JP2004082095A - Processing method and apparatus for liquid for use in agriculture - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、農業用液体の処理方法および装置に関し、とくに、光触媒を用いて農業用に使用する各種液体を浄化処理する方法および装置に関する。なお、本明細書において「浄化処理」とは、液体を浄化する狭義の浄化処理に加え、殺菌処理および浄化・殺菌処理を含む概念である。
【０００２】
【従来の技術】
農業用に大量に使用される液体として、養液栽培に使用される培養液や一般の栽培用に供給する地下水等各種のものがあり、また、廃液の前などに処理することが望まれる農業用液体として、消毒などのために使用された農薬残液等がある。このような農業用液体に対しては、適切な浄化処理（狭義の浄化処理や殺菌処理、含有成分分解処理等）が望まれることが多く、そのような処理を簡単にかつ安価に行うことができれば、培養液をより有効に使用できたり、栽培における汚染や病害の発生を確実に防止できたり、環境汚染の発生を回避できたりすることが多い。
【０００３】
たとえば、養液栽培における現状とその問題点は、以下のように考えられる。養液栽培とは、土壌を用いることなく、作物の生育に必要な養水分を培養液として与えながら栽培する方法である。養液栽培は、連作障害にわずらわされることなく永続的な安定生産ができ、作物の生育のコントロールがしやすく、土の条件や水の条件が悪いところでも栽培が可能である。さらに、作業性が良く、雇用がしやすく、後継者が取り組みやすい、等の利点も有していることから近年大きく拡大してきた。
【０００４】
養液栽培には様々な方式があるが、最も普及している方式は、鉱物加工培地を使用した、たとえばロックウールを培地として用いたロックウール耕である。ロックウール耕で栽培される作物にはトマト、キュウリ、メロン、イチゴ、バラなどがあり、我が国ではトマトが最も多い。
【０００５】
栽培用のロックウールは、約４０％の珪酸と約３０％の石灰岩からなっており、マット状に成型加工され、作物栽培に優れた物理・化学性を備えている。しかし、数年使用するとロックウールの形状が崩れ、体積が減少し、物理性が悪化するため、新しいものに取り替える必要が生じ、その際廃ロックウールは自然界に還元できないため産業廃棄物扱いになってしまうという問題点を有している。
【０００６】
また、作物に培養液を与える方法としては、生産安定のために作物が吸収する量より多く培養液を与えて、作物が吸収しなかった余剰分は外に排出されるかけ流し式（非循環式）を採っている場合が多い。培養液の中には硝酸態窒素やリン酸等が含まれており、排出された培養液が河川や地下水に流出し、汚染につながる可能性があるので、余剰分の培養液が大量に排出されることは望ましくない。
【０００７】
農業においても環境に十分配慮されなければならない昨今、上記のような養液栽培の現状についてみるに、廃ロックウール対策や排培養液対策等の環境保全対策を検討する必要があると考えられる。すなわち、培地をロックウールから、使用後の自然還元が容易なヤシがら、モミがら等の天然の有機質資材に切り替え、培養液はかけ流し式（非循環式）から排培養液を再利用する循環式に切り替えることが望ましいと考えられる。
【０００８】
培養液をかけ流し式ではなく、排出せずに循環再利用する循環式にするためには、▲１▼病害拡散、▲２▼生育阻害物質の蓄積、▲３▼肥料成分のバランス悪化等に対する対策を講じることが必要となる。また、培地を有機質培地に切り替えると、▲４▼有機質培地から溶出される有機物の蓄積も加わるので、この対策も講じなければならない。このうち、▲３▼については定期的に分析を行って過不足分の調整をしたり、生育段階ごとに肥料成分組成を変えることにより回避することができる。しかし、▲１▼、▲２▼、▲４▼の対策を総合的に講じ、有機質培地を用いた循環式養液栽培を実質的に安価に実施可能とした技術は見当たらない。
【０００９】
さらに、養液栽培以外においても、前述したように農業用に各種液体が使用される。たとえば、養液栽培に限らず通常の栽培において、地下水を汲み上げて栽培用に供給することが多いが、汲み上げた地下水をそのまま使用すると、栽培における汚染や病害の発生の原因となることがある。したがって、このような地下水を利用する場合には、使用前に適切な浄化処理、殺菌処理を施すことが望まれる。しかし、このような処理は一般に費用がかかることから、とくに大量に使用される上記のような農業用水に対しては施されていないのが実情である。
【００１０】
また、種籾を農薬で消毒して病害虫の発生を防ぐ処理を行うことがあるが、消毒後の農薬残液は、そのままあるいは希釈されて廃棄されることが多い。多数の農家の種籾を消毒する共同施設等では、多量の農薬残液が排出されるので、環境保全上好ましくない状況が生じるおそれがある。農薬残液の排出前に、含有農薬を分解できれば、環境対策に大きく貢献できると考えられるが、簡単にかつ安価に大量処理できる技術が提供されていないことから、現実にはほとんど処理されていないのが実情である。また、期限切れ等の余った農薬は産業廃棄物処理業者に委託して処分しているのが実情であり、農家または農家集団において簡単に処分できる方法があれば望ましいと考えられ、それを有効に実現する方法、手段が求められているのが現状である。
【００１１】
一方、空気処理や水処理の分野において、浄化処理や有機物分解処理、殺菌処理等のために、酸化チタン等からなる光触媒を用いることが有効であることが知られており、種々の分野における処理が提案されている。たとえば、空気浄化処理の分野においては、特許文献１に、多孔性基材に光触媒を塗工、乾燥、凝固させ焼成して微細孔性膜を形成し、それによって良好な空気浄化処理効果が得られることが開示されている。また、水処理の分野においても、光触媒を用いた各種浄化処理が提案されつつある。
【００１２】
しかし、このような光触媒を用いた処理を、農業用液体の処理に利用した例はほとんど見当たらない。この理由は、以下のように考えられる。すなわち、光触媒を用いた処理設備は、通常、光触媒の他に、それに所定の光を照射する特別な装置を備えており、装置全体が高価なものになるとともに、処理費用も高くなり、大量かつ安価な処理が求められる農業用液体の処理には適さないと考えられてきたものと思われる。とくに、農業用液体の処理に適用すると、極めて大きな光照射用面積が要求されると考えられることから、非現実的と考えられてきたものと思われる。また、光触媒を用いた処理は、水処理に適用する場合、通常、被処理液を濃縮した状態で処理するのが効率的であると考えられているが、大量の農業用液体をこのような処理のために濃縮することも非現実的であると考えられてきたものと思われる。とくに農業用液体は、その種類や場所によっては、必然的に雨水等により希釈されてより大量の被処理水となってしまうものであることからも、従来の光触媒を用いた処理はそのままでは適さないと考えられてきたものと思われる。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００１−２５９４３５号公報（特許請求の範囲）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、前述した各種農業用液体の処理の必要性や課題を考慮しつつ、上記のような光触媒を用いた液体処理の有効性に着目し、とくに光触媒を用いた処理を適用する際の発想の原点を変えることにより、このような処理技術を農業用液体の処理にも極めて有用に適用し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
すなわち、農業は、元来自然を相手にしたものであり、自然の恵みを利用したものであるから、この本質的要素を極力利用できないか否かを検討し、光触媒を使用するに際してもその活性化のためのエネルギーとして、自然界における最も代表的なエネルギーであり、かつ、農業全体の大半がその成育過程で必然的に依存している太陽光自身を利用できないか否か、および、特別な光照射手段を用いることなくこの太陽光のみで所望の光反応を生じさせることができないか否かを検討した。つまり、自然界に戻った形態での処理を検討した。また、従来の光触媒を用いた処理の大半が濃縮液体を処理対象としていたのに対し、濃縮せずに、あるいは、雨水等によって希釈された大量の被処理液であっても、有効に処理できないか否かを検討した。このような、従来とは異なる発想に基づき、いわば、従来の既成概念とは逆転した、新しい発想に基づき、鋭意検討した結果、本発明を完成するに至ったのである。
【００１６】
本発明の課題は、本質的に自然のエネルギーを利用し、それによって安価に、かつ、農業用液体に対し栽培等に望まれる浄化処理を、十分に実用的なレベルにまで大量処理可能な農業用液体の処理方法および装置を提供することにある。
【００１７】
また本発明の課題は、上記処理を適用することにより、環境保全対策に対しても大いに寄与できるようにすることにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る農業用液体の処理方法は、光触媒として、金属アルコキシドを含有する光反応性半導体を多孔質基材に塗工し、乾燥凝固させた膜を焼成して、微細孔性の膜を形成した光触媒担持体を用い、かつ、光触媒の光反応用光として太陽光のみを用いて、農業用液体を浄化処理することを特徴とする方法からなる。
【００１９】
上記光触媒担持体は、気孔率が８０％以上であるものが好ましい。これによって、担持された光反応性半導体の表面積を広く確保でき、面積を広く確保することにより、光反応用光が比較的希薄エネルギーの太陽光のみであっても、目標とする浄化処理を行うことが可能となる。光反応性半導体としては、たとえば酸化チタンを用いることができる。多孔質基材としては、たとえばセラミック質の多孔質基材を用いることができる。
【００２０】
すなわち、本発明に係る農業用液体の処理方法では、比較的希薄エネルギーである太陽光エネルギーを利用して光触媒を活性化し、目標とする処理に供するものであり、活性化エネルギーが比較的希薄エネルギーであることを、面積で補って、十分に実用的な処理効果を確保できるようにしたものである。また、被処理液の濃縮処理を前提とせず、たとえ雨水等によって希釈された状態にあっても、大面積処理により、農業用液体の処理にとって十分に実用的なレベルにまで処理することを狙ったものである。このように、とくに太陽光エネルギーの利用および濃縮なしの大面積処理という、従来にない新しい発想に基づく処理方法として完成されたものである。
【００２１】
このような本発明に係る農業用液体の処理方法においては、光触媒が粉体のままでは使いづらいので、また、優れた処理効果が得られるという面からも、上記のような光触媒を多孔質基材に担持させた光触媒担持体が用いられる。これによって、光触媒を使用した処理の表面積を十分に大きくとることができ、太陽光によるエネルギーが比較的希薄エネルギーであるにもかかわらず、目標とする良好な処理効果を得ることができるようになる。
【００２２】
このような光触媒担持体として、本発明では、金属アルコキシドを含有する光反応性半導体をセラミック質の多孔質基材に塗工し、乾燥凝固させた膜を焼成して、微細孔性の膜を形成した光触媒担持体を用いる。このような光触媒担持体を用いることにより、特に優れた効果が得られる。
【００２３】
本発明に係る農業用液体の処理方法は、養液栽培に用いられる培養液の処理や、栽培に供給される水や養液の処理、消毒に使用された農薬残液の処理等に適用することができる。対象となる作物は特に限定されず、トマト、キュウリ、メロン、イチゴ、バラなど、現在行われている、あるいはこれから行われようとしているあらゆる作物の養液栽培が対象となる。
【００２４】
たとえば、本発明に係る処理方法は、培養液給液手段から供給された培養液を、栽培に使用した後排培養液として集液し、集液された排培養液の少なくとも一部を、上記の如く光触媒と太陽光を用いて処理し、処理後の液体を前記培養液給液手段に戻すことを特徴とする農業用液体の処理方法として展開することができる。このような処理方法においては、培養液をかけ流し方式ではなく、循環方式として再利用することが可能となり、基本的に廃液を出さずに養液栽培を行うことが可能になる。また、天然の有機質資材を培地として使用する際の溶出有機物の分解処理も可能となるので、ヤシがらやモミがらなどの天然の有機質資材を培地として使用することが可能となり、産業廃棄物となる廃ロックウールに関する問題も容易に解消されることになる。したがって、培養液排出と廃ロックウールに関する問題点が両方とも解決され、養液栽培に対して望ましい環境保全対策を講じることができる。
【００２５】
また、農業用液体を栽培に使用する前に、光触媒と太陽光を用いて処理し、処理後の液体を栽培に供することを特徴とする方法として実施することもできる。たとえば、地下水を栽培用に供給する場合、供給前に浄化処理し、その処理水を供給したり、培養液をかけ流し方式で供給する場合でも、供給前に浄化処理し、その処理液を供給したりすることができる。
【００２６】
上記のように光触媒と太陽光のみとを用いて処理するに際しては、大面積と比較的長い処理時間を利用して１回の処理で所望の効果を狙うことも可能であるが、とくにあまり広い処理面積をとれない場合等においては、被処理液を、集液部と処理部とに繰り返し往復させることにより、処理を断続的に繰り返すようにすることが好ましい。これによって、処理効果を容易に高めることが可能になり、より確実に目標とするレベルまでに処理することが可能となる。
【００２７】
また、本発明に係る農業用液体の処理方法は、培地を用いて栽培を行う際に使用する農業用液体を、光触媒と太陽光を用いて処理する方法であって、雨水が導入される開放系において前記農業用液体を処理する方法として展開できる。
【００２８】
培地としては、従来のようにロックウールを使用することも可能であるが、ヤシがら、モミがら等の有機培地、とくに天然有機培地を用いることができ、このような有機培地を用いれば使用後の培地を自然還元することが可能となるので、前述した廃ロックウールに伴う問題を容易に解消することができる。
【００２９】
上記のような培地を用いた栽培に本発明に係る農業用液体の処理方法を適用する場合には、培地を用いた栽培面積Ａと、太陽光を用いて処理するための光触媒の敷設面積ａとの比率Ａ／ａが、１０〜５００の範囲内にあることが好ましい。この範囲内とすることにより、光触媒と太陽光のみとを用いた処理において、目標とする優れた浄化効果を得ることが可能となる。もちろん、広大な土地を使用可能な場合等には、上記比率Ａ／ａを１〜２程度とすることも可能である。
【００３０】
さらに、本発明に係る農業用液体の処理方法は、農業用の範囲内において、種々の液体や水の処理に適用できる。たとえば、養液栽培に使用する農業用液体（培養液はもちろんのこと、それに使用する水も含む。）を処理することができる。また、養液栽培に使用した農業用液体を排液前に処理することもできる。さらに、汲み上げた地下水を処理し、処理後の水を農業用水として供給することもできる。
【００３１】
また、本発明に係る農業用液体の処理方法は、農薬含有廃液を光触媒と太陽光を用いて分解処理する方法であって、太陽光を直接受光し蒸発処理が可能な開放系において前記農薬含有廃液を処理する方法としても適用できる。この方法により、濃縮したり、あるいは蒸発乾固させて、光触媒の上に直接農薬を吸着させた状態で反応させることにより、格段に速い処理が可能となる。たとえば、種子消毒後の農薬含有残液を処理することもでき、期限切れ等の余った農薬を処理することもできる。
【００３２】
本発明に係る農業用液体の処理装置は、光触媒として、金属アルコキシドを含有する光反応性半導体を多孔質基材に塗工し、乾燥凝固させた膜を焼成して、微細孔性の膜を形成した光触媒担持体を用い、かつ、光触媒の光反応用光として太陽光のみを用いて、農業用液体を浄化処理する手段を有することを特徴とするものからなる。
【００３３】
上記光触媒担持体の気孔率は８０％以上であることが好ましい。また、上記光反応性半導体としては、たとえば酸化チタンを用いることができる。多孔質基材としては、たとえばセラミック質の多孔質基材を用いることができる。
【００３４】
このような農業用液体の処理装置において、処理手段としては、粉体の光触媒を用いることも可能であるが、取扱い易さを向上するとともに、処理効果を向上させるために、本発明では光触媒を多孔質基材に担持させた光触媒担持体を有するものから構成される。光触媒担持体としては、金属アルコキシドを含有する光反応性半導体をセラミック質の多孔質基材に塗工し、乾燥凝固させた膜を焼成して、微細孔性の膜を形成したものを使用する。
【００３５】
このような農業用液体の処理装置を養液栽培に適用する場合、たとえば、培養液給液手段と、該培養液給液手段から供給された培養液を栽培に使用した後排培養液として集液する手段と、該集液手段に集液された排培養液の少なくとも一部を光触媒と太陽光を用いて処理する手段とを備え、該処理手段による処理後の液体を前記培養液給液手段に戻す系統を有するものに構成することができる。
【００３６】
また、農業用液体を栽培用に供給する系統に、農業用液体を供給前に光触媒と太陽光を用いて処理する手段が設けられている構成とすることもできる。
【００３７】
このような農業用液体の処理装置においては、光触媒と太陽光を用いて処理する手段が、被処理液を、集液部と処理部とに繰り返し往復させる機構を備えていることが好ましく、これによって処理の効果をより向上することが可能となる。
【００３８】
この本発明に係る農業用液体の処理装置は、培地を用いて栽培を行う際に使用する農業用液体を、光触媒と太陽光を用いて処理する装置であって、処理手段が、雨水が導入される開放系において前記農業用液体を処理する手段からなるものとして展開することができる。培地としては、ロックウール等の無機培地の他、ヤシがら、モミがら等の有機培地を用いることができ、とくに天然有機培地を用いることにより、容易に自然還元をはかることが可能になる。
【００３９】
培地を用いて栽培を行う場合、前述したように、培地を用いた栽培面積Ａと、太陽光を用いて処理するための光触媒の敷設面積ａとの比率Ａ／ａが、１０〜５００の範囲内にあることが好ましい。
【００４０】
この本発明に係る農業用液体の処理装置も、養液栽培に使用する農業用液体の処理、養液栽培に使用した農業用液体の排液前における処理、農業用水として供給するために汲み上げた地下水の処理、農薬含有残液の処理等に適用することができる。
【００４１】
とくに農薬含有残液の処理においては、農薬含有廃液を光触媒と太陽光を用いて分解処理する装置であって、処理手段が、太陽光を直接受光し蒸発処理が可能な開放系において前記農薬含有廃液を処理する手段からなるものに構成できる。この処理手段は、種子消毒後の農薬含有残液を処理する手段や、期限切れ等の余った農薬を処理する手段に構成できる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明についてその開発経過から説明し、併せて本発明の望ましい実施の形態について説明する。光触媒としては、主として酸化チタンを使用した。なお、以下に述べる各試験は、すべて、神奈川県平塚市上吉沢１６１７、神奈川県農業総合研究所で行った。
【００４３】
まず、本発明を養液栽培に適用することについて検討した。本発明では、従来のロックウール耕に代えて、天然の有機質資材であるヤシがらやモミがら等を培地とし、産業廃棄物となる廃ロックウールの問題を解消することを目的の一つとしているので、最初に、このような有機質培地から溶出される有機物量について調査した。
【００４４】
有機質培地のうち普及・導入が進んでいるヤシがらを培地として用い、トマト（品種：”ハウス桃太郎”）を養液栽培し、ロックウール耕の場合と比較した。栽培期間は１９９９年９月〜２００１年３月とし、１９９９年９月３日、２０００年１月７日、２０００年８月３１日、２００１年１月１８日に植え替えた。培養液は、生育段階にあわせ１株当たり２００〜２０００ｍＬ／ｄａｙ／ｐｌａｎｔの範囲で、給液に対し排液が２０％程度になるよう調節しながら与えた。この調査においては、培養液はかけ流し式を採り、定期的に排培養液中のＴＯＣ（全有機体炭素）と吸光度（Ａｂｓ 、測定波長： ３７０ｎｍ ）を測定した。その結果、図１に示すように、排培養液のＴＯＣは培地使用初期及び高温期に他の時期より高く、おおよそ２０〜２００ｍｇ／Ｌの範囲で変動することがわかった。また、吸光度はＴＯＣとほぼ同様に経過することがわかった。したがって、たとえばＴＯＣの検知が大がかりな装置を要し難しい場合には、吸光度のみの測定でも、溶出される有機物量についての把握が可能であることがわかる。
【００４５】
次に、光触媒を用いた処理の効果を確認する一連の実験を行った。すなわち、ベンチスケールにおける光触媒の効果確認実験から、実際の養液栽培を想定したモデル実験までを実施した。
【００４６】
光触媒の効果の確認（光触媒処理実験Ｉ）
有機質培地からの排培養液の浄化・殺菌に対する酸化チタン光触媒の有効性を検討した。
図２に示すように、“パイレックス”（登録商標）ガラス製の角柱型容器１にヤシがら培地からの排培養液１００ｍＬと酸化チタン粉末ＳＴ−０１を０．１ ｇ／Ｌになるよう１０ｍｇ加え、照射する容器の外側面での光強度が０．８ ｍＷ／ｃｍ２になるようブラックライト２を容器の横に設置した。処理中は液をスターラで攪拌した。その結果、排培養液中のＴＯＣおよび一般細菌数は、図３の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、光を照射した処理区（ｕｖ）で暗所下の対照区（ｄａｒｋ）より減少し、本条件下での酸化チタン光触媒の有機物分解効果と殺菌効果が確認された。
【００４７】
また、光触媒処理が排培養液中の肥料成分に及ぼす影響を調べた。その結果、表１に示すように、光触媒処理を行うことにより鉄が減少することが確認された。鉄はキレート鉄（ＥＤＴＡ−Ｆｅ）で培養液に溶かしているため、光触媒処理によって不溶化したと推察された。したがって、排培養液に光触媒処理を施して循環使用する場合には、肥料成分を調整する際にとくに鉄分を補充することが望ましいことがわかる。
【００４８】
【表１】
野外水槽状装置を想定した実験（光触媒処理実験ＩＩ）
太陽光エネルギーをなるべく多く利用できるよう栽培温室の外で処理を行うことを想定し、実験を試みた。図４に示すように、ガラス製シャーレ３に水深１ｃｍとなるようヤシがら培地からの排培養液を１０４ｍＬ入れ、酸化チタン粉末Ｐ２５を１０ ｇ／Ｌになるよう１．０４ｇ加えた後、排培養液面での光強度が上から１．０ ｍＷ／ｃｍ２になるようブラックライト４を容器３の上に設置した。処理中は液をスターラで攪拌した。その結果、図５の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、培養液中のＴＯＣおよび一般細菌数は、光を照射した処理区（ｕｖ）で暗所下の対照区（ｄａｒｋ）より減少し、本光触媒処理条件下での酸化チタン光触媒の有機物分解効果と殺菌効果が確認された。
【００５０】
野外水槽状装置を想定した実験（光触媒処理実験ＩＩＩ）
処理装置を実際に養液栽培システムに組み込む場合、酸化チタンの形状は前述の粉末より固定化したもののほうが取り扱いやすい。そこで、粉末の代わりに、光触媒を多孔質基材に担持させた光触媒担持体として、金属アルコキシドを含有する光反応性半導体（酸化チタン）をセラミック質の多孔質基材に塗工し、乾燥凝固させた膜を焼成して、微細孔性の膜を形成した酸化チタン光触媒セラミックフィルタを用いて実験を行った。
【００５１】
図６に示すように、ステンレス製角形容器５内に上記酸化チタン光触媒セラミックフィルタ６（縦２９５ｍｍ ×横２４５ｍｍ×厚さ２５ｍｍ）を横に置き、フィルタ６の厚さ（２５ｍｍ）と同程度の水深になるよう２Ｌヤシがら培地からの排培養液を入れ、排培養液面での光強度が上から１．０ ｍＷ／ｃｍ２になるようブラックライト７を容器５の上に設置した。その結果、図７の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ブラックライト照射下でヤシがら培地からの排培養液の吸光度は低下し、殺菌効果も確認できた。また、フィルタを常時ブラックライト下に置く条件下で、処理液を一定時間ごとに除去した場合の方が常時浸水した場合より吸光度低下は速かった。つまり、光触媒処理を断続的に繰り返す方が、連続的に処理を続行する場合よりも、吸光度低下は速く、より処理効果のあることがわかった。
【００５２】
野外水槽状装置を用いたトマト栽培実験（光触媒処理実験ＩＶ）
前述の光触媒処理実験ＩＩＩの結果を基に、野外に実際に処理装置を試作して、光触媒と太陽光のみとを用いた実験を行った。栽培面積１０００ｍ２当たりのトマトの栽植本数は２４００本程度が標準である。今回はこの１／２００の規模（トマト栽培本数：１２本）の実験を行った。培地にはヤシがら培地を用い、トマト（品種：”ハウス桃太郎”）を２００１年８月２０日に播種し、同年１０月５日に定植した。試験期間は２００２年５月３日までの１８４日間とした。
【００５３】
この実験装置は、図８に示すように、温室１１内にトマト１２を１２本ヤシがら培地１３に定植し、給液タンク１４（５０Ｌ）、排液タンク１５（１０Ｌ）、処理タンク１６（１０Ｌ）の３つのタンクを有しており、ヤシがら培地１３は植物を植える発泡スチロール製栽培容器（中に入れる培地容積；７０Ｌ）中に収容した。また、処理タンク１６上、またはその近傍に、光触媒処理を行うステンレス製の処理水槽１７を有する。栽培容器底部には排培養液回収用の溝を設けた。光触媒処理を行う処理水槽１７は温室１１の外に設置し、処理水槽１７内には酸化チタン光触媒セラミックフィルタ（２９５ｍｍ×２４５ｍｍ×２０ｍｍ）を４枚横に並べて置き、太陽光１８が照射されるようにするとともに、処理水槽１７は雨水が導入される開放系とした。
【００５４】
トマトに給液する培養液を生育段階に合わせ給液タンク１４から、給液に対し排液２０％程度になるよう量を調節しながら与え、植物が吸収しなかった排培養液を排液タンク１５に溜めた。排液タンク１５内の排培養液の量が１０Ｌに達したら、排培養液を処理タンク１６に移し、光触媒処理を行った。光触媒処理は、７時から１６時まで（１１月２６日以降は９時から１６時まで）の間、１時間ごとに処理タンク１６内のポンプを作動させ、排培養液を処理水槽１７の中に移動させた（７時から８時、９時から１０時、１１時から１２時、１３時から１４時、１５時から１６時までポンプを作動させ、他の時間帯は停止した。）。このとき排培養液の水深をセラミックフィルタの厚さと同じ２０ｍｍ程度に保つようオーバーフローは処理タンク１６に回収した。処理後、排培養液は光触媒処理を行う処理水槽１７で蒸発した分の水と処理により減少した鉄を追加してから給液タンク１４に戻した。前述の如く処理水槽１７は雨水が導入される開放系とされているので、雨水も培養液調製用の補給水として利用されている。
【００５５】
なお、処理中、処理水槽１７内のフィルタの光が当たらない表面側に褐変が観察されたため、１０月２４日１６時、１１月１３日１６時にフィルタを表裏反転させた。反転させた後褐変していた表面は白色に戻ることが観察された。
【００５６】
その結果、図９の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、給液タンク内の培養液のＴＯＣと吸光度は培養液かけ流し式の給液タンク内の値と同程度に保たれ、有機物分解速度が実用レベルに達していることを確認できた。また、図１０の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、試験期間の初期の段階で、処理タンク内のＴＯＣと吸光度を調べると、処理タンク内でＴＯＣ及び吸光度は日数を経るとともに低下しており、光触媒処理により有機物が分解されていることが確認された。処理タンク内の排培養液量は晴天時には少なくなり、雨天時には増加したが、基本的に雨水により希釈された状態でも同等の処理効果が得られた。
【００５７】
このように、本発明による農業用液体の処理方法および装置により、養液栽培において、排培養液中に含まれる有機物を光触媒（酸化チタン）と太陽光による処理により十分なレベルにまで分解することができ、それによって培養液循環方式が採用可能となり、余剰培養液を排出しなくても済むようになる。また、このように含有有機物を高効率で分解できる手段の実現により、自然還元可能なヤシがら等の有機質培地の使用が可能になり、ロックウール耕における廃ロックウールの問題を解消して、環境保全対策に貢献することもできる。さらに、太陽光のみを利用するこのシステムは、ランニングコストの面からも有利であり、容易に実施可能なものである。
【００５８】
なお、図８には培養液循環方式として本発明を実施したが、本発明はかけ流し方式にも適用できる。たとえば、給液タンクから供給される培養液を、供給前に予め浄化したり殺菌したりする処理に適用したり、栽培のために水を供給する場合には、その水を供給前に予め浄化したり殺菌したりする処理に適用したりすることができる。また、かけ流し方式において、従来、吸収されなかった余剰の培養液はそのまま排出されていたが、排出前に本発明による浄化処理等を施すことも可能である。
【００５９】
また、図８に示した試験装置において、光触媒（酸化チタン）多孔質フィルタの代わりに、処理水槽内に酸化チタン粉末（日本アエロジル社製、Ｐ２５ 、０．１ｇ／Ｌ）を入れて比較試験を行ったところ、酸化チタン粉末では、図１１の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、有機物濃度が高くなってしまった。これは、乾燥（蒸発）による濃縮の方が分解よりも進んでしまったためと考えられる。しかし、前記試験で用いた光触媒多孔質セラミックフィルタでは、同じ条件にもかかわらず、濃度は下がっている。これは、この光触媒多孔質セラミックフィルタを用いることにより、極めて速い分解が得られている証拠である。
【００６０】
さらに、図８に示した試験装置において、培養液循環方式で本発明による光触媒処理を施した場合と、培養液かけ流し方式の場合と、培養液循環方式で本発明による光触媒処理を行わなかった場合とについて、２００１年１２月３１日から２００２年５月３日までの収穫期におけるトマトの収量を比較した。結果を図１２に示す。図１２に示すように、本発明に係る培養液循環方式で太陽光による光触媒処理を施した場合には、培養液かけ流し方式の場合とほぼ同等の収量が得られ、培養液循環方式で本発明による光触媒処理を行わなかった場合に比べ、明らかに有意差があった。これは、本発明による浄化処理により、浄化や殺菌効果があり、トマトが良好に成育した結果であると考えられる。この結果、かけ流し方式にしなくても、本発明に係る浄化処理を適用すれば、完全に培養液循環方式が可能になることを確認できた。
【００６１】
次に、図８に示したのと同じ基本構成の試験装置にて、培地をモミがら（モミがら成型培地）に変更し、給液タンクの容量を５０Ｌ、処理タンクの容量を４０Ｌ、排液タンクの容量を４０Ｌとし、酸化チタン光触媒セラミックフィルタ（縦２９５ｍｍ ×横２４５ｍｍ×厚さ２０ｍｍ）を１６枚として、トマト（品種：”ハウス桃太郎”）５０株を、循環方式で栽培した。２００２年７月２６日に播種し、同年８月２９日に定植した。この試験における、上記光触媒処理を行った場合と、無処理の場合との比較を図１３に示す。図１３に示すように、培地をモミがらにした場合にも、光触媒処理により、給液タンク内の培養液のＴＯＣと吸光度を良好に低下させることができ、有機物分解速度が実用レベルに達していることを確認できた。この結果、本発明方法は、ヤシがらやモミがら等の有機培地を用いた栽培における浄化処理に極めて有効であることが確認された。
【００６２】
また、上記試験における１１月２１日までの収穫を、光触媒処理を行った場合と、無処理の場合との比較を表２に示す。表２に示すように、光触媒処理を行った場合には、無処理の場合に比べ、収量は大きくなり、収穫個数も多く、果実も大きくなった。品質としての糖度は、無処理の場合と同じであった。したがって、本発明方法により、より望ましい収穫状態が得られることが確認された。
【００６３】
【表２】
また、上記試験におけるトマトの生育調査の結果を表３に示す。表３に示すように、平均草丈、平均葉数、平均茎周、平均段数の全てについて、無処理の場合よりも光触媒処理の場合の方が優れており、光触媒処理が生育の促進に関しても有効であることが確認された。
【００６５】
【表３】
また、上述の図８の試験装置を用いた、ヤシがらおよびモミがらの有機培地での光触媒処理試験において、栽培面積１０００ｍ２ 当たりの光触媒敷設面積は、５５．５ｍ２ および５７．８ｍ２ であった。この光触媒敷設面積にて上述の如く良好な結果が得られたことから、有効な浄化効果を得るための、培地を用いた栽培面積Ａと、太陽光を用いて処理するための光触媒の敷設面積ａとの比率Ａ／ａは、図１４に示すように、約１０〜約５００程度の範囲内が適切と考えられる。
【００６７】
さらに、上記試験において用いた酸化チタン光触媒セラミックフィルタ（縦２９５ｍｍ ×横２４５ｍｍ×厚さ２０ｍｍ）の適切な仕様について検討した。このフィルタの空孔状態は、１０ｄｐｉ（２．５ｃｍ長の間に１０個の孔が入っているもの）であり、気孔率は８７．５％であった。この試験仕様で良好な結果が得られたことから、空孔サイズとしては、７〜１２ｄｐｉ程度が適していると考えられる。ただし、フィルタとしては、５〜２０ｄｐｉ程度の範囲まで作製可能であることを確認している。また、気孔率としては、十分に大きい表面積とする観点から、８０％以上とすることが好ましい。さらに、上記フィルタ１枚当たりの酸化チタン添着量は８０〜９０ｇであった。この結果から、酸化チタン添着量は７５ｇ／フィルター１枚またはそれ以上（１０００ｇ／ｍ２ またはそれ以上に相当）とすることが好ましい。ただし、適切な酸化チタン添着量は、酸化チタンの種類によって多少変動すると考えられるので、担持された酸化チタン層の厚みで規定することも可能である。上記試験に用いたフィルタの酸化チタン層厚みはすべて１μｍ以上であったことから、この厚みとしては１μｍ以上とすることが望ましいと考えられる。
【００６８】
次に、本発明を養液栽培以外に適用した実施の形態について説明する。
図１５は、農作物の栽培用に汲み上げられる地下水の浄化または／および殺菌処理に本発明を適用した例を示している。地下水２１は、井戸２２を介して汲み上げられるが、汲み上げられた地下水が、光触媒処理手段２３に供給され、太陽光２４を直接受光し蒸発処理が可能な開放系において処理される。処理により浄化されたきれいな地下水が、農作物２５の栽培用に供給される。供給される水は、不要な有機物成分が少なく、かつ病害虫の存在しないものとなるから、栽培にとって最適な水となり、しかも土壌の汚染を引き起こさないから、環境保全対策にも貢献できる。
【００６９】
また、図１６は、農薬含有残液（農薬残液）の浄化、分解処理に本発明を適用した例を示している。タンクやバケツなどの容器３１に所定の農薬３２に貯留され、その中に種籾３３が投入され、種子が消毒されて病害虫の発生が防止されるが、たとえば２４時間程度消毒された後に、種籾３３が取り出され、栽培用にまかれる。この消毒に使用済みの農薬残液３４は、多量に捨てられると環境上好ましくない。そこで、廃棄前に、光触媒処理手段３５に供給され、太陽光３６を用いて処理されることにより、含有農薬が分解され、きれいになった液として捨てられ、環境上問題が発生することが防止される。図示例では、太陽光３６を直接受光し蒸発処理が可能な開放系において農薬含有廃液が処理される。
【００７０】
種子を消毒処理した農薬残液の処理に対して本発明を適用した具体的な実施例について以下に説明する。図１７に示すように、塗沫処理で消毒した種子を催芽の為水に浸漬して毎日その水を取り替え、消毒後の種子を播種に供した。催芽に使用した、農薬を含む残った液体を、酸化チタン光触媒を用いるとともに太陽光エネルギーを利用して処理した。処理に際して、被処理液をポンプで循環させた。消毒に使用した農薬は、イプコナゾール（殺菌剤）とフェロトニチオン（殺虫剤）の混合液であり、これらはいずれも有機物である。図１７に示す５月９日から５月１３日に投入した、消毒に使用した廃液中の農薬濃度およびＴＯＣは、表４に示す通りであった。５月１３日からポンプを稼働し、処理を開始した。処理面積２．２５ｍ２ にて４０Ｌの液を処理した。
【００７１】
【表４】
図１８に、酸化チタン光触媒有り、ポンプ循環有りの場合、酸化チタン光触媒有り、非循環の場合、酸化チタン光触媒無し、ポンプ循環有りの場合、酸化チタン光触媒無し、ポンプ循環無しの場合、の４つの場合について試験した結果を示す。酸化チタンが農薬を二酸化炭素と水にまで完全に分解してしまう過程で、中間生成物（有機物）が生じることを考慮すると、農薬のみならず廃液に含まれる有機物全体を測定することが、本発明に係る処理方法を評価するためには必要と考えられることから、図１８にＴＯＣ（全有機体炭素量）の低減経過を示す。また、図１９には、農薬成分であるイプコナゾールの低減経過を示す。図１８、図１９に示すように、明らかに本発明に係る光触媒を用いるとともに太陽光エネルギーを利用して処理する方法の効果が見られ、とくに、被処理液をポンプで循環させることにより顕著な効果が得られた。この試験期間（５／１３〜５／２５）における天候は、５／１３：曇り、５／１４：晴れ、５／１５：晴れ、５／１６：曇り、５／１７：曇り後雨、５／１８：曇り後雨、５／１９：晴れ、５／２０：曇り後雨、５／２１：晴れ後曇り、５／２２：晴れ後曇り、５／２３：晴れ後曇り、５／２４：晴れ後曇り、５／２５：晴れ、であり、太陽光の紫外線強度は大きく変化したが、天候に関わらず、図１８、図１９に示すように処理は順調に進行した。なお、フェニトロチオンについては、処理の有無に関わらず各試験区において検出されなかった。しかし、光触媒無しの試験区ではＴＯＣが下がっていないことから、太陽光により他の有機物に変化したにすぎないことが分かる。
【００７３】
また、本発明に係る農業用液体の処理方法は、期限切れ等の余った農薬の処理にも有効である。
期限切れ農薬処理試験１：
酸化チタン光触媒セラミックフィルタ（縦２９５ｍｍ ×横２４５ｍｍ×厚さ２０ｍｍ、１０ｄｐｉ）３０枚を、１．５ｍ角、深さ５ｃｍのステンレス製水槽内に配置して、雨よけは行わずに野外に設置し、水槽の下に置いたタンク中に以下の期限切れの農薬を溶かした液２００Ｌを入れ、日中６時から１７時まで１時間毎にポンプで液を循環させながら、太陽光を用いて光触媒処理を行った。
上記処理を２００２年１０月９日から開始したところ、初期（０日目）のＴＯＣは４８３４ｍｇ／Ｌであったが、５０日目には１１６５ｍｇ／Ｌとなり、−７６％となり、光触媒処理の有効性を確認できた。
【００７５】
期限切れ農薬処理試験２：
クロルフルアズロン乳剤（有効期限：９６．１０）を１２倍に希釈した液と、ＤＭＴＰ乳剤（有効期限：９６．１０）を１０倍に希釈した液とを、各１Ｌずつ、ステンレス製容器に入れ、紫外線透過率の高いフィルム（フッ素系フィルム、商品名：Ｆクリーン）で雨よけを行い、容器内に酸化チタン光触媒セラミックフィルタ（縦２９５ｍｍ ×横２４５ｍｍ×厚さ２０ｍｍ、１０ｄｐｉ ）を１枚配置し、野外にて太陽光を用いて光触媒処理した。２００２年１０月２８日に処理を開始し、８日目に全てを乾燥させ、しかる後に蒸留水１Ｌを追加し、暗所に１日置いた後ＴＯＣを測定した。そのまま放置し、３２日目にも同様の測定を行った。その結果、アタブロン乳剤の初期（０日目）のＴＯＣは９３，９１８ｍｇ／Ｌであったが、８日目には９，６１１ｍｇ／Ｌ（−８９．８％）となり、３２日目には７６８ｍｇ／Ｌ（−９９．２％）となって、激減した。また、ＤＭＴＰ乳剤の初期（０日目）のＴＯＣは８５，８０６ｍｇ／Ｌであったが、８日目には５，９７３ｍｇ／Ｌ（−９３．０％）となり、３２日目には１８３ｍｇ／Ｌ（−９９．８％）となって、激減した。この結果、前述の試験１に比べ、一旦全てを乾燥（ｄｒｙ ｕｐ） させることが有効であり、それによって極めて高い分解処理効果が得られることが判明した。
【００７６】
次に、本発明に係る光触媒処理による毒性低減効果について調べた。試験に用いた液は、前述の図１７に示した、種子消毒に使用した農薬（イプコナゾール（殺菌剤）とフェロトニチオン（殺虫剤）の混合液）の廃液である。この農薬廃液を２日間光触媒処理した液、および、４日間光触媒処理した液のそれぞれ５００ ｍＬに、ヒメダカを飼いならした液５００ ｍＬを加えて合計１０００ｍＬとし、この液にヒメダカを７匹ずつ放し、２４時間後と４８時間後の死亡魚の数を数えて死亡率を算出した。処理条件は前述の試験と同じである（処理面積２．２５ｍ２ にて４０Ｌの液を処理）。結果を表５に示した。表５に示すように、光触媒で数日処理（試験例では４日間処理）すれば、ヒメダカが生存できる液になることが分かる。すなわち、農薬廃液を光触媒で数日処理すれば、農薬および農薬分解後の中間生成物による急性魚毒性がなくなる。
【００７７】
【表５】
さらに、前述の期限切れ農薬処理試験２において、一旦乾燥した後に光触媒処理すると高い分解処理効果が得られることが判明したので、種子消毒に使用した農薬にについても同様の比較試験を行った。前述のヒメダカの毒性試験と同じように、水稲種子をイプコナゾールおよびフェニトロチオンで塗沫処理した後、５日間浸水槽の上に乾燥防止のためのフィルムを設置した場合（乾燥させない条件の場合）と設置しなかった場合（乾燥させる条件の場合）とについて比較した。１０月７日に酸化チタン光触媒セラミックフィルタ（縦２９５ｍｍ ×横２４５ｍｍ×厚さ２０ｍｍ、１０ｄｐｉ ）１枚につき廃液１．３Ｌずつ入れて試験したところ、乾燥条件の場合には１０月１４日にすべて乾燥した。水を１．３Ｌ入れ、２４時間放置後ＴＯＣを測定した。図２０に結果を示すように、この試験においても、一旦乾燥（ｄｒｙ ｕｐ）して光触媒処理すると、乾燥しない場合よりも優れた分解効果が得られることが確認された。
【００７９】
このように、消毒用に用いられた農薬廃液や期限切れの農薬の処理に対しても、本発明に係る処理方法および装置は極めて有効であり、良好な栽培のみならず、環境保全対策にも大いに貢献することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る農業用液体の処理方法および装置によれば、光触媒を用いるとともに太陽光エネルギーを利用して処理することにより、各種農業用に使用される、あるいは使用済みの液体を、安価に、かつ、十分に実用的なレベルにまで浄化処理することができる。
【００８１】
したがって、本発明を養液栽培に適用すると、培養液循環方式の採用が可能になり、かつ、ヤシがらやモミがらなどの有機質培地の使用も可能となり、培養液を無駄なく栽培に使用できるようになって養液栽培全体のコスト低減をはかることができるとともに、ロックウール耕の場合のような産業廃棄物となる廃培地を排出させなくて済み、環境保全にも大いに貢献することができる。
【００８２】
また、本発明は、農作物に供給する汲み上げ地下水の浄化処理や、消毒に使用済みの農薬残液、期限切れの農薬の分解処理にも適用でき、農業用に使用される液体で、かつ、浄化や分解処理を行うことが望ましいあらゆる農業用液体の処理に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基礎実験におけるＴＯＣ（全有機体炭素量）と吸光度の経過特性図である。
【図２】光触媒処理実験Ｉにおける実験装置の概略構成図である。
【図３】光触媒処理実験ＩにおけるＴＯＣと菌数の経過特性図である。
【図４】光触媒処理実験ＩＩにおける実験装置の概略構成図である。
【図５】光触媒処理実験ＩＩにおけるＴＯＣと菌数の経過特性図である。
【図６】光触媒処理実験ＩＩＩにおける実験装置の概略構成図である。
【図７】光触媒処理実験ＩＩＩにおける吸光度と菌数の経過特性図である。
【図８】光触媒処理実験ＩＶにおける実験装置の概略構成図である。
【図９】光触媒処理実験ＩＶにおける給液タンク内のＴＯＣと吸光度の経過特性図である。
【図１０】光触媒処理実験ＩＶにおける処理タンク内のＴＯＣと吸光度の経過特性図である。
【図１１】光触媒の形態がフィルタの場合と粉末の場合のＴＯＣと吸光度の比較特性図である。
【図１２】各方式における収量の比較図である。
【図１３】モミがら培地を使用した実験におけるＴＯＣと吸光度の経過特性図である。
【図１４】栽培面積と光触媒面積との関係図である。
【図１５】本発明に係る処理を地下水に適用した場合の例を示す概略構成図である。
【図１６】本発明に係る処理を農薬残液に適用した場合の例を示す概略構成図である。
【図１７】本発明に係る処理を消毒残液に適用した場合の例を示す概略構成図である。
【図１８】図１７に示した実施例におけるＴＯＣの経過結果を示すグラフである。
【図１９】図１７に示した実施例における農薬成分の経過結果を示すグラフである。
【図２０】種子消毒農薬を乾燥防止条件と乾燥条件とについて光触媒処理した結果を示すＴＯＣの特性図である。
【符号の説明】
１ 容器
２ ブラックライト
３ 容器
４ ブラックライト
５ 容器
６ 酸化チタンセラミックフィルタ
７ ブラックライト
１１ 温室
１２ トマト
１３ ヤシがら培地
１４ 給水タンク
１５ 排液タンク
１６ 処理タンク
１７ 処理水槽
１８ 太陽光
２１ 地下水
２２ 井戸
２３ 光触媒処理手段
２４ 太陽光
２５ 農作物
３１ 容器
３２ 農薬
３３ 種籾
３４ 農薬残液
３５ 光触媒処理手段
３６ 太陽光[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for treating an agricultural liquid, and more particularly to a method and an apparatus for purifying various kinds of liquid used for agriculture using a photocatalyst. In this specification, the “purification process” is a concept including a sterilization process and a purification / sterilization process in addition to a purification process in a narrow sense for purifying a liquid.
[0002]
[Prior art]
There are various types of liquids used in large quantities for agriculture, such as culture solutions used for hydroponics and groundwater supplied for general cultivation. Examples of liquids for use include pesticide residues used for disinfection and the like. For such agricultural liquids, appropriate purification treatments (purification treatment, sterilization treatment, component decomposition treatment, and the like in a narrow sense) are often desired, and such treatment can be performed easily and inexpensively. If possible, the culture solution can be used more effectively, the occurrence of pollution and disease in cultivation can be reliably prevented, and the occurrence of environmental pollution can often be avoided.
[0003]
For example, the current situation and problems in hydroponic cultivation are considered as follows. Hydroponic cultivation is a method in which cultivation is performed without using soil while providing nutrient water necessary for growing a crop as a culture solution. Hydroponic cultivation allows for permanent and stable production without being bothered by continuous cropping failure, makes it easy to control the growth of crops, and enables cultivation even in poor soil and water conditions. In addition, it has been greatly expanded in recent years because it has advantages such as good workability, easy employment, and easy succession of successors.
[0004]
There are various types of hydroponic cultivation, but the most popular type is rock wool cultivation using a mineral processing medium, for example, using rock wool as a medium. Crops cultivated by rock wool cultivation include tomatoes, cucumbers, melons, strawberries and roses, and tomatoes are the most common in Japan.
[0005]
Rock wool for cultivation is composed of about 40% silicic acid and about 30% limestone, is formed into a mat, and has excellent physical and chemical properties for crop cultivation. However, when used for several years, the shape of rock wool collapses, its volume decreases, and its physical properties deteriorate.Therefore, it is necessary to replace it with new ones.At that time, waste rock wool cannot be returned to the natural world and is treated as industrial waste. There is a problem that it is.
[0006]
In addition, as a method of supplying a culture solution to a crop, the culture solution is supplied in an amount larger than that absorbed by the crop to stabilize production, and the surplus not absorbed by the crop is discharged to the outside in a flow-through method (non-recycling). Expression) is often used. The culture broth contains nitrate nitrogen, phosphoric acid, etc., and the discharged culture broth may flow out into rivers and groundwater, leading to contamination. Is not desirable.
[0007]
In recent years, when the environment must be sufficiently considered in agriculture, it is considered necessary to consider environmental conservation measures such as measures for waste rock wool and measures for waste culture solution in view of the current state of nutrient culture as described above. That is, the medium is switched from rock wool to natural organic materials such as palm palm and fir tree that can be easily reduced after use, and the culture medium is circulated from a pouring (non-circulating) type to reusing the waste culture. It is considered desirable to switch to the formula.
[0008]
In order to use a recirculation system that recycles the culture solution without discharging it, instead of pouring it out, it is necessary to reduce the spread of disease, the accumulation of growth inhibitors, and the deterioration of the balance of fertilizer components. It is necessary to take measures. Further, when the medium is switched to an organic medium, (4) the accumulation of organic substances eluted from the organic medium is added, so that this measure must be taken. Of these, (3) can be avoided by periodically analyzing and adjusting the excess or deficiency, or by changing the fertilizer component composition for each growth stage. However, there is no technology that can take the measures of (1), (2), and (4) comprehensively and make it possible to carry out circulating nutrient cultivation using an organic medium at substantially low cost.
[0009]
Further, in addition to the hydroponic culture, various liquids are used for agriculture as described above. For example, in normal cultivation as well as in hydroponic cultivation, groundwater is often pumped and supplied for cultivation. However, if the pumped groundwater is used as it is, it may cause contamination or disease in cultivation. Therefore, when using such groundwater, it is desired to perform appropriate purification treatment and sterilization treatment before use. However, since such treatment is generally expensive, it is a fact that such treatment is not particularly applied to agricultural water used in large quantities as described above.
[0010]
In some cases, the seed paddy is disinfected with a pesticide to prevent the occurrence of pests. However, the residual pesticide liquid after disinfection is often discarded as it is or diluted. A large amount of pesticide residual liquid is discharged in a joint facility or the like that disinfects seeds of a large number of farmers, which may cause a situation unfavorable for environmental conservation. Decomposition of the pesticide contained before the discharge of the residual pesticide could greatly contribute to environmental measures.However, since there is no technology that can be easily and inexpensively mass-produced, it is practically hardly treated. That is the fact. In fact, surplus agricultural chemicals that have expired are entrusted to industrial waste disposal contractors for disposal, and it is considered desirable if there is a method that can be easily disposed of by farmers or farmers' groups. At present, there is a need for a method and means for realizing it.
[0011]
On the other hand, in the field of air treatment and water treatment, it is known that it is effective to use a photocatalyst made of titanium oxide or the like for purification treatment, organic matter decomposition treatment, sterilization treatment, and the like. Has been proposed. For example, in the field of air purification treatment,
[0012]
However, there is hardly any example in which such treatment using a photocatalyst is used for treating agricultural liquids. The reason is considered as follows. That is, a processing facility using a photocatalyst usually includes, in addition to the photocatalyst, a special device for irradiating predetermined light to the photocatalyst. It is believed that it has not been considered suitable for treating agricultural liquids that require inexpensive treatment. In particular, when applied to the treatment of agricultural liquids, it is thought that an extremely large light irradiation area is required. In addition, when the treatment using a photocatalyst is applied to water treatment, it is generally considered that it is efficient to treat the liquid to be treated in a concentrated state. It seems that enrichment for processing has also been considered impractical. In particular, agricultural liquid is inevitably diluted with rainwater, etc., depending on its type and location, resulting in a larger amount of water to be treated.Thus, conventional treatment using a photocatalyst is not suitable. It seems to have been considered not.
[0013]
[Patent Document 1]
JP 2001-259435 A (Claims)
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
The present inventors have paid attention to the effectiveness of the liquid treatment using a photocatalyst as described above while considering the necessity and problems of the treatment of the various agricultural liquids described above, and particularly apply the treatment using a photocatalyst. By changing the origin of the idea at that time, they found that such a processing technique could be applied very effectively to the treatment of agricultural liquids, and completed the present invention.
[0015]
In other words, agriculture is originally based on nature and uses the blessings of nature.Therefore, it is examined whether or not this essential element can be used as much as possible. Whether or not sunlight is the most representative energy in the natural world and most of the whole agriculture depends on the solar energy itself during the growing process, and special light It was examined whether or not a desired photoreaction could be caused only by sunlight without using irradiation means. In other words, the processing in the form of returning to the natural world was examined. In addition, most of the processing using the conventional photocatalyst is for processing a concentrated liquid, but it is not possible to effectively process the liquid without concentration or even a large amount of liquid to be processed diluted with rainwater or the like. We examined whether or not. As a result of intensive studies based on such an idea different from the conventional one, that is, a new idea that is opposite to the conventional concept, the present invention has been completed.
[0016]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an agricultural solution that uses essentially natural energy, thereby inexpensively, and can purify a desired amount of agricultural liquid in a large amount to a sufficiently practical level for purification treatment required for cultivation or the like. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for treating a liquid for use.
[0017]
Another object of the present invention is to make it possible to greatly contribute to environmental conservation measures by applying the above processing.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the method for treating an agricultural liquid according to the present invention comprises, as a photocatalyst, applying a photoreactive semiconductor containing a metal alkoxide to a porous substrate, and firing a dried and solidified film. And a method for purifying an agricultural liquid using a photocatalyst carrier on which a microporous film is formed, and using only sunlight as light for photoreaction of the photocatalyst.
[0019]
The photocatalyst carrier preferably has a porosity of 80% or more. Thereby, a large surface area of the photoreactive semiconductor carried can be ensured, and even if the light for photoreaction is only solar light with relatively low energy, the target purification process is performed by securing a large area. It becomes possible. As the photoreactive semiconductor, for example, titanium oxide can be used. As the porous substrate, for example, a ceramic porous substrate can be used.
[0020]
That is, in the method for treating an agricultural liquid according to the present invention, the photocatalyst is activated using solar energy, which is a relatively dilute energy, and is provided for a target treatment, and the activation energy is relatively dilute. Is compensated for by the area, so that a sufficiently practical processing effect can be ensured. In addition, without assuming concentration treatment of the liquid to be treated, even if it is diluted with rainwater or the like, it aims to treat it to a practically sufficient level for treating agricultural liquids by large-area treatment. It is a thing. As described above, the present invention has been completed as a processing method based on a new concept that has not been conventionally used, that is, large-area processing without using and concentrating solar energy.
[0021]
In the method for treating an agricultural liquid according to the present invention, since the photocatalyst is difficult to use as it is as a powder, the photocatalyst as described above is also used from the viewpoint of obtaining an excellent treatment effect. A photocatalyst carrier supported on a material is used. As a result, the surface area of the treatment using the photocatalyst can be made sufficiently large, and the desired favorable treatment effect can be obtained despite the relatively low energy of sunlight. .
[0022]
As such a photocatalyst carrier, in the present invention, a photoreactive semiconductor containing a metal alkoxide is applied to a ceramic porous substrate, and the dried and solidified film is fired to form a microporous film. The formed photocatalyst carrier is used. By using such a photocatalyst carrier, particularly excellent effects can be obtained.
[0023]
The method for treating an agricultural liquid according to the present invention is applied to the treatment of a culture solution used for nutrient cultivation, the treatment of water or nutrient solution supplied to cultivation, the treatment of a residual agricultural chemical used for disinfection, and the like. be able to. The target crop is not particularly limited, and includes hydroponic cultivation of all crops currently or about to be performed, such as tomato, cucumber, melon, strawberry, and rose.
[0024]
For example, in the treatment method according to the present invention, the culture solution supplied from the culture solution supply means is collected as a waste culture solution after being used for cultivation, and at least a part of the collected waste culture solution, As described above, the method can be developed as a method for treating an agricultural liquid characterized by processing using a photocatalyst and sunlight and returning the liquid after the processing to the culture solution supply means. In such a treatment method, the culture solution can be reused as a circulation system instead of a pouring system, and the nutrient solution can be basically cultivated without producing waste liquid. In addition, since it becomes possible to decompose organic substances eluted when using natural organic materials as a culture medium, it becomes possible to use natural organic materials such as coconut and fir as a medium, resulting in industrial waste. Problems relating to waste rock wool are also easily resolved. Therefore, both the problems relating to the discharge of the culture solution and the waste rock wool are solved, and desirable environmental conservation measures can be taken for the hydroponics.
[0025]
In addition, the method can be carried out as a method characterized in that the agricultural liquid is treated with a photocatalyst and sunlight before being used for cultivation, and the treated liquid is used for cultivation. For example, when supplying groundwater for cultivation, purification treatment is performed before supply, and even if supply of treated water or supply of a culture solution by pouring is performed, purification treatment is performed before supply and supply of the treated liquid. Or you can.
[0026]
When processing using only a photocatalyst and sunlight as described above, it is possible to aim at a desired effect by one processing using a large area and a relatively long processing time, but it is particularly extremely wide. In the case where a processing area cannot be obtained, it is preferable that the processing is intermittently repeated by repeatedly reciprocating the liquid to be processed between the liquid collecting part and the processing part. As a result, the processing effect can be easily increased, and the processing can be performed more reliably to the target level.
[0027]
Further, the method for treating agricultural liquid according to the present invention is a method for treating an agricultural liquid used when cultivating using a culture medium using a photocatalyst and sunlight, wherein an open state where rainwater is introduced is provided. It can be developed as a method of treating said agricultural liquid in a system.
[0028]
As a medium, rock wool can be used as in the past, but an organic medium such as coconut and fir can be used, particularly a natural organic medium. Can be naturally reduced, so that the above-mentioned problem associated with waste rock wool can be easily solved.
[0029]
When the method for treating an agricultural liquid according to the present invention is applied to cultivation using the above-described medium, the cultivation area A using the medium and the laying area a of the photocatalyst for processing using sunlight are used. Is preferably in the range of 10 to 500. By setting the content within this range, it is possible to obtain a target excellent purification effect in a process using only the photocatalyst and sunlight. Of course, when a vast land can be used, the ratio A / a can be set to about 1 to 2.
[0030]
Further, the method for treating an agricultural liquid according to the present invention can be applied to various liquid and water treatments within an agricultural range. For example, an agricultural liquid used for hydroponics (including not only a culture solution but also water used for it) can be treated. Further, the agricultural liquid used for the hydroponics can be treated before draining. Furthermore, the pumped groundwater can be treated, and the treated water can be supplied as agricultural water.
[0031]
Further, the method for treating an agricultural liquid according to the present invention is a method for decomposing a pesticide-containing waste liquid using a photocatalyst and sunlight, wherein the pesticide-containing waste liquid is directly received in sunlight and the pesticide-containing waste liquid can be evaporated. It can also be applied as a method for treating waste liquid. According to this method, the reaction is carried out in a state in which the pesticide is directly adsorbed on the photocatalyst by concentrating or evaporating to dryness, thereby enabling a much faster treatment. For example, a pesticide-containing residual liquid after seed disinfection can be treated, and an expired pesticide can be treated.
[0032]
The apparatus for treating an agricultural liquid according to the present invention, as a photocatalyst, applies a photoreactive semiconductor containing a metal alkoxide to a porous substrate, fires a dried and solidified film, and forms a microporous film. It is characterized by having means for purifying an agricultural liquid using the formed photocatalyst carrier and using only sunlight as light for photoreaction of the photocatalyst.
[0033]
The porosity of the photocatalyst carrier is preferably 80% or more. Further, as the photoreactive semiconductor, for example, titanium oxide can be used. As the porous substrate, for example, a ceramic porous substrate can be used.
[0034]
In such an agricultural liquid treatment apparatus, a powdery photocatalyst can be used as the treatment means.However, in order to improve the ease of handling and the treatment effect, the present invention employs a photocatalyst. It is composed of one having a photocatalyst carrier supported on a porous substrate. As the photocatalyst carrier, a photoreactive semiconductor containing a metal alkoxide is applied to a ceramic porous substrate, and a dried and solidified film is fired to form a microporous film. .
[0035]
When such an apparatus for treating agricultural liquid is applied to nutrient solution cultivation, for example, a culture solution supply means and a culture solution supplied from the culture solution supply means are used for cultivation and then collected as a drainage solution. And a means for treating at least a part of the waste culture liquid collected by the liquid collecting means using a photocatalyst and sunlight, and supplying the liquid after the treatment by the processing means to the culture liquid supply liquid. It may be configured to have a system for returning to the means.
[0036]
Further, the system for supplying the agricultural liquid for cultivation may be provided with a means for processing the agricultural liquid using a photocatalyst and sunlight before supplying the agricultural liquid.
[0037]
In such an agricultural liquid processing apparatus, it is preferable that the means for processing using a photocatalyst and sunlight is provided with a mechanism for repeatedly reciprocating a liquid to be processed between a liquid collecting part and a processing part. This makes it possible to further improve the effect of the processing.
[0038]
The apparatus for treating agricultural liquid according to the present invention is an apparatus for treating an agricultural liquid used when cultivating using a culture medium using a photocatalyst and sunlight, wherein the treating means is provided with rainwater. It can be deployed as comprising means for treating the agricultural liquid in an open system. As a medium, an inorganic medium such as rock wool or an organic medium such as coconut or fir can be used. Particularly, by using a natural organic medium, natural reduction can be easily achieved.
[0039]
When cultivation is performed using a culture medium, as described above, the ratio A / a of the cultivation area A using the culture medium and the laying area a of the photocatalyst for treatment using sunlight is in the range of 10 to 500. It is preferable that the
[0040]
The apparatus for treating agricultural liquid according to the present invention is also used for treating agricultural liquid used for hydroponics, treating the agricultural liquid used for hydroponics before drainage, and supplying it as agricultural water. It can be applied to the treatment of groundwater, the treatment of pesticide-containing residual liquid, and the like.
[0041]
In particular, in the treatment of pesticide-containing residual liquid, it is a device for decomposing the pesticide-containing waste liquid using a photocatalyst and sunlight, wherein the processing means is an open system capable of directly receiving sunlight and performing an evaporative treatment. It can be constituted by means for treating waste liquid. This processing means can be configured as a means for processing a pesticide-containing residual liquid after seed disinfection, or a means for processing an expired pesticide.
[0042]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described from the course of its development, and preferred embodiments of the present invention will also be described. As a photocatalyst, titanium oxide was mainly used. In addition, all the tests described below were performed at 1617 Kamiyoshizawa, Hiratsuka-shi, Kanagawa and Kanagawa Agricultural Research Institute.
[0043]
First, application of the present invention to hydroponics was studied. In the present invention, instead of conventional rock wool cultivation, one of the objects is to solve the problem of waste rock wool, which is an industrial waste, by using coconut palm, fir grass, and the like, which are natural organic materials, as a medium. Therefore, the amount of organic substances eluted from such an organic medium was first investigated.
[0044]
Tomato (cultivar: "House Momotaro") was cultivated in a nutrient solution using coconut palm, which has been widely used and introduced among the organic media, and compared with the case of rock wool cultivation. The cultivation period was from September 1999 to March 2001, and the plants were replanted on September 3, 1999, January 7, 2000, August 31, 2000, and January 18, 2001. The culture solution was applied in a range of 200 to 2000 mL / day / plant per strain while adjusting the drainage to about 20% of the feed according to the growth stage. In this investigation, the culture solution was subjected to a pouring method, and the TOC (total organic carbon) and the absorbance (Abs, measurement wavelength: 370 nm) in the waste culture solution were periodically measured. As a result, as shown in FIG. 1, it was found that the TOC of the waste culture was higher in the early stage of medium use and in the high temperature period than in other periods, and fluctuated in the range of approximately 20 to 200 mg / L. Further, it was found that the absorbance elapses almost similarly to TOC. Therefore, for example, when the detection of TOC requires a large-scale apparatus and is difficult, it can be understood that the measurement of only the absorbance enables the amount of the eluted organic substance to be grasped.
[0045]
Next, a series of experiments for confirming the effects of the treatment using a photocatalyst were performed. That is, from the bench-scale photocatalyst effect confirmation experiment to the model experiment assuming actual nutrient cultivation.
[0046]
Confirmation of photocatalytic effect (photocatalyst treatment experiment I)
The effectiveness of titanium oxide photocatalyst for purification and sterilization of the culture broth from the organic medium was investigated.
As shown in FIG. 2, 100 mL of the culture broth from the palm coconut medium and 10 mg of titanium oxide powder ST-01 were added to a prism-shaped
[0047]
In addition, the effect of photocatalytic treatment on the fertilizer components in the waste culture solution was examined. As a result, as shown in Table 1, it was confirmed that iron was reduced by performing the photocatalytic treatment. Since iron was dissolved in the culture solution by chelating iron (EDTA-Fe), it was presumed that it was insolubilized by the photocatalytic treatment. Therefore, when the waste culture solution is subjected to photocatalytic treatment and recycled, it is understood that it is particularly desirable to supplement iron when adjusting the fertilizer component.
[0048]
[Table 1]
Experiment assuming an outdoor water tank-shaped device (photocatalyst treatment experiment II)
The experiment was conducted on the assumption that the treatment was performed outside the cultivation greenhouse so that the solar energy could be used as much as possible. As shown in FIG. 4, 104 mL of the drainage culture solution from the coconut palm culture medium was placed in a glass Petri dish 3 so as to have a water depth of 1 cm, and 1.04 g of titanium oxide powder P25 was added at 10 g / L, followed by drainage culture. The light intensity at the liquid level is 1.0 mW / cm from the top 2 The
[0050]
Experiment assuming an outdoor water tank (Photocatalyst treatment experiment III)
When the treatment device is actually incorporated into the nutrient solution cultivation system, it is easier to handle the titanium oxide with the shape fixed than the powder described above. Therefore, instead of powder, as a photocatalyst carrier in which a photocatalyst is supported on a porous substrate, a photoreactive semiconductor (titanium oxide) containing a metal alkoxide is applied to a ceramic porous substrate and dried and solidified. An experiment was performed using a titanium oxide photocatalytic ceramic filter in which the film thus formed was fired to form a microporous film.
[0051]
As shown in FIG. 6, the titanium oxide photocatalyst ceramic filter 6 (295 mm long × 245 mm wide × 25 mm thick) is placed horizontally in a stainless steel
[0052]
Tomato cultivation experiment using an outdoor water tank (photocatalyst treatment experiment IV)
Based on the results of the photocatalyst treatment experiment III described above, an experimental treatment device was actually manufactured in the field, and an experiment was performed using only the photocatalyst and sunlight. Cultivation area 1000m 2 The standard number of tomato plants per plant is about 2400. This time, an experiment of this 1/200 scale (number of tomato cultivation: 12) was conducted. Tomato (cultivar: “House Momotaro”) was sown on August 20, 2001, and planted on October 5, 2001. The test period was 184 days until May 3, 2002.
[0053]
As shown in FIG. 8, this experimental apparatus planted 12
[0054]
The culture solution to be supplied to the tomato is supplied from the
[0055]
During the treatment, browning was observed on the surface of the treated water tank 17 on which light was not irradiated, so the filter was turned upside down at 16:00 on October 24 and 16:00 on November 13. It was observed that the surface that had browned after inversion returned to white.
[0056]
As a result, as shown in FIGS. 9A and 9B, the TOC and the absorbance of the culture solution in the liquid supply tank are maintained at substantially the same values as those in the liquid supply tank of the flow-through type. It was confirmed that the decomposition rate reached the practical level. Further, as shown in FIGS. 10A and 10B, when the TOC and the absorbance in the processing tank are examined at an early stage of the test period, the TOC and the absorbance in the processing tank decrease with time. It was confirmed that the organic matter was decomposed by the photocatalytic treatment. The volume of the waste culture solution in the treatment tank was reduced in fine weather and increased in rainy weather, but basically the same treatment effect was obtained even when diluted with rainwater.
[0057]
As described above, the method and apparatus for treating an agricultural liquid according to the present invention decompose organic substances contained in a waste culture solution to a sufficient level by treatment with photocatalyst (titanium oxide) and sunlight in nutrient solution cultivation. This makes it possible to adopt a culture solution circulation system, and it becomes unnecessary to discharge the surplus culture solution. In addition, the realization of the means capable of decomposing the contained organic matter with high efficiency makes it possible to use an organic medium such as coconut palm which can be naturally reduced, and solves the problem of waste rock wool in rock wool cultivation to reduce environmental problems. It can also contribute to conservation measures. Furthermore, this system using only sunlight is advantageous in terms of running costs and can be easily implemented.
[0058]
Although the present invention is implemented as a culture solution circulation system in FIG. 8, the invention can also be applied to a pouring system. For example, when the culture solution supplied from the liquid supply tank is applied to a process of purifying or sterilizing before supply, or when supplying water for cultivation, the water is purified before supply. Or sterilization. In addition, in the flow-through method, the excess culture solution that has not been absorbed is conventionally discharged as it is. However, the purification treatment or the like according to the present invention can be performed before the discharge.
[0059]
In the test apparatus shown in FIG. 8, a titanium oxide powder (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., P25, 0.1 g / L) was placed in a treatment water tank instead of the photocatalyst (titanium oxide) porous filter to perform a comparative test. As a result, in the titanium oxide powder, as shown in FIGS. 11A and 11B, the organic substance concentration was increased. This is considered to be because concentration by drying (evaporation) progressed more than decomposition. However, in the photocatalytic porous ceramic filter used in the above test, the concentration was reduced despite the same conditions. This is evidence that extremely fast decomposition has been obtained by using this photocatalytic porous ceramic filter.
[0060]
Further, in the test apparatus shown in FIG. 8, the photocatalyst treatment according to the present invention was performed by the culture solution circulation method, the case of the culture solution pouring method, and the photocatalyst treatment according to the invention was not performed by the culture solution circulation method. The yields of tomatoes in the harvest season from December 31, 2001 to May 3, 2002 were compared for the cases. FIG. 12 shows the results. As shown in FIG. 12, when the photocatalytic treatment with sunlight was performed in the culture medium circulation method according to the present invention, almost the same yield as that in the case of the culture medium flow-through method was obtained. There was a clear significant difference compared to the case where the photocatalytic treatment according to the invention was not performed. This is considered to be the result of the purification treatment according to the present invention having the purification and sterilization effects, and the tomato having grown well. As a result, it was confirmed that the culture solution circulation system can be completely achieved by applying the purification treatment according to the present invention without using the pouring system.
[0061]
Next, using a test apparatus having the same basic configuration as that shown in FIG. 8, the medium was changed to fir-gara (fir-gara molded medium), the capacity of the supply tank was set to 50 L, the capacity of the processing tank was set to 40 L, and the drainage was performed. 50 tanks of tomato (variety: “House Momotaro”) were cultivated by a circulation method using a tank having a capacity of 40 L and 16 titanium oxide photocatalytic ceramic filters (295 mm in length × 245 mm in width × 20 mm in thickness). The seeds were sown on July 26, 2002 and planted on August 29, 2002. FIG. 13 shows a comparison between the case where the photocatalytic treatment was performed and the case where no treatment was performed in this test. As shown in FIG. 13, even when the medium is made fir, the TOC and the absorbance of the culture solution in the liquid supply tank can be favorably reduced by the photocatalytic treatment, and the organic matter decomposition rate reaches a practical level. I was able to confirm. As a result, it was confirmed that the method of the present invention was extremely effective for purification treatment in cultivation using an organic medium such as palm or fir-gara.
[0062]
Table 2 shows a comparison between the case where the photocatalytic treatment was performed and the case where the photocatalytic treatment was not performed on the harvest up to November 21 in the above test. As shown in Table 2, when the photocatalytic treatment was performed, the yield was increased, the number of harvests was increased, and the fruit was increased as compared with the case without the treatment. The sugar content as quality was the same as in the case of no treatment. Therefore, it was confirmed that a more desirable harvest condition can be obtained by the method of the present invention.
[0063]
[Table 2]
Table 3 shows the results of the tomato growth survey in the above test. As shown in Table 3, all of the average plant height, the average number of leaves, the average stem circumference, and the average number of stages are better in the case of photocatalytic treatment than in the case of no treatment, and the photocatalytic treatment is also effective in promoting growth. Was confirmed.
[0065]
[Table 3]
Further, in the photocatalytic treatment test on the organic medium of coconut and fir using the test apparatus of FIG. 2 Per photocatalyst laying area is 55.5m 2 And 57.8m 2 Met. Since good results were obtained as described above with this photocatalyst laying area, the cultivation area A using a culture medium and the photocatalyst laying area for processing using sunlight to obtain an effective purification effect were obtained. It is considered that the ratio A / a with respect to a in the range of about 10 to about 500 is appropriate as shown in FIG.
[0067]
Further, appropriate specifications of the titanium oxide photocatalytic ceramic filter (295 mm long × 245 mm wide × 20 mm thick) used in the above test were examined. The pore state of this filter was 10 dpi (10 pores were inserted in a 2.5 cm length), and the porosity was 87.5%. Since good results were obtained with this test specification, it is considered that a pore size of about 7 to 12 dpi is suitable. However, it has been confirmed that the filter can be manufactured up to a range of about 5 to 20 dpi. The porosity is preferably 80% or more from the viewpoint of a sufficiently large surface area. Further, the amount of titanium oxide impregnated per filter was 80 to 90 g. From these results, the amount of titanium oxide impregnated was 75 g / one filter or more (1000 g / m2). 2 Or more). However, since the appropriate amount of titanium oxide to be attached is considered to vary somewhat depending on the type of titanium oxide, it is also possible to specify the thickness of the titanium oxide layer carried. Since the thicknesses of the titanium oxide layers of the filters used in the above tests were all 1 μm or more, it is considered preferable that this thickness be 1 μm or more.
[0068]
Next, an embodiment in which the present invention is applied to other than hydroponic cultivation will be described.
FIG. 15 shows an example in which the present invention is applied to purification or / and sterilization treatment of groundwater pumped for cultivation of agricultural crops. The groundwater 21 is pumped through a well 22. The pumped groundwater is supplied to a
[0069]
FIG. 16 shows an example in which the present invention is applied to purification and decomposition processing of a pesticide-containing residual liquid (pesticide residual liquid). A
[0070]
A specific example in which the present invention is applied to the treatment of pesticide residual liquid obtained by disinfecting seeds will be described below. As shown in FIG. 17, the seeds disinfected by the coating treatment were immersed in water for germination, the water was replaced every day, and the disinfected seeds were used for sowing. The remaining liquid containing pesticides used for germination was treated using titanium oxide photocatalyst and solar energy. During the treatment, the liquid to be treated was circulated by a pump. The pesticides used for disinfection are a mixture of ipconazole (a bactericide) and ferrotonithion (an insecticide), all of which are organic. The pesticide concentration and TOC in the waste liquid used for disinfection, which were introduced from May 9 to May 13 shown in FIG. 17, were as shown in Table 4. The pump was started on May 13 to start processing. Processing area 2.25m 2 Treated 40 L of liquid.
[0071]
[Table 4]
In FIG. 18, there are four cases, that is, when there is a titanium oxide photocatalyst, when there is a pump circulation, when there is a titanium oxide photocatalyst, when there is no circulation, when there is no titanium oxide photocatalyst, when there is a pump circulation, when there is no titanium oxide photocatalyst, and when there is no pump circulation. The test results for the case are shown. Considering that intermediate products (organic substances) are generated in the process of titanium dioxide completely decomposing pesticides into carbon dioxide and water, it is important to measure not only pesticides but also the whole organic substances contained in waste liquid. FIG. 18 shows the progress of the reduction of TOC (total organic carbon content) because it is considered necessary to evaluate the treatment method according to the present invention. FIG. 19 shows the progress of reduction of ipconazole, which is a pesticide component. As shown in FIG. 18 and FIG. 19, the effect of the method using the photocatalyst according to the present invention and utilizing solar energy is clearly seen. The effect was obtained. The weather during this test period (5 / 13-5 / 25) was 5/13: cloudy, 5/14: sunny, 5/15: sunny, 5/16: cloudy, 5/17: cloudy after rain, 5 / 18: Rain after cloudy, 5/19: Sunny, 5/20: Rain after cloudy, 5/21: Cloudy after sunny, 5/22: Cloudy after sunny, 5/23: Cloudy after sunny, 5/24: Cloudy after sunny Cloudy, 5/25: sunny, and the ultraviolet intensity of sunlight changed greatly, but the process proceeded smoothly as shown in FIGS. 18 and 19 regardless of the weather. Note that fenitrothion was not detected in each test group regardless of the presence or absence of the treatment. However, since the TOC did not decrease in the test plot without the photocatalyst, it can be understood that the test plot only changed to another organic substance due to sunlight.
[0073]
In addition, the method for treating agricultural liquid according to the present invention is also effective for treating agricultural chemicals that have survived.
Expired pesticide treatment test 1:
Thirty titanium oxide photocatalytic ceramic filters (295 mm long x 245 mm wide x 20 mm thick, 10 dpi) were placed in a 1.5 m square, 5 cm deep stainless steel water tank and placed outdoors without rain protection, 200 L of the following expired pesticide solution is placed in a tank placed under the water tank, and the photocatalyst treatment is performed using sunlight while circulating the solution by a pump every hour from 6:00 to 17:00 during the day. went.
When the above process was started on October 9, 2002, the initial (day 0) TOC was 4834 mg / L, but on the 50th day it was 1165 mg / L, which was -76%, indicating that the photocatalytic process was effective. Was confirmed.
[0075]
Expired pesticide treatment test 2:
A solution obtained by diluting a chlorfluazuron emulsion (expiration date: 96.10) 12-fold and a solution obtained by diluting a DMTP emulsion (expiration date: 96.10) 10-fold were each 1 L each in a stainless steel container. Then, the film is protected from rain with a film having a high ultraviolet transmittance (fluorine-based film, trade name: F-Clean), and one titanium oxide photocatalytic ceramic filter (295 mm long × 245 mm wide × 20 mm thick, 10 dpi) is placed in the container. And a photocatalyst treatment using sunlight in the field. The treatment was started on October 28, 2002, and the whole was dried on the eighth day. Thereafter, 1 L of distilled water was added, and the TOC was measured after one day in a dark place. The same measurement was performed on the 32nd day. As a result, the initial (day 0) TOC of the atabron emulsion was 93,918 mg / L, but it was 9,611 mg / L (-89.8%) on the 8th day, and 768 mg / L on the 32nd day. / L (-99.2%), and decreased sharply. The initial TOC of the DMTP emulsion (day 0) was 85,806 mg / L, but it was 5,973 mg / L (-93.0%) on the 8th day, and 183 mg / L on the 32nd day. L (-99.8%), and decreased sharply. As a result, it was found that it is effective to dry all of them once, as compared with
[0076]
Next, the toxicity reduction effect of the photocatalytic treatment according to the present invention was examined. The liquid used for the test is the waste liquid of the pesticide (mixed liquid of ipconazole (fungicide) and ferrotonithion (pesticide)) used for seed disinfection, as shown in FIG. 17 described above. To 500 mL of each of the two-day photocatalyst-treated solution of this pesticide waste solution and the four-day photocatalyst-treated solution, 500 mL of a domesticated medaka was added to make a total of 1000 mL, and seven medaka were released into the solution. The mortality was calculated by counting the number of dead fish after 24 hours and 48 hours. The processing conditions were the same as in the test described above (processing area 2.25 m). 2 Process 40 L of liquid). Table 5 shows the results. As shown in Table 5, it can be seen that the treatment with the photocatalyst for several days (the treatment in the test example for 4 days) results in a liquid in which the killifish can survive. That is, if the pesticide waste liquid is treated with a photocatalyst for several days, acute fish toxicity due to pesticides and intermediate products after decomposition of the pesticides is eliminated.
[0077]
[Table 5]
Furthermore, in the above-mentioned expired
[0079]
As described above, the treatment method and apparatus according to the present invention are extremely effective for treating pesticide waste liquids and expired pesticides used for disinfection, and are not only good for cultivation but also greatly for environmental conservation measures. Can contribute.
[0080]
【The invention's effect】
As described above, according to the method and the apparatus for treating an agricultural liquid according to the present invention, by using a photocatalyst and treating using solar energy, it is used for various agricultural uses or used. The liquid can be purified at low cost and to a sufficiently practical level.
[0081]
Therefore, when the present invention is applied to nutrient solution cultivation, it is possible to adopt a culture solution circulation system, and it is also possible to use an organic medium such as coconut palm or fir tree, so that the culture solution can be used for cultivation without waste. As a result, the cost of the entire hydroponic cultivation can be reduced, and it is not necessary to discharge a waste medium which is an industrial waste as in the case of rock wool cultivation, which can greatly contribute to environmental conservation.
[0082]
In addition, the present invention can be applied to the purification treatment of groundwater pumped to be supplied to agricultural products, the residual liquid of agricultural chemicals used for disinfection, and the decomposition treatment of expired agricultural chemicals, and is a liquid used for agriculture. It is applicable to the treatment of any agricultural liquid for which it is desirable to perform a decomposition treatment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the TOC (total amount of organic carbon) and absorbance in a basic experiment according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an experimental device in a photocatalytic treatment experiment I.
FIG. 3 is a graph showing the time course of TOC and the number of bacteria in Photocatalytic Treatment Experiment I.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an experimental device in a photocatalytic treatment experiment II.
FIG. 5 is a graph showing the time course of TOC and the number of bacteria in Photocatalytic Treatment Experiment II.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an experimental device in a photocatalytic treatment experiment III.
FIG. 7 is a graph showing the absorbance and the number of bacteria in the photocatalytic treatment experiment III.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an experimental device in a photocatalytic treatment experiment IV.
FIG. 9 is a graph showing the transition characteristics of TOC and absorbance in a liquid supply tank in a photocatalytic treatment experiment IV.
FIG. 10 is a graph showing the time course of TOC and absorbance in a processing tank in a photocatalytic processing experiment IV.
FIG. 11 is a comparison characteristic diagram of TOC and absorbance when the form of the photocatalyst is a filter and when the form is a powder.
FIG. 12 is a comparison diagram of yield in each system.
FIG. 13 is a graph showing the time course of TOC and absorbance in an experiment using a fir cell culture medium.
FIG. 14 is a relationship diagram between a cultivation area and a photocatalyst area.
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing an example in which the treatment according to the present invention is applied to groundwater.
FIG. 16 is a schematic configuration diagram showing an example in which the treatment according to the present invention is applied to a pesticide residue.
FIG. 17 is a schematic configuration diagram showing an example of a case where the processing according to the present invention is applied to a disinfecting residual solution.
FIG. 18 is a graph showing the time course of TOC in the embodiment shown in FIG.
FIG. 19 is a graph showing the progress results of the pesticide components in the example shown in FIG.
FIG. 20 is a TOC characteristic diagram showing the results of photocatalytic treatment of a seed disinfecting pesticide under drying prevention conditions and drying conditions.
[Explanation of symbols]
1 container
2 Black light
3 containers
4 Black Light
5 containers
6 Titanium oxide ceramic filter
7 Black Light
11 Greenhouse
12 tomatoes
13 Coconut palm culture medium
14 water tank
15 Drainage tank
16 Processing tank
17 Treatment tank
18 Sunlight
21 Groundwater
22 well
23 Photocatalyst treatment means
24 Sunlight
25 Crops
31 containers
32 pesticides
33 seeds
34 Pesticide residue
35 Photocatalyst treatment means
36 Sunlight
Claims (30)
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