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本系列的第一篇文章提供了大麻室内种植和生产的广泛概述,描述了成功操作所需的典型组成部分和关键基础设施系统。本文详述了水对这些独特而具有挑战性的设施的重要性。
大麻和其他室内农业作业高度依赖充足和优质的供水。这些设施用水有很多用途;最重要和最大的用途是植物灌溉。
“大麻H2研究创新研究所(RII)、新前沿数据(New Frontier Data)和伯克利大麻研究中心(berkeley Cannabis Research Center)在2021年发表的一份报告中指出,室内大麻设施平均每年灌溉用水量为209加仑/平方英尺(https://bit.ly/3vHs93O)。其他非耕作用途包括:
•蒸发冷却应用,如自然通风温室和水冷式室内种植操作冷却塔中的垫和风扇系统。蒸发冷却系统需要持续供应补给水,以抵消蒸发到大气中的水分。
•室内种植室和收获后空间的加湿,如干燥和固化室。
•商业厨房的烹饪和洗碗设备,用于制备和生产可食用大麻产品。
•一般生活用水,包括员工福利空间、淋浴间和更衣室、现场洗衣、清洁、紧急淋浴/洗眼站等。
灌溉
室内大麻设施用水最重要的应用是植物灌溉。第一个挑战是确定这一目的所需的水量。通常,管道设计师将与设施的栽培团队或主要种植者密切合作,以了解整个灌溉计划。
这包括所需的水的质量,如何向植物输送水,浇水频率,以及在一定时期内要输送的水量。浇水率通常用每棵植物每天加仑的公制来描述,或者每天每平方英尺植物冠层的加仑。
一旦了解了每天的总灌溉量,就可以确定设备的大小和选择。起点通常是过滤和净化。大多数大麻经营将使用反渗透(RO)系统从供水中去除污染物。根据大麻协会的说法2据报道,RO在大麻中特别有用,因为它是从植物中去除钠和重金属的唯一方法之一。
由于对大麻产品的严格测试要求,种植者使用这种处理方法是错误的。RO系统的大小应能提供该设施的最低日产量,储罐的大小应能满足至少一天的灌溉需求,以便为运行中的任何故障提供缓冲。
从公用事业进入的水应该预热到室温,有两个目的:提高反渗透膜的效率,并确保冷水不直接馈送到植物(想想洗冷水澡)。反渗透水从水箱中泵入营养注入和混合设备,由此产生的强化水称为施肥。
施肥用水储存在成批或日间水箱中,或直接泵送到种植室。大多数操作将使用单独的配方或批次为不同类型的种植室或植物生长阶段。每个种植间将有一个或多个区域,每个区域由电磁阀控制。
在种植室内,施肥管道将被输送到每个区域,每个区域通常由架子或工作台上的多个植物组成,每个植物有一个或多个滴灌器(见图1)。通常,浇水事件设置为重复发生的时间表,或者可以由土壤湿度传感器的信号启动。
灌溉和施肥系统可以从相对简单到复杂和完全自动化。小型工厂可以手工给植物浇水。其他设施可能使用小型住宅型灌溉控制器和在线营养注入装置(见图2)。
更复杂的操作可能会使用预包装的,带有整体泵和控制器的橇装设备来产生反渗透水,产生施肥水并将水输送到种植室(见图3)。图4显示了为大型大麻设施开发的流程图。
用于灌溉/施肥的设备和水箱可能很大,需要相当大的地板空间和天花板高度。地板空间也需要储存和舞台散装营养袋或桶。因此,与业主团队合作,尽早确定灌溉和施肥系统的方案是很重要的。
此外,要确保有足够大的通道和门道,以便将大型水箱从建筑物的外部送到灌溉/施肥室——不幸的是,有些人可能已经学会了这一点!
反渗透水和施肥水的管道材料的选择应能处理纯净水的特性,并能承受种植室内生长照明产生的紫外线。灌溉和施肥设备和控制可能需要在设施的应急电力系统上,以避免在停电期间中断服务。
排水及污水处理
过量灌溉/施肥水(径流)或渗滤液的收集通常在设计过程的早期被忽视,但会显著影响种植室和排水系统的布局。许多种植者使用可移动的工作台或架子来提高占地效率。一些长凳包括集成托盘,收集多余的灌溉用水,并倾斜到排水口。其他长凳从一端到另一端连续倾斜。工作台和机架可以有单层或多层。
无论设置如何,管道设计师必须协调渗滤液排放管道与业主选择的工作台/机架设备,以保持工作间隙并防止绊倒危险。收集的渗滤液通常被引导到种植室的沟槽排水沟或地漏,或者如果正在考虑回收,则引导到污水池或冷凝泵。
在室内种植设施中,加热、通风、空调和除湿(HVACD)设备产生的冷凝水量很大。输送给植物的灌溉水最终会像前面描述的那样过量,或者通过蒸散发过程被植物“呼出”。
大约80%到95%的灌溉水将被植物蒸发,这意味着水分将由为种植室提供服务的HVACD系统处理,并以冷却盘管和除湿机的冷凝水形式排出。相当数量的冷凝水也由HVACD系统产生,用于干燥和固化室。大多数设施全年运行,因此需要保护外部暖通空调设备上的冷凝水不受冰冻条件的影响。
如果一个设施由市政下水道系统提供服务,设计团队应与公用事业公司核实,该设施的废水可以不经预处理进入系统。如果采用现场化粪池系统,设计人员应评估RO设备的反冲洗量对化粪池系统容量的潜在影响,以及废肥水成分对化粪池系统性能的影响。
节水的机会
室内大麻设施有几个减少用水或回收水的机会。首先,种植者可以使用滴灌系统,该系统已被证明可以减少30%至70%的用水量,并将水生产率提高20%至90%。在滴灌系统中添加基于传感器的控制可以进一步减少用水量。这些统计数据在大麻H2O报告。
HVACD设备的绝大多数冷凝水可以被捕获和回收,大大减少了灌溉或其他需求所需的原水量。为了重新用于灌溉,收集的冷凝水需要储存在水箱中,并应通过反渗透系统去除任何污染物。
渗滤液是另一种可以考虑回收利用的废物流,但通常在较小的操作中没有经济意义。渗滤液一般收集在每个种植室的地板或沟渠中,然后需要泵回水处理室并储存在一个单独的水箱中。从那里,它将需要通过一个单独的处理滑块,然后作为灌溉用水重新引入。
如果在作物周期之间的种植室内使用清洁溶液,则可能需要加强渗滤液处理设备,以处理废物流中额外的化学物质。
当使用原水、凝结水或再生渗滤液混合用于灌溉时,需要额外的系统控制。
设施供水服务规模
灌溉需求通常会决定室内大麻种植设施的供水规模。然而,蒸发冷却系统的补充水也会影响所需的总水量。
我的公司最近参与了在农村地区设计一个非常大的室内大麻操作,并在设计过程中发现当地的自来水公司没有能力满足拟议的冷却塔和灌溉要求。因此,我们不得不改变设备的冷却方式。
这里的教训是,设计团队应该尽早与当地水务公司接洽,了解水质问题,并确保拟议项目的能力可用。
本系列的第三部分将探讨室内大麻种植设施的HVACD系统和空气分配。
Luke Streit, PE,是IMEG公司的项目执行官和机械/工艺工程师,在那里他领导了公司不断增长的控制环境农业设施设计组合。他还拥有爱荷华州立大学的农业工程学位,被评为ENR中西部2020年最佳年轻专业人士,并属于多个行业组织,包括ASABE, ASHRAE, NFPA和RII。