Sélectionnez le bon filtre pour Ebb

Bon nombre des plus grandes serres utilisent maintenant des planchers inondables avec des solutions nutritives recirculées, et presque toutes nécessitent un système de filtration. Pendant l'inondation et le retour, l'eau passe à des débits élevés des réservoirs vers les planchers et retourne vers un réservoir de retour. L'eau de retour peut être chargée de débris, y compris des parties de plantes, des milieux de culture et des étiquettes (Figure 1, voir diaporama). Il peut potentiellement également diffuser des agents pathogènes des plantes et d'autres microbes.

L'eau de retour de l'irrigation par flux et reflux peut contenir une forte charge de matières organiques, y compris des feuilles et un substrat racinaire, ainsi que d'autres matériaux tels que des étiquettes en plastique.

Un filtre à tamis vibrant.

Un exemple de filtre en tissu ou en papier.

Une photographie microscopique du tissu filtrant sur un fond blanc montre que la taille des pores était beaucoup plus grande dans le tissu que les 20 microns rapportés. Chaque rectangle jaune de la règle mesure environ 100 microns de long. Photo publiée avec l'aimable autorisation de Dale Haskell, Université de Floride.

Le système de filtration à deux étages installé dans la nouvelle gamme de serres. L'eau passe d'abord à travers un tamis statique autonettoyant de 400 microns (à gauche) pour éliminer les particules grossières, puis à travers un filtre en tissu (à droite) pour éliminer les particules plus fines.

Calcul du volume total d'eau de retour par an sur le site du producteur de notre étude de cas.

Analyse financière simple des options de filtre dans les figures 2 et 3. Les coûts d'achat et d'installation étaient de 17 000 $ et 24 000 $ pour le tamis vibrant et les filtres en tissu, respectivement. Les coûts par 1 000 gallons ont été basés sur la division des coûts annuels par 15,14 millions de gallons du tableau 1.

Conversion de certaines tailles de maille courantes en microns et millimètres de diamètre de particule. 1000 microns (µm) = 1 millimètre (mm).

Les producteurs utilisent différents types de filtres pour nettoyer cette eau de retour, dans le cadre de la chaîne de traitement de l'eau pour minimiser les maladies, les algues et le colmatage du système. Notre recherche analyse la qualité de l'eau recirculée dans les opérations des producteurs et l'efficacité de leurs filtres.

Calcul du coût

Prenons l'exemple d'un grand producteur du Michigan qui évaluait deux types de filtres différents, pour illustrer les facteurs à prendre en compte lors du filtrage de l'eau de retour des sols inondables. Nous avons d'abord calculé le volume total d'eau filtrée par an à environ 15,14 millions de gallons (tableau 1). C'est beaucoup d'eau ! Par conséquent, le coût et l'efficacité des systèmes de filtration sont importants.

Le producteur utilisait deux types de filtres (Figures 2 et 3, voir diaporama). Avec un filtre à tamis vibrant (Figure 2, voir diaporama), l'eau pénètre à partir d'un tuyau central sur un tamis métallique circulaire. Un moteur fait vibrer l'écran pour aider à garder le filtre propre et à éliminer les matériaux jusqu'au bord du filtre où ils sont collectés pour être éliminés. En revanche, ce filtre est un peu bruyant et nécessite de l'énergie électrique.

Avec un filtre média en tissu (parfois appelé papier) (Figure 3, voir diaporama), l'eau passe dans un bassin de collecte et s'écoule à travers un tissu filtrant. Au fur et à mesure que les particules obstruent les pores du tissu, le niveau d'eau monte dans le bassin de collecte. Un capteur allume un moteur qui déroule le tissu frais. Les tissus varient considérablement dans leur épaisseur et la taille des pores.

Avec quelques hypothèses financières simples (tableau 2, voir diaporama), nous avons estimé le coût par an et par 1 000 gallons pour ces deux types de filtres. La grande différence entre le coût de traitement par 1 000 gallons résidait dans les consommables - l'électricité pour le tamis vibrant ou les rouleaux de tissu utilisés par le filtre en tissu.

Évaluation des performances

Y avait-il une différence de performance entre les filtres ? Pour tester cela dans des conditions commerciales, nous avons mesuré le total des solides en suspension (TSS) avant et après la filtration de l'eau d'irrigation recyclée dans 11 serres et pépinières aux États-Unis. Dans le test de laboratoire TSS, un filtre très fin (2 microns) élimine les particules. dans un échantillon d'eau. Après séchage au four du filtre, le poids de ces particules peut être mesuré en milligrammes par litre (mg/L, égal à ppm).

Nous avons constaté que le TSS varie considérablement d'un endroit à l'autre et dans le temps. Dans l'eau de retour de flux et reflux de notre enquête, le TSS variait de 2 à 301 mg/L, avec une moyenne de 44 mg/L. Sur le site du producteur de l'étude de cas, l'échantillonnage à trois reprises a trouvé 3, 9 et 12 mg/L de TSS dans l'eau de retour. La variation du TSS dépend de l'assainissement général et également du fait que de gros morceaux de feuilles ou de substrat racinaire passent à travers un échantillon de 1 litre. Notre recommandation est de viser moins de 5 mg/L après filtration avec des systèmes de reflux et d'inondation, qui ont de gros tuyaux, et l'objectif est de garder le sol et le système de réservoir propres. Une plus grande filtration (résultant en moins de 2 mg/L de TSS) est recommandée si l'eau sera utilisée à travers de petits émetteurs (gouttes ou brouillard).

Nous avons également constaté que chaque étape de filtration à partir d'écrans ou de filtres en tissu élimine environ 50 % des MES, les filtres en papier étant en moyenne légèrement plus efficaces que les filtres à écran testés. Le pourcentage d'élimination augmente à mesure que le TSS augmente, car il est plus facile d'extraire de gros morceaux de matériau que de «polir» une eau assez propre. L'eau a tendance à contenir de nombreuses petites particules et moins de grosses. Sur la base d'une distribution granulométrique typique que nous avons mesurée dans l'eau recyclée, si nous avions un filtre fonctionnant parfaitement, alors un tamis de 100 mailles (équivalent à 149 microns, tableau 3, voir diaporama) éliminerait environ 50 % du TSS.

Cependant, notre évaluation des installations de filtres commerciales est qu'elles n'ont pas les performances d'un filtre fonctionnant parfaitement, basé sur le TSS et la distribution granulométrique. Dans la production commerciale, les particules s'écoulent rapidement et sous pression à travers les filtres, et un filtre de 100 mesh n'éliminera pas toutes les particules d'un diamètre supérieur à 149 microns. Des particules flexibles ou de forme irrégulière se faufilent à travers les pores du filtre ; les particules coagulent dans le filtre ; ils canalisent à travers des trous plus grands; etc.

La filtration en deux étapes augmente l'efficacité

À l'emplacement de l'étude de cas, le tamis vibrant avait un diamètre de 100 microns. Le tissu était vendu comme un matériau de 20 microns (c'est-à-dire plus fin). Cependant, le support en tissu est un mélange de fibres qui se croisent avec à la fois de grands et de petits trous. Nous avons examiné le tissu utilisé au microscope (Figure 4). Les trous dans le tissu étaient beaucoup plus grands (jusqu'à 500 microns de diamètre) par rapport à la taille nominale des pores de 20 microns signalée par le vendeur. Ceci est important car l'eau s'écoule principalement par le chemin de moindre résistance (grands trous).

Fort de ces connaissances et de cette expérience, le producteur concevait le traitement de l'eau pour une nouvelle gamme de serres à flux et reflux. Le producteur savait que le filtre en tissu était efficace pour éliminer les petites particules, mais qu'il se boucherait rapidement avec des feuilles, de la tourbe et de la perlite. Plus la taille des pores est fine et plus l'eau est sale, plus on utilise de tissu, ce qui augmente le coût d'exploitation par 1 000 gallons. Lorsque l'eau était particulièrement sale, le tissu coûteux était utilisé pour éliminer les grosses particules. L'approche du producteur consistait à installer un système de filtration en deux étapes (Figure 5, voir diaporama). Un filtre à tamis statique "en arc" était la première étape de filtration pour éliminer les feuilles, les grosses particules de substrat et le plastique. Ce filtre à tamis avait un coût de fonctionnement très faible (pas de pièces mobiles ni de consommables) et avait de grands pores (400 microns). Pour la deuxième étape de filtration, l'eau est ensuite passée à travers un filtre en tissu plus fin pour éliminer les particules plus petites.

Il existe d'autres options pour les filtres dans les systèmes de flux et reflux, y compris les filtres à tambour rotatif, à sable, à disque, à sac et à charbon actif, qui peuvent tous avoir leur place dans un système de traitement global. Discutez avec les producteurs pour partager leur expérience et travaillez avec des entreprises qui peuvent fournir une conception globale intégrée, plutôt que de promouvoir une seule technologie. Il n'y a pas de solution miracle dans le traitement de l'eau.

Comment choisir un bon filtre pour l'irrigation en flux et reflux

Voici neuf facteurs à prendre en compte lors du choix du bon filtre pour votre système d'irrigation par flux et reflux.1. Deux niveaux de filtration sont souhaitables, souvent avec un simple filtre à tamis à larges pores (400 à 1000 microns) comme première étape.2. Chaque étage de filtration est susceptible d'éliminer environ la moitié des solides en suspension.3. La filtration en plusieurs étapes augmente l'efficacité en réduisant les coûts d'exploitation et les cycles de rinçage, et une taille de pore finale plus petite est réalisable.4. En raison des débits élevés pendant les cycles de reflux et d'inondation, il peut être difficile de filtrer à moins d'environ 100 microns en temps réel. Pour une filtration fine, un grand réservoir de stockage est nécessaire avec une filtration qui se produit pendant la nuit et entre les cycles d'irrigation.5. Les coûts d'installation et d'exploitation peuvent être importants. Les filtres avec un coût d'exploitation élevé par 1 000 gallons ne devraient pas être le premier niveau de filtration.6. La taille des pores des filtres à tamis est assez simple à calculer, mais elle est plus complexe pour les filtres en tissu et à sable. Dans nos tests d'installations commerciales, les filtres ne fonctionnent pas.7. La filtration est une étape nécessaire si vous souhaitez ajouter une étape de désinfestation par des agents pathogènes, comme un traitement chimique ou ultraviolet, car les matières organiques sont éliminées, ce qui autrement interférerait avec la désinfestation.8. Les filtres dont il est question dans cet article n'éliminent que les agents pathogènes et les microbes qui sont incrustés dans des particules plus grosses. La filtration sur membrane est le seul type de filtration qui a été démontré dans la recherche pour éliminer les agents pathogènes, et a des problèmes de débit et d'encrassement biologique pour l'eau recyclée.9. L'auto-nettoyage est hautement souhaitable pour réduire le travail et augmenter l'efficacité. Pour les filtres à sable qui nécessitent une grande quantité de contre-rinçage pour le nettoyage, ayez un plan pour ce que vous ferez avec la solution nutritive contre-rincée autre que l'élimination dans l'environnement.

Dans le cas où vous l'avez manqué

Débouchez les émetteurs de goutte à goutte dans votre serreIdentifiez la toxicité dans l'eau du bassinMinimisez l'accumulation dans vos conduites d'eau

Paul Fisher est professeur et spécialiste de la vulgarisation au département d'horticulture environnementale de l'Université de Floride. Vous pouvez lui envoyer un e-mail à [email protected]. Voir toutes les histoires d'auteurs ici.

Jinsheng Huang est chercheur scientifique au Département d'horticulture environnementale de l'Université de Floride. Vous pouvez lui envoyer un e-mail à [email protected]. Voir toutes les histoires d'auteurs ici.