Schutz der Hydrokultur vor Schäden durch elektrochemische Hypochlorierung

Die Hydroponik mit geschlossenem Kreislauf, bei der die Nährlösungsdrainage aufgefangen und wieder auf die Kultur aufgebracht wird, bietet Vorteile gegenüber Durchfluss- oder Single-Pass-Systemen in Bezug auf die Effizienz der Wasser- und Nährstoffnutzung. Die Steigerung der Ressourcennutzungseffizienz senkt die Produktionskosten und verhindert letztendlich Umweltauswirkungen im Zusammenhang mit der Nährstoffeinleitung in aufnehmende Gewässer.

Obwohl es viele Vorteile gibt, gibt es auch Produktionsrisiken, die bei der Verwendung eines Capture-and-Reuse-Ansatzes eingeführt werden, nämlich die Ausbreitung von Krankheitserregern. Es gibt viele Arten von Systemen, die derzeit in der Industrie zur Behandlung von Fertigationswasser (Bewässerungswasser mit Dünger) verwendet werden. Beispiele schließen Sandfiltration, UV-Licht, Chlorierung, Ozonierung ein, sind aber nicht darauf beschränkt [O3(aq)]fortgeschrittene Oxidationsprozesse, Peressigsäure (C2H4O3) und Wasserstoffperoxid (H2O2).

In diesem Experiment wurden rezirkulierende Nährlösungen mit einer auf formstabiler Anode (DSA) basierenden regenerativen elektrochemischen In-situ-Hypochlorierung (RisEHc) in einem Hydroponik-Salat (Lactuca sativa)-Produktionssystem mit Tiefwasserkultur behandelt. Phytotoxische Wirkungen wurden festgestellt und auf die Bildung von Chloraminen in behandelten ammoniumhaltigen Nährlösungen zurückgeführt. Die Studie zeigte, dass phytotoxische Wirkungen durch den Einsatz von regenerativer In-situ-Hypochlorierung durch geeignete Management- und Überwachungstechniken in rezirkulierenden Hydroponiksystemen verhindert werden können.

Während die durch herkömmliche Chlorierung verursachte Phytotoxizität gut untersucht wurde, gibt es keine Informationen über die Wirkung des hier untersuchten neuartigen RisEHC-Systems mit DSA, bei dem das Desinfektionsmittel kontinuierlich regeneriert wird. Das Ziel der vorgestellten Forschung war es, Pflanzenreaktionen und mögliche phytotoxische Wirkungen zu bewerten, die durch die Behandlung verschiedener rezirkulierender Nährlösungen mit RisEHC verursacht werden. Darüber hinaus wurde die Wirksamkeit einer post-elektrochemischen UV-Anwendung zur Verringerung der Phytotoxizitätseffekte sowie einer Änderung der Stickstoffquelle des Düngemittels untersucht.

Eine effektive Sanierung von Fertigationslösungen ist der Schlüssel zur Ausschöpfung des vollen Potenzials langfristig rezirkulierender Hydroponiksysteme. Das hier evaluierte RisEHC-System hat sich in Hydroponik-Wachstumsversuchen im Labormaßstab als wirksam bei der Reduzierung mikrobieller Populationen erwiesen; Die Produktion von Chloraminen in Gegenwart von ammoniakalischen Verbindungen/Düngemitteln führte jedoch in einigen Szenarien zu Phytotoxizität.

In der aktuellen Studie wurde die Chloramin-Phytotoxizität entweder durch den Ausschluss von ammoniakalischen Düngemitteln oder durch die Zersetzung unter Verwendung von UV-Strahlung nach der elektrochemischen Behandlung angegangen, eine Praxis, die die mikrobielle Inaktivierung weiter verbessern würde. RisEHC ist ein wirksames Hilfsmittel zur Sanierung von Fertigationslösungen, wenn die Chloraminproduktion vermieden oder gemildert wird.

Laut dem Hauptautor: „Wenn die kontrollierte Umweltlandwirtschaft (CEA) den Wasserkreislauf vollständig schließen soll (dh keine Einleitung), werden Technologien benötigt, die sicherstellen, dass Lösungen frei von Krankheitserregern bleiben, ohne dass sich Desinfektionsmittel oder schädliche Desinfektionsnebenprodukte ansammeln. Wir haben die RisE HC-Methode mit dem Ziel entwickelt, eine Technologie bereitzustellen, die so viele Einschränkungen der Chlorierung im Gartenbau wie möglich beseitigt. Die Ernährungsunsicherheit nimmt weltweit zu und wir hoffen, dass Technologien wie RisE HC die Nachhaltigkeit von verbessern können CEA-Produktion von Nahrungsmitteln (und Blumen).

Die Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht HortScience.