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Ridder NoNa+去钠技术在肥水灌溉循环系统中的应用

上海骑士 发表于 2019-10-24 11:13 1651

近年来,许多温室种植者为了最大限度地利用每一滴水,尽量减少肥料消耗,降低温室运营成本,开始尽可能地循环使用灌溉水肥。骑士 Ridder VitaLite 消毒机采用了低压紫外消毒技术,能够将未被植物吸收的水分和养分收集起来杀死其中 99.9%的病原体,且不影响回液中的肥料成分。Ridder Vitalite 可确保种植户能安全重复地利用排水,在封闭式循环用水系统中,帮助种植户节约大量的水肥。

然而在封闭式的循环灌溉用水中钠离子会不可避免地堆积,在钠离子浓度累积到一定量时,种植者需要定期将循环用水排出,否则钠离子的不断累积将会造成作物根部盐分浓度的过高从而对作物品质及产量造成危害。本篇文章将介绍骑士集团是如何使用去钠技术,帮助种植者解决循环用水中钠离子的累积从而节约更多的水肥并以最安全的方式生产高质量的作物


钠元素在循环用水中不可避免增加的原因


首先,灌溉水源中存在着大量的钠离子(特别是在井水/地下水中)。钠离子在低矿化度水中含量较少,但在高矿化度水中可达到数十克/升。不同的地质环境的地下水中钠离子的来源不同。大部分地下水中的钠离子来源于沉积岩中岩盐和其他钠盐的溶解。对于有岩浆岩与变质岩的地区,则来自含钠矿物的风化溶解。另外,酸性岩浆岩中含有大量的含钠矿物,在CO2和H2O的参与下,可以形成以Na+和HCO3-为主的地下水。
对于肥料来说,一些肥料会被钠离子污染,特别是在一些钾肥及螯合铁中会含有一定量的钠离子。但钠离子由于无法被作物吸收,因此灌溉水中的所有钠都会被排出最终进入到排水系统中。当所有的排液被循环利用并重新用作灌溉用水时,钠离子将永远不会离开灌溉系统并持续被不断的累积(图1)。当钠离子含量累积超过作物根区所接受的钠含量后将会对作物的质量及产量造成损害



另外,在一些无土栽培基质表面都会不可避免的吸附一些钠,钾离子,以椰糠为例,由于椰糠表面带有负电荷,一些钠、钾等阳离子会被吸附在椰糠表面。一般情况下,这些阳离子不会释放出来,也不会对植物有危害,但在灌溉过程中如若种植者使用钙肥或镁肥时,椰糠在未经过缓冲的情况下,可能会出现植物会吸收不到钙肥、镁肥,且钠离子含量在灌溉水中升高的现象。这是由于钙、镁具有很强的置换能力,会将椰糠产品中原本吸附的钠、钾离子释放出来,并对较敏感的植物造成盐害【1】。


钠离子对作物的危害


众所周知,作物根系吸水机制分为两种,一种为被动吸水,一种为主动吸水。其中被动吸水是由于植物地上部的蒸腾作用所引起的吸水现象。蒸腾作用较弱时,作物吸收水分主要依靠的是作物根部与基质之间的渗透压,当作物根部的根部细胞的水势低于基质溶液的水势,作物进行主动吸水。一般情况下,作物的两种吸水方式是同时进行的。但当钠离子不断累积,基质中盐分浓度增高时,基质的水势变低。此时,作物将吸水困难从而会引起根毛细胞脱水,造成植物的“生理干旱”,作物叶片出现枯萎或“烧苗”等现象。另外,高浓度的盐分会同时破坏作物对其它离子(例如,钙、镁离子)的吸收,从而导致作物诱发性缺素症。其中,钙离子的缺失缺失或者分配不均会导致番茄出现脐腐病(BER),叶菜出现顶烧现象等(图2),这些缺素症都会严重影响作物的产量及品质。

 


图2. 由于缺钙引起的番茄脐腐病(BER)和叶片的顶烧现象(TipBurn)。(Source: BeeldenbankGroen Kennisnet,APS)

另外,在封闭式的灌溉系统中,EC值(电导率)是测量水肥中盐浓度的重要指标,施肥机通过对回液中EC值的检测来进行肥料的再配比。EC值测量的盐浓度包括了植物所需的必要元素(如Ca2+、Mg2+)以及非必要元素(如Na+)。钠离子的在封闭的循环系统中的累积会提高水肥中的盐浓度即增加了EC值,从而导致了水肥中的必要元素的再配比受到影响。
不同作物由于对钠的敏感性不同,根区最大可接受的钠含量也不同(图3),一旦钠含量超过其最大接受浓度则将会造成作物产量的损失或果实质量的下降。

 

图 3. 不同种类作物根区最大可接受的钠含量【2】 
 

骑士去钠技术-NoNa+


NoNa+采用了Ridder创新的选择性去离子技术,针对性的将钠离子去除,减少回水中钠离子的不断积累。与现在温室中常见用于原水处理的反渗透技术不同,NoNa+中使用的独特的突破性电容式电渗析(CED)技术,将钠保持在安全水平以进行再循环,同时保留了其他对作物有营养价值的离子。其中发挥主要作用的,是采用特殊工艺制作的选择性离子渗透膜,其中,只有单价离子(Na+、K+、Cl-和NO3-)可以通过,而多价离子,如Ca2+、Mg2+、PO43-和SO42-则不会通过膜,相对的,这些多价离子可以进入回水再利用的循环中被植物吸收,使有用的营养价值不会流失。

另外,CED比传统电渗析更安全、更经济。因为它不发生氧化还原反应(不需要添加交换离子,如氯化钾),电压更低。

图4. 回水循环中选择性渗透膜去除钠离子的过程

Ridder NoNa+是业界第一个可以在持续的,简洁的过程中选择性地去除钠离子的水处理装置。它提供了一种降低回水中钠离子的解决方案,使种植者可以从肥水回收再利用中真正收益,而不必担心灌溉用水中高钠含量给作物造成危害,同时也能减少昂贵肥料的损失。
NoNa+整体结构十分的紧凑,可以轻松的安装到现有的温室项目中,进水和出水管道可以直接接入到消毒水罐上,扩展步骤十分便捷。通过不断在带有电渗析堆的'去离子箱'中循环已经消毒过的肥水,降低其钠离子含量,再次进入施肥机中进行循环使用的肥水中的钠离子水平保持在安全水平,有助于作物对于其他营养物质的吸收,降低病害发生的可能。

通过其自带的HortiMaXGo!控制器,使用者可以轻松的对于水处理的过程进行设定操作,也可以随时的了解水处理的过程。另外NoNa+可以自动冲洗/清洁,后期的清洁和维护也十分方便。

对于很多水资源不足,或者原水资源水质较差的地区,NoNa+更是可以帮助使用者降低高钠含量带来的风险。其除钠能力,也可以使水的回收更加高效,减少使用者在水资源方面的投入。

图5. Ridder NoNa+ 产品示意图

Ridder NoNa+水处理设备因其“助力于可持续生产” 的特性得到了著名的GreenTech创新奖的认可!骑士集团创新的选择性除钠设备NoNa+因其可以降低工业用水足迹和提高全球温室公司的效率而获得该项荣誉。 图1.钠离子含量在封闭式的水循环灌溉系统中不可避免的不断累积图1.钠离子含量在封闭式的水循环灌溉系统中不可避免的不断累积

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