L'idroponica a circuito chiuso, in cui il drenaggio della soluzione nutritiva viene catturato e riapplicato alla coltura, offre vantaggi rispetto ai sistemi a flusso continuo o a passaggio singolo grazie all'efficienza nell'uso delle risorse idriche e nutritive. L'aumento dell'efficienza nell'uso delle risorse riduce i costi di produzione e, in ultima analisi, previene gli impatti ambientali associati allo scarico di nutrienti nei corpi idrici riceventi.
Sebbene ci siano molti vantaggi, ci sono anche rischi di produzione introdotti quando si utilizza un approccio di cattura e riutilizzo, vale a dire la proliferazione di agenti patogeni. Esistono molti tipi di impianti attualmente utilizzati nell'industria per il trattamento delle acque di fertirrigazione (acque di irrigazione con concime). Gli esempi includono ma non sono limitati a filtrazione a sabbia, luce ultravioletta, clorurazione, ozonizzazione [O3(aq)], processi avanzati di ossidazione, acido peracetico (C2H4O3) e perossido di idrogeno (H(O2).
In questo esperimento, le soluzioni nutritive ricircolanti sono state trattate utilizzando l'ipoclorurazione elettrochimica rigenerativa in situ (RisEHc) basata su anodo dimensionalmente stabile (DSA) in un sistema di produzione di lattuga idroponica di coltura in acqua profonda (Lactuca sativa). Gli effetti fitotossici sono stati notati e attribuiti alla formazione di clorammine nelle soluzioni nutritive trattate contenenti ammonio. Lo studio ha dimostrato che gli effetti fitotossici possono essere prevenuti con l'uso dell'ipoclorazione rigenerativa in situ attraverso adeguate tecniche di gestione e monitoraggio nei sistemi idroponici a ricircolo.
Mentre la fitotossicità causata dalla clorazione convenzionale è stata ben studiata, non ci sono informazioni sull'effetto del nuovo RisEHC, con DSA, sistema qui esaminato, dove l'agente disinfettante viene continuamente rigenerato. L'obiettivo della ricerca presentata era valutare le risposte delle piante e i possibili effetti fitotossici causati dal trattamento di diverse soluzioni nutritive ricircolanti tramite RisEHC. Inoltre, è stata esaminata l'efficacia dell'utilizzo di un'applicazione ultravioletta post-elettrochimica per ridurre gli effetti di fitotossicità, oltre a modificare la fonte di azoto del fertilizzante.
Un'efficace bonifica della soluzione di fertirrigazione è fondamentale per realizzare il pieno potenziale dei sistemi idroponici a ricircolo a lungo termine. Il sistema RisEHC qui valutato si è dimostrato efficace nel ridurre le popolazioni microbiche in prove di crescita idroponica su scala di laboratorio; tuttavia, la produzione di clorammine in presenza di composti/fertilizzanti ammoniacali ha portato a fitotossicità in alcuni scenari.
Nel presente studio, la fitotossicità da cloramina è stata affrontata escludendo i fertilizzanti ammoniacali o attraverso la decomposizione utilizzando radiazioni ultraviolette dopo il trattamento elettrochimico, una pratica che migliorerebbe ulteriormente l'inattivazione microbica. RisEHC è un efficace strumento di bonifica della soluzione di fertirrigazione quando la produzione di cloramina viene evitata o mitigata.
Secondo l'autore principale, "Se l'agricoltura ad ambiente controllato (CEA) deve chiudere completamente il circuito idrico (ovvero, zero scarichi), sono necessarie tecnologie che garantiscano che le soluzioni rimangano prive di agenti patogeni senza l'accumulo di disinfettanti o sottoprodotti di disinfezione dannosi. Abbiamo sviluppato il metodo RisE HC con l'obiettivo di fornire una tecnologia che elimini il maggior numero possibile di limitazioni alla clorazione orticola. L'insicurezza alimentare è in aumento in tutto il mondo e speriamo che tecnologie come RisE HC possano migliorare la sostenibilità della produzione di colture alimentari (e floreali) CEA".
Il documento è pubblicato sulla rivista HortScience.