(57)【要約】      （修正有）【課題】殺菌剤や紫外線などにより回収した排液中に含まれる栄養成分を変質することなく、細菌などの濃度を回収の都度分析せずに再利用可能な品質の養液を供給することができる濾過装置を提供する。【解決手段】栽培地ＰＬから排出された養液を貯留する貯留槽１と、貯留槽１から送液ポンプＰ１を介して送液された養液を濾過する第１濾過装置２と、第１濾過装置２により濾過された濾液をさらに中空糸膜にて濾過する第２濾過装置３と、第２濾過装置３を洗浄する洗浄装置４を具備する養液濾過装置とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
栽培地から排出された養液を貯留する貯留槽と、
前記貯留槽から送液ポンプを介して送液された前記養液を濾過する第１濾過装置と、
前記第１濾過装置により濾過された濾液をさらに中空糸膜にて濾過する第２濾過装置と、
前記第２濾過装置を洗浄する洗浄装置を具備することを特徴とする養液濾過装置。
【請求項２】
前記第１濾過装置が、前記貯留槽側から前記第２濾過装置側まで０．１〜１００μｍの範囲で段階的に空隙が小さくなる複数枚のフィルターを具備することを特徴とする請求項１に記載の養液濾過装置。
【請求項３】
前記第２濾過装置の前記中空糸膜が、０．００１〜１．０μｍの孔径を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の養液濾過装置。
【請求項４】
前記第２濾過装置が、
前記第１濾過装置と前記第２濾過装置との間の経路に設けられた第１弁と、
前記第２濾過装置へ給水する経路であって、前記洗浄液装置の洗浄液が送液され合流する箇所より給水側に設けられた第２弁と、
前記第２濾過装置から排出される濾液を送液する経路に設けられた第３弁と、
前記第２濾過装置から排出される洗浄排水を外部へ排出する経路に設けられた第４弁と、
前記第２濾過装置から排出される濃縮水を前記貯留槽に送液する経路に設けられた第５弁を具備することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の養液濾過装置。
【請求項５】
所定時間経過後に前記第２濾過装置に対する前記洗浄装置による洗浄が自動制御されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の養液濾過装置。
【請求項６】
前記第１濾過装置と前記第２濾過装置との間の経路に圧力計が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の養液濾過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農作物の栽培から排出された養液を、再度栽培に利用するために精製するときに使用される装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多量の水を必要とする農作物を栽培するときに、排液を大幅に軽減するために、栽培に使用した養液を、濾過などを行って繰り返し再利用する技術が種々知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ミョウガの栽培地から排出された排液を圧力差で透過させ細菌等を分離する濾過膜を有する膜濾過装置と、排液に含まれる細菌等の濃度が所定値を超えると外部へ廃棄する廃棄手段を備えた濾過装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１３１４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されている濾過装置は、栽培地から排出された排液を再利用する度に排液に含まれる有機浮遊物及び細菌の濃度を分析して、所定値を超えているか判断しなければならず、細菌の濃度を分析するとなると排液の一部を抜き出しシャーレ内に設けられた寒天培地に接種して４８時間などの比較的長時間培養して計測する必要があり、非常に手間と時間がかかるという課題があった。
【０００６】
また、オゾン、次亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素などの殺菌剤や紫外線などにより、栽培に用いた排液を殺菌する技術も広く知られているが、それの薬剤や紫外線などを使用することにより、回収した排液中に含まれ、農作物の栄養分となる化合物が変質されてしまうため、再利用するときに過剰にその栄養分を追加する必要があり、不経済であり効率が悪いという課題もあった。
【０００７】
そこで、本発明では、殺菌剤や紫外線などにより回収した排液中に含まれる栄養成分を変質することなく、細菌などの濃度を回収の都度分析せずに再利用可能な品質の養液を供給することができる濾過装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
〔１〕すなわち、本発明の養液濾過装置は、栽培地（ＰＬ）から排出された養液を貯留する貯留槽（１）と、前記貯留槽（１）から送液ポンプを介して送液された前記養液を濾過する第１濾過装置（２）と、前記第１濾過装置（２）により濾過された濾液をさらに中空糸膜にて濾過する第２濾過装置（３）と、前記第２濾過装置（３）を洗浄する洗浄装置（４）を具備することを特徴とする養液濾過装置である。
【０００９】
〔２〕そして、前記第１濾過装置（２）が、前記貯留槽（１）側から前記第２濾過装置（３）側まで０．１〜１００μｍの範囲で段階的に空隙が小さくなる複数枚のフィルターを具備することを特徴とする前記〔１〕に記載の養液濾過装置である。
【００１０】
〔３〕そして、前記第２濾過装置（３）の前記中空糸膜が、０．００１〜１．０μｍの孔径を有することを特徴とする前記〔１〕又は前記〔２〕に記載の養液濾過装置である。
【００１１】
〔４〕そして、前記第２濾過装置（３）が、前記第１濾過装置（２）と前記第２濾過装置（３）との間の経路（Ｒ１）に設けられた第１弁（Ｖ１）と、前記第２濾過装置（３）へ給水する経路（Ｒ２）であって、前記洗浄液装置（４）の洗浄液が送液され合流する箇所より給水側に設けられた第２弁（Ｖ２）と、前記第２濾過装置（３）から排出される濾液を送液する経路（Ｒ３）に設けられた第３弁（Ｖ３）と、前記第２濾過装置（３）から排出される洗浄廃排水を外部へ排出する経路（Ｒ４）に設けられた第４弁（Ｖ４）と、前記第２濾過装置（３）から排出される濃縮水を前記貯留槽（１）に送液する経路（Ｒ５）に設けられた第５弁（Ｖ５）を具備することを特徴とする前記〔１〕から前記〔３〕のいずれかに記載の養液濾過装置である。
【００１２】
〔５〕そして、所定時間経過後に前記第２濾過装置（３）に対する前記洗浄装置（４）による洗浄が自動制御されることを特徴とする前記〔１〕から前記〔４〕のいずれかに記載の養液濾過装置である。
【００１３】
〔６〕そして、前記第１濾過装置（２）と前記第２濾過装置（３）との間の経路に圧力計（Ｇ´）が設けられていることを特徴とする前記〔１〕から前記〔５〕のいずれかに記載の養液濾過装置である。
【発明の効果】
【００１４】
以上、本発明によれば、殺菌剤や紫外線などにより回収した排液中に含まれる栄養成分が変質することなく、細菌などの濃度を回収の都度分析せずに再利用可能な品質の養液を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の養液濾過装置を含む循環栽培システムを表す概略図である。
【図２】本発明の養液濾過装置に関する概略図である。
【図３】本発明の養液を濾過するとき、第２濾過装置を洗浄するときの弁の開閉等を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る養液濾過装置に関する実施形態について詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するに好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に発明を限定する旨が明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。また、数値範囲を示す記載は、上限と下限を含むものである。
【００１７】
図１に示すように、本発明の養液濾過装置は、以下の構成を備えている。すなわち、排出された養液を貯留する貯留槽１と、貯留槽１から送液された養液を濾過する第１濾過装置２と、第１濾過装置２により濾過された濾液をさらに濾過する第２濾過装置３と、第２濾過装置３を洗浄する洗浄装置４などから構成されている。
【００１８】
貯留槽１は、栽培地ＰＬから排出された養液を貯留する容器である。栽培地ＰＬから排出された養液を、一旦排水槽５に貯留しておき、その排水槽５から汲み上げポンプによって貯留槽１に設けられた袋フィルター１１を介して貯留槽１に送液するようにしている。袋フィルター１１は、排水槽１に混合している葉、根の一部、藻などの人の目で視認できる比較大きな不純物を取り除く袋状の濾過器として働き、繰り返しの送液により詰まってきたときは、内容物を除去したり、取り換えたりすることができる。本実施形態において、袋状のフィルターを用いて不純物を濾過しているが、他の実施形態において、メッシュ状等のフィルターを使用することができる。また、貯留槽１の大きさは栽培地ＰＬの規模によって種々変更することができ、例えば１０〜１００００Ｌの容量とすることができる。
【００１９】
第１濾過装置２は、貯留槽１から送液ポンプＰ１を介して送液された養液を濾過する装置である。さらに、第１濾過装置２は、貯留槽１側から第２濾過装置３側までの養液が送液される経路において０．１〜１００μｍの範囲で段階的に空隙が小さくなる複数枚のフィルターをそれぞれ内蔵する装置２１、２２、２３を具備していることが好ましく、本実施形態において、それぞれ空隙である目開きが５０〜１００μｍ、１０〜５０μｍ、０．１〜１０μｍの順に構成された３種類のフィルターをそれぞれ内蔵する装置２１、２２、２３が設けられ、全体として第１濾過装置２が構成されており、貯留槽１の養液に含まれる不純物を多段階的に除去することができる。また、それぞれの空隙を有するフィルターを内蔵する装置２１、２２、２３には養液の送液経路に圧力計Ｇが各々設けられており、経時的な使用により目詰まりが圧力の上昇により検知されることによりそれぞれ交換されるところ、その圧力計Ｇの値が所定値を越えると警報など外部に通知するように自動化することができる。第１濾過装置２を設けることにより、次の濾過工程で使用される第２濾過装置３における中空糸膜の目詰まりを抑制し第２濾過装置３の寿命を延ばすことができ、さらに、第１濾過装置２に０．１〜１００μｍの多段階的な空隙を有する複数枚のフィルターを、径の大きいものから順に設けることで、細菌やウイルスを透過させたとしても視認できるかどうかの径を有する砂などの不純物を段階的に取り除き、それぞれのフィルターに掛かる負荷を軽減するとともに、第１濾過装置２の濾過効率を向上することができる。なお、本実施形態において、それぞれの大きさの空隙を有するフィルターが３枚設けられているが、他の実施形態において、１〜２枚、又は４枚以上とすることができる。
【００２０】
第２濾過装置３は、第１濾過装置２により濾過された濾液をさらに濾過する中空糸膜を有する装置である。第２ろ過装置３は、中空糸膜が０．５〜３０ｍｍ程度の太さで中空の糸状に成型されて筒状の容器に内包されており、筒状の容器に流入した濾液を中空糸膜の内側から外側へさらに濾過するものである。そして、中空糸膜が０．００１〜１．０μｍの孔径を有していることが好ましく、０．０１〜０．２μｍの孔径を有していることがさらに好ましい。０．００１〜１．０μｍの孔径を有している中空糸膜を用いることにより、第１濾過装置２から濾液に含有される細菌やウイルスなどの小さな不純物も濾過することができる。
【００２１】
また、第２濾過装置３には、第１濾過装置２からの濾液をさらに濾過するためと、後述する洗浄装置４による洗浄を行うために、種々の流路を塞ぐことができる複数の弁を具備している。具体的には、第２濾過装置３は、第１濾過装置２と第２濾過装置３との間の経路Ｒ１に設けられた第１弁Ｖ１と、給水装置ＷＳから第２濾過装置３へ給水する経路Ｒ２であって、洗浄液装置４の洗浄液が送液され合流する箇所より給水側に設けられた第２弁Ｖ２と、第２濾過装置３から濾過養液槽６へ排出される濾液を送液する経路Ｒ３に設けられた第３弁Ｖ３と、第２濾過装置３から排出される洗浄排水を外部へ排出する経路Ｒ４に設けられた第４弁Ｖ４と、第２濾過装置３から排出される濃縮水を貯留槽１に送液する経路Ｒ５に設けられた第５弁Ｖ５を具備している。また、第２濾過装置３から排出される濃縮水を貯留槽１に送液する経路Ｒ５の一部が分岐した経路Ｒ４´に設けられた排水弁Ｖ４´と、第２濾過装置３から排出される濃縮水を貯留槽１に送液する経路Ｒ５に第５弁Ｖ５と並列に設けられた第６弁Ｖ６も具備している。このように、これらの複数の弁のうち、特定の弁が開き、特定の弁が閉じているときに、第２濾過装置３を透過した濾液が濾過養液槽６に排出され、濃縮水が貯留槽１に排出される。一方、他の特定の弁が開き、他の特定の弁が閉じているときに、第２濾過装置３へ洗浄装置４から送液された洗浄液が、濾過養液槽６及び貯留槽１へ流入せず、第２濾過装置３を洗浄することができる。
【００２２】
具体的には、図３に示すように、電磁弁として構成されている上記各弁の開閉と送液ポンプＰ１，Ｐ２の稼働及び停止の組み合わせで、濾過等に関する動作と、洗浄に関する動作を図示しない制御装置を用いて所定の時間ごとに自動制御される。まず、濾過等に関する工程としては、中空糸膜の表面に付着した可能性がある細菌やウイルスなど不純物を貯留槽１に送液して中空糸膜の目詰まりを防止するために洗い流すフラッシングと呼ばれる循環工程を第１弁Ｖ１、第５弁Ｖ５、第６弁Ｖ６のみを開き送液ポンプＰ１を稼働させて０．５〜２０分行い、続いて  第１濾過装置２からの濾液をさらに濾過して濾過養液槽６に送液する濾過工程を第１弁Ｖ１、第３弁Ｖ３、第６弁Ｖ６のみを開き送液ポンプＰ１を稼働させて１〜３０分行う。これらの循環工程と濾過工程は交互に繰り返され、これが通常運転として機能している。
【００２３】
そして、上記通常運転を所定時間行った後に、給水注入、洗浄液注入の各ステップからなる洗浄工程を行う。第２濾過装置３を洗浄するにあたって、まず、給水装置ＷＳから第２濾過装置３に給水して排水する給水注入を第２弁Ｖ２、第４弁Ｖ４、排水弁Ｖ４´のみを開き１分行い、第２濾過装置３を水にて洗浄する。そして、洗浄装置４から第２濾過装置３に洗浄液を送液して排水する洗浄液注入を第４弁Ｖ４、排水弁Ｖ４´のみを開き洗浄装置４の送液ポンプＰ２を稼働して０．５〜１０分行い、第２濾過装置３を洗浄液にて洗浄する。そして、さらに上記の給水注入を同様に０．５〜１０分行い、すすぎ洗いを行う。このようにして、第２濾過装置３を洗浄する。また、養液を濾過する運転をしないとき、第２濾過装置３の洗浄を行わないときには、全ての弁を閉じ、送液ポンプＰ１、Ｐ２を停止して、水を浸して静置する。
【００２４】
このように、循環工程と濾過工程は交互に繰り返される通常運転と、その通常運転を所定時間行った後に行われる洗浄工程により、殺菌剤や紫外線などを使用しないために回収した排液中に含まれる栄養成分を変質せず、また、細菌やウイルスなどの不純物の濃度を回収の都度分析せずに再利用可能な品質の養液を機械による自動化により供給することができる。
【００２５】
また、第２濾過装置３の中空糸膜の交換時期を知るために、第１濾過装置２と第２濾過装置３との間の経路Ｒ１であって第１弁Ｖ１と第１濾過装置２との間に圧力計Ｇ´が設けられ、経時的な使用により目詰まりに起因する値の上昇や破れに起因する値の低下により検知されることにより中空糸膜が交換されるところ、その圧力計Ｇ´の値が所定の範囲を超えたり低下したりすると警報など外部に通知するように自動化することができる。なお、第１濾過装置２と第２濾過装置３との間の経路Ｒ１であって第１弁Ｖ１と第１濾過装置２との間に、圧力計Ｇ´に替えて養液の流量を計測する流量計を、又は圧力計Ｇ´と共にその流量計を設けることもでき、その流量計が所定の流量の範囲を超えたり低下したりすると警報など外部に通知するように自動化することができる。
【００２６】
このようにして濾過養液槽６に送液された濾液は、送液ポンプＰ３を介して熱交換器ＨＥにより例えば２５℃などの所定温度を超えないように温度調整され、また、電気伝導度やｐＨなどのセンサＳ１により品質が管理される。
【００２７】
この濾液が所定の品質を満たせば、送液ポンプＰ４により送液されて、流量計ＦＭ１を経て、必要に応じて送液ポンプＰ５により既設給水ラインから流量計ＦＭ２を経るなどした水と混合される。その後、電気伝導度などのセンサＳ２により品質が随時管理され、栄養分が低下したと判断されたときには、送液ポンプＰ６により肥料槽７から所定量の肥料が混合される。このようにして、調整及び管理された養液は、栽培地ＰＬに供給され、農作物の栽培に使用される。
【００２８】
そして、栽培地ＰＬで農作物の栽培に使用された養液は、地下タンクなどとして敷設された排水槽５に排水され貯留される。そして、送液ポンプＰ７により排水槽５から流量計ＦＭ３を経るなどして貯留槽１に貯留される。こうして、養液は、貯留槽１、第１濾過装置２、第２濾過装置３、洗浄装置４などを具備する本発明の養液濾過装置と、濾過養液槽６、栽培地ＰＬ、排水槽５を循環して使用される。
【符号の説明】
【００２９】
１・・・貯留槽
１１・・・袋フィルター
２・・・第１濾過装置
３・・・第２濾過装置
４・・・洗浄装置
５・・・排水槽
６・・・濾過養液槽
７・・・肥料槽
ＰＬ・・・栽培地
ＷＳ・・・給水装置
Ｐ１〜Ｐ３・・・送液ポンプ
Ｖ１〜Ｖ６・・・第１弁〜第６弁
ＨＥ・・・熱交換器
Ｓ１〜Ｓ２・・・センサ
ＦＭ１〜ＦＭ３・・・流量計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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