Bơm nước, bơm khí và đường ống thủy canh: Hướng dẫn lựa chọn công suất và kích thước

Máy bơm nước thủy canh có chức năng gì?

Máy bơm nước thủy canh đưa dung dịch dinh dưỡng từ bồn chứa đến cây và, trong hệ thống tuần hoàn, duy trì dòng chảy trở về bồn. Bạn chọn công suất bơm dựa trên hai thông số: lưu lượng mà các máng, đầu nhỏ giọt hoặc tháp cần, và tổng cột áp (độ cao cộng tổn thất ma sát) mà máy bơm phải thắng.

Trong hầu hết hệ thống, máy bơm hoạt động cùng hai bộ phận khác: máy sục khí với đá sủi khí để tăng oxy hòa tan trong bồn chứa, và hệ thống gồm đường ống, phụ kiện cùng đường thoát nước để dẫn nước quanh vòng tuần hoàn. Các bộ phận này cùng tạo thành hệ thống bơm thủy canh. Khi bất kỳ bộ phận nào có công suất hoặc kích thước không đủ, hay được bố trí không hợp lý, cây trồng sẽ chịu ảnh hưởng với các biểu hiện như cuối máng bị khô, nước tù đọng ấm lên, tảo phát triển hoặc thối rễ.

Hướng dẫn này trình bày cách chọn bơm thủy canh, khi nào cần bơm khí, cách xác định dung tích bể chứa và cách bố trí đường ống PVC để hệ thống thoát nước tốt, dễ vệ sinh và chịu được sự cố mất điện.

Những loại máy bơm nào được dùng trong thủy canh?

Bơm nước chìm dùng cho thủy canh là lựa chọn đơn giản nhất cho một hệ thống nhỏ riêng lẻ. Khi trang trại mở rộng lên nhiều giá trồng hoặc một khu nhà kính, bơm nước thủy canh đặt ngoài bể và nối với ống góp thường dễ bảo trì hơn, vì có thể dùng van để cô lập bơm rồi thay mà không cần xả cạn bể.

Làm thế nào để chọn công suất máy bơm nước cho hệ thống thủy canh?

Thực hiện các bước sau để xác định thông số bơm nước cho hệ thống thủy canh:

1. Xác định lưu lượng cần thiết. Với NFT, nhân số máng với lưu lượng mỗi máng. Nhiều hệ thống trồng rau ăn lá vận hành ở mức khoảng 1 đến 2 L/min mỗi máng, tùy chiều rộng và chiều dài máng. Với hệ thống tưới nhỏ giọt, nhân số đầu nhỏ giọt với lưu lượng mỗi đầu. Với DWC, bơm chỉ làm nhiệm vụ tuần hoàn và hòa trộn, nên thường chỉ cần tốc độ tuần hoàn vừa phải so với thể tích bể mỗi giờ.
2. Đo cột áp tĩnh. Đây là khoảng cách theo phương thẳng đứng từ mặt nước trong bể chứa đến đầu ra cao nhất, chẳng hạn máng trên cùng của giàn chữ A hoặc đỉnh tháp.
3. Ước tính tổn thất ma sát. Đường ống, cút, van và bộ lọc đều cản trở dòng chảy. Với đường ống ngắn, có đường kính đủ lớn, tổn thất này có thể chỉ bằng một phần nhỏ cột áp tĩnh. Với đường ống dài hoặc hẹp, tổn thất có thể vượt cột áp tĩnh.
4. Cộng thêm áp suất đầu ra. Đầu ra hở chảy vào máng gần như không cần áp suất. Đầu nhỏ giọt và đầu phun cần áp suất định mức, thường được biểu thị bằng bar hoặc mét cột áp.
5. Đọc đường đặc tính bơm. Chọn bơm cung cấp đủ lưu lượng cần thiết tại tổng cột áp, không chọn theo lưu lượng tối đa khi xả tự do. Dự phòng khoảng 20 đến 30% cho tình trạng tắc nghẽn, hao mòn và mở rộng sau này.
6. Bổ sung khả năng điều chỉnh. Lắp van bi hoặc đường vòng sau bơm để có thể điều chỉnh lưu lượng, đồng thời lắp van một chiều tại vị trí dòng chảy ngược có thể làm cạn ống góp.

Ví dụ: một giá trồng có 20 máng NFT, mỗi máng cần khoảng 1.5 L/min, tổng cộng là 30 L/min, tương đương 1.8 m³/h. Máng trên cùng cao hơn mặt nước bể chứa 1.8 m, còn tổn thất ma sát ước tính khoảng 1 m, nên tổng cột áp khoảng 3 m. Bạn cần bơm cung cấp ít nhất 1.8 m³/h tại cột áp 3 m; khi tính thêm dự phòng, hãy tìm bơm có lưu lượng khoảng 2.2 đến 2.4 m³/h tại cột áp đó trên đường đặc tính.

Với hệ thống tưới nhỏ giọt có châm phân, cần xác định đồng thời thông số bơm và bộ định lượng; xem cách xác định quy mô hệ thống tưới kết hợp bón phân.

Bạn có cần máy sục khí và đá sủi khí cho thủy canh không?

Rễ cây cần oxy. Trong NFT, lớp dung dịch mỏng chuyển động và không khí phía trên cung cấp phần lớn lượng oxy này. Trong thủy canh nước sâu, rễ nằm trong nước tĩnh, vì vậy bơm khí thủy canh cấp khí cho đá sủi là trang bị tiêu chuẩn; hướng dẫn khuyến nông về trồng xà lách trên bè khuyến nghị duy trì oxy hòa tan khoảng 6 đến 8 ppm. Đá sủi khí trong bể chứa thủy canh cũng giúp hòa trộn dinh dưỡng và hạn chế các vùng nước tù đọng.

Lưu ý thực tế:

• Phân bố khí đều. Nhiều đá sủi khí thủy canh cỡ vừa hoặc thanh khuếch tán khí bố trí dọc luống bè giúp cấp oxy đồng đều hơn một đá sủi lớn.
• Giữ nước mát. Nước ấm chứa được ít oxy hơn. Nhiều người trồng đặt mục tiêu duy trì dung dịch ở khoảng 18 đến 22 °C, và áp lực bệnh hại rễ thường tăng khi nước ấm lên.
• Chọn bơm theo độ sâu và thể tích. Bơm khí phù hợp nhất cho thủy canh là loại được định mức cho độ sâu của bể và có lưu lượng đủ cấp cho tất cả đá sủi. Nước càng sâu càng cần áp suất cao. Kiểm tra thông số do nhà sản xuất công bố tại độ sâu của bể, thay vì thông số khi xả khí tự do.
• Bảo vệ bơm. Lắp bơm khí cao hơn mực nước hoặc lắp van một chiều để nước không thể chảy ngược theo hiệu ứng xi phông vào bơm khi mất điện.
• Đo thay vì phỏng đoán. Máy đo DO cầm tay giúp nhanh chóng xác định mức sục khí đã đủ hay chưa.

Để tìm hiểu thiết kế bè và mật độ trồng, xem hướng dẫn thủy canh nước sâu của chúng tôi; với hệ thống máng, xem hướng dẫn hệ thống NFT.

Bồn chứa thủy canh nên có dung tích bao nhiêu?

Bể chứa thủy canh phải đủ lớn để hạn chế biến động EC, pH và nhiệt độ, đồng thời chứa được toàn bộ nước chảy hồi từ hệ thống khi bơm dừng. Thể tích lớn hơn giúp hệ thống ổn định hơn, nhưng làm tăng chi phí nạp đầy, gia nhiệt hoặc làm lạnh.

• Tính thể tích nước chảy hồi trước. Cộng tổng lượng nước có trong máng, đường ống và tháp. Khi bơm dừng, lượng nước này trở về bể. Nếu bể không chứa hết, nước sẽ tràn.
• Cộng thêm thể tích vận hành. Cây trồng hút nhiều nước vào ngày nóng. Thể tích vận hành ít nhất bằng lượng cây hút trong một đến hai ngày giúp giảm tần suất biến động EC hoặc tình trạng bơm chạy khô.
• Dùng vật liệu không xuyên sáng, an toàn khi tiếp xúc với thực phẩm. Bể chứa thủy canh cần chặn ánh sáng để ngăn tảo phát triển và nên được làm bằng nhựa dùng cho thực phẩm hoặc thép có lớp lót.
• Đậy nắp bể. Nắp giúp giảm bay hơi, hạn chế ánh sáng, rác bẩn và sinh vật gây hại xâm nhập.
• Bố trí để dễ vệ sinh. Lắp van xả tại điểm thấp nhất và chừa lối tiếp cận để cọ rửa giữa các vụ.

Bổ sung nước vào bể chứa hệ thống thủy canh vài ngày một lần và lên kế hoạch thay một phần hoặc toàn bộ dung dịch vài tuần một lần để ngăn các ion không mong muốn tích tụ. Trang trại thương mại thường chia bể chứa thủy canh lớn thành các bể riêng cho từng khu, để bệnh hoặc sai sót định lượng không lan ra toàn trang trại.

Lắp đường ống cho hệ thống thủy canh PVC như thế nào?

Phần lớn hệ thống thủy canh dùng ống PVC sử dụng PVC cho ống góp cấp nước, còn máng trồng dùng ống PVC hoặc máng PVC chuyên dụng. Hệ thống thủy canh PVC phổ biến vì vật liệu rẻ, dễ dán nối và sẵn có. Các thực hành nên áp dụng:

1. Dùng vật liệu an toàn khi tiếp xúc với thực phẩm và có chất ổn định chống tia UV cho mọi bộ phận tiếp xúc với dung dịch dinh dưỡng, đồng thời dùng ống không xuyên sáng hoặc có lớp ngoài màu trắng để chặn ánh sáng.
2. Chọn ống góp cấp nước có đường kính đủ lớn để áp suất đồng đều từ đầu ra đầu tiên đến đầu ra cuối cùng. Ống góp quá hẹp sẽ khiến cuối tuyến thiếu nước.
3. Chọn ống thoát lớn hơn ống cấp. Nước hồi chảy nhờ trọng lực, nên cần đường kính lớn hơn và độ dốc liên tục về bể.
4. Thiết lập độ dốc máng. Máng NFT thường được đặt với độ dốc khoảng 1 đến 3%, để nước chảy mà không đọng lại.
5. Lắp rắc co và van tại bơm, bộ lọc và từng khu để có thể cô lập, tháo các bộ phận mà không cần cắt ống.
6. Lọc nước trước các đầu ra nhỏ. Lắp bộ lọc lưới hoặc lọc đĩa trước đầu nhỏ giọt và các ống cấp nhỏ; xem hướng dẫn bộ lọc tưới của chúng tôi.
7. Thử áp và súc xả hệ thống bằng nước sạch trước khi trồng, sau đó kiểm tra từng đầu ra để bảo đảm lưu lượng đồng đều.

Hệ thống thủy canh dùng ống PVC loại thoát nước hoặc ống tròn phù hợp với quy mô nhỏ, nhưng ống tròn có ít không gian cho rễ hơn và khô nhanh hơn ở hai bên so với máng đáy phẳng. Người trồng thương mại thường chuyển sang ống thủy canh chuyên dụng hoặc máng vuông, chẳng hạn hệ thống NFT đáy phẳng bằng PVC dùng cho thực phẩm, kèm bơm của chúng tôi.

Có thể vận hành máy bơm thủy canh bằng năng lượng mặt trời không?

Có, nhưng cần thiết kế để vận hành liên tục. Bơm thủy canh chạy bằng năng lượng mặt trời là bơm DC được cấp điện từ các tấm pin, bộ điều khiển sạc và thường có cả bộ ắc quy. Rễ trong hệ thống NFT có thể khô chỉ sau vài chục phút đến vài giờ nếu dòng chảy dừng, tùy nhiệt độ và kích thước cây, nên dùng bơm thủy canh năng lượng mặt trời không có ắc quy dự phòng sẽ gây rủi ro cho NFT. Hệ thống DWC và tưới nhỏ giọt theo bộ hẹn giờ chịu gián đoạn tốt hơn. Chọn dung lượng ắc quy đủ dùng vào ban đêm và trong những đợt nhiều mây, đồng thời duy trì nguồn điện lưới hoặc máy phát điện dự phòng cho các cây trồng quan trọng. Hướng dẫn tưới bằng năng lượng mặt trời của chúng tôi giải thích chi tiết hơn cách xác định công suất tấm pin và dung lượng ắc quy.

Làm thế nào để ngăn ngừa thối rễ trong thủy canh?

Thối rễ trong thủy canh thường do các loài nấm giả sống trong nước như Pythium gây ra; chúng phát triển mạnh trong hệ thống ấm, thiếu oxy và bẩn. Rễ nhiễm bệnh chuyển nâu, mềm, nhớt, còn cây héo dù đang ở trong nước. Đường ống và hệ thống sục khí là tuyến phòng vệ đầu tiên:

• Giữ nhiệt độ dung dịch trong khoảng vừa phải và duy trì oxy hòa tan ở mức cao.
• Tránh các nhánh ống cụt, hố gom và điểm trũng trong đường ống nơi nước bị tù đọng.
• Ngăn ánh sáng chiếu vào bể và máng để tảo không trở thành nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật phát triển.
• Bắt đầu với bầu ươm sạch, loại bỏ cây bệnh kịp thời, đồng thời vệ sinh và khử trùng toàn bộ hệ thống giữa các vụ.
• Xử lý nguồn nước nếu có mầm bệnh hoặc cặn lắng.

Xử lý thối rễ trong thủy canh chủ yếu là điều chỉnh những điều kiện đó: làm mát và sục khí dung dịch, loại bỏ cây bị bệnh nặng, súc xả và khử trùng. Khi mầm bệnh đã tồn tại trong đường ống và bể, việc loại bỏ rất khó, nên phòng bệnh ít tốn kém hơn nhiều so với chữa bệnh.

Danh sách kiểm tra bảo dưỡng máy bơm và đường ống

• Vệ sinh cửa hút bơm và bộ lọc sơ bộ hằng tuần, thường xuyên hơn nếu thấy tảo hoặc mảnh vụn rễ.
• Kiểm tra lưu lượng tại máng hoặc đầu nhỏ giọt cuối cùng của mỗi khu hằng tuần.
• Thay đá sủi khí khi lưu lượng khí giảm hoặc đá bị tắc do cặn khoáng.
• Dự trữ tại chỗ một bơm thay thế cho mỗi khu quan trọng.
• Lắp công tắc phao báo mực nước thấp để bảo vệ bơm khỏi chạy khô, cùng thiết bị báo động lưu lượng hoặc nguồn điện để phát hiện sự cố ban đêm.

Bạn cần một hệ thống hoàn chỉnh?

Mars Vertical Farm cung cấp các hệ thống tuần hoàn hoàn chỉnh với bơm, bể chứa và đường ống, bao gồm luống trồng bè nổi thủy canh nước sâu, giá trồng NFT và máy tưới kết hợp bón phân thông minh có bơm định lượng để kiểm soát EC và pH. Khám phá các hệ thống thủy canh của chúng tôi, hoặc gửi cho chúng tôi bản bố trí của bạn; chúng tôi sẽ tính chọn bơm, bể chứa và đường ống trong quá trình lập báo giá.

Nguồn tham khảo

• Trung tâm Đa dạng hóa Cây trồng, Đại học Kentucky: Sản xuất xà lách thủy canh trong môi trường được kiểm soát