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Commissioning and Optimization of an Innovative System for Electrolytic Water Disinfection in Greenhouses (SeWiG)

Goal: Tested in experimental scale, an innovative system for electrolytic water disinfection in greenhouses (SeWiG) was very efficient. With scaling up this system for industrial greenhouses, the new technology will be tested, validated and optimized under practical conditions. This is necessary for a successful launch to the sector of plant production under glass.

The special feature of the new system for electrolytic water disinfection is the functional superiority over common methods like filtration, ultraviolet irradiation, heating, ozonation or chlorine dioxide. Worth highlighting is its high effectiveness against plant viruses and the reduced risk for users, plants and the environment.

Methods: Agricultural Plant Science, Fertilizers, Chlorine, Irrigation, Chlorates, Perchlorat, Fruit Quality, Water Disinfection, Electrolyzed Water, Greenhouse, Anodic Oxidation

Date: 1 November 2015 - 31 December 2018

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Ingo Schuch
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// Broschüre zur Innovationsförderung des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft: Förderverfahren, Themenfeldern und Beispiele aus der Praxis der Innovationsförderung - Themenschwerpunkt Pflanze. Hrsg. Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE), pp. 23-24 //
Ingo Schuch
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Wiederverwendbares Wasser kommt ohne Desinfektionsmittel nicht aus - vor allem bei der geschlossenen Bewässerung. Chemische Verfahren sind sehr wirkungsvoll, bergen aber die Gefahr von Pflanzenschäden und Desinfektionsrückständen. Ein neues Verfahren soll genau diese Gefahren minimieren. // Zeitschrift Gemüse - Das Magazin für den professionellen Gemüsebau (ISSN 0016-6286, ISSN 1867-982X), 56(3), pp. 24-27 //
Ingo Schuch
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Im Produktionsgartenbau besteht bei geschlossener Bewässerung ein erhöhtes Verbreitungsrisiko von wasserübertragbaren Pflanzenkrankheitserregern. Hierzu weisen die gängigen Verfahren zur Wasserdesinfektion zwar eine hohe Effizienz bei der Eliminierung von Pilzen und Bakterien auf, können aber Viren nur mit hohem Energieaufwand (Wärmebehandlung > 90 °C) zuverlässig inaktivieren. Daher wurde das System zur elektrolytischen Wasserdesinfektion in Gewächshäusern (SeWiG) entwickelt und im Rahmen einer DIP-Förderung auf große Praxisgewächshäuser skaliert und optimiert. Das zum Einsatz kommende Desinfektionsmittel wird vor Ort während eines elektrochemischen Prozesses (Salzelektrolyse) erzeugt. Die eigentliche Wasserbehandlung erfolgt durch eine sensorgesteuerte Applizierung mit diskontinuierlicher Dosierstrategie (2-3/Woche), wobei ein desinfektionswirksamer Puffereffekt zur Verringerung des Energie- und Desinfektionsmitteleinsatzes führt. Unter Praxisbedingungen beträgt der Energieverbrauch des Verfahrens lediglich 0,5 kWhel/m³. Zudem ist die Wirksamkeit gegen Pflanzenviren wie Tobacco mosaic virus und Pepino mosaic virus hervorzuheben. Am Beispiel eines tomatenproduzierenden Gewächshausbetriebs ließen sich die mikrobielle Belastung im Drain und der Biofilm in den Bewässerungsrinnen deutlich reduzieren. Hinsichtlich des Einflusses auf die Pflanze trat unter den geprüften Bedingungen keine Ertragsminderung auf und die toxikologisch unbedenkliche Menge an Desinfektionsnebenprodukten (Chlorat, Perchlorat) wurde nicht überschritten (gemäß EFSA-Berechnungsmodell). Mit Projektende sind die Voraussetzungen zur Marktetablierung des Desinfektionsverfahrens gegeben.
Ingo Schuch
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In zirkulierenden Bewässerungssystemen kann es zu einer Anreicherung und Verbreitung von Phytopathogenen kommen. Dies macht phytosanitäre Maßnahmen notwendig. Im Rahmen dessen wurde das System zur elektrolytischen Wasserdesinfektion in Gewächshäusern [SeWiG] entwickelt. Da beim Einsatz dieser Methode unter anderem Chloratanionen als Nebenprodukt entstehen können, wurden die Auswirkungen des Desinfektionssystems auf das vegetative und generative Pflanzenwachstum, sowie das Auftreten von Chlorat im Ernteprodukt und in den vegetativen Pflanzenorganen untersucht.
Ingo Schuch
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The SeWiG project is presented in the current journal of the German Horticultural Association (Zentralverband Gartenbau e.V., ZVG ) because of its practical relevance. The ZVG represents the professional, commercial and social interests of the German horticultural industry to the government, political parties, national public authorities, associations and organisations.
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Ingo Schuch
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Um die Übertragung wasserbürtiger Phytopathogene zu unterbinden, kommt der Desinfektion von Gießwasser bzw. Nährlösung eine zentrale Bedeutung zu. Das von der Firma newtec und der HU Berlin entwickelte System zur elektrolytischen Wasserdesinfektion in Gewächshäusern (SeWiG) ist wirksam gegenüber einem breiten Spektrum an pflanzlichen Krankheitserregern (Pilze, Bakterien, Viren). Eine Herausforderung bei der vor Ort mittels Elektrolyse produzierten hypochlorithaltigen Desinfektionslösung, stellt die Umwandlung zu unerwünschten chemischen Verbindungen wie Chlorat und Perchlorat dar. Vor allem bei geschlossenen Bewässerungssystemen besteht somit das Risiko, dass sich diese Verbindungen im Wasser, Substrat und in den Pflanzen anreichern. Im Rahmen einer technischen Verfahrensoptimierung wurde nach einer Speichermöglichkeit für die Desinfektionslösung gesucht, um die Bildung von Chlorat und Perchlorat zu minimieren.
Von HU und Fa. newtec wurde das System zur elektrolytischen Wasserdesinfektion in Gewächshäusern (SeWiG) entwickelt. Das bereits im kleinen Versuchsmaßstab getestete Desinfektionssystem wird nun unter Praxisbedingungen auf große Gewächshäuser mit entsprechenden Wasservolumina hoch skaliert und optimiert. In der gärtnerischen Praxis besteht vor allem bei geschlossenen Bewässerungssystemen durch Wiederverwendung von Drainwasser ein erhöhtes Verbreitungsrisiko von Krankheitserregern im Pflanzenbestand. Das zum Einsatz kommende Desinfektionsmittel (KClO) wird vor Ort während eines elektrochemischen Prozesses durch Anlegen eines Gleichstroms aus Wasser und Salz hergestellt. Die eigentliche Wasserbehandlung erfolgt anschließend durch eine sensor­gesteuerte Stoßdesinfektion. Bei der Einbindung der SeWiG-Technologie mit diskontinuierlicher Desinfektionsstrategie in die Bewässerung eines 2 ha Tomatengewächshauses lag der Fokus neben der Regelqualität der sensorgestützten Desinfektion auch bei der Ermittlung der Gesamtkeimzahl (Bakterien, Pilze, Hefen) im Drainwasser. Hierzu wurden zwischen den Desinfektionsintervallen mehrere Wasserproben aus dem 50 m³ fassenden Draintank auf Nährmedien ausplattiert und die koloniebildenen Einheiten (KbE) ermittelt.
Ingo Schuch
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Von der HU Berlin und Fa. newtec wurde das System zur elektrolytischen Wasserdesinfektion in Gewächshäusern (SeWiG) entwickelt. Das bereits im kleinen Versuchsmaßstab erfolgreich getestete Desinfektionssystem wird nun unter Praxisbedingungen auf große Gewächshäuser mit entsprechenden Wasservolumina hoch skaliert und optimiert. In der gärtnerischen Praxis besteht vor allem bei geschlossenen Bewässerungssystemen durch eine Wiederverwendung von Drainwasser ein erhöhtes Verbreitungsrisiko von Krankheitserregern im Pflanzenbestand. Das zum Einsatz kommende Desinfektionsmittel (KClO) wird vor Ort während eines elektro-chemischen Prozesses (Elektrolyse) aus Wasser und Salz (KCl) hergestellt. Die eigentliche Wasserbehandlung erfolgt anschließend durch eine sensorgesteuerte Stoßdesinfektion. Bei der Einbindung der SeWiG-Technologie in die Bewässerung eines Gewächshausbetriebes mit 2 ha Tomatenanbaufläche lag der Fokus zunächst bei der Ermittlung der Gesamtkeimzahl (Bakterien, Pilze Hefen) im Drain. Hierzu wurden Wasser-Aliquote aus einem 50 m³ fassenden Draintank auf verschiedenen Nährmedien ausplattiert und die koloniebildenen Einheiten (KbE) ermittelt.
Die HU Berlin hat mit der Fa. newtec das System zur elektrolytischen Wasserdesinfektion in Gewächshäusern (SeWiG) entwickelt. Dabei wird vor Ort mittels Elektrolyse aus einer Sole (KCl) eine Desinfektionslösung (KClO) produziert. Diese wird in einem Speichertank bevorratet und bei Bedarf über eine sensorbasierte Dosierung dem Gießwasser bzw. der Nährlösung zugeführt. Eine zentrale Herausforderung bei der SeWiG-Anwendung stellt die Disproportionierung des elektrolytisch hergestellten Desinfektionsmittels zu unerwünschten chemischen Verbindungen wie Chlorat (ClO3-) und Perchlorat (ClO4-) dar. Bekannt ist, dass dieser Prozess durch Wärme und UV-Strahlung beschleunigt wird. Diesbezüglich besteht insbesondere bei rezirkulierenden Bewässerungssystemen das Risiko, dass sich diese Verbindungen im Wasser, Substrat sowie in den Pflanzen anreichern. Im Rahmen einer technischen Verfahrensoptimierung wurde nach einer Speichermöglichkeit für die Desinfektionslösung gesucht, um die Bildung von Chlorat und Perchlorat zu minimieren.
Ingo Schuch
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Tested in experimental scale, an innovative system for electrolytic water disinfection in greenhouses (SeWiG) was very efficient. With scaling up this system for industrial greenhouses, the new technology will be tested, validated and optimized under practical conditions. This is necessary for a successful launch to the sector of plant production under glass.
The special feature of the new system for electrolytic water disinfection is the functional superiority over common methods like filtration, ultraviolet irradiation, heating, ozonation or chlorine dioxide. Worth highlighting is its high effectiveness against plant viruses and the reduced risk for users, plants and the environment.