養液栽培排水の処理方法及び装置
【課題】排水が間欠的でもフィルタに目詰まりが生じにくい養液栽培排水の処理方法及び装置の提供。
【解決手段】養液栽培施設１の排水路１０に植物片の捕捉可能なフィルタ１４付き濾過器１１を設け、濾過器１１又はその上流排水路１０に導入弁ＷＡ付きガス導入路４０を接続し、排水路１０の排水休止時にガス導入路４０から不活性ガスを導入して濾過器１１内の水及び酸素を押し出す。好ましくは、排水路１０の排水休止時にガス導入路４０から圧縮空気Ａを導入して濾過器１１内の水を押し出したのち不活性ガスＧを導入して濾過器１１内の酸素を押し出す。更に好ましくは、フィルタ１４付き濾過器１１の上流排水路１０にそのフィルタ１４より孔の粗いプレフィルタ５４付き濾過器５１を設け、導入弁ＷＡ付きガス導入路４０をプレフィルタ５４付き濾過器５１又はその上流排水路１０に接続し、排水路１０の排水休止時に両濾過器１１、５１内の水及び酸素を押し出す。
【解決手段】養液栽培施設１の排水路１０に植物片の捕捉可能なフィルタ１４付き濾過器１１を設け、濾過器１１又はその上流排水路１０に導入弁ＷＡ付きガス導入路４０を接続し、排水路１０の排水休止時にガス導入路４０から不活性ガスを導入して濾過器１１内の水及び酸素を押し出す。好ましくは、排水路１０の排水休止時にガス導入路４０から圧縮空気Ａを導入して濾過器１１内の水を押し出したのち不活性ガスＧを導入して濾過器１１内の酸素を押し出す。更に好ましくは、フィルタ１４付き濾過器１１の上流排水路１０にそのフィルタ１４より孔の粗いプレフィルタ５４付き濾過器５１を設け、導入弁ＷＡ付きガス導入路４０をプレフィルタ５４付き濾過器５１又はその上流排水路１０に接続し、排水路１０の排水休止時に両濾過器１１、５１内の水及び酸素を押し出す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は養液栽培排水の処理方法及び装置に関し、とくに植物を養液栽培する植物工場、温室、実験室等（以下、これらを纏めて養液栽培施設ということがある）からの排水中に含まれる植物片を処理する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な植物を屋外耕地に代えて内部環境が制御された閉鎖的又は半閉鎖的空間（例えば室内空間）で養液栽培する技術が開発され、実用化が進められている。養液栽培（ｈｙｄｒｏｐｏｎｉｃｓ，ｎｕｔｒｉｃｕｌｔｕｒｅ）とは土壌を用いずに無機塩類の水溶液（培養液）として養分を与える栽培法であり、流動法（ＮＦＴ、ＤＦＴ）や静置法（浮根法、毛管法、筒栽培法）等の水耕栽培方式、噴霧耕方式、礫耕・砂耕・ロックウール耕等の固形培地耕方式を含む（非特許文献１参照）。植物を室内空間で養液栽培することにより、屋外耕地の砂漠化防止、水資源の有効利用、植物収量・品質の均一化等といった様々な効果が期待されている。
【０００３】
図４は従来の養液栽培施設１の一例を示す（特許文献１参照）。図示例の養液栽培施設１は４つの閉鎖的又は半閉鎖的な栽培室３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄを有し、各栽培室３にそれぞれ養液栽培装置４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄと空調装置５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄと照明装置（図示せず）とが設けられている。また、各栽培室３はそれぞれ独立した給水タンク６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄを有し、例えば敷地内の井戸７から軟水器８ａ及び純水装置８ｂを介して各給水タンク６に井水を導き、各栽培室３で栽培する植物の種類に応じた栄養を各給水タンク６で調整・添加して各栽培室３の養液栽培装置４へ給液している。各栽培室３の養液栽培装置４及び空調装置５で発生した排水Ｄは、排水路１０を介して排水貯留槽２０に纏めて集めたのち、一般排水として排水枡・下水道・農業排水路等へ放流する。
【０００４】
図４の養液栽培施設１は、遺伝子組換え植物が栽培されることを想定し、植物の成体・種子等の植物片や胞子・花粉等の植物細胞（以下、これらを纏めて植物片ということがある）が環境に対して影響を与えないように、植物片の施設外への漏出を防止する排水装置を設けている。すなわち、各栽培室３の養液栽培装置４の排水路１０に排水滅菌容器９を接続し、排水Ｄに対して遺伝子組換え植物の不活化に必要なバッチ式高圧滅菌処理（例えば滅菌温度（１２１℃）に滅菌時間（例えば１５分間）保持する加熱滅菌処理）を施して排水Ｄ中の植物片を不活化処理し、不活化処理後の排水Ｄを一般排水として放流している。ただし、図示例のように排水Ｄを高温滅菌処理する方法は、養液栽培施設１の規模（排水量）が大きくなると大容量の高温滅菌容器９が必要になって処理コストが嵩む問題点がある。
【０００５】
図３は、養液栽培施設１の排水装置の他の一例を示す（特許文献２参照）。図示例の排水装置は、排水路１０上に設置するフィルタ１４付き濾過器１１と、その濾過器１１に接続する蒸気弁ＶＢ付き蒸気導入路１６とを備えている。図示例の濾過器１１は、取水弁ＶＡ付き取水口１２と植物片が捕捉可能な内部フィルタ１４（例えばメンブランフィルタ）と排水弁ＶＣ付き排水口１３とを有し、その取水弁ＶＡとフィルタ１４との間に蒸気弁ＶＢを介して蒸気導入路１６の一端を接続している。排水処理時は、濾過器１１の取水弁ＶＡを開放して蒸気弁ＶＢを閉鎖し、取水口１２から排水Ｄを濾過器１１内に流入させ、排水Ｄ中の植物片をフィルタ１４で捕捉しつつ捕捉後の排水Ｄを排水口１３へ送り出す。例えばフィルタ１４に圧損が生じたときに、濾過器１１の取水弁ＶＡを閉鎖して蒸気弁ＶＢを開放し、蒸気導入路１６を介して蒸気発生装置１５から濾過器１１内に高圧蒸気Ｓを導入して濾過器１１内を植物片の不活化温度に所定時間（例えば１２１℃に１５分間）保持し、フィルタ１４に捕捉した植物片を不活化処理したうえで除去する。例えばフィルタ１４を濾過器１１に交換可能な態様で取り付け、不活化処理後の植物片をフィルタ１４ごと交換する。
【０００６】
図３の排水装置によれば、排水Ｄを昇温する必要がなく高圧蒸気Ｓの導入により濾過器１１内を不活化温度にすれば足りるので、植物片の漏出防止（封じ込め）に要するエネルギーを削減できる。また、図示例のように濾過器１１の上流側排水路１０に排水貯留槽２０を設け、その貯水槽２０の複数の排出路２１にそれぞれ濾過器１１及び蒸気導入路１６を接続し、何れかの濾過器１１の取水弁ＶＡの閉鎖時に他の濾過器１１の取水弁ＶＡを開放することにより排水Ｄを（バッチ処理ではなく）連続処理することも可能である。排水１４を少しずつ連続処理することで濾過器１１及びフィルタ１４のサイズを小さく抑え、高圧蒸気Ｓの使用量を削減することで排水処理に要するエネルギーを更に削減することが期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１６１１１４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６６８３０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】伊東正他「蔬菜園芸学」有限会社川島書店、１９９４年５月２０日第４刷発行、ｐｐ．２２６−２３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、図３のようなフィルタ１４付き濾過器１１を実際に養液栽培施設１の排水路１０に適用したところ、フィルタ１４に捕捉された植物片が不活化処理前に腐敗してカビ、生物膜その他の微生物の繁殖源となりうることが経験された。養液栽培施設１からの排水は間欠的であることがあり、前回排水時にフィルタ１４に捕捉された植物片が次回排水時まで放置されると徐々に腐敗し、増殖した微生物がフィルタ１４に目詰まりを生じさせてフィルタ１４の機能を損ない、排水処理をしていないにも拘らずフィルタ１４を交換しなければならなくなる。例えば植物片を捕捉するつど（例えば排水時毎に）不活化すれば腐敗を防止できるが、高圧蒸気Ｓを頻繁に導入しなければならず不活化に要するエネルギーが大きくなり、フィルタ１４を用いた排水処理の経済性が損なわれてしまう。図３のようなフィルタ１４付き濾過器１１を用いて経済的な排水処理を実現するためには、排水が間欠的であってもフィルタ１４上の微生物の繁殖（植物片の腐敗）を抑え、フィルタ１４の目詰まりを防止して頻繁な交換を必要としない排水処理技術を開発する必要がある。
【００１０】
そこで本発明の目的は、排水が間欠的であってもフィルタに目詰まりが生じにくい養液栽培排水の処理方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
図１の実施例を参照するに、本発明による養液栽培排水の処理方法は、養液栽培施設１の排水路１０に植物片の捕捉可能なフィルタ１４付き濾過器１１を設け、濾過器１１又はその上流排水路１０に導入弁ＷＡ付きガス導入路４０を接続し、排水路１０の排水休止時にガス導入路４０から不活性ガスを導入して濾過器１１内の水及び酸素を押し出してなるものである。
【００１２】
また図１のブロック図を参照するに、本発明による養液栽培排水の処理装置は、養液栽培施設１の排水路１０に設置する植物片の捕捉可能なフィルタ１４付き濾過器１１、濾過器１１又はその上流排水路１０に接続する導入弁ＷＡ付きガス導入路４０、ガス導入路４０の他端に接続する不活性ガス供給装置４１、及び導入弁ＷＡの開閉を制御する制御装置３０を備え、排水路１０の排水休止時にガス導入路４０から不活性ガスＧを導入して濾過器１１内の水及び酸素を押し出してなるものである。
【００１３】
好ましくは、図示例のように、ガス導入路４０の他端に切替弁ＷＢを介して圧縮空気供給装置４３を接続し、制御装置３０により切替弁ＷＢの切り替えを制御し、排水路１０の排水休止時にガス導入路４０から圧縮空気Ａを導入して濾過器１１内の水を押し出したのち不活性ガスＧを導入して濾過器１１内の酸素を押し出す。また、濾過器１１又はその上流排水路１０に蒸気弁ＶＢを介して蒸気導入路１６を接続し、制御装置３０により蒸気弁ＶＢの開閉を制御し、フィルタ１４の更新時に蒸気Ｓを導入して濾過器１１内を植物片の不活化温度に所定時間保持することができる。
【００１４】
更に好ましくは、図２に示すように、フィルタ１４付き濾過器１１の上流排水路１０にそのフィルタ１４より孔の粗いプレフィルタ５４付き濾過器５１を設け、導入弁ＷＡ付きガス導入路４０をプレフィルタ５４付き濾過器５１又はその上流排水路１０に接続し、排水路１０の排水休止時に両濾過器１１、５１内の水及び酸素を押し出す。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による養液栽培排水の処理方法及び装置は、養液栽培施設１の排水路１０にフィルタ１４付き濾過器１１を設けると共に、その濾過器１１に導入弁ＷＡ付きガス導入路４０を接続し、排水路１０の排水休止時にガス導入路４０から不活性ガスを導入して濾過器１１内の水及び酸素を押し出すので、次の効果を奏する。
【００１６】
（イ）排水休止時に濾過器１１内の酸素を押し出して不活性ガスＧで置換することにより、濾過器１１内で好気性微生物の繁殖を抑えてフィルタ１４に捕捉された植物片の腐敗を防ぎ、好気性微生物の増殖によるフィルタ１４の目詰まりを防止できる。
（ロ）また、排水休止時に濾過器１１内の水を押し出すことにより、濾過器１１内で嫌気性微生物の繁殖を抑え、嫌気性ガスの発生を避けると共に嫌気性微生物の増殖によるフィルタ１４の目詰まりを防止できる。
（ハ）更に、排水休止時に濾過器１１内の水を押し出すことにより、冬季において濾過器１１及びその周囲の配管内部の水分が凍結・膨張して排水装置を閉塞させる事故、排水装置を破裂させる故障等を避けることができる。
（ニ）不活性ガスＧのみを用いて濾過器１１内の水及び酸素を押し出すことも可能であるが、排水休止時に先ず圧縮空気Ａを導入して濾過器１１内の水を押し出したのち不活性ガスＧを導入して濾過器１１内の酸素を押し出すことにより、水及び酸素の押し出しに必要なランニングコストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
【図１】は、本発明による養液栽培排水の処理装置の一実施例の説明図である。
【図２】は、本発明による養液栽培排水の処理装置の他の実施例の説明図である。
【図３】は、従来の養液栽培の排水処理装置の一例の説明図である。
【図４】は、従来の養液栽培の排水処理装置の他の一例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の排水処理装置を遺伝子組換え植物の養液栽培施設１の排水路１０に適用した実施例を示す。図示例の養液栽培施設１は、図４と同様の閉鎖的又は半閉鎖的な栽培室３を有し、その栽培室３に養液栽培装置４及び空調装置５を設けて遺伝子組換え植物Ｐを栽培し、その養液栽培装置４及び空調装置５からの排水Ｄを排水路１０へ排出する。本発明の排水処理装置は、そのような遺伝子組換え植物の養液栽培施設１の排水路１０に設置して排水Ｄ中の植物片を捕捉すると共に、捕捉した植物片を不活化するために利用できる。ただし、本発明の適用対象は遺伝子組換え植物の養液栽培施設１に限定されず、養液栽培施設１の排水Ｄ中の植物片を捕捉する場合に広く適用可能である。例えば、一般的に養液栽培施設１では栄養添加された排水Ｄを再利用することで栄養剤の消費及び排水処理の負荷を低減しており、そのような一般の養液栽培施設１の排水Ｄから植物片等を除去して再利用する場合にも本発明の排水処理装置を利用できる。
【００１９】
図示例の排水路１０は、養液栽培施設１からの排水Ｄを一時的に貯える排水貯留槽（原水タンク）２０と、養液栽培施設１から貯留槽２０に排水Ｄを送る流入路２３と、貯留槽２０に貯えた排水Ｄを施設外へ排出する排出路２１とを有する。養液栽培施設１からの排水Ｄは、上述したように繰り返し再利用されるので必ずしも常時排出されるわけではなく、栽培装置４の殺菌・消毒時又は水の入れ替え時等に数週間〜数ヶ月間に１回程度の頻度で集中的に排出されることもある。排水貯留槽２０のように集中的に排出される排水のバッファーを設け、貯留槽２０の下流側の排水路１０（排出路２１）に本発明の排水処理装置を設置し、貯留槽２０の排水Ｄをポンプ２２で少しずつ送り出して間欠的な変動をある程度緩和することにより、本発明の排水処理装置の小型化を図ることができる。ただし、本発明の排水処理装置は貯留槽２０を有する排水路１０への適用に限定されるわけでなく、貯留槽２０のない排水路１０に適用することも可能である。
【００２０】
本発明の排水処理装置は、排水路１０（図示例では排水貯留槽２０の下流側の排出路２１）に設置する濾過器１１と、その濾過器１１又はその上流排水路１０に接続する導入弁ＷＡ付きガス導入路４０とを有する。図示例の濾過器１１は取水弁ＶＡ付き取水口１２と内部フィルタ１４と排水口１３とを有し、その濾過器１１の取水弁ＶＡとフィルタ１４との間にガス導入路４０の一端を接続し、ガス導入路４０の他端を導入弁ＷＡ経由で不活性ガス供給装置４１に接続している。図示例の濾過器１１の取水口１２は排水路１０の排水Ｄを取り入れて内部フィルタ１４の一次側へ導く内蔵管路又は外付け管路であり、排水口１３は内部フィルタ１４の二次側の排水Ｄを排水路１０へ送り出す内蔵管路又は外付け管路である。
【００２１】
排水路１０に排水Ｄを流す排水処理時（例えば図１のポンプ２２の稼動時）は、濾過器１１の取水弁ＶＡを開放すると共にガス導入路４０の導入弁ＷＡを閉鎖し、排水Ｄを取水口１２から濾過器１１内に流入させ、排水Ｄ中の植物片をフィルタ１４で捕捉しながら排水Ｄを排水口１３へ送り出す。フィルタ１４の材質及び孔径は排水Ｄの性状及びその中に混入した植物片の種類に応じて適宜選択可能であるが、例えば遺伝子組換え植物Ｐの植物片を捕捉する場合は、胞子・花粉等の植物細胞より小径（例えば孔径５〜１０μｍ程度）の微細孔を有するメンブレンフィルタ又は液濾過フィルタとすることができる。濾過器１１から放出された排水Ｄは、例えば図示例のようにモニタリング槽３４に一旦蓄えて植物片の有無を検査したのち、放流弁ＶＩを介して一般の排水枡等へ放流する。植物片が検出された時は、開閉弁ＶＪ付き排水返送路３５を介してモニタリング槽３４から排水貯留槽２０又は養液栽培施設１へ排水Ｄを戻して排水処理をやり直すことができる。
【００２２】
他方、排水路１０に排水Ｄを流さない排水休止時（例えば図１のポンプ２２の停止時）に、取水弁ＶＡを閉鎖すると共にガス導入路４０の導入弁ＷＡを開放し、不活性ガス供給装置４１から不活性ガス供給路４２及びガス導入路４０を介して濾過器１１内に不活性ガスＧ（例えば窒素ガス、アルゴンガス等）を導入することにより、濾過器１１内に残った水及び酸素を濾過器１１の外へ押し出す。濾過器１１から水分と酸素をパージすることにより、濾過器１１内のフィルタ１４に捕捉された植物片を乾燥させて腐敗を防止する。
【００２３】
排水休止時に、不活性ガスＧに代えて空気（圧縮空気）を導入して濾過器１１内の水を押し出すことも考えられるが、濾過器１１内に酸素が残ると好気性微生物が繁殖して含水状態の植物片を腐敗させ、更に植物片上で好気性微生物が増殖してフィルタ１４に目詰まりを生じさせる。濾過器１１内で好気性微生物の増殖を抑えるためには不活性ガスＧを用いることが望ましい。また、排水休止時に濾過器１１内に水分を残したまま不活性ガスＧを導入すると、養分を含む排水中で嫌気性微生物が繁殖し、嫌気性発酵により嫌気性ガス（メタンガス等）を発生する可能性がある。嫌気性ガスが発生すると周囲配管の内圧を上昇させて故障の原因となり、更に嫌気性微生物がフィルタ１４に目詰まりを生じる原因となりうる。濾過器１１内で嫌気性微生物の増殖を抑えるためには、濾過器１１内の酸素だけでなく水分を押し出すことが必要である。
【００２４】
好ましくは、図１に示すようにガス導入路４０の他端に導入弁ＷＡを介して不活性ガス供給装置４１を接続すると共に切替弁ＷＢを介して圧縮空気供給装置４３を接続し、排水休止時に先ず導入弁ＷＡを閉鎖して切替弁ＷＢを開放し、圧縮空気供給路４４及びガス導入路４０を介して濾過器１１内に圧縮空気Ａを導入して水を押し出す。そののち切替弁ＷＢを閉鎖して導入弁ＷＡを開放し、不活性ガス供給路４２及びガス導入路４０を介して濾過器１１内に不活性ガスＧを導入して酸素を押し出す。不活性ガスＧのみで濾過器１１内の水及び酸素を押し出すことも可能であるが、圧縮空気Ａ及び不活性ガスＧの両者を用いて濾過器１１内の水及び酸素を順次に押し出すことにより、不活性ガスＧの消費量を小さく抑えて水及び酸素の押し出しに必要なランニングコストを低く抑えることができる。
【００２５】
不活性ガスＧ（及び圧縮空気Ａ）の導入時に濾過器１１から押し出される水及び酸素は、排水Ｄと同様に排水口１３を介して排出することも可能であるが、図示例のように濾過器１１の排水口１３に排水弁ＶＣを設けると共に濾過器１１に排出弁ＶＤ付き押出路３２を接続し、不活性ガスＧ（及び圧縮空気Ａ）の導入時に排水弁ＶＣを閉鎖して排出弁ＶＤを開放することにより排水Ｄと別経路の押出路３２経由で押し出すことができる。押出路３２経由で排出される水は、フィルタ１４の透過前の排水を含んでおり植物片が含まれているので、排水貯留槽２０又は養液栽培施設１へ戻して排水処理をやり直すことが望ましい。
【００２６】
また、濾過器１１の取水弁ＶＡ、排水弁ＶＣ、排出弁ＶＤ、及びガス導入路４０の導入弁ＷＡ、切替弁ＷＢは、それぞれ手動操作で開閉することもできるが、図示例のように制御装置３０に接続して開閉制御することができる。例えば制御装置３０により１日の処理終了後（又は数時間に１回毎、数日に１回毎、ポンプ２２の稼動時毎であってもよい）に取水弁ＶＡ、排水弁ＶＣ、排出弁ＶＤ、導入弁ＷＡ、及び切替弁ＷＢの開閉を自動的に制御して濾過器１１内の水及び酸素を排出する。或いは、制御装置３０によりポンプ２２の稼働状況（排水休止時であるか否か）を検知し、ポンプ２２の稼動状況に応じて濾過器１１内の水及び酸素を排出することも可能である。不活性ガスＧ（及び圧縮空気Ａ）を導入するタイミングは、排水休止時であれば任意に設定可能である。
【００２７】
なお、図１の実施例においても、図３の場合と同様に濾過器１１のフィルタ１４に捕捉された遺伝子組換え植物の植物片を不活化するため、濾過器１１又はその上流排水路１０に蒸気弁ＶＢを介して蒸気導入路１６の一端を接続し、その導入路１６の他端を蒸気発生器１５と接続することにより、導入弁ＶＢの開放時に蒸気発生器１５から濾過器１１内に高圧蒸気Ｓを導入することができる。また、フィルタ１４の差圧（濾過器１１の一次側と二次側との間の圧損）を検知する差圧検知器１８を設け、例えば所定設定値（例えば０．１８ＭＰａ）以上のフィルタ１４の圧損検知に応じて制御装置３０により取水弁ＶＡ、蒸気弁ＶＢの開閉を制御して濾過器１１内に高圧蒸気Ｓを導入し、濾過器１１内を植物片の不活化温度に所定時間（例えば１２１℃に１５分間）保持したうえでフィルタ１４を更新することができる。ただし、上述したように本発明の排水処理装置は遺伝子組換え植物以外を栽培する養液栽培施設１にも適用可能であり、図示例の蒸気弁ＶＢ、蒸気導入路１６、差圧検知器１８及びは本発明に必須のものではない。
【００２８】
本発明は、排水休止時に濾過器１１内を不活性ガスで置換するので、濾過器１１内のフィルタ１４に捕捉された植物片の腐敗を防ぎ、好気性微生物及び嫌気性微生物の増殖によるフィルタ１４の目詰まりを防止することができる。また、排水休止時に濾過器１１内の水を排出することで、冬季等に濾過器１１及びその周囲で水分が凍結・膨張する閉塞・破裂事故を避けることができる。更に、不活性ガスＧだけでなく圧縮空気Ａを併用して濾過器１１内を不活性ガスで置換することにより、フィルタ１４の目詰まり防止に必要なランニングコストを低く抑え、フィルタ１４付き濾過器１１を用いた経済的な排水処理を実現できる。
【００２９】
こうして本発明の目的である「排水が間欠的であってもフィルタに目詰まりが生じにくい養液栽培排水の処理方法及び装置」の提供を達成できる。
【００３０】
更に好ましくは、図１の実施例に示すように、排水貯留槽２０の上流側の流入路２３にスクリーン２８付きストレーナ２５を設け、排水Ｄ中の大径の植物片をストレーナ２５で予め粗取りする。例えば複数の植物を栽培する養液栽培施設１では、排水Ｄ中に様々な大きさの植物片が混入しうる。上流側のスクリーン２８付きストレーナ２５で大径の植物片を粗取りすることにより、下流側に設置する本発明の濾過器１１のフィルタ１４の目詰まりを生じにくくし、フィルタ１４の更新頻度を低減して排水処理コストを削減することができる。スクリーン２８として例えば４０メッシュ程度の比較的大きいメッシュサイズの金網等を使用できるが、スクリーン２８のメッシュサイズも粗取り対象の植物片の大きさに応じて適宜に選択できる。メッシュサイズの大きいスクリーン２８はたとえ微生物が繁殖しても目詰まりするおそれが少ないため、図示例ではストレーナ２５にガス導入路を接続しておらず、排水休止時にもストレーナ２５内の水および酸素をパージすることになく保持している。ただし、必要に応じて上述した濾過器１１と同様のガス導入路をストレーナ２５に接続し、排水休止時に不活性ガスＧ（及び圧縮空気Ａ）を導入してストレーナ２５内の水及び酸素をパージしてスクリーン２８上での微生物の増殖を防止することも可能である。
【００３１】
図１に示すストレーナ２５は、流入弁ＶＥ付き流入口２６と植物片の捕捉可能な内部スクリーン２８と流出口２７とを有し、更に流入弁ＶＥとスクリーン２８との間に接続された導入弁ＶＦ付き蒸気導入路１７を有している。排水処理時は流入弁ＶＥを開放して排水Ｄ中の比較的大きな植物片を捕捉しながら貯留槽２０へ排水Ｄを送り出し、スクリーン２８の更新時に流入弁ＶＥを閉鎖すると共に導入弁ＶＦを開放し、ストレーナ２５内に高圧蒸気Ｓを導入して捕捉した植物片を不活化することができる。必要に応じてスクリーン２８の差圧（ストレーナ２５の一次側と二次側との間の圧損）を検知する差圧検知器１９を設け、スクリーン２８の圧損検知に応じて制御装置３０により流入弁ＶＥ、導入弁ＶＦの開閉を制御することも可能である。ただし、スクリーン２８付きストレーナ２５及びその蒸気導入路１７は本発明に必須のものではない。なお、図示例のトレーナ２５の流出口２７に設けた排水弁ＶＧ、及びストレーナ２５に接続した排出弁ＶＨ付き押出路３３は、濾過器１１の場合と同様に不活性ガスＧ（及び圧縮空気Ａ）の導入時にストレーナ２５内の水及び酸素を排水Ｄと別経路で排出するためのものである。
【００３２】
また、図１の実施例では、排水貯留槽２０の下流側の排水路１０（排出路２１）にもストレーナ２４を設けている。例えば排水Ｄ中の養分などが排水貯留槽２０に堆積し、その沈殿した汚泥が下流側の排水路１０（排出路２１）に流出して下流側の濾過器１１のフィルタ１４に目詰まりを生じさせる可能性がある。貯留槽２０と濾過器１１との間にストレーナ２４を設置することで、濾過器１１のフィルタ１４の更新頻度を更に低減することが期待できる。
【００３３】
なお、図１の実施例においても、図３の場合と同様に排水貯水槽２０の下流側に複数の排出路２１を設け、その複数の排出路２１にそれぞれフィルタ１４付き濾過器１１と導入弁ＷＡ付きガス導入路４０とを接続し、濾過器１１を切替えながら排水Ｄを連続的に処理することができる。例えば定期的に濾過器１１を切替えながら排水Ｄを連続的に処理することにより、各排出路２１に設置する濾過器１１及びフィルタ１４のサイズを小さく抑え、フィルタ１４付き濾過器１１を用いた本発明の排水処理の経済性を更に高めることができる。
【実施例１】
【００３４】
図２は、排水路１０の排水貯留槽２０とフィルタ１４付き濾過器１１との間に、そのフィルタ１４より孔の粗いプレフィルタ５４付きプレ濾過器５１を設け、導入弁ＷＡ付きガス導入路４０を濾過器５１又はその上流排水路１０に接続した実施例を示す。上述したように貯留槽２０の上流側のスクリーン２８で比較的大径の植物片を粗取りすることにより下流側の濾過器１１のフィルタ１４の急速な目詰まりを避けることができるが、例えば植物細胞より小径の微細孔を有するフィルタ１４の目詰まりを低減するためには、その孔径より大きな植物片等をできる限り上流側で除去しておくことが望ましい。全ての植物片を微細メッシュのスクリーン２８で除去することも可能であるが、逆にスクリーン２８の目詰まりが生じやすくなり、スクリーン２８の更新頻度が増大してしまう。図２に示すように、濾過器１１の上流側にプレ濾過器５１を設け、スクリーン２８より粗いがフィルタ１４より細かい植物片をプレフィルタ５４で捕捉・除去することにより、フィルタ１４やスクリーン２８の目詰まり頻度を低減すると共にシステム全体としての経済性を高めることができる。
【００３５】
図示例のプレ濾過器５１は、取水弁ＶＡ付き取水口５２と内部プレフィルタ５４と排水口５３とを有し、その取水弁ＶＡとプレフィルタ５４との間に導入弁ＷＡ付きガス導入路４０を接続している。プレフィルタ５４の一例は、上述した濾過器１１のフィルタ１４よりも大きく且つストレーナ２５のスクリーン２８よりも小さい細孔を有するメンブレンフィルタ又は液濾過フィルタであるが、その種類及び孔径は植物片の種類、排水Ｄの性状等に応じて適宜に選択可能である。例えばポンプ２２を稼動する排水処理時に、プレ濾過器５１の取水弁ＶＡを開放して排水Ｄをプレ濾過器５１に取り入れ、排水Ｄ中の比較的大きな植物片をプレフィルタ５４で捕捉したうえで排水口５３から排水Ｄを下流の中間路５８へ送り出す。中間路５８に排水された排水Ｄは取入口１２を介して濾過器１１に取り込まれ、プレフィルタ５４の通過後に残存する微細な植物片が濾過器１１のフィルタ１４で更に捕捉・除去される。
【００３６】
例えばポンプ２２を停止する排水休止時に、プレ濾過器５１の取水弁ＶＡを閉鎖すると共にガス導入路４０の導入弁ＷＡを開放し、不活性ガス供給装置４１から不活性ガス供給路４２及びガス導入路４０を介してプレ濾過器５１、中間路５８、及び濾過器１１の内部に不活性ガスＧを導入し、プレ濾過器５１、中間路５８、濾過器１１に残った水及び酸素を外へ押し出す。プレ濾過器５１及び濾過器１１の両者から水分と酸素をパージすることにより、プレフィルタ５４及びフィルタ１４に捕捉された植物片の腐敗を防止すると共に微生物の増殖を抑制する。図２の実施例においても、上述した図１の場合と同様に、ガス導入路４０の他端に切替弁ＷＢを介して圧縮空気供給装置４３を接続し、排水休止時に先ずプレ濾過器５１及び濾過器１１内に圧縮空気Ａを導入して水を押し出したのち、プレ濾過器５１及び濾過器１１内に不活性ガスＧを導入して酸素を押し出すことにより、水及び酸素の押し出しに必要なランニングコストを低く抑えることができる。
【００３７】
また、上述した図１の濾過器１１と同様に、プレ濾過器５１の排水口５３に排水弁ＶＯを設けると共にプレ濾過器５１に排出弁ＶＰ付き押出路５７を接続し、不活性ガスＧ及び圧縮空気Ａの導入時に排水弁ＶＯを閉鎖して排出弁ＶＰを開放することにより、プレ濾過器５１内に残った水及び酸素を押出路５７経由で排出することができる。プレ濾過器５１の取水弁ＶＡ、排水弁ＶＯ、排出弁ＶＰ、及び濾過器１１の排水弁ＶＣ、排出弁ＶＤは、何れも制御装置３０に接続して総合に連動させながら開閉を制御することができる。更に、図２の実施例においても、プレ濾過器５１のプレフィルタ５４に捕捉された遺伝子組換え植物の植物片を不活化するため、プレ濾過器５１に蒸気弁ＶＮを介して蒸気導入路５６の一端を接続し、その導入路５６の他端を蒸気発生器１５と接続することにより、導入弁ＶＮの開放時に蒸気発生器１５からプレ濾過器５１内に高圧蒸気Ｓを導入して植物片を不活化することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…養液栽培施設 ３…栽培室
４…養液栽培装置 ５…空調装置
６…給水タンク ７…井戸
８ａ…軟水器 ８ｂ…純水装置
８ｃ…給水路 ９…排水滅菌容器
１０…排水路 １１…濾過器
１２…取水口 １３…排水口
１４…フィルタ １５…蒸気発生装置
１６…蒸気導入路 １７…蒸気導入路
１８…差圧検知器 １９…差圧検知器
２０…排水貯留槽 ２１…排出路
２２…ポンプ ２３…流入路
２４…ストレーナ ２５…ストレーナ
２６…流入口 ２７…流出口
２８…スクリーン ３０…制御装置
３２…押出路 ３３…押出路
３４…モニタリング槽 ３５…排水返送路
３６…ポンプ ３７…植物片検出センサ
３８…養液濃度センサ ３９…制御装置
４０…ガス導入路 ４１…不活性ガス供給装置
４２…不活性ガス供給路 ４２…圧縮ガス供給装置
４３…圧縮ガス供給路
５１…プレ濾過器 ５２…取水口
５３…排水口 ５４…プレフィルタ
５５…差圧検知器 ５６…蒸気導入路
５７…押出路 ５８…中間路
Ａ…圧縮ガス Ｄ…排水
Ｇ…不活性ガス Ｐ…植物片
Ｓ…高圧蒸気
【技術分野】
【０００１】
本発明は養液栽培排水の処理方法及び装置に関し、とくに植物を養液栽培する植物工場、温室、実験室等（以下、これらを纏めて養液栽培施設ということがある）からの排水中に含まれる植物片を処理する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な植物を屋外耕地に代えて内部環境が制御された閉鎖的又は半閉鎖的空間（例えば室内空間）で養液栽培する技術が開発され、実用化が進められている。養液栽培（ｈｙｄｒｏｐｏｎｉｃｓ，ｎｕｔｒｉｃｕｌｔｕｒｅ）とは土壌を用いずに無機塩類の水溶液（培養液）として養分を与える栽培法であり、流動法（ＮＦＴ、ＤＦＴ）や静置法（浮根法、毛管法、筒栽培法）等の水耕栽培方式、噴霧耕方式、礫耕・砂耕・ロックウール耕等の固形培地耕方式を含む（非特許文献１参照）。植物を室内空間で養液栽培することにより、屋外耕地の砂漠化防止、水資源の有効利用、植物収量・品質の均一化等といった様々な効果が期待されている。
【０００３】
図４は従来の養液栽培施設１の一例を示す（特許文献１参照）。図示例の養液栽培施設１は４つの閉鎖的又は半閉鎖的な栽培室３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄを有し、各栽培室３にそれぞれ養液栽培装置４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄと空調装置５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄと照明装置（図示せず）とが設けられている。また、各栽培室３はそれぞれ独立した給水タンク６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄを有し、例えば敷地内の井戸７から軟水器８ａ及び純水装置８ｂを介して各給水タンク６に井水を導き、各栽培室３で栽培する植物の種類に応じた栄養を各給水タンク６で調整・添加して各栽培室３の養液栽培装置４へ給液している。各栽培室３の養液栽培装置４及び空調装置５で発生した排水Ｄは、排水路１０を介して排水貯留槽２０に纏めて集めたのち、一般排水として排水枡・下水道・農業排水路等へ放流する。
【０００４】
図４の養液栽培施設１は、遺伝子組換え植物が栽培されることを想定し、植物の成体・種子等の植物片や胞子・花粉等の植物細胞（以下、これらを纏めて植物片ということがある）が環境に対して影響を与えないように、植物片の施設外への漏出を防止する排水装置を設けている。すなわち、各栽培室３の養液栽培装置４の排水路１０に排水滅菌容器９を接続し、排水Ｄに対して遺伝子組換え植物の不活化に必要なバッチ式高圧滅菌処理（例えば滅菌温度（１２１℃）に滅菌時間（例えば１５分間）保持する加熱滅菌処理）を施して排水Ｄ中の植物片を不活化処理し、不活化処理後の排水Ｄを一般排水として放流している。ただし、図示例のように排水Ｄを高温滅菌処理する方法は、養液栽培施設１の規模（排水量）が大きくなると大容量の高温滅菌容器９が必要になって処理コストが嵩む問題点がある。
【０００５】
図３は、養液栽培施設１の排水装置の他の一例を示す（特許文献２参照）。図示例の排水装置は、排水路１０上に設置するフィルタ１４付き濾過器１１と、その濾過器１１に接続する蒸気弁ＶＢ付き蒸気導入路１６とを備えている。図示例の濾過器１１は、取水弁ＶＡ付き取水口１２と植物片が捕捉可能な内部フィルタ１４（例えばメンブランフィルタ）と排水弁ＶＣ付き排水口１３とを有し、その取水弁ＶＡとフィルタ１４との間に蒸気弁ＶＢを介して蒸気導入路１６の一端を接続している。排水処理時は、濾過器１１の取水弁ＶＡを開放して蒸気弁ＶＢを閉鎖し、取水口１２から排水Ｄを濾過器１１内に流入させ、排水Ｄ中の植物片をフィルタ１４で捕捉しつつ捕捉後の排水Ｄを排水口１３へ送り出す。例えばフィルタ１４に圧損が生じたときに、濾過器１１の取水弁ＶＡを閉鎖して蒸気弁ＶＢを開放し、蒸気導入路１６を介して蒸気発生装置１５から濾過器１１内に高圧蒸気Ｓを導入して濾過器１１内を植物片の不活化温度に所定時間（例えば１２１℃に１５分間）保持し、フィルタ１４に捕捉した植物片を不活化処理したうえで除去する。例えばフィルタ１４を濾過器１１に交換可能な態様で取り付け、不活化処理後の植物片をフィルタ１４ごと交換する。
【０００６】
図３の排水装置によれば、排水Ｄを昇温する必要がなく高圧蒸気Ｓの導入により濾過器１１内を不活化温度にすれば足りるので、植物片の漏出防止（封じ込め）に要するエネルギーを削減できる。また、図示例のように濾過器１１の上流側排水路１０に排水貯留槽２０を設け、その貯水槽２０の複数の排出路２１にそれぞれ濾過器１１及び蒸気導入路１６を接続し、何れかの濾過器１１の取水弁ＶＡの閉鎖時に他の濾過器１１の取水弁ＶＡを開放することにより排水Ｄを（バッチ処理ではなく）連続処理することも可能である。排水１４を少しずつ連続処理することで濾過器１１及びフィルタ１４のサイズを小さく抑え、高圧蒸気Ｓの使用量を削減することで排水処理に要するエネルギーを更に削減することが期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１６１１１４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６６８３０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】伊東正他「蔬菜園芸学」有限会社川島書店、１９９４年５月２０日第４刷発行、ｐｐ．２２６−２３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、図３のようなフィルタ１４付き濾過器１１を実際に養液栽培施設１の排水路１０に適用したところ、フィルタ１４に捕捉された植物片が不活化処理前に腐敗してカビ、生物膜その他の微生物の繁殖源となりうることが経験された。養液栽培施設１からの排水は間欠的であることがあり、前回排水時にフィルタ１４に捕捉された植物片が次回排水時まで放置されると徐々に腐敗し、増殖した微生物がフィルタ１４に目詰まりを生じさせてフィルタ１４の機能を損ない、排水処理をしていないにも拘らずフィルタ１４を交換しなければならなくなる。例えば植物片を捕捉するつど（例えば排水時毎に）不活化すれば腐敗を防止できるが、高圧蒸気Ｓを頻繁に導入しなければならず不活化に要するエネルギーが大きくなり、フィルタ１４を用いた排水処理の経済性が損なわれてしまう。図３のようなフィルタ１４付き濾過器１１を用いて経済的な排水処理を実現するためには、排水が間欠的であってもフィルタ１４上の微生物の繁殖（植物片の腐敗）を抑え、フィルタ１４の目詰まりを防止して頻繁な交換を必要としない排水処理技術を開発する必要がある。
【００１０】
そこで本発明の目的は、排水が間欠的であってもフィルタに目詰まりが生じにくい養液栽培排水の処理方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
図１の実施例を参照するに、本発明による養液栽培排水の処理方法は、養液栽培施設１の排水路１０に植物片の捕捉可能なフィルタ１４付き濾過器１１を設け、濾過器１１又はその上流排水路１０に導入弁ＷＡ付きガス導入路４０を接続し、排水路１０の排水休止時にガス導入路４０から不活性ガスを導入して濾過器１１内の水及び酸素を押し出してなるものである。
【００１２】
また図１のブロック図を参照するに、本発明による養液栽培排水の処理装置は、養液栽培施設１の排水路１０に設置する植物片の捕捉可能なフィルタ１４付き濾過器１１、濾過器１１又はその上流排水路１０に接続する導入弁ＷＡ付きガス導入路４０、ガス導入路４０の他端に接続する不活性ガス供給装置４１、及び導入弁ＷＡの開閉を制御する制御装置３０を備え、排水路１０の排水休止時にガス導入路４０から不活性ガスＧを導入して濾過器１１内の水及び酸素を押し出してなるものである。
【００１３】
好ましくは、図示例のように、ガス導入路４０の他端に切替弁ＷＢを介して圧縮空気供給装置４３を接続し、制御装置３０により切替弁ＷＢの切り替えを制御し、排水路１０の排水休止時にガス導入路４０から圧縮空気Ａを導入して濾過器１１内の水を押し出したのち不活性ガスＧを導入して濾過器１１内の酸素を押し出す。また、濾過器１１又はその上流排水路１０に蒸気弁ＶＢを介して蒸気導入路１６を接続し、制御装置３０により蒸気弁ＶＢの開閉を制御し、フィルタ１４の更新時に蒸気Ｓを導入して濾過器１１内を植物片の不活化温度に所定時間保持することができる。
【００１４】
更に好ましくは、図２に示すように、フィルタ１４付き濾過器１１の上流排水路１０にそのフィルタ１４より孔の粗いプレフィルタ５４付き濾過器５１を設け、導入弁ＷＡ付きガス導入路４０をプレフィルタ５４付き濾過器５１又はその上流排水路１０に接続し、排水路１０の排水休止時に両濾過器１１、５１内の水及び酸素を押し出す。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による養液栽培排水の処理方法及び装置は、養液栽培施設１の排水路１０にフィルタ１４付き濾過器１１を設けると共に、その濾過器１１に導入弁ＷＡ付きガス導入路４０を接続し、排水路１０の排水休止時にガス導入路４０から不活性ガスを導入して濾過器１１内の水及び酸素を押し出すので、次の効果を奏する。
【００１６】
（イ）排水休止時に濾過器１１内の酸素を押し出して不活性ガスＧで置換することにより、濾過器１１内で好気性微生物の繁殖を抑えてフィルタ１４に捕捉された植物片の腐敗を防ぎ、好気性微生物の増殖によるフィルタ１４の目詰まりを防止できる。
（ロ）また、排水休止時に濾過器１１内の水を押し出すことにより、濾過器１１内で嫌気性微生物の繁殖を抑え、嫌気性ガスの発生を避けると共に嫌気性微生物の増殖によるフィルタ１４の目詰まりを防止できる。
（ハ）更に、排水休止時に濾過器１１内の水を押し出すことにより、冬季において濾過器１１及びその周囲の配管内部の水分が凍結・膨張して排水装置を閉塞させる事故、排水装置を破裂させる故障等を避けることができる。
（ニ）不活性ガスＧのみを用いて濾過器１１内の水及び酸素を押し出すことも可能であるが、排水休止時に先ず圧縮空気Ａを導入して濾過器１１内の水を押し出したのち不活性ガスＧを導入して濾過器１１内の酸素を押し出すことにより、水及び酸素の押し出しに必要なランニングコストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
【図１】は、本発明による養液栽培排水の処理装置の一実施例の説明図である。
【図２】は、本発明による養液栽培排水の処理装置の他の実施例の説明図である。
【図３】は、従来の養液栽培の排水処理装置の一例の説明図である。
【図４】は、従来の養液栽培の排水処理装置の他の一例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の排水処理装置を遺伝子組換え植物の養液栽培施設１の排水路１０に適用した実施例を示す。図示例の養液栽培施設１は、図４と同様の閉鎖的又は半閉鎖的な栽培室３を有し、その栽培室３に養液栽培装置４及び空調装置５を設けて遺伝子組換え植物Ｐを栽培し、その養液栽培装置４及び空調装置５からの排水Ｄを排水路１０へ排出する。本発明の排水処理装置は、そのような遺伝子組換え植物の養液栽培施設１の排水路１０に設置して排水Ｄ中の植物片を捕捉すると共に、捕捉した植物片を不活化するために利用できる。ただし、本発明の適用対象は遺伝子組換え植物の養液栽培施設１に限定されず、養液栽培施設１の排水Ｄ中の植物片を捕捉する場合に広く適用可能である。例えば、一般的に養液栽培施設１では栄養添加された排水Ｄを再利用することで栄養剤の消費及び排水処理の負荷を低減しており、そのような一般の養液栽培施設１の排水Ｄから植物片等を除去して再利用する場合にも本発明の排水処理装置を利用できる。
【００１９】
図示例の排水路１０は、養液栽培施設１からの排水Ｄを一時的に貯える排水貯留槽（原水タンク）２０と、養液栽培施設１から貯留槽２０に排水Ｄを送る流入路２３と、貯留槽２０に貯えた排水Ｄを施設外へ排出する排出路２１とを有する。養液栽培施設１からの排水Ｄは、上述したように繰り返し再利用されるので必ずしも常時排出されるわけではなく、栽培装置４の殺菌・消毒時又は水の入れ替え時等に数週間〜数ヶ月間に１回程度の頻度で集中的に排出されることもある。排水貯留槽２０のように集中的に排出される排水のバッファーを設け、貯留槽２０の下流側の排水路１０（排出路２１）に本発明の排水処理装置を設置し、貯留槽２０の排水Ｄをポンプ２２で少しずつ送り出して間欠的な変動をある程度緩和することにより、本発明の排水処理装置の小型化を図ることができる。ただし、本発明の排水処理装置は貯留槽２０を有する排水路１０への適用に限定されるわけでなく、貯留槽２０のない排水路１０に適用することも可能である。
【００２０】
本発明の排水処理装置は、排水路１０（図示例では排水貯留槽２０の下流側の排出路２１）に設置する濾過器１１と、その濾過器１１又はその上流排水路１０に接続する導入弁ＷＡ付きガス導入路４０とを有する。図示例の濾過器１１は取水弁ＶＡ付き取水口１２と内部フィルタ１４と排水口１３とを有し、その濾過器１１の取水弁ＶＡとフィルタ１４との間にガス導入路４０の一端を接続し、ガス導入路４０の他端を導入弁ＷＡ経由で不活性ガス供給装置４１に接続している。図示例の濾過器１１の取水口１２は排水路１０の排水Ｄを取り入れて内部フィルタ１４の一次側へ導く内蔵管路又は外付け管路であり、排水口１３は内部フィルタ１４の二次側の排水Ｄを排水路１０へ送り出す内蔵管路又は外付け管路である。
【００２１】
排水路１０に排水Ｄを流す排水処理時（例えば図１のポンプ２２の稼動時）は、濾過器１１の取水弁ＶＡを開放すると共にガス導入路４０の導入弁ＷＡを閉鎖し、排水Ｄを取水口１２から濾過器１１内に流入させ、排水Ｄ中の植物片をフィルタ１４で捕捉しながら排水Ｄを排水口１３へ送り出す。フィルタ１４の材質及び孔径は排水Ｄの性状及びその中に混入した植物片の種類に応じて適宜選択可能であるが、例えば遺伝子組換え植物Ｐの植物片を捕捉する場合は、胞子・花粉等の植物細胞より小径（例えば孔径５〜１０μｍ程度）の微細孔を有するメンブレンフィルタ又は液濾過フィルタとすることができる。濾過器１１から放出された排水Ｄは、例えば図示例のようにモニタリング槽３４に一旦蓄えて植物片の有無を検査したのち、放流弁ＶＩを介して一般の排水枡等へ放流する。植物片が検出された時は、開閉弁ＶＪ付き排水返送路３５を介してモニタリング槽３４から排水貯留槽２０又は養液栽培施設１へ排水Ｄを戻して排水処理をやり直すことができる。
【００２２】
他方、排水路１０に排水Ｄを流さない排水休止時（例えば図１のポンプ２２の停止時）に、取水弁ＶＡを閉鎖すると共にガス導入路４０の導入弁ＷＡを開放し、不活性ガス供給装置４１から不活性ガス供給路４２及びガス導入路４０を介して濾過器１１内に不活性ガスＧ（例えば窒素ガス、アルゴンガス等）を導入することにより、濾過器１１内に残った水及び酸素を濾過器１１の外へ押し出す。濾過器１１から水分と酸素をパージすることにより、濾過器１１内のフィルタ１４に捕捉された植物片を乾燥させて腐敗を防止する。
【００２３】
排水休止時に、不活性ガスＧに代えて空気（圧縮空気）を導入して濾過器１１内の水を押し出すことも考えられるが、濾過器１１内に酸素が残ると好気性微生物が繁殖して含水状態の植物片を腐敗させ、更に植物片上で好気性微生物が増殖してフィルタ１４に目詰まりを生じさせる。濾過器１１内で好気性微生物の増殖を抑えるためには不活性ガスＧを用いることが望ましい。また、排水休止時に濾過器１１内に水分を残したまま不活性ガスＧを導入すると、養分を含む排水中で嫌気性微生物が繁殖し、嫌気性発酵により嫌気性ガス（メタンガス等）を発生する可能性がある。嫌気性ガスが発生すると周囲配管の内圧を上昇させて故障の原因となり、更に嫌気性微生物がフィルタ１４に目詰まりを生じる原因となりうる。濾過器１１内で嫌気性微生物の増殖を抑えるためには、濾過器１１内の酸素だけでなく水分を押し出すことが必要である。
【００２４】
好ましくは、図１に示すようにガス導入路４０の他端に導入弁ＷＡを介して不活性ガス供給装置４１を接続すると共に切替弁ＷＢを介して圧縮空気供給装置４３を接続し、排水休止時に先ず導入弁ＷＡを閉鎖して切替弁ＷＢを開放し、圧縮空気供給路４４及びガス導入路４０を介して濾過器１１内に圧縮空気Ａを導入して水を押し出す。そののち切替弁ＷＢを閉鎖して導入弁ＷＡを開放し、不活性ガス供給路４２及びガス導入路４０を介して濾過器１１内に不活性ガスＧを導入して酸素を押し出す。不活性ガスＧのみで濾過器１１内の水及び酸素を押し出すことも可能であるが、圧縮空気Ａ及び不活性ガスＧの両者を用いて濾過器１１内の水及び酸素を順次に押し出すことにより、不活性ガスＧの消費量を小さく抑えて水及び酸素の押し出しに必要なランニングコストを低く抑えることができる。
【００２５】
不活性ガスＧ（及び圧縮空気Ａ）の導入時に濾過器１１から押し出される水及び酸素は、排水Ｄと同様に排水口１３を介して排出することも可能であるが、図示例のように濾過器１１の排水口１３に排水弁ＶＣを設けると共に濾過器１１に排出弁ＶＤ付き押出路３２を接続し、不活性ガスＧ（及び圧縮空気Ａ）の導入時に排水弁ＶＣを閉鎖して排出弁ＶＤを開放することにより排水Ｄと別経路の押出路３２経由で押し出すことができる。押出路３２経由で排出される水は、フィルタ１４の透過前の排水を含んでおり植物片が含まれているので、排水貯留槽２０又は養液栽培施設１へ戻して排水処理をやり直すことが望ましい。
【００２６】
また、濾過器１１の取水弁ＶＡ、排水弁ＶＣ、排出弁ＶＤ、及びガス導入路４０の導入弁ＷＡ、切替弁ＷＢは、それぞれ手動操作で開閉することもできるが、図示例のように制御装置３０に接続して開閉制御することができる。例えば制御装置３０により１日の処理終了後（又は数時間に１回毎、数日に１回毎、ポンプ２２の稼動時毎であってもよい）に取水弁ＶＡ、排水弁ＶＣ、排出弁ＶＤ、導入弁ＷＡ、及び切替弁ＷＢの開閉を自動的に制御して濾過器１１内の水及び酸素を排出する。或いは、制御装置３０によりポンプ２２の稼働状況（排水休止時であるか否か）を検知し、ポンプ２２の稼動状況に応じて濾過器１１内の水及び酸素を排出することも可能である。不活性ガスＧ（及び圧縮空気Ａ）を導入するタイミングは、排水休止時であれば任意に設定可能である。
【００２７】
なお、図１の実施例においても、図３の場合と同様に濾過器１１のフィルタ１４に捕捉された遺伝子組換え植物の植物片を不活化するため、濾過器１１又はその上流排水路１０に蒸気弁ＶＢを介して蒸気導入路１６の一端を接続し、その導入路１６の他端を蒸気発生器１５と接続することにより、導入弁ＶＢの開放時に蒸気発生器１５から濾過器１１内に高圧蒸気Ｓを導入することができる。また、フィルタ１４の差圧（濾過器１１の一次側と二次側との間の圧損）を検知する差圧検知器１８を設け、例えば所定設定値（例えば０．１８ＭＰａ）以上のフィルタ１４の圧損検知に応じて制御装置３０により取水弁ＶＡ、蒸気弁ＶＢの開閉を制御して濾過器１１内に高圧蒸気Ｓを導入し、濾過器１１内を植物片の不活化温度に所定時間（例えば１２１℃に１５分間）保持したうえでフィルタ１４を更新することができる。ただし、上述したように本発明の排水処理装置は遺伝子組換え植物以外を栽培する養液栽培施設１にも適用可能であり、図示例の蒸気弁ＶＢ、蒸気導入路１６、差圧検知器１８及びは本発明に必須のものではない。
【００２８】
本発明は、排水休止時に濾過器１１内を不活性ガスで置換するので、濾過器１１内のフィルタ１４に捕捉された植物片の腐敗を防ぎ、好気性微生物及び嫌気性微生物の増殖によるフィルタ１４の目詰まりを防止することができる。また、排水休止時に濾過器１１内の水を排出することで、冬季等に濾過器１１及びその周囲で水分が凍結・膨張する閉塞・破裂事故を避けることができる。更に、不活性ガスＧだけでなく圧縮空気Ａを併用して濾過器１１内を不活性ガスで置換することにより、フィルタ１４の目詰まり防止に必要なランニングコストを低く抑え、フィルタ１４付き濾過器１１を用いた経済的な排水処理を実現できる。
【００２９】
こうして本発明の目的である「排水が間欠的であってもフィルタに目詰まりが生じにくい養液栽培排水の処理方法及び装置」の提供を達成できる。
【００３０】
更に好ましくは、図１の実施例に示すように、排水貯留槽２０の上流側の流入路２３にスクリーン２８付きストレーナ２５を設け、排水Ｄ中の大径の植物片をストレーナ２５で予め粗取りする。例えば複数の植物を栽培する養液栽培施設１では、排水Ｄ中に様々な大きさの植物片が混入しうる。上流側のスクリーン２８付きストレーナ２５で大径の植物片を粗取りすることにより、下流側に設置する本発明の濾過器１１のフィルタ１４の目詰まりを生じにくくし、フィルタ１４の更新頻度を低減して排水処理コストを削減することができる。スクリーン２８として例えば４０メッシュ程度の比較的大きいメッシュサイズの金網等を使用できるが、スクリーン２８のメッシュサイズも粗取り対象の植物片の大きさに応じて適宜に選択できる。メッシュサイズの大きいスクリーン２８はたとえ微生物が繁殖しても目詰まりするおそれが少ないため、図示例ではストレーナ２５にガス導入路を接続しておらず、排水休止時にもストレーナ２５内の水および酸素をパージすることになく保持している。ただし、必要に応じて上述した濾過器１１と同様のガス導入路をストレーナ２５に接続し、排水休止時に不活性ガスＧ（及び圧縮空気Ａ）を導入してストレーナ２５内の水及び酸素をパージしてスクリーン２８上での微生物の増殖を防止することも可能である。
【００３１】
図１に示すストレーナ２５は、流入弁ＶＥ付き流入口２６と植物片の捕捉可能な内部スクリーン２８と流出口２７とを有し、更に流入弁ＶＥとスクリーン２８との間に接続された導入弁ＶＦ付き蒸気導入路１７を有している。排水処理時は流入弁ＶＥを開放して排水Ｄ中の比較的大きな植物片を捕捉しながら貯留槽２０へ排水Ｄを送り出し、スクリーン２８の更新時に流入弁ＶＥを閉鎖すると共に導入弁ＶＦを開放し、ストレーナ２５内に高圧蒸気Ｓを導入して捕捉した植物片を不活化することができる。必要に応じてスクリーン２８の差圧（ストレーナ２５の一次側と二次側との間の圧損）を検知する差圧検知器１９を設け、スクリーン２８の圧損検知に応じて制御装置３０により流入弁ＶＥ、導入弁ＶＦの開閉を制御することも可能である。ただし、スクリーン２８付きストレーナ２５及びその蒸気導入路１７は本発明に必須のものではない。なお、図示例のトレーナ２５の流出口２７に設けた排水弁ＶＧ、及びストレーナ２５に接続した排出弁ＶＨ付き押出路３３は、濾過器１１の場合と同様に不活性ガスＧ（及び圧縮空気Ａ）の導入時にストレーナ２５内の水及び酸素を排水Ｄと別経路で排出するためのものである。
【００３２】
また、図１の実施例では、排水貯留槽２０の下流側の排水路１０（排出路２１）にもストレーナ２４を設けている。例えば排水Ｄ中の養分などが排水貯留槽２０に堆積し、その沈殿した汚泥が下流側の排水路１０（排出路２１）に流出して下流側の濾過器１１のフィルタ１４に目詰まりを生じさせる可能性がある。貯留槽２０と濾過器１１との間にストレーナ２４を設置することで、濾過器１１のフィルタ１４の更新頻度を更に低減することが期待できる。
【００３３】
なお、図１の実施例においても、図３の場合と同様に排水貯水槽２０の下流側に複数の排出路２１を設け、その複数の排出路２１にそれぞれフィルタ１４付き濾過器１１と導入弁ＷＡ付きガス導入路４０とを接続し、濾過器１１を切替えながら排水Ｄを連続的に処理することができる。例えば定期的に濾過器１１を切替えながら排水Ｄを連続的に処理することにより、各排出路２１に設置する濾過器１１及びフィルタ１４のサイズを小さく抑え、フィルタ１４付き濾過器１１を用いた本発明の排水処理の経済性を更に高めることができる。
【実施例１】
【００３４】
図２は、排水路１０の排水貯留槽２０とフィルタ１４付き濾過器１１との間に、そのフィルタ１４より孔の粗いプレフィルタ５４付きプレ濾過器５１を設け、導入弁ＷＡ付きガス導入路４０を濾過器５１又はその上流排水路１０に接続した実施例を示す。上述したように貯留槽２０の上流側のスクリーン２８で比較的大径の植物片を粗取りすることにより下流側の濾過器１１のフィルタ１４の急速な目詰まりを避けることができるが、例えば植物細胞より小径の微細孔を有するフィルタ１４の目詰まりを低減するためには、その孔径より大きな植物片等をできる限り上流側で除去しておくことが望ましい。全ての植物片を微細メッシュのスクリーン２８で除去することも可能であるが、逆にスクリーン２８の目詰まりが生じやすくなり、スクリーン２８の更新頻度が増大してしまう。図２に示すように、濾過器１１の上流側にプレ濾過器５１を設け、スクリーン２８より粗いがフィルタ１４より細かい植物片をプレフィルタ５４で捕捉・除去することにより、フィルタ１４やスクリーン２８の目詰まり頻度を低減すると共にシステム全体としての経済性を高めることができる。
【００３５】
図示例のプレ濾過器５１は、取水弁ＶＡ付き取水口５２と内部プレフィルタ５４と排水口５３とを有し、その取水弁ＶＡとプレフィルタ５４との間に導入弁ＷＡ付きガス導入路４０を接続している。プレフィルタ５４の一例は、上述した濾過器１１のフィルタ１４よりも大きく且つストレーナ２５のスクリーン２８よりも小さい細孔を有するメンブレンフィルタ又は液濾過フィルタであるが、その種類及び孔径は植物片の種類、排水Ｄの性状等に応じて適宜に選択可能である。例えばポンプ２２を稼動する排水処理時に、プレ濾過器５１の取水弁ＶＡを開放して排水Ｄをプレ濾過器５１に取り入れ、排水Ｄ中の比較的大きな植物片をプレフィルタ５４で捕捉したうえで排水口５３から排水Ｄを下流の中間路５８へ送り出す。中間路５８に排水された排水Ｄは取入口１２を介して濾過器１１に取り込まれ、プレフィルタ５４の通過後に残存する微細な植物片が濾過器１１のフィルタ１４で更に捕捉・除去される。
【００３６】
例えばポンプ２２を停止する排水休止時に、プレ濾過器５１の取水弁ＶＡを閉鎖すると共にガス導入路４０の導入弁ＷＡを開放し、不活性ガス供給装置４１から不活性ガス供給路４２及びガス導入路４０を介してプレ濾過器５１、中間路５８、及び濾過器１１の内部に不活性ガスＧを導入し、プレ濾過器５１、中間路５８、濾過器１１に残った水及び酸素を外へ押し出す。プレ濾過器５１及び濾過器１１の両者から水分と酸素をパージすることにより、プレフィルタ５４及びフィルタ１４に捕捉された植物片の腐敗を防止すると共に微生物の増殖を抑制する。図２の実施例においても、上述した図１の場合と同様に、ガス導入路４０の他端に切替弁ＷＢを介して圧縮空気供給装置４３を接続し、排水休止時に先ずプレ濾過器５１及び濾過器１１内に圧縮空気Ａを導入して水を押し出したのち、プレ濾過器５１及び濾過器１１内に不活性ガスＧを導入して酸素を押し出すことにより、水及び酸素の押し出しに必要なランニングコストを低く抑えることができる。
【００３７】
また、上述した図１の濾過器１１と同様に、プレ濾過器５１の排水口５３に排水弁ＶＯを設けると共にプレ濾過器５１に排出弁ＶＰ付き押出路５７を接続し、不活性ガスＧ及び圧縮空気Ａの導入時に排水弁ＶＯを閉鎖して排出弁ＶＰを開放することにより、プレ濾過器５１内に残った水及び酸素を押出路５７経由で排出することができる。プレ濾過器５１の取水弁ＶＡ、排水弁ＶＯ、排出弁ＶＰ、及び濾過器１１の排水弁ＶＣ、排出弁ＶＤは、何れも制御装置３０に接続して総合に連動させながら開閉を制御することができる。更に、図２の実施例においても、プレ濾過器５１のプレフィルタ５４に捕捉された遺伝子組換え植物の植物片を不活化するため、プレ濾過器５１に蒸気弁ＶＮを介して蒸気導入路５６の一端を接続し、その導入路５６の他端を蒸気発生器１５と接続することにより、導入弁ＶＮの開放時に蒸気発生器１５からプレ濾過器５１内に高圧蒸気Ｓを導入して植物片を不活化することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…養液栽培施設 ３…栽培室
４…養液栽培装置 ５…空調装置
６…給水タンク ７…井戸
８ａ…軟水器 ８ｂ…純水装置
８ｃ…給水路 ９…排水滅菌容器
１０…排水路 １１…濾過器
１２…取水口 １３…排水口
１４…フィルタ １５…蒸気発生装置
１６…蒸気導入路 １７…蒸気導入路
１８…差圧検知器 １９…差圧検知器
２０…排水貯留槽 ２１…排出路
２２…ポンプ ２３…流入路
２４…ストレーナ ２５…ストレーナ
２６…流入口 ２７…流出口
２８…スクリーン ３０…制御装置
３２…押出路 ３３…押出路
３４…モニタリング槽 ３５…排水返送路
３６…ポンプ ３７…植物片検出センサ
３８…養液濃度センサ ３９…制御装置
４０…ガス導入路 ４１…不活性ガス供給装置
４２…不活性ガス供給路 ４２…圧縮ガス供給装置
４３…圧縮ガス供給路
５１…プレ濾過器 ５２…取水口
５３…排水口 ５４…プレフィルタ
５５…差圧検知器 ５６…蒸気導入路
５７…押出路 ５８…中間路
Ａ…圧縮ガス Ｄ…排水
Ｇ…不活性ガス Ｐ…植物片
Ｓ…高圧蒸気
【特許請求の範囲】
【請求項１】
養液栽培施設の排水路に植物片の捕捉可能なフィルタ付き濾過器を設け、前記濾過器又はその上流排水路に導入弁付きガス導入路を接続し、前記排水路の排水休止時にガス導入路から不活性ガスを導入して濾過器内の水及び酸素を押し出してなる養液栽培排水の処理方法。
【請求項２】
請求項１の処理方法において、前記排水休止時にガス導入路から圧縮空気を導入して濾過器内の水を押し出したのち不活性ガスを導入して濾過器内の酸素を押し出してなる養液栽培排水の処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２の処理方法において、前記フィルタ付き濾過器の上流排水路にそのフィルタより孔の粗いプレフィルタ付き濾過器を設け、前記導入弁付きガス導入路をプレフィルタ付き濾過器又はその上流排水路に接続し、前記排水休止時に両濾過器内の水及び酸素を押し出してなる養液栽培排水の処理方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れかの処理方法において、前記濾過器又はその上流排水路に蒸気弁を介して蒸気導入路を接続し、前記フィルタの更新時に蒸気を導入して濾過器内を植物片の不活化温度に所定時間保持してなる養液栽培排水の処理方法。
【請求項５】
養液栽培施設の排水路に設置する植物片の捕捉可能なフィルタ付き濾過器、前記濾過器又はその上流排水路に接続する導入弁付きガス導入路、前記導入路の他端に接続する不活性ガス供給装置、及び前記導入弁の開閉を制御する制御装置を備え、前記排水路の排水休止時にガス導入路から不活性ガスを導入して濾過器内の水及び酸素を押し出してなる養液栽培排水の処理装置。
【請求項６】
請求項５の処理装置において、前記導入路の他端に切替弁を介して圧縮空気供給装置を接続し、前記制御装置により切替弁の切り替えを制御し、前記排水休止時にガス導入路から圧縮空気を導入して濾過器内の水を押し出したのち不活性ガスを導入して濾過器内の酸素を押し出してなる養液栽培排水の処理装置。
【請求項７】
請求項５又は６の処理装置において、前記フィルタ付き濾過器の上流排水路にそのフィルタより孔の粗いプレフィルタ付き濾過器を設け、前記導入弁付きガス導入路をプレフィルタ付き濾過器又はその上流排水路に接続し、前記排水休止時に両濾過器内の水及び酸素を押し出してなる養液栽培排水の処理装置。
【請求項８】
請求項５から７の何れかの処理装置において、前記濾過器又はその上流排水路に蒸気弁を介して蒸気導入路を接続し、前記制御装置により蒸気弁の開閉を制御し、前記フィルタの更新時に蒸気を導入して濾過器内を植物片の不活化温度に所定時間保持してなる養液栽培排水の処理装置。
【請求項１】
養液栽培施設の排水路に植物片の捕捉可能なフィルタ付き濾過器を設け、前記濾過器又はその上流排水路に導入弁付きガス導入路を接続し、前記排水路の排水休止時にガス導入路から不活性ガスを導入して濾過器内の水及び酸素を押し出してなる養液栽培排水の処理方法。
【請求項２】
請求項１の処理方法において、前記排水休止時にガス導入路から圧縮空気を導入して濾過器内の水を押し出したのち不活性ガスを導入して濾過器内の酸素を押し出してなる養液栽培排水の処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２の処理方法において、前記フィルタ付き濾過器の上流排水路にそのフィルタより孔の粗いプレフィルタ付き濾過器を設け、前記導入弁付きガス導入路をプレフィルタ付き濾過器又はその上流排水路に接続し、前記排水休止時に両濾過器内の水及び酸素を押し出してなる養液栽培排水の処理方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れかの処理方法において、前記濾過器又はその上流排水路に蒸気弁を介して蒸気導入路を接続し、前記フィルタの更新時に蒸気を導入して濾過器内を植物片の不活化温度に所定時間保持してなる養液栽培排水の処理方法。
【請求項５】
養液栽培施設の排水路に設置する植物片の捕捉可能なフィルタ付き濾過器、前記濾過器又はその上流排水路に接続する導入弁付きガス導入路、前記導入路の他端に接続する不活性ガス供給装置、及び前記導入弁の開閉を制御する制御装置を備え、前記排水路の排水休止時にガス導入路から不活性ガスを導入して濾過器内の水及び酸素を押し出してなる養液栽培排水の処理装置。
【請求項６】
請求項５の処理装置において、前記導入路の他端に切替弁を介して圧縮空気供給装置を接続し、前記制御装置により切替弁の切り替えを制御し、前記排水休止時にガス導入路から圧縮空気を導入して濾過器内の水を押し出したのち不活性ガスを導入して濾過器内の酸素を押し出してなる養液栽培排水の処理装置。
【請求項７】
請求項５又は６の処理装置において、前記フィルタ付き濾過器の上流排水路にそのフィルタより孔の粗いプレフィルタ付き濾過器を設け、前記導入弁付きガス導入路をプレフィルタ付き濾過器又はその上流排水路に接続し、前記排水休止時に両濾過器内の水及び酸素を押し出してなる養液栽培排水の処理装置。
【請求項８】
請求項５から７の何れかの処理装置において、前記濾過器又はその上流排水路に蒸気弁を介して蒸気導入路を接続し、前記制御装置により蒸気弁の開閉を制御し、前記フィルタの更新時に蒸気を導入して濾過器内を植物片の不活化温度に所定時間保持してなる養液栽培排水の処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−３９０４７（Ｐ２０１３−３９０４７Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７６２９１（Ｐ２０１１−１７６２９１）
【出願日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、経済産業省、「植物機能を活用した高度モノ作り基盤技術開発／植物利用高付加価値物質製造基盤技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、経済産業省、「植物機能を活用した高度モノ作り基盤技術開発／植物利用高付加価値物質製造基盤技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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