Rening av returvatten från odling av gurka och tomat i växthus

Transkript

1 Rening av returvatten från odling av gurka och tomat i växthus Jordbruksinformation

2 Tre metoder för att rena returvattnet från växthusodling av gurka och tomat I ett helt slutet odlingssystem läcker ingen växtnäring från växthuset ut i marken eller vattensystemen. Att odla tomat och gurka i helt slutna odlingssystem är bra för både miljön och ekonomin. Slutna system förutsätter dock att returvattnet renas. Nu finns det flera reningsmetoder som fungerar bra i praktiken. Här beskrivs tre metoder för att rena dräneringsvattnet i växthusodling. Tabellen med de ekonomiska beräkningarna visar också att en investering i modern reningsteknik är lönsam. Det betyder stora vinster för miljön om ingen växtnäring från växthuset läcker ut i marken eller vattendragen. Ett slutet system förutsätter någon form av rening av returvattnet, innan vattnet kan användas för kulturer igen. Det ställs stora krav på att reningsmetoderna verkligen har effekt mot de skadegörare som är riskfaktorer i odlingssystemet. Det måste finnas en hög driftsäkerhet. I praktiken tolereras inte något produktionsbortfall som beror på en dålig reningseffekt med sjukdomar i odlingen som följd. En viktig utgångspunkt vid val av reningssystemen är att gå igenom tänkbara substrat- och vattenburna patogener i din kultur. För gurka och tomat kan det finnas många arter i cirkulerande vattensystem, och i tabell 1 är de vanligaste släktena listade. Av svamparna är det speciellt Pythium, Phytophthora och Fusarium som ställer till med problem. För virus behövs en handlingsberedskap mot grönmosaikvirus och pepinomosaikvirus. Nya organismer kan också börja uppträda. Att det finns skadliga organismer i returvattnet innebär inte automatiskt att det blir ett angrepp. Flera odlingsmässiga faktorer inverkar på om det ska bli ett angrepp eller inte. Balansen mellan nyttiga och skadliga organismer betyder också mycket. Tabell 1. Några skadliga substratbundna organismer hos gurka och tomat i växthusodingar. Gurka Tomat Bakterier Pseudomonas Clavibacter Pseudomonas Erwinia Svampar Fusarium Alternaria Phomopsis Didymella Olpidium Fusarium Phythophthora Phytophthora Pythium Rhizoctonia Pythium Rhizoctonia Verticillium Virus gurknekrosvirus tobakmosaikvirus gurkmosaikvirus tomatmosaikvirus grönmosaikvirus pepinomosaikvirus I ett odlingssystem renas vattnet vid en enda punkt, som är helt avgränsad från plantorna. Reningssystemet kan därför inte hindra att redan angripna plantor tar skada och heller inte stoppa vidare smitta inom en matta eller odlingscontainer där det redan finns smitta. Däremot ska systemet kunna sätta stopp för nedsmittning av friska rötter och plantor i de övriga mattorna och containrarna. I dagsläget finns inget snabbt och enkelt system för att diagnostisera och kvantifiera de vanligaste skadegörarna. Det är därför svårt att få ett entydigt svar på ifall reningen är tillfredsställande och ifall det råder balans mellan skadliga och nyttiga svampar. Med bra och snabba analyser vore det möjligt för dig att göra tillfälliga åtgärder, t.ex. att koppla bort återanvändningen eller att tillsätta nyttiga organismer. Det skulle väsentligt öka säkerheten i din odling. Reningsbehov Oavsett vilken reningsmetod du väljer, behöver du först veta hur pass stort reningsbehovet är i din odling. Reningsbehovet bestämmer storleken på utrustningen och filtren liksom på hur stora vattenmagasin du behöver ha. En solig dag kan dräneringen röra sig upp mot 2,5 3,0 m 3 per m 2 växthusyta vid odling i inaktiva substrat. Reningsutrustningen kan behöva arbeta timmar per dygn tiden är olika för olika metoder. Då kan reningsutrustningen behöva ha en reningskapacitet på liter per m 2 och timme för att klara odlingens maximala behov. Storleken på uppsamlingsbassängen och bassängen för lagring av det renade vattnet dimensioneras på liknande sätt. Uppsamlingsbassängen bör vara så pass stor att den rymmer allt dräneringsvatten, som samlas upp på dagen när bevattningen är i gång med avdrag för den mängd vatten som samtidigt hinner renas. En tumregel är att bassängerna ska rymma 1,5 m 3 per m 2 växthusyta. Du bör placera bassängerna på en gjuten platta och täcka dem med plast eller väv för att hindra en oönskad algtillväxt i vattnet. 2

3 Tre användbara reningsmetoder Mot de skadegörare, som förekommer i svenska odlingssystem, finns det flera användbara reningsmetoder i praktiken. Här får du tre exempel på lämpliga reningsmetoder för våra förhållanden: långsamfiltrering UV-behandling värmebehandling Långsamfiltrering I en anläggning för långsamfiltrering utnyttjas både en biologisk, en fysikalisk och en kemisk reningsteknik. Orenat vatten får i ett jämnt flöde passera genom en behållare vanligen en bassäng som är fylld med ett filtermaterial av sand eller stenull. Det kan också förekomma andra filtermaterial. I filtret uppstår en hög biologisk aktivitet hos olika mikroorganismer. Dessa bildar ett skikt en filterhinna tillsammans med organiska och oorganiska material på filtrets yta. I denna filterhinna sker det en mycket aktiv nerbrytning av svampar och bakterier i dräneringsvattnet. Mellan filterpartiklarna bildas det också en nätliknande struktur som fungerar som en mekanisk rening och som kan hindra svampar och sporer från att tränga igenom filtret. Långsamfiltren renar selektivt. Du kan räkna med en fullgod effekt mot Pythium, Phytophthora, Fusarium och Olpidium (virusspridande svamp), medan effekten mot virus och nematoder inte är tillräcklig. I långsamfilteranläggningar används vanligtvis tre bassänger: en för uppsamling av orenat dräneringsvatten en för själva reningen en efterbassäng för förvaring av renat vatten. Genom filtret ska det strömma liter vatten per timme och kvadratmeter filteryta. Om genomströmningen är högre, riskerar du att reningsresultatet blir otillräckligt. Med hjälp av tabell 2 kan du beräkna filtrets storlek för en filterkapacitet på 100 l/m 2 och timme med tre olika dräneringsmängder. Exemplet gäller för en anläggning på m 2. Det orenade vattnet måste passera hela vägen igenom filtret från ovansidan ner till botten. Det är också viktigt att vattnet flödar konstant genom filtret. För att hindra att filtermaterial följer med vattnet kan du i botten av filtret lägga ett dräneringsrör som Anläggning med långsamfiltrering med filtret i mittbassängen. Täckning av renvattenbassäng med t.ex. svart markväv förhindrar algtillväxt. vattnet kan sippra in i och transporteras vidare igenom. Det filtrerade vattnet kan antingen pumpas upp genom ett rör rakt igenom filtret eller tappas ut i botten av filtret och pumpas vidare. Tabell 2. Så här kan du själv räkna ut storleken på ett långsamfilter. Dränering, Reningsbehov, Filteryta, Exempel för m 2 växthus liter/1 000 m 2 liter/1 000 m 2 m 2 /1 000 m 2 och dygn och timme växthus Total filteryta, Bassängdiameter, m 2 m ,83 8,3 3, ,04 10,4 3, ,25 12,5 4,0 3

4 ter, behöver dräneringsvatten cirkulera igenom det internt under 4 6 veckor för att den rätta mikrofloran ska etablera sig. Dräneringsrör i botten av bassäng för långsamfilter. Ovanpå dräneringsrören placeras sedan stenull som filtermaterial. Renat vatten pumpas upp från bottnen via röret till höger. Sand- eller stenullsfilter? Det är lämpligt att placera ett grovfilter för det ingående vattnet för att samla upp större partiklar. Oavsett vilket material du använder till filtret, måste filterytan hela tiden vara täckt av vatten, annars torkar filtret ut och reningseffekten minskar drastiskt. Använder du sand som filtermassa ska den ha en kornstorlek på 0,15 0,30 mm. Filterdjupet behöver vara ca 90 cm. I botten lägger du tre stycken cm tjocka lager med kiselsten av olika fraktioner för att hindra sanden att sköljas med. Om du använder stenull bör djupet vara cm. Använd granulerad stenull som du packar (trampar) mycket hårt. Stenullsfiltrets fördelar är att det ger ett lättare filter, att det inte lika lätt sätts igen och att materialytan blir större. Utrymmet där filtret är placerat ska hålla en temperatur på åtminstone +10 till +15 C för att filtret ska fungera bra. Under vintertid, när filtret inte används, kan temperaturen få sjunka ner till +5 C utan att filtret tar skada. Innan du börjar använda ett nytt fil- Underhållet Filtermassan har relativt lång livslängd. Du kan efter några år behöva skala av det översta filterlagret efter avslutad odlingssäsong. Skötseln inskränker sig annars till en normal tillsyn av att pumpar och ledningar fungerar. Alla påsfilter ska du regelbundet tömma och göra rena. Bassängerna för uppsamling och förvaring av renat vatten bör du rengöra på vintern varje år. UV-behandling I ett UV-filter filter med ultraviolett ljus får dräneringsvattnet passera genom en stålkammare, där en UV-lampa är placerad i ett rör av kvarts. Vattnet måste ha ett lägsta flöde genom röret för att reningseffekten ska bli tillräckligt hög. I stålkammaren bildas en virvelrörelse i vattnet, innan det passerar förbi UV-lampan i ett tunt skikt och UV-ljuset genomstrålar dräneringsvattnet. Strålningen skadar allvarligt organismernas arvsmassa, så att dessa inte kan föröka sig. På marknaden finns det såväl högtrycks- som lågtryckslampor. Lågtryckslampor har ett mycket smalt strålspektrum, där ljuset i huvudsak har våglängden 254 nanometer (nm), medan högtryckslamporna har ett bredare spektrum. Speciellt hög dödlig effekt ger ett UV-ljus med våglängden just 254 nm. Det finns också filter där man använder sig av UV-ljus i kombination med ozonbehandling som ger en bättre effekt mot mikroorganismer. Förfilter nödvändigt Det är viktigt att det vatten som du ska behandla är så rent som möjligt. Förfiltrering av vattnet är därför ett måste. Vid alltför stor grumlighet blir genomlys- UV-anläggning med högtryckslampor. 4

5 ningen av UV-ljuset alltför liten och strålningseffekten på de skadliga organismerna otillräcklig. Ett returvatten från organiska odlingsmedier som torv hindrar vanligen UV-ljusets genomlysning mer än ett returvatten från t.ex. stenull, som dock kan innehålla mycket fibrer från ullen. Du kan enkelt ordna en förfiltrering genom att placera ett sandfilter före UV-filtret. Även andra filter kan användas. Sandfiltret ska ha en kornstorlek på 0,4 0,8 mm för att kunna ta bort organiska partiklar ner mot mikrometer (µm, mikron). Du kan behöva filtrera i två steg med ett grövre sandfilter först och ett finare sandfilter därefter. För att behålla ett jämnt vattentryck genom filtret bör du förse det med en automatisk backspolning. Sandfiltrets storlek anpassar du efter vattenflödet. I Holland är det vanligt att odlarna i stället placerar ett vanligt långsamfilter före UV-behandlingen. Då kan bl.a. större organismer filtreras ifrån vattnet redan före UV-behandlingen. Före och efter UV-filtret placerar du bassänger på samma sätt som vid långsamfilter. Du kan också använda samma bassängvolymer. Dimensionering av UV-filtret Dimensionering av UV-filter beror på hur pass hög rening som du önskar, dvs. vilka skadegörare du vill bli av med. Detta avgör också vilken behandlingsdos du ska använda. Behandlingsdosen är UV-lampans bestrålningsstyrka multiplicerat med bestrålningstiden, och dosen uttrycks i enheten millijoule per kvadratcentimeter, mj/cm 2. Generella värden för svampar och bakterier är en dos på 100 mj/cm 2 och för virus 250 mj/cm 2. Holländska normer för behandlingsdoser i tomatodlingar är 150 mj/cm 2 och i gurkodlingar 250 mj/cm 2. Då uppnås också effekt mot tomatens pepinomosaikvirus och gurkans grönmosaikvirus. För t.ex. Pythium, Phytophthora och Fusarium visar holländska resultat, att en behandlingsdos på ca 80 mj/cm 2 ger fullgod effekt. Underhållet Det blir lätt beläggningar av t.ex. chelater på UVlamporna. Du måste därför ofta rengöra lampornas kvartsglas. Det kan du göra genom att antingen rengöra mekaniskt eller låta syra med jämna mellanrum skölja förbi glaset. Vanligen är filtret utrustat med automatisk funktion för en eller båda av dessa metoder. Forskarna har konstaterat att vissa järnchelater förstörs vid så pass hög behandlingsdos som 250 mj/cm 2 vilket samtidigt gör att vattnet blir grumligt. I stället för chelatbildaren EDDHA bör du därför välja järnchelater, som är bundna till t.ex. EDTA eller DTPA. Genom att tillfälligt sänka ph-värdet i dräneringsvattnet före reningen kan du också undvika problemet. Skötseln av ett UV-filter innebär att du byter lamporna. Lågtryckstypen beräknas ha en livslängd på timmar men högtryckstypen bara ca timmar. Lägg märke till att lampor av lågtryckstyp har en betydligt lägre effektförbrukning än högtryckslampor har. Värmebehandling Värmebehandling är en väl beprövad reningsmetod i den holländska växthusodlingen. Behandlingen innebär att dräneringsvattnet under en kort tid hettas upp till en viss temperatur, som gör att mikroorganismerna dör. Temperaturen och behandlingstiden avgör vilken effekt som reningsmetoden har på dräneringsvattnet. Vanligen använder man sig av en plattvärmeväxlare som värmer upp vattnet i två steg: först till +90 C under sekunder och sedan till C under ytterligare sekunder. Vid denna vattentemperatur uppnås en fullgod effekt på så gott som alla organismer inkl. virus. Det renade vattnet kyls sedan till +25 C i en värmeväxlare på vägen tillbaka till uppsamlingstanken. Anläggning för värmebehandling i plattvärmeväxlare. 5

6 Genom att utnyttja värmeväxlare blir den verkliga energiförbrukningen i princip bara den som behövs för att höja temperaturen på vattnet +5 C! Du får räkna med en energiåtgång på 8 8,5 kwh/m 3 renat vatten. Alternativt kan du rena vattnet vid +85 C under 3 minuter, vilket kräver ca 20 procent lägre energi. Det är också möjligt att göra en selektiv behandling vid +60 C under 2 minuter och då uppnå fullgod effekt mot Fusarium, Pythium och Phytophthora men inte mot virus. För detta alternativ blir energiåtgången ca 40 procent lägre än vid det första alternativet med +95 C. För att kunna behandla med +95 C måste du ha en inbyggd brännare i reningsanläggningen. För att behandla med lägre vattentemperaturer kan du utnyttja dina befintliga pannor i växthusanläggningen. Innan du värmebehandlar dräneringsvattnet, måste det renas i ett filter för att få bort partiklar av substrat och växtdelar. Det är nödvändigt att sänka ph-värdet i dräneringsvattnet till 4 4,5 innan det går in i värmeväxlaren för att undvika utfällning av kalciumkarbonat på plattorna. I en värmebehandlingsanläggning ingår normalt också en automatisk reglering av vattnets ph-värde genom en syrapump. Kalkyler för rening av dräneringsvatten Kalkylerna utgår från ett råvattenpris på 6 kr/m 3 och en gödselkostnad på 9 kr/m 3 gödselvatten. I kalkylen är den årliga vattenförbrukningen 900 liter/m 2, årsdräneringen 25 procent och besparingen av gödselmedel 35 procent. Vid dimensionering av de olika alternativen har utgångspunkten varit ett maximalt reningsbehov av 2,5 m 3 vatten per m 2 och dygn. Några kostnader för uppsamlingssystem ute i växthusen är inte inlagda i kalkylen. Inte heller har kostnaden för styrning (= blandning) av vattnet efter reningen tagits med. I tabell 3 ser du förutsättningarna för kalkylerna. Kostnaden för rening av dräneringsvattnet beror på vilken reningsmetod du väljer och hur pass höga krav på rening du har. Notera att reningsalternativen inte är helt jämförbara: För UV-behandling och uppvärmning bygger beräkningen på en mycket hög grad av rening som också har effekt mot virus. Det innebär för Fakta Den ultravioletta ljusstrålningen UV-ljuset är osynlig för ögat och ligger bortom den synliga violetta ljusstrålningen i färgspektrumet. Våglängden 1 nanometer, nm = 1 miljondels millimeter. UV-ljusets behandlingsdos mäts i energienheten millijoule (uttalas milli-jol) per kvadratcentimeter, mj/cm 2. Energienheten J är mycket liten: 1 J = 0, kilowattimmar, kwh. 6

7 Tabell 3. Förutsättningar vid tre metoder för rening av dräneringsvatten vid tre växthusstorlekar. Långsamfiltrering UV-behandling Värmebehandling för växthusytan i m A. Enskilda förutsättningar årlig vattentillförsel m reningsmängd = besparing m strömförbrukning kwh/m 3 0,65 0,65 0,65 1,15 1,15 2,30 1,00 1,00 1,00 värmeförbrukning kwh/m 3 8,50 8,50 8,50 B. Allmänna förutsättningar dräneringsmängd 25 % gödselkostnad 9 kr/m 3 ränta (på halva investeringen) 6 % gödselbesparing 35 % avskrivningstid 7 år elkostnad 0,50 kr/kwh vattenkostnad 6 kr/m 3 värmekostnad 0,25 kr/kwh Tabell 4. Kalkyl för anläggningar för rening av dräneringsvatten med tre metoder i tre växthusstorlekar. Långsamfiltrering UV-behandling Värmebehandling för växthusytan i m A. Investering reningsutrustning sandfilter bassänger Total investering B. Årskostnader el värme lampor skötsel ränta avskrivning Total årskostnad C. Beräknad årlig besparing vatten gödning Total årlig besparing D. Årligt netto (C B) Tabell 5. Nyckelvärden omräknade till kr/m 2 växthus. Notera att reningsgraden är olika hög i olika metoder. Långsamfiltrering UV-behandling Värmebehandling för växthusytan i m investeringskostnad ,25 38,4 22,75 16,65 47,4 28,75 17,65 årlig kostnad 2,94 2,25 1,57 7,30 4,56 3,36 8,71 5,48 3,46 årlig besparing 4,50 4,50 4,50 4,50 4,50 4,50 4,50 4,50 4,50 årligt netto 1,56 2,25 2,93 2,80 0,06 1,14 4,21 0,98 1,04 Reningskostnad för 13,06 9,99 7,00 32,43 20,28 14,94 38,69 24,37 15,39 dräneringsvattnet, kr/m 3 7

8 Text: Torbjörn Hansson, GRO Konsult AB Foto: Torbjörn Hansson sid. 1 och 3, Hans Åström sid. 4 övre, Uno Borgstrand AB sid 4 nedre och 5 Broschyren har bekostats gemensamt av Sverige och EU Jordbruksverket Jönköping Tfn (vx) E-post: jordbruksverket@sjv.se Webbplats: ISSN JO04:1