Seleccione el filtro adecuado para Ebb

Muchos de los invernaderos más grandes ahora usan pisos de inundación con soluciones de nutrientes recirculados y casi todos requieren un sistema de filtración. Durante la inundación y el retorno, el agua pasa a grandes caudales desde los tanques hasta los pisos y regresa a un tanque de retorno. El agua de retorno se puede cargar con desechos, incluidas partes de plantas, sustratos de cultivo y etiquetas (Figura 1, vea la presentación de diapositivas). Potencialmente, también puede distribuir patógenos de plantas y otros microbios.

El agua de retorno del riego de inundación y reflujo puede contener una gran cantidad de material orgánico, incluidas las hojas y el sustrato de la raíz, así como otros materiales, como etiquetas de plástico.

Un filtro de pantalla vibratoria.

Un ejemplo de un filtro de tela o papel.

La fotografía microscópica de la tela del filtro sobre un fondo blanco muestra que el tamaño de los poros era mucho mayor en la tela que las 20 micras reportadas. Cada rectángulo amarillo de la regla mide aproximadamente 100 micrones de largo. Fotografía cortesía de Dale Haskell, Universidad de Florida.

El sistema de filtración de dos etapas instalado en la nueva gama de invernaderos. El agua pasa primero a través de una pantalla estática autolimpiante de 400 micrones (izquierda) para eliminar las partículas gruesas y luego a través de un filtro de tela (derecha) para eliminar las partículas más finas.

Cálculo del volumen total de agua de retorno por año en la ubicación del productor de nuestro caso de estudio.

Análisis financiero simple de las opciones de filtro en las Figuras 2 y 3. Los costos de compra e instalación fueron de $17 000 y $24 000 para la pantalla vibratoria y los filtros de tela, respectivamente. Los costos por 1000 galones se basaron en dividir los costos anuales por 15,14 millones de galones de la Tabla 1.

Conversión de algunos tamaños de malla comunes a micras y milímetros de diámetro de partículas. 1000 micras (µm) = 1 milímetro (mm).

Los productores utilizan varios tipos de filtros para limpiar este agua de retorno, como parte de la cadena de tratamiento del agua para minimizar enfermedades, algas y obstrucciones del sistema. Nuestra investigación está analizando la calidad del agua recirculada en las operaciones de cultivo y la eficiencia de sus filtros.

Cálculo del costo

Tomemos el ejemplo de un productor líder de Michigan que estaba evaluando dos tipos diferentes de filtros, para ilustrar los factores a considerar al filtrar el agua de retorno de los pisos de inundación. Primero calculamos que el volumen total de agua que se filtraba por año era de aproximadamente 15,14 millones de galones (Tabla 1). ¡Eso es mucha agua! Por lo tanto, el costo y la eficiencia de los sistemas de filtración son importantes.

El productor estaba usando dos tipos de filtros (Figuras 2 y 3, vea la presentación de diapositivas). Con un filtro de pantalla vibratoria (Figura 2, vea la presentación de diapositivas), el agua ingresa desde una tubería central a una pantalla de metal circular. Un motor hace vibrar la pantalla para ayudar a mantener el filtro limpio y eliminar el material hasta el borde del filtro donde se recolecta para desecharlo. La desventaja es que este filtro es algo ruidoso y requiere energía eléctrica.

Con un filtro de tela (a veces llamado papel) (Figura 3, vea la presentación de diapositivas), el agua pasa a un recipiente de recolección y drena a través de una tela filtrante. A medida que las partículas obstruyen los poros de la tela, el nivel del agua aumenta en el depósito de recolección. Un sensor enciende un motor, que desenrolla tela nueva. Las telas varían ampliamente en su grosor y tamaño de poro.

Con algunos supuestos financieros simples (Tabla 2, vea la presentación de diapositivas), estimamos el costo por año y por 1,000 galones para estos dos tipos de filtros. La gran diferencia entre el costo del tratamiento por 1,000 galones estaba en los consumibles: electricidad para la pantalla vibratoria o los rollos de tela utilizados por el filtro de tela.

Evaluación del desempeño

¿Hubo alguna diferencia en el rendimiento entre los filtros? Para probar esto en condiciones comerciales, medimos los sólidos suspendidos totales (TSS) antes y después de la filtración del agua de riego reciclada en 11 operaciones de invernaderos y viveros en los EE. UU. En la prueba de laboratorio de TSS, un filtro muy fino (2 micras) elimina las partículas en una muestra de agua. Después de secar el filtro en el horno, el peso de estas partículas se puede medir en miligramos por litro (mg/L, igual a ppm).

Encontramos que TSS varía mucho entre ubicaciones y con el tiempo. En el agua de retorno de flujo y reflujo de nuestra encuesta, los TSS oscilaron entre 2 y 301 mg/L, con un promedio de 44 mg/L. En el sitio del productor del estudio de caso, el muestreo en tres ocasiones encontró 3, 9 y 12 mg/L de TSS en el agua de retorno. La variación en TSS depende del saneamiento general y también de si grandes trozos de hojas o sustrato de raíces pasan a través de una muestra de 1 litro. Nuestra recomendación es apuntar a menos de 5 mg/L después de la filtración con sistemas de flujo y reflujo, que tienen tuberías grandes, y el objetivo es mantener limpio el piso y el sistema del tanque en general. Se recomienda una mayor filtración (que resulte en menos de 2 mg/L de TSS) si el agua se utilizará a través de pequeños emisores (goteros o neblina).

También encontramos que cada etapa en la filtración de mallas o filtros de tela elimina aproximadamente el 50 % de los TSS, con filtros de papel en promedio ligeramente más eficientes que los filtros de malla probados. El porcentaje de remoción aumenta a medida que aumenta el TSS porque es más fácil sacar grandes trozos de material que "pulir" agua bastante limpia. El agua tiende a tener muchas partículas pequeñas y menos partículas grandes. Con base en una distribución típica del tamaño de partículas que hemos medido en agua reciclada, si tuviéramos un filtro que funciona perfectamente, entonces una pantalla de malla 100 (equivalente a 149 micrones, Tabla 3, vea la presentación de diapositivas) eliminaría aproximadamente el 50 % de los TSS.

Sin embargo, nuestra evaluación de las instalaciones de filtros comerciales es que no tienen el rendimiento de un filtro que funciona a la perfección, según los TSS y la distribución del tamaño de las partículas. En la producción comercial, las partículas fluyen rápidamente y presionan a través de los filtros, y un filtro de malla 100 no eliminará todas las partículas de más de 149 micrones de diámetro. Las partículas flexibles o de forma irregular pasan a través de los poros del filtro; las partículas se coagulan dentro del filtro; se canalizan a través de agujeros más grandes; etc.

La filtración en dos etapas aumenta la eficiencia

En la ubicación del estudio de caso, la pantalla vibratoria tenía un diámetro de 100 micrones. La tela se vendió como un material de 20 micras (es decir, más fino). Sin embargo, los medios de tela son una mezcla de fibras que se cruzan con agujeros grandes y pequeños. Observamos la tela utilizada bajo un microscopio (Figura 4). Los agujeros en la tela eran mucho más grandes (hasta 500 micras de ancho) en comparación con el tamaño de poro nominal de 20 micras informado por el proveedor. Esto es significativo porque el agua fluye principalmente a través del camino de menor resistencia (agujeros grandes).

Armado con este conocimiento y experiencia, el productor estaba diseñando un tratamiento de agua para una nueva gama de invernaderos de inundación y reflujo. El productor sabía que el filtro de tela era eficaz para eliminar partículas pequeñas, pero que rápidamente se obstruiría con hojas, turba y perlita. Cuanto más fino era el tamaño de los poros y más sucia el agua, más tela se usaba, lo que aumentaba el costo operativo por 1,000 galones. Cuando el agua estaba especialmente sucia, la costosa tela se usaba para eliminar partículas grandes. El enfoque del productor fue instalar un sistema de filtración de dos etapas (Figura 5, vea la presentación de diapositivas). Un filtro de pantalla de "arco" estático fue la primera etapa de filtración para eliminar hojas, partículas grandes de sustrato y plástico. Este filtro de pantalla tenía un costo operativo muy bajo (sin piezas móviles ni consumibles) y tenía poros grandes (400 micrones). Para la segunda etapa de filtración, el agua pasó a través de un filtro de tela más fino para eliminar las partículas más pequeñas.

Hay otras opciones para los filtros en los sistemas de flujo y reflujo, incluidos los filtros de tambor rotatorio, arena, disco, bolsa y carbón activado, que pueden tener un lugar como parte de un sistema de tratamiento general. Hable con los productores para compartir experiencias y trabaje con empresas que puedan proporcionar un diseño general integrado, en lugar de promover una sola tecnología. No hay una bala de plata en el tratamiento del agua.

Cómo elegir un buen filtro para riego de reflujo y inundación

Aquí hay nueve factores a considerar al elegir el filtro adecuado para su sistema de riego de reflujo y inundación.1. Son deseables dos niveles de filtración, a menudo con un filtro de malla simple con un tamaño de poro grande (400 a 1000 micrones) como primera etapa.2. Es probable que cada etapa de filtración elimine aproximadamente la mitad de los sólidos en suspensión.3. La filtración de etapas múltiples aumenta la eficiencia al reducir los costos operativos y los ciclos de retrolavado, y se puede lograr un tamaño de poro final más pequeño.4. Debido a las altas tasas de flujo durante los ciclos de flujo y reflujo, puede ser difícil filtrar a menos de alrededor de 100 micrones en tiempo real. Para la filtración fina, se requiere un gran tanque de almacenamiento con filtración que ocurre durante la noche y entre ciclos de riego.5. Tanto los costos de instalación como los de operación pueden ser significativos. Los filtros con un alto costo operativo por 1,000 galones no deben ser el primer nivel de filtración.6. El tamaño de poro de los filtros de pantalla es bastante sencillo de calcular, pero es más complejo para los filtros de tela y de arena. En nuestras pruebas de instalaciones comerciales, los filtros no funcionan.7. La filtración es un paso obligatorio si va a agregar una etapa de desinfestación de patógenos, como un tratamiento químico o ultravioleta, porque se elimina el material orgánico que de otro modo interferiría con la desinfestación.8. Los filtros discutidos en este artículo solo eliminan patógenos y microbios que están incrustados en partículas más grandes. La filtración por membrana es el único tipo de filtración que se ha demostrado en investigaciones para eliminar patógenos y tiene problemas de caudal y bioincrustación para el agua reciclada.9. La autolimpieza es muy deseable para reducir la mano de obra y aumentar la eficiencia. Para los filtros de arena que requieren una gran cantidad de retrolavado para su limpieza, tenga un plan de lo que hará con la solución nutritiva retrolavada además de desecharla en el medio ambiente.

En caso que te lo hayas perdido

Destape los emisores de goteo en su invernadero. Identifique la toxicidad en el agua del estanque. Minimice la acumulación en sus tuberías de agua.

Paul Fisher es profesor y especialista en extensión en el Departamento de Horticultura Ambiental de la Universidad de Florida. Puede enviarle un correo electrónico a [email protected]. Ver todas las historias del autor aquí.

Jinsheng Huang es científico investigador en el Departamento de Horticultura Ambiental de la Universidad de Florida. Puede enviarle un correo electrónico a [email protected]. Ver todas las historias del autor aquí.