы удобрений, поэтому необходимо частично сбрасывать дренаж после внесения препаратов и наладить обязательный контроль содержания микроэлементов в подаче. Несмотря на наличие теплообмен- ника, нагревание требует много энергии, что зачастую делает этот метод дезинфекции нецелесообразным на фоне других способов.
Дезинфекция ультрафиолетом
В основе метода лежит использование ультрафиолетового-света (УФ) длиной волны 200–280 нм, разрушающего ДНК и РНК патогенов. Дозы излучения для эффектив- ной дезинфекции зависят от патогена: для агробактерий требуется около 40 мДж/см², для ToBRFV – около 250 мДж/см², а для ВЗКМО – порядка 150 мДж/см² (Martín- Sómer M. et al., 2005).
УФ-излучение теряет эффективность в мутных и цветных растворах и неспособно самостоятельно разрушать хелаты и пестициды. Для этого требуются высокие дозы облучения или комбинация УФ с окислителями. Пестициды в поливной воде также вынуждают сбрасывать дренаж, чтобы патогены не развивали резистентность от разбавленных доз пестицидов. Железо в концентрации выше 0,3 мг/л и мутность выше 2 мг/л снижают эффективность УФ-об- лучателей, а в дренаже эти параметры обычно гораздо выше. Поэтому перед лампами устанавливают модули обезжелезивания и фильтры грубой очистки, которые требуют пристального внимания и обслуживания. За 10–16 тысяч часов наработки лампы теряют эффективность. Они содержат ртуть и требуют особой утилизации. Вероятно, в будущем они будут заменены на светодиодные источники света, более долговечные (Martín-Sómer M. et al., 2005), но не менее требовательные к мутности и цветности дренажа.
При обработке ультрафиолетом возможно образование нитритов, особенно при рН раствора выше 7 и в бескислородной среде. Нитриты, накопленные при облучении, могут быть токсичны. Огурцы более чувствительны: уже при 1–5 мг/л растения отстают в развитии (Voogt, 2008). Поэтому на огурцах УФ-установки используют с осто- рожностью. Для решения проблемы с нитритами можно комбинировать УФ-установки с оксидными модулями – озоном или дозацией перекиси. ОЗОН Озон (O₃) – сильный окислитель, который разрушает вирусы и бактерии. Озон разлагает пестициды (Van Ruijven J. et al., 2015) и хелатные формы удобрений. Озонирование вызывать рост нитратов в воде за счет окисления органического и минерального азота соеди- нений. Учитывайте это при составлении питательного рецепта. При совместном использовании озонаторов с УФ-установками можно достичь более глубокой дезинфекции, так как УФ-излучение способствует формированию большего числа радикалов кислорода из молекулы озона. Озон быстро разлагается на кислород и не сможет навредить культуре, однако, при недостаточной экспозиции раствора, озон может попасть в корневую среду и навредить растениям. При утечке озона в атмосферу вред может быть нанесен уже и человеку. Для работы озонатора нужен или чистый кислород, или атмосферная подача. При использовании атмос- ферного кислорода нужны фильтры для очистки воздуха от влаги и пыли.
Фильтрация
Фильтры с мелкими порами спо- собны разделить микроорганизмы и раствор. Размер пор определяет скорость фильтрации и группы отделяемых патогенов. Поры размером 0,1 мкм и менее отделяют бактерии, а 0,005 мкм вирусы. По размерам пор выделяют ультра- и нано- фильтрцию, хотя границы между ними условны и пересекаются.
Вода и растворенные удобрения проходят сквозь поры под давлением от насоса, а микробы остаются в концентрате. Крупные частицы собираются снаружи мембраны, затрудняя фильтрацию и снижая скорость. Потому мембраны автоматически промываются обратным током, смывая накопившееся загрязнение. Промывка дает концентрат, который можно использовать для наиболее раннего обнаружения патогенов. Ведь в более концентрированном растворе вероятность обнаружить патоген многократно возрастает.
Фильтрация обесцвечивает раствор, поскольку удаляет из него слож- ные органические молекулы, в том числе и хелаты железа.
Мы рассмотрели несколько принципиально разных установок по очистке дренажа. Каждая имеет свои сильные и слабые стороны, поэтому мы рекомендуем выбирать с учетом рисков, эффективности, и капитальных и операционных затрат (таблица 1). Кроме того, специалисты Гродан помогут вам разобраться не только с поливами на каменной вате, но и с питанием растений, составлением сложных растворов, в том числе с использование обратного дренажа.
Таблица 1. Ориентировочная стоимость установок по очистке дренажа производительностью 15 м3
| Дезинфектор | Капитальные затраты, евро | Операционные расходы на 1000 м3, евро |
|---|---|---|
| Озон | 75 000 | 163–170 |
| Ультрафиолет | 45 000 | 155–160 |
| Тепловой | 53 000 | 500–600 |
| Ультрафильтрация | 45 000 | 120–150 |
| NUF | 29 000 | 100–110 |
В расчетах цена электричества принята 7 рублей за кВт*час
Балластные элементы при подмесе
Высокое содержание некоторых элементов в исходной воде препятствует подмесу дренажа. Это прежде всего Na, а также Cl, S, и Mg. Растения не способны к активному выносу этих элементов, потому они накапливаются в субстрате, повышая концентрацию раствора. Высокая концентрация огра- ничивает доступность воды и снижает урожай. В зависимости от культуры и метода выращивания можно выделять разные уровни качества воды, ограничивающие подмес (таблица 2). Группа 1 – хорошее качество воды, дренаж можно подмешивать, группа 2 – потребуется на 5–20% больше дренажа, повторное использование дренажа будет ограничено, группа 3 – нельзя использовать для гидропоники без дополнительной обработки. Если нет другого источника воды, то стоит использовать обратный осмос для удаления солей. Балластные элементы при подмесе
Таблица 2. Градации качества воды для полива и подмеса (Sonneveld, Voogt, 2009)
|
|
Группа 1 | Группа 2 | Группа 3 | |
| EC | < 0,5 | < 1,0 | < 1,5 | |
| Na | ммоль/л | < 0,5 | < 3,0 | < 5,0 |
| Cl | < 0,5 | < 3,0 | < 5,0 | |
| Ca | < 1,5 | < 2,5 | < 3,5 | |
| Mg | < 0,7 | < 1,3 | < 2,0 | |
| SO4 | < 0,7 | < 1,3 | < 2,0 | |
| HCO3 | < 5 | < 8 | < 10 | |
| Fe | мкмоль/л | < 15 | < 15 | < 50 |
| Mn | < 3 | < 5 | < 10 | |
| B | < 1,0 | < 1,5 | < 3,0 | |
| Zn | < 0,5 | < 1,0 | < 1,5 | |
| Cu | < 0,5 | < 3,0 | < 5,0 |
Таблица. 3. Ограничения по Na при полном использовании дренажа
| Культура | Na в субстрате, ммоль/л | Na на подаче, ммоль/л |
|---|---|---|
| Томат | < 8 | < 0,9 |
| Огурец | < 6 | < 0,7 |
| Роза | < 4 | < 0,3 |
| Баклажан | < 6 | < 0,4 |
| Перец | < 6 | < 0,4 |
| Клубника | < 4 | < 0,3 |
Анализы дренажа
Для полного повторного использования дренажа обязательно знать состав приходящего раствора, и он не должен меняться во времени. Значит, потребуется не менее трех емкостей для дренажа: для сбора грязного дренажа, емкость для накопления чистого дренажа и для расходования чистого дренажа после анализа состава. Перед началом забора чистого дренажа сделайте качественный химический анализ.
Можно выделить следующие критерии качества анализа:
Для полного повторного использования дренажа обязательно знать состав приходящего раствора, и он не должен меняться во времени. Значит, потребуется не менее трех емкостей для дренажа: для сбора грязного дренажа, емкость для накопления чистого дренажа и для расходования чистого дренажа после анализа состава. Перед началом забора чистого дренажа сделайте качественный химический анализ.
Можно выделить следующие критерии качества анализа:
- Сходимость и баланс. Сумма катионов равна сумме анионов, выраженных в ммоль/л, и деленые на 10, соответствуют EC в мСм/см.
- Воспроизводимость. Анализы продолжают сходиться и быть точными при повторении.
