Der Wasserkreislauf ist ein wichtiger Bestandteil des kontrollierten ökologischen Lebenserhaltungssystems (CELSS). Es umfasst die Versorgung mit Trinkwasser und Betriebsbewässerung sowie die Wiederverwendung von Urin, Sanitärabwässern und Luftkondenswasser. Die Verwendung von Urin und sanitärem Abwasser zur Pflanzenbewässerung ist eine effektive Form der Abwasserwiederverwendung, aber es gibt drei Hauptherausforderungen.
Erstens ist ein gewisser Salzgehalt im Abwasser, insbesondere Natriumchlorid, hoch, aber für das Pflanzenwachstum nicht erforderlich und kann das Pflanzenwachstum hemmen.
Zum anderen enthält das Abwasser organische Bestandteile wie Tenside, die sich ebenfalls negativ auf das Pflanzenwachstum auswirken.
Drittens, wenn Abwasser als Hauptnährstoffquelle verwendet wird, könnte der Anteil an mineralischen Elementen im Abwasser nicht mit dem Anteil übereinstimmen, den das Pflanzenwachstum benötigt, was auch das normale Wachstum von Pflanzen beeinträchtigen wird.
In einer kürzlich erschienenen Forschungsarbeit in Raumfahrt: Wissenschaft & Technologiebestätigte Liangchang Zhang die Machbarkeit der Wiederverwendung von behandeltem Abwasser (einschließlich sanitärem Abwasser und Urinabwasser) als hydroponisches Medium einer Anlage.
Für den hydroponischen Anbau wurden zwei Hydrokulturmedien verwendet. Eines war das wiederverwendete Medium, das durch Rückgewinnung von häuslichem Abwasser von CELSS hergestellt wurde, und das andere war die Standard-Pflanzennährlösung Hoagland-Nährlösung. Das wiederverwendete Medium hatte eine höhere Konzentration an Stickstoff (N) und Kalium (K) und ungefähr die gleiche Konzentration an Magnesium (Mg) und Schwefel (S).
In dieser Studie wurden zwei Arten von Pflanzen ausgewählt, Apium graveolens Linn (Sellerie) und Mesembryanthemum cordifolium LF (Cordifolium), die in früheren Untersuchungen eine gute Salztoleranz gezeigt haben. Sellerie wurde in Box A und C kultiviert, während Cordifolium in Box B und D gepflanzt wurde. Für Box A und B wurden die Pflanzen mit wiederverwendetem Medium kultiviert und für Box C und D wurde Hoagland-Nährlösung verwendet.
Der in wiederverwendetem Medium kultivierte Sellerie zeigte in den ersten 23 Tagen eine starke Vergilbung und Welke; Am 24. Tag wurde eine konzentrierte Flüssigkeit von Mikronährstoffen in den Zirkulationstank der entsprechenden Kultivierungsbox gegeben, um die Mikroelementkonzentration auf das gleiche Niveau von Hoagland-Medium zu bringen. Dann keimte der Sellerie am 32. Tag neue grüne Triebe, und das Aussehen wurde am 43. Tag vollständig wiederhergestellt.
Wie der Sellerie zeigte das in wiederverwendetem Medium gezüchtete Cordifolium ein Symptom eines Mangels an Mikroelementen. Viele Blätter verfärbten sich zu einem düsteren Gelbgrün, und das Cordifolium-Aussehen normalisierte sich nach der Ergänzung mit der konzentrierten Mikronährstoffflüssigkeit.
Über die gesamten Wachstumsperioden hinweg konnten der Sellerie und das Cordifolium unter Verwendung des Rückgewinnungsabwassers mit Mikronährstoff-Ergänzung kultiviert werden. Darüber hinaus zeigte das in wiederverwendetem Medium kultivierte Cordifolium eine bessere Leistung als das in Standard-Hoagland-Nährlösung.
Der pH-Wert des wiederverwendeten Mediums, sowohl für Sellerie als auch für Cordifolium, war aufgrund des relativ niedrigeren Anfangs-pH-Werts im Rückgewinnungsabwasser niedriger als bei der Hoagland-Nährlösung; Andererseits gibt es relativ höhere Konzentrationen an mineralischen Elementen (K, Na) im Abwasser der Verwertung, und die Feldfrüchte absorbierten eine große Anzahl von Kationen und setzten H+ frei, wodurch der pH-Wert der Nährlösung gesenkt wurde.
Bei beiden Kulturen hatte das wiederverwendete Medium einen schnelleren Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit als die Hoagland-Nährlösung, was darauf hinweist, dass die Transpiration der Pflanzen, die mit Rückgewinnungsabwasser kultiviert wurden, stärker war als die der Pflanzen, die mit Hoagland-Nährlösung kultiviert wurden.
Mehr Informationen:
Liangchang Zhang et al, The Feasibility Research on Reusing High Salinity Wastewater as a Plant Nutrient Medium for Plant Hydroponics in CELSS, Raumfahrt: Wissenschaft & Technologie (2022). DOI: 10.34133/2022/9853421
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