Как добиться постоянного pH в гидропонике — больше никаких исправлений! – Наука в гидропонике

Регулировка pH, бесконечная рутинная работа

Растения в рециркуляционных системах будут изменять рН своих растворов за счет поглощения питательных веществ. Это означает, что pH рециркуляционной гидропонной системы будет нестабильным по своей природе и потребует постоянной корректировки. Обычно мы проводим эти коррекции с помощью сильных кислот или оснований, таких как обычно используемые растворы для повышения / понижения pH, которые мы покупаем в магазинах. Это делает процесс регулировки pH повторяющимся. Хотя многие люди внедрили автоматизированные системы для коррекции pH, эти системы могут выйти из строя, особенно из-за проблем с калибровкой датчика или отказа. В идеале нам нужен полностью пассивный раствор для поддержания pH нашего гидропонного питательного резервуара.

Химические буферы

Есть несколько способов решить проблему изменения pH. Химические буферы являются потенциальной альтернативой. Я предложил использовать цитратно-карбонатный буфер в предыдущем посте, но этот буфер не работает из-за микробного и растительного метаболизма цитрат-ионов, который повышает рН. Карбонатные/фосфатные буферы представляют собой лучшую альтернативу, но у этих буферов есть свои ограничения в силе из-за ограничений концентрации фосфора и карбоната, которые растения могут переносить. Это означает, что такие буферы обычно ограничены концентрацией 1 мМ или ниже и не способны конкурировать с поглощением растениями.

Наиболее популярным выбором в исследовательском сообществе являются буферы MES, которые можно использовать для поддержания стабильного pH растворов и их можно использовать в концентрациях, даже превышающих 10 мМ. Проблема с ними заключается в том, что они могут вызвать проблемы в некоторых культурах растений, а также могут стать чрезвычайно дорогими для больших систем выращивания.

Ионообменные смолы

Как поддерживать постоянный уровень pH без использования какого-либо химического буфера? Раствор поставляется в виде слабокислотных ионообменных мембран. Эти вещества содержат полимероподобные матрицы, которые имеют на своей поверхности функциональные группы, притягивающие ионы, которые реагируют с кислотами и основаниями в растворе и обеспечивают постоянный уровень pH.

Эти композиты нерастворимы, и единственное, что им нужно, чтобы быть эффективными, — это частое промывание раствором. Это вопрос размещения их в месте, где свежий проходящий раствор будет постоянно соприкасаться, например, рядом с высокопроизводительным насосом или подсоединенным к нему, и все, больше никаких проблем с pH, никаких добавок для контроля pH, проблема абсолютно решена. Когда раствор проходит через материал, он может вступать в реакцию с центрами притяжения ионов в полимере, чтобы стабилизировать pH. Эти соединения были изучены в литературе и дали хорошие результаты (1, 2, 3).

В частности, исследователи в 1980-х годах тестировали слабокислотные ионообменные смолы, такие как Amberlite IRC-50. Одна из проблем с их использованием заключалась в том, что эти смолы могут иметь значительно высокое сродство к кальцию и марганцу, а это означает, что эти катионы необходимо добавлять в избытке или пополнять, если растения испытывают проблемы с их поглощением. Обратите внимание, что ионообменная смола Amberlite IRC-50 больше не доступна. Для общедоступного списка доступных в настоящее время смол вы можете обратиться к этой ссылке.

Мой опыт

Я много раз тестировал ионообменные смолы в рециркуляционных системах, и они могут обеспечить высокую стабильность pH с течением времени, особенно когда растения повышают pH. Это наиболее распространенное устойчивое состояние гидропонной системы, так как большинство растений делают растворы более щелочными за счет поглощения нитратов. Поскольку загруженное состояние смолы является кислым, они обладают максимальной буферной способностью по отношению к увеличению pH в этом состоянии. По мере того, как смола используется из этого состояния, она приобретает буферную способность по отношению к другому направлению.

Еще одним преимуществом смол является их способность регенерироваться очень большое количество раз. В слабокислотных ионообменных смолах это делается путем кратковременного замачивания смолы в сильной кислоте. Обычно предпочтительной кислотой является соляная кислота, так как хлориды большинства катионов, попавших в смолу, растворимы. Хотя можно использовать и другие кислоты, они могут образовывать осадки с некоторыми ионами, захваченными смолой, особенно Ca.

Смолы в их заряженном состоянии, естественно, плохо защищают от снижения pH в питательном растворе, поскольку они содержат только кислоту, которая вносит свой вклад в растворы. Несмотря на то, что смола со временем создаст защиту от негативных сторон, вам может потребоваться изменить начальное состояние смолы, если вы хотите получить эту защиту с самого начала.

Выводы

Слабокислотные ионообменные смолы — отличный способ обеспечить стабильность рециркуляционной гидропонной системы, они также недороги и легко регенерируются. Они лучше всего работают, когда растения изначально повышают рН питательного раствора, и требуют модификации в тех случаях, когда с самого начала требуется защита от падения рН. В зависимости от точного химического состава смолы также могут возникнуть некоторые проблемы с улавливанием некоторых катионов, таких как Ca/Mg/Mn, поэтому для нас важно внимательно следить за растениями при первоначальном использовании этих смол.

Пробовали ли вы какие-либо слабокислотные ионообменные смолы в циркулирующих гидропонных растворах? Ваш pH стабилен? Дайте нам знать в комментариях ниже!