(57)【要約】【課題】廃液処理などの問題を生じずに植物の生育促進と病気予防を図ることができる、養液循環再利用型の水耕栽培システムを提供する。【解決手段】水耕栽培システム１は、養液を通水させて植物を栽培するための栽培槽２と、栽培槽２から排出された被処理養液を濾過処理する濾過処理部１と、被処理養液を濾過処理部１へと供給する被処理養液供給ライン３と、濾過処理部１において濾過処理された処理済み養液を栽培槽２へと供給する処理済み養液供給ライン４とを備える。【選択図】図１
2013138615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
養液を通水させて植物を栽培するための栽培槽と、
前記栽培槽から排出された被処理養液を濾過処理する濾過処理部と、
前記被処理養液を前記濾過処理部へと供給する被処理養液供給ラインと、
前記濾過処理部において濾過処理された処理済み養液を前記栽培槽へと供給する処理済み養液供給ラインとを備えた水耕栽培システム。
【請求項２】
前記濾過処理部をバイパスするように、前記被処理養液供給ラインと前記処理済み養液供給ラインとの間に設けられているバイパスラインと、
前記バイパスラインを用いて前記濾過処理部をバイパスする状態と、前記バイパスラインを用いずに前記濾過処理部における濾過処理を行う状態とを切り替える切替手段とを更に備えていることを特徴とする、請求項１に記載の水耕栽培システム。
【請求項３】
前記被処理養液供給ライン上に、前記被処理養液の水質を計測する計測部が設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の水耕栽培システム。
【請求項４】
前記被処理養液供給ライン上の前記計測部よりも後段側において、所定の添加物を添加した補充養液を前記被処理養液供給ラインに対して供給する補充養液供給部を更に備えていることを特徴とする、請求項３に記載の水耕栽培システム。
【請求項５】
前記所定の添加物が、不足栄養分、界面活性剤及び洗浄剤よりなる群から選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする、請求項４に記載の水耕栽培システム。
【請求項６】
前記濾過処理部が、
前記被処理養液が気液混合状態となるように前記被処理養液に微細気泡を包含させる微細気泡発生装置と、
前記微細気泡発生装置から前記被処理養液を導入する流入口と、前記処理済み養液を排出する流出口と、濾過処理によって前記被処理養液より分離された分離対象物を含む濃縮液を排出する排出口とを備えたケーシングと、
前記ケーシング内部を前記流入口が位置する第一室と前記流出口が位置する第二室とに区画するように前記ケーシング内部に装着され、上部が開口し、下部が前記排出口に接続されている濾過体と、を備えており、
前記流入口は前記被処理養液を前記濾過体の前記第一室側濾過面に沿って渦巻状に旋回流動させるように、前記被処理養液を導入することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の水耕栽培システム。
【請求項７】
前記微細気泡発生装置がエジェクターであることを特徴とする、請求項６に記載の水耕栽培システム。
【請求項８】
前記濾過処理部が、
前記濾過体の前記第二室側濾過面に対して気体を噴出する気体供給機構と、
前記気体及び前記処理済み養液を前記第二室から前記微細気泡発生装置へと供給する循環ラインとを更に備えていることを特徴とする、請求項６又は７に記載の水耕栽培システム。
【請求項９】
前記ケーシングが上部中央に泡沫排出口を備えていることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載の水耕栽培システム。
【請求項１０】
前記第二室内には微生物を担持させた生物担持担体が浮遊している生物処理区画が設けられており、
前記生物担持担体を前記気体供給機構から噴出された前記気体によって流動させ、もって有機物その他の不純物を除去することを特徴とする、請求項８に記載の水耕栽培システム。
【請求項１１】
前記生物処理区画が、前記生物担持担体の径よりも小さい孔径を有する網状部材と前記ケーシング内壁とによって区画されており、
前記流出口及び前記循環ラインへの供給口が前記生物処理区画外に位置していることを特徴とする、請求項１０に記載の水耕栽培システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物の水耕栽培に用いられる養液の水質を一定に保持する濾過処理装置を組み込んだ、水耕栽培システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
植物の水耕栽培を行うにあたっては、植物を育成する培養槽に対して適度な酸素と栄養分を含む栽培養液を供給し、植物の根に流水によって刺激を与えつつ酸素及び栄養分を吸収させる仕組みが用いられる。このような水耕栽培システムにおいては、養液の水質管理と水耕栽培システム全体のメンテナンス管理が重要である。
【０００３】
水耕栽培システムに用いられる養液は、本来であれば不足栄養分を適宜添加しながら循環再利用していくことが望ましいのであるが、養液中には栄養分が豊富に含まれる一方で、各種病害菌や病害虫、アレロパシー成分、分泌有機酸、微粒子、植物断片等、様々なものが混入しているため、定期的に養液を廃棄処分しているのが現状である。この廃棄養液には窒素成分が豊富に含まれているため、そのまま廃棄すると地球環境汚染につながるおそれがあり、将来的に養液の廃棄に法的規制がかかった場合、生産者にとって大きな負担になる可能性がある。
【０００４】
また、水耕栽培システム中の配管や容器の壁面等に汚染物が付着すると、病害菌や病害虫の巣窟になる可能性が高いため、定期的に塩素等の薬剤を使用してシステム全体を洗浄している。この洗浄後の廃液処理も生産者にとって大きな負担となっている。
【０００５】
このように、従来の水耕栽培システムにおいては、栽培養液の処理は汚れたら廃棄するという事後処理的なものであり、システムのメンテナンス管理についても汚れたら薬剤洗浄するという事後処理的なものであった。養液自体をＵＶ殺菌処理することにより循環する養液中の病害菌等を減らすことは可能であるが、培養槽などの水耕栽培システム中の各設備を直接殺菌処理することは難しいため、薬剤による定期的なシステムの洗浄はやはり必要であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
廃液処理にかかる消費電力や労力、コストを低減するとともに環境への負荷低減にも寄与すべく、養液を循環再利用できるような水耕栽培システムが求められている。ここで、養液を循環利用するためには、前述のように養液自体をＵＶ殺菌処理することが考えられるが、必須の微量イオンとしての鉄やマンガンがＵＶの強力な酸化力により不溶化して沈殿してしまい、その分再添加が必要になって費用が嵩むため、あまり普及していない。また、養液をオゾン殺菌することも考えられるが、ＵＶ殺菌と同様の問題や弊害が存在し、加えて廃オゾンの処理の問題や根圏への悪影響もあることから、こちらも普及していない。さらに、養液を循環利用するためには不足する塩類を適宜養液中に添加することになるが、その一方で未利用の塩類は循環過程において養液中に次第に蓄積され、濃縮されていくため、定期的な全量ブローダウンが必要となる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、廃液処理などの問題を生じずに植物の生育促進と病気予防を図ることができる、養液循環再利用型の水耕栽培システム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】
上記目的を達成するために、本発明は、養液を通水させて植物を栽培するための栽培槽と、前記栽培槽から排出された被処理養液を濾過処理する濾過処理部と、前記被処理養液を前記濾過処理部へと供給する被処理養液供給ラインと、前記濾過処理部において濾過処理された処理済み養液を前記栽培槽へと供給する処理済み養液供給ラインとを備えた水耕栽培システムを提供する（発明１）。
【０００９】
上記発明（発明１）によれば、栽培槽から排出された被処理養液に含まれる各種病害菌や病害虫、アレロパシー成分、分泌有機酸、微粒子、植物断片等の異物を濾過処理部にて濾過処理して養液より分離除去し、濾過処理部において濾過処理された処理済み養液に不足栄養分を適宜添加した上で再度栽培槽へと循環供給することができるため、都度養液を廃棄することなく、栽培対象の植物の生育促進と病気予防を図ることができる。
【００１０】
上記発明（発明１）において、前記濾過処理部をバイパスするように、前記被処理養液供給ラインと前記処理済み養液供給ラインとの間に設けられているバイパスラインと、前記バイパスラインを用いて前記濾過処理部をバイパスする状態と、前記バイパスラインを用いずに前記濾過処理部における濾過処理を行う状態とを切り替える切替手段とを更に備えていることが好ましい（発明２）。
【００１１】
上記発明（発明２）によれば、被処理養液が濾過処理を必要としない程度の水質を維持している間は濾過処理部をバイパスしてシステム内に養液を循環させることができ、被処理養液が汚れている場合にのみ選択的に被処理養液を濾過処理部へと供給して濾過処理することができる。
【００１２】
上記発明（発明１，２）において、前記被処理養液供給ライン上に、前記被処理養液の水質を計測する計測部が設けられていることが好ましい（発明３）。
【００１３】
上記発明（発明３）によれば、被処理養液の水質を計測することによって濾過処理の要否や不足栄養分の添加の要否等を判断することができる。なお、計測部が計測する対象としては、例えば、ＰＨや電気伝導度、濁度等が挙げられる。
【００１４】
上記発明（発明３）においては、前記被処理養液供給ラインの前記計測部よりも後段側において、所定の添加物を添加した補充養液を前記被処理養液供給ラインに対して供給する補充養液供給部を更に備えていることが好ましく（発明４）、前記所定の添加物が、不足栄養分、界面活性剤及び洗浄剤よりなる群から選ばれる１種または２種以上であってもよい（発明５）。
【００１５】
上記発明（発明４，５）によれば、計測部により被処理養液の水質の計測結果に基づいて、適宜不足栄養分や界面活性剤、洗浄剤を必要に応じて添加した養液を被処理養液に混合させることができる。
【００１６】
上記発明（発明１〜５）において、前記濾過処理部が、前記被処理養液が気液混合状態となるように前記被処理養液に微細気泡を包含させる微細気泡発生装置と、前記微細気泡発生装置から前記被処理養液を導入する流入口と、前記処理済み養液を排出する流出口と、濾過処理によって前記被処理養液より分離された分離対象物を含む濃縮液を排出する排出口とを備えたケーシングと、前記ケーシング内部を前記流入口が位置する第一室と前記流出口が位置する第二室とに区画するように前記ケーシング内部に装着され、上部が開口し、下部が前記排出口に接続されている濾過体と、を備えており、前記流入口は前記被処理養液を前記濾過体の前記第一室側濾過面に沿って渦巻状に旋回流動させるように、前記被処理養液を導入することが好ましい（発明６）。
【００１７】
上記発明（発明６）によれば、微細気泡発生装置によって被処理養液は微細気泡を包含した気液混合状態でケーシング内部に導入され、導入された被処理養液が濾過体の第一室側濾過面に沿って渦巻状に旋回流動することにより、被処理養液中の微粒子、病害菌、病害虫等の異物が被処理養液中の微細気泡に付着して被処理養液の表層に泡沫として浮上するため、異物を被処理養液から分離することができるとともに、異物が濾過体の第一室側濾過面に付着することを抑制することができる。被処理養液に界面活性剤を添加した場合は、当該界面活性剤の働きに寄り発生する微細気泡はより微細化してマイクロバブル状になる。また、濾過体によって被処理養液から分離された異物等の分離対象物が、濾過体の第一室側濾過面に沿って渦巻状に発生している旋回流に乗って徐々に濾過体の下部表面に蓄積されていくため、分離された異物等の分離対象物が濾過体の第一室側濾過面に付着することを抑制することができる。また、濾過体によって被処理養液から分離された異物等の分離対象物を多く含む濃縮液を、濾過処理運転中であっても濾過体下部から排出することができるため、当該分離対象物を排出するために濾過処理運転を一時停止する必要がなくなり、連続的に濾過処理運転を行うことができる。
【００１８】
上記発明（発明６）において、前記微細気泡発生装置がエジェクターであることが好ましい（発明７）。
【００１９】
上記発明（発明６，７）において、前記濾過処理部が、前記濾過体の前記第二室側濾過面に対して気体を噴出する気体供給機構と、前記気体及び前記処理済み養液を前記第二室から前記微細気泡発生装置へと供給する循環ラインとを更に備えていることが好ましい（発明８）。
【００２０】
上記発明（発明８）によれば、気体供給機構から濾過体の第二室側濾過面に噴出された気体が濾過体を振動させることによって、分離された異物等の分離対象物が濾過体の第一室側濾過面に付着することを抑制するとともに、気体を含有した処理済み養液が循環ラインによって微細気泡発生装置へと供給されることによって、ケーシング内の不要なガス成分を微細気泡発生装置において被処理養液に包含させる気体として再利用することができる。
【００２１】
上記発明（発明６〜８）において、前記ケーシングが上部中央に泡沫排出口を備えていることが好ましい（発明９）。
【００２２】
上記発明（発明９）によれば、被処理養液中の微粒子、病害菌、病害虫等の異物が被処理養液中の微細気泡に付着し、被処理養液の表層に浮上した泡沫を系外へと排出することができるため、当該泡沫を排出するために濾過処理運転を一時停止する必要がなくなり、連続的に濾過処理運転を行うことができる。また、異物等の分離対象物を多く含む濃縮液が排出口から排出されるとともに、被処理養液の表層に浮上した泡沫も随時系外へと排出されることにより、水耕栽培システム内を循環供給されている養液は随時補充養液と置き換えられていくこととなるため、結果的に定期的にブローダウンしているのと同様の効果を得ることができる。
【００２３】
上記発明（発明８）において、前記第二室内には微生物を担持させた生物担持担体が浮遊している生物処理区画が設けられており、前記生物担持担体を前記気体供給機構から噴出された前記気体によって流動させ、もって有機物その他の不純物を除去することが好ましい（発明１０）。
【００２４】
上記発明（発明１０）によれば、濾過体によって分離することができない被処理養液中の溶存成分（アレロパシー成分や分泌有機酸等）や微生物を、微生物を担持させた生物担持担体によって酸化除去することができる。
【００２５】
上記発明（発明１０）において、前記生物処理区画が、前記生物担持担体の径よりも小さい孔径を有する網状部材と前記ケーシング内壁とによって区画されており、前記流出口及び前記循環ラインへの供給口は前記生物処理区画外に位置していることが好ましい（発明１１）。
【００２６】
上記発明（発明１１）によれば、処理済み養液の流出口と循環ラインへの供給口とが生物処理区画外に位置していることにより、生物処理区画から生物担持担体が流出することがない。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の水耕栽培システムによれば、養液を循環再利用することによって、廃液処理などの問題を生じずに植物の生育促進と病気予防を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る水耕栽培システムを示す概略構成図である。
【図２】同実施形態に係る水耕栽培システム中の濾過処理部を示す正面一部断面図である。
【図３】同濾過装置が濾過処理運転時にあるときの状態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る水耕栽培システム１０は、濾過処理部１と、栽培槽２と、被処理養液供給ライン３と、処理済み養液供給ライン４と、計測部５と、バイパスライン６と、ポンプ７と、補充養液供給部８と、ＵＶ殺菌装置９とから構成されている。
【００３０】
栽培槽２には被処理養液供給ライン３が接続されている。被処理養液供給ライン３上には上流側より順に、計測部５、ポンプ７、バイパスライン６への分岐ポイントである三方弁６１０、補充養液供給部８がそれぞれ設けられており、最終的に被処理養液供給ライン３は濾過処理部１へと接続されている。濾過処理部１には処理済み養液供給ライン４が接続されており、ＵＶ殺菌装置９を経て、最終的に処理済み養液供給ライン４は栽培槽２へと接続されている。これにより、本実施形態に係る水耕栽培システム１０においては、システム中の養液が、栽培槽２→被処理養液供給ライン３→濾過処理部１→処理済み養液供給ライン４→栽培槽２という形で循環するような仕組みになっている。
【００３１】
栽培槽２は栽培対象の植物を定植する場所であり、本実施形態においては、複数の植物が定植された槽が三つ直列に配置された多段式栽培槽となっている。上段の栽培槽２Ａには、植物の生育に必要な適度な酸素と栄養分を含む養液が処理済み養液供給ライン４から供給され、当該養液が中段の栽培槽２Ｂ、下段の栽培槽２Ｃと順に流れていき、それぞれの栽培槽に定植された植物の根に流水によって刺激を与えつつ酸素及び栄養分を吸収させる。当該養液は下段の栽培槽２Ｃから被処理養液として被処理養液供給ライン３へと流出する。
【００３２】
被処理養液供給ライン３上には、まず計測部５が設けられており、計測部５は調整槽５１０と計測器類５２０と散気装置５３０とから構成されている。栽培槽２から被処理養液供給ライン３へと流入した被処理養液は、計測部５の調整槽５１０へと流れ込む。調整槽５１０にはＰＨ計、電気伝導度計、濁度計等の計測器類５２０が備えられており、これらの計測器類５２０により被処理養液中の水質の変化を計測し、その結果に基づいて被処理養液中の養分量や汚れの状態を確認することができる。散気装置５３０は調整槽５１０内において貯留された被処理養液に対して酸素を供給するものであり、これによって養液中の酸素濃度を上げるとともに槽内を攪拌して沈殿物が沈下することを防止し、もって後述する補充養液と被処理養液とが混合される際に水質が均質化するように働いている。
【００３３】
計測部５の後段には水耕栽培システム１０中に養液を循環させるためのポンプ７が接続されており、ポンプ７は一定の水質の養液を栽培槽２へと供給するために常時稼働している。
【００３４】
ポンプ７の後段にはバイパスライン６への分岐ポイントである三方弁６１０が設けられている。バイパスライン６は、養液を被処理養液供給ライン３から処理済み養液供給ライン４へと濾過処理部１をバイパスして供給するためのものである。三方弁６１０は、バイパスライン６を用いて濾過処理部１をバイパスする状態と、バイパスライン６を用いずに濾過処理部１における濾過処理を行う状態とを切り替える切替手段として機能する。被処理養液が濾過処理を必要としない程度の水質を維持している間は濾過処理部１をバイパスしてシステム１０内に養液を循環させることができ、計測部５の計測器類５２０に含まれる濁度計による計測で養液中の汚れが一定のレベルを超えた場合には、三方弁６１０を操作して被処理養液を濾過処理部１へと供給して濾過処理や殺菌処理した上でシステム１０内に養液を循環させることができる。
【００３５】
被処理養液供給ライン３の三方弁６１０の後段には補充養液供給部８が設けられている。補充養液供給部８は、補充養液が生成・貯留される補充養液槽８１０と、養液に対して不足栄養分、界面活性剤、洗浄剤等の添加物を添加して希釈混合攪拌する攪拌器８２０と、生成された補充養液を被処理養液供給管３へと送り込むための注入ポンプ８３０及び補充養液供給管８４０とから構成されている。本実施形態においては、計測部５の計測器類５２０からの計測結果に基づいて、養液に対して不足栄養分、界面活性剤、洗浄剤等の添加物を最適な状態で添加するように、制御システム（図示しない）が攪拌器８２０を制御するように設定されている。
【００３６】
添加する不足栄養分としては、例えば、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、カリウム（Ｋ）、鉄（Ｆｅ）、その他のミネラル及びこれらの供給物質等が挙げられるが、特に窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、カリウム（Ｋ）、鉄（Ｆｅ）を添加することが望ましい。また、添加する界面活性剤としては、例えば、食品添加剤として利用されるグリセリン脂肪酸エステル、脂肪酸エステル、脂肪酸、これらの塩、及びショ糖等が挙げられるが、特に脂肪酸塩であるオレイン酸ナトリウムを添加することが望ましい。さらに、添加する洗浄剤としては、例えば、無機系リン酸塩等が挙げられるが、特にヘキサメタリン酸やトリポリリン酸の塩を添加することが望ましい。
【００３７】
なお、本実施形態に係る水耕栽培システム１０においては、補充養液供給部８において洗浄剤を養液に少量添加し、当該養液をシステム内に循環させることにより、各種配管や栽培槽２の壁面に付着する汚れ成分を剥離し、循環養液中に浮遊させた状態で濾過処理部１へと収集することができるため、定期的な洗浄の頻度を大幅に低減させることができる。また、補充養液供給部８において界面活性剤を養液に添加し、当該養液をシステム内に循環させることにより、濾過処理部１における被処理養液中の微粒子、病害菌、病害虫等の異物の泡沫分離処理時に、当該界面活性剤が微細気泡をより微細化してマイクロバブル状にするため、泡沫分離効果をより高めることができる。界面活性剤そのものも泡沫に含まれて系外へと排出される。
【００３８】
補充養液供給部８より供給される補充養液は、被処理養液供給ライン３が濾過処理部１に接続される手前で被処理養液と混合され、被処理養液は濾過処理部１へと供給される。濾過処理部１にて被処理養液は濾過処理され、処理済み養液は処理済み養液供給ライン４を経て再び栽培槽２へと供給される。処理済み養液供給ライン４上にはＵＶ殺菌装置９が設けられており、処理済み養液に対してＵＶ殺菌処理を行って処理済み養液を無菌化することにより、循環再利用に適した養液を栽培槽２へと供給している。以下に濾過処理部１について詳述する。
【００３９】
図２に示すように、本実施形態に係る濾過処理部１は、濾過体１３０が内部に装着されたケーシング１２０に、被処理養液流入管１４０、処理済み養液流出管１５０、排出管１６０、気体導入管１７０、循環ライン１１３及び泡沫排出管１２４が接続されて構成されている。被処理養液流入管１４０及び循環ライン１１３にはエジェクター１１０が、処理済み養液流出管１５０にはＵＶ殺菌装置９がそれぞれ接続されている。
【００４０】
ケーシング１２０は、上部が開口している有底円筒状の容器本体１２１と、容器本体１２１の上部開口部を閉塞するように容器本体１２１に装着される半球形状の容器蓋部１２２とから構成されている。容器蓋部１２２の中央頭頂部にはケーシング１２０内養液の表層部に浮上してくる泡沫を排出可能な泡沫排出口１２３が設けられており、泡沫排出口１２３には泡沫排出管１２４が接続されている。容器蓋部１２２の形状を中央部分に高さを持たせた形状とし、最も高い部分に泡沫排出口１２３を設けることにより、ケーシング１２０内養液の表層部に浮上してくる泡沫をケーシング１２０外へと排出しやすくなっている。なお、容器蓋部１２２の形状は半球形状でなくともよく、例えば円錐台形状であってもよい。
【００４１】
濾過体１３０は、柔軟性のある濾材を用いて形成された逆円錐台形状の布体である。濾過体１３０に用いられる濾材の原材料としては、例えば、ナイロンやポリエステル等の有機合成品からなる化学繊維や綿等の天然繊維等を用いた不織布又は織布等が挙げられる。ポリイミドや炭素繊維、金属製繊維等を用いた織布を濾材の原材料としてもよい。濾過体１３０の上下端部はいずれも開口している。
【００４２】
濾過体１３０に用いられる濾材の孔径（メッシュ）は濾過対象に応じて適宜選定されるが、１〜１０００μｍであることが好ましい。これは、濾過体の孔径が１μｍ未満では濾過処理に要する時間が増大し、濾過体の孔径が１０００μｍを超えると固形物が濾過処理した処理済み養液に漏れてしまい、処理済み養液の水質が悪化してしまうことによる。濾過体の孔径を１〜１０００μｍとすることにより、過剰な時間をかけることなく、処理済み養液に要求される水質基準を満足する濾過処理を行うことができる。
【００４３】
濾過体１３０は、ケーシング１２０の容器本体１２１の上部内壁に沿って設けられた環状の取付部材１３１に濾過体１３０の上端部を取り付けることにより、ケーシング１２０内部に装着される。環状の取付部材１３１は容器本体１２１の上部内壁に対して着脱可能な構造となっている。また、取付部材１３１には、濾過体１３０を破損から保護するために、取付部材１３１から鉛直方向下方に向かって、かつ濾過体１３０を取り囲むように円筒状の保護スクリーン１３３が取り付けられている。
【００４４】
さらに、濾過体１３０の下端部には接続部材１３２が取り付けられており、接続部材１３２は排出管１６０の排出口１６２に着脱自在に接続されている。接続部材１３２は、接続部材１３２が排出管１６０に接続されている状態で濾過体１３０内に被処理養液を供給して旋回流動させる際にも排出管１６０から外れることがない一方で、容器本体１２１上部から濾過体１３０内側に手を入れて、排出管１６０から着脱することができる構造となっている。
【００４５】
このように濾過体１３０をケーシング１２０内部に装着することにより、ケーシング１２０内部は濾過体１３０によって第一室１２Ａと第二室１２Ｂとに区画されていることとなる。また、濾過体１３０は、ケーシング１２０の容器蓋部１２２を容器本体１２１から取り外した上で、取付部材１３１を容器本体１２１の上部内壁より取り外すとともに接続部材１３２を排出管１６０より取り外すことにより、容器本体１２１の上部開口部よりケーシング１２０外部に取り出すことができる。
【００４６】
被処理養液流入管１４０は、被処理養液をケーシング１２０に導入するものであり、ケーシング１２０の容器本体１２１の上部においてケーシング１２０に接続されている。本実施形態においては、被処理養液流入管１４０は容器本体１２１の上部内壁に設けられた取付部材１３１よりも上側に接続されており、被処理養液流入管１４０の流入口１４２は、第一室１２Ａに位置するとともに、濾過体１３０の平面視接線方向に向かって開口している。このように被処理養液流入管１４０をケーシング１２０に接続し、流入口１４２を開口させたことにより、被処理養液流入管１４０から被処理養液をケーシング１２０内に放出した場合に、被処理養液を濾過体１３０の内側の濾過面に沿って渦巻状に旋回流動させることができる。
【００４７】
被処理養液流入管１４０にはエジェクター１１０が接続されている。エジェクター１１０は処理対象の液体の噴流による負圧を利用して他の液体や気体、気液混合体を吸引する構造となっており、エジェクター１１０には、被処理養液流入管１４０以外に被処理養液供給管１１２と循環ライン１１３とが接続されている。循環ライン１１３のエジェクター１１０が接続されている側と逆側の一端は、容器本体１２１の上部内壁に設けられた取付部材１３１よりもやや下側に接続されており、循環ライン１１３の供給口１１４は第二室１２Ｂに位置している。循環ライン１１３は気体を含有した処理済み養液をエジェクター１１０へと循環供給するためのラインであり、ケーシング１２０内の不要なガス成分をエジェクター１１０において被処理養液に包含させる気体として再利用することができる。
【００４８】
エジェクター１１０が被処理養液を導入するライン上に設けられていることにより、被処理養液は微細気泡を包含した気液混合状態でケーシング内部に導入される。導入された被処理養液が濾過体１３０の第一室１２Ａ側濾過面に沿って渦巻状に旋回流動することにより、被処理養液中の微粒子、病害菌、病害虫等の異物が被処理養液中の微細気泡に付着して被処理養液の表層に泡沫として浮上するため、異物を被処理養液から分離することができるとともに、異物が濾過体１３０の第一室１２Ａ側濾過面に付着することを抑制することができる。浮上した泡沫は、前述のように、泡沫排出口１２３から排出されるため、当該泡沫を排出するために濾過処理運転を一時停止する必要はなく、連続的に濾過処理運転を行うことができる。
【００４９】
処理済み養液流出管１５０は、被処理養液を濾過処理した処理済み養液をケーシング１２０から排出するものであり、ケーシング１２０の容器本体１２１の下部においてケーシング１２０に接続されている。処理済み養液流出管１５０の途中には処理済み養液のケーシング１２０からの流出を制御する流出バルブ１５１が備えられており、流出バルブ１５１を開栓すると処理済み養液がケーシング１２０から流出し、流出バルブ１５１を閉栓することにより流出が遮断される。また、本実施形態においては、処理済み養液流出管１５０は容器本体１２１の下部に接続されているが、このように処理済み養液流出管１５０をケーシング１２０に接続したことにより、処理済み養液流出管１５０の流出口１５２は第二室１２Ｂに位置していることになる。
【００５０】
以上のような濾過体１３０、被処理養液流入管１４０、及び処理済み養液流出管１５０の構造により、被処理養液流入管１４０よりケーシング１２０内に流入した被処理養液を濾過体１３０によって濾過し、濾過処理済み養液を処理済み養液流出管１５０からケーシング１２０外部に流出させるという濾過機能を濾過装置１に持たせることができる。濾過体１３０によって被処理養液から分離された異物等の分離対象物は、濾過体１３０の第一室１２Ａ側の濾過面に沿って渦巻状に発生している旋回流に乗って徐々に濾過体１３０の下部表面に蓄積されていく。
【００５１】
排出管１６０は、濾過体１３０によって被処理養液から分離された異物等の分離対象物を含む濃縮液をケーシング１２０から排出するものであり、ケーシング１２０の容器本体１２１の底部ほぼ中央においてケーシング１２０に接続されている。排出管１６０の途中には異物等の分離対象物を含む濃縮液のケーシング１２０からの排出を制御する排出バルブ１６１が備えられており、排出バルブ１６１を開栓すると異物等の分離対象物を含む濃縮液がケーシング１２０から排出され、排出バルブ１６１を閉栓することにより排出が遮断される。
【００５２】
排出管１６０は、ケーシング１２０内部にその一部が位置し、ケーシング１２０内部からケーシング１２０外部に向かって鉛直方向下向きに延出している。排出管１６０は、容器本体１２１の下で水平方向に向きを変えて延設されている。排出管１６０の排出口１６２には、前述のように、濾過体１３０が接続部材１３２を介して接続されている。このように排出管１６０をケーシング１２０及び濾過体１３０に接続したことにより、濾過体１３０によって被処理養液から分離された異物等の分離対象物を含む濃縮液を排出管１６０より排出することができる。
【００５３】
気体導入管１７０は、ケーシング１２０内部に供給する気体をケーシング１２０外部から導入するものであり、ケーシング１２０の容器本体１２１の下部においてケーシング１２０に接続され、そのまま容器本体１２１内部にまで延出している。気体導入管１７０の途中にはケーシング１２０への気体の供給を制御する気体導入バルブ１７１が備えられており、気体導入バルブ１７１を開栓すると気体がケーシング１２０へ供給され、気体導入バルブ１７１を閉栓することにより供給が遮断される。
【００５４】
気体導入管１７０の容器本体１２１内部に位置する端部には、環状の気体噴出管１８０が接続されており、気体噴出管１８０は排出管１６０の排出口１６２近傍を取り囲むように設置されている。また、気体噴出管１８０には、濾過体１３０の第二室１２Ｂ側濾過面に向かって気体を噴出する複数の気体噴出孔１８１が形成されている。このように複数の気体噴出孔１８１が形成された気体噴出管１８０を設置することにより、濾過体１３０に対して気体を噴出すると気泡が養液中を濾過体１３０に沿って上昇し、もって濾過体１３０を振動させ続けるため、分離された異物等の分離対象物が濾過体１３０の濾過面に付着することを抑制し、さらには異物等の分離対象物が濾過体１３０の目詰まりを引き起こすことを抑制することができる。
【００５５】
ケーシング１２０内部には、二枚のドーナツ板形状の網状部材１２５、１２６とケーシング１２０の内壁とによって区画された生物処理区画１２Ｃが設けられている。生物処理区画１２Ｃは第二室１２Ｂ内の一部区画である。上側網状部材１２５はその外周がケーシング１２０の内壁に接し、その内周は濾過体１３０の第二室１２Ｂ側濾過面に接するように、ケーシング１２０内部の略中央付近、気体導入管１７０及び気体噴出管１８０よりも上側であって循環ライン１１３の供給口１１４よりも下側に水平に設置されている。下側網状部材１２６はその外周がケーシング１２０の内壁に接し、その内周は排出管１６０に接するように、ケーシング１２０内部の底部付近、気体導入管１７０及び気体噴出管１８０よりも下側であって処理済み養液の流出口１５２よりも上側に水平に設置されている。
【００５６】
上側網状部材１２５、下側網状部材１２６、濾過体１３０及びケーシング１２０の内壁によって区画された生物処理区画１２Ｃ内には微生物を担持させた生物担持担体（図示せず）が収納されており、気体噴出管１８０から噴出された気体によって生物担持担体が生物処理区画１２Ｃ内を浮遊流動することによって、濾過体１３０によって分離することができない被処理養液中の溶存成分（アレロパシー成分、分泌有機酸等）や微生物が酸化除去される。上側網状部材１２５及び下側網状部材１２６の孔径（メッシュ）は生物担持担体の径よりも小さく、処理済み養液の流出口１５２及び循環ライン１１３への供給口１１４はいずれも生物処理区画１２Ｃ外に位置しているため、生物処理区画１２Ｃから生物担持担体が流出することはない。
【００５７】
処理済み養液流出管１５０の流出口１５２とは逆側の一端にはＵＶ殺菌装置９が接続されている。濾過処理部１にて濾過処理された処理済み養液が処理済み養液流出管１５０を経てＵＶ殺菌装置９に供給されて殺菌処理が行われる。殺菌処理済み養液は処理済み養液供給ライン４を経て再び栽培槽２へと循環供給されていく。なお、通常、水耕栽培にて使用されるキレート系鉄塩はＵＶ殺菌処理によって不溶化して沈殿してしまうため、養液中の鉄分が不足することとなる。本実施形態においては、無機リン酸系鉄塩を使用することによってこの弊害を回避することができる。
【００５８】
濾過処理部１による濾過処理運転は、次のようにして実施される。まず、流出バルブ１５１、排出バルブ１６１及び気体導入バルブ１７１を閉栓した状態で、被処理養液供給管１１２からエジェクター１１０に被処理養液を供給し、エジェクター１１０において気液混合状態となった被処理養液を被処理養液流入管１４０からケーシング１２０に導入して濾過処理を開始する。
【００５９】
続いて、図３に示すように、流出バルブ１５１、排出バルブ１６１及び気体導入バルブ１７１を開栓して安定運転状態に入る。このとき、ケーシング１２０内では濾過体１３０の内側の濾過面に沿って渦巻状の旋回流が発生している。
【００６０】
流出バルブ１５１を開栓すると、濾過体１３０を通過して濾過処理された処理済み養液が、処理済み養液流出管１５０を経てＵＶ殺菌装置９へと排出される。濾過体１３０を通過できない異物等の分離対象物は、濾過体１３０の第一室１２Ａ側濾過面に滞留する。
【００６１】
排出バルブ１６１を開栓すると、渦巻状に発生している旋回流に乗って徐々に濾過体１３０の下部表面に蓄積された異物等の分離対象物が、排出管１６０を経て系外へ排出される。
【００６２】
気体導入バルブ１７１を開栓すると、気体が気体導入管１７０を経て気体噴出管１８０に供給され、気体噴出管１８０に設けられた複数の気体噴出孔１８１から濾過体１３０の第二室１２Ｂ側濾過面に対して気体が噴出する。その結果、噴出した気体が養液中で気泡化するとともに当該気泡が養液中を濾過体１３０に沿って上昇し、もって濾過体１３０を振動させ続けるため、分離された異物等の分離対象物が濾過体１３０の第一室１２Ａ側濾過面に付着することを抑制し、さらには異物等の分離対象物が濾過体１３０の目詰まりを引き起こすことを抑制する。
【００６３】
一方、被処理養液は気液混合状態でケーシング１２０に導入されているため、被処理養液中の病害菌、病害虫、微粒子等の異物は被処理養液中の微細気泡に付着して被処理養液の表層に泡沫として浮上する。これにより、異物を被処理養液から分離することができるとともに、異物が濾過体１３０の第一室１２Ａ側濾過面に付着することを抑制することができる。浮上した泡沫は徐々に容器蓋部２２の内部に蓄積していくが、蓄積した泡沫が最上部にまで達すると泡沫排出口１２３から泡沫排出管１２４を経て系外へと排出される。このように、異物等の分離対象物を多く含む濃縮液が排出口１６２から排出されるとともに、被処理養液の表層に浮上した泡沫も泡沫排出管１２４から随時系外へと排出されることにより、水耕栽培システム１内を循環供給されている養液は随時補充養液と置き換えられていくこととなるため、結果的に定期的にブローダウンしているのと同様の効果を得ることができる。
【００６４】
濾過体１３０を第二室１２Ｂ側へと通過した処理済み養液は、生物処理区画１２Ｃにおいて、濾過体１３０によって分離することができない被処理養液中の溶存成分（アレロパシー成分、分泌有機酸物等）や微生物が酸化除去される。
【００６５】
また、気体を含有した処理済み養液の一部は循環ライン１１３を経てエジェクター１１０へと循環供給される。これにより、ケーシング１２０内の不要なガス成分をエジェクター１１０において被処理養液に包含させる気体として再利用することができる。
【００６６】
このように、本実施形態に係る水耕栽培システム１によれば、栽培槽から排出された被処理養液に含まれる各種病害菌や病害虫、アレロパシー成分、分泌有機酸、微粒子、植物断片等の異物を濾過処理部にて濾過処理して養液より分離除去し、濾過処理部において濾過処理された処理済み養液に不足栄養分を適宜添加した上で再度栽培槽へと循環供給することができるため、養液を循環再利用することができ、廃液処理などの問題を生じずに植物の生育促進と病気予防を図ることができる。
【００６７】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００６８】
本発明に係る水耕栽培システムは、これから発展の見込まれる農業の工業化に貢献し、特に大規模な植物工場において、大量の養液の廃棄処理をすることなく循環再利用を可能としており、連作障害の防止や病害虫予防に大きな効果を発揮するものである。
【００６９】
従来のシステムではいくつかの単位操作や機器の使用が必要となり、操作も煩雑であった。また、廃棄物として逆洗浄水等の希薄養液が大量に出てしまい、塩素殺菌を行う際には大量の塩素酸化物による環境汚染も懸念されていた。本発明に係る水耕栽培システムでは、養液中の阻害物質のみを濃縮分離除去することや生物酸化処理を行うことにより廃棄物量をできる限り抑え、環境に優しいシステムとなっている。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、水耕栽培システムにおいて養液を廃棄処理することなく循環利用するために有用である。
【符号の説明】
【００７１】
１０…水耕栽培システム
１…濾過処理部
１１０…エジェクター
１１２…被処理養液供給管
１１３…循環ライン
１１４…供給口
１２０…ケーシング
１２１…容器本体
１２２…容器蓋部
１２３…泡沫排出口
１２４…泡沫排出管
１２５…上側網状部材
１２６…下側網状部材
１２Ａ…第一室
１２Ｂ…第二室
１２Ｃ…生物処理区画
１３０…濾過体
１３１…取付部材
１３２…接続部材
１３３…保護スクリーン
１４０…被処理養液流入管
１４２…流入口
１５０…処理済み養液流出管
１５１…流出バルブ
１５２…流出口
１６０…排出管
１６１…排出バルブ
１６２…排出口
１７０…気体導入管
１７１…気体導入バルブ
１８０…気体噴出管
１８１…気体噴出孔
２…栽培槽
３…被処理養液供給ライン
４…処理済み養液供給ライン
５…計測部
５１０…調整槽
５２０…計測器類
５３０…散気装置
６…バイパスライン
６１０…三方弁（切替手段）
７…ポンプ
８…補充養液供給部
８１０…補充養液槽
８２０…攪拌器
８３０…注入ポンプ
８４０…補充養液供給管
９…ＵＶ殺菌装置
【図１】
2013138615.tif 000003
【図２】
2013138615.tif 000004
【図３】
2013138615.tif 000005