JP2006051466A

JP2006051466A - 養液栽培排水の処理方法

Info

Publication number: JP2006051466A
Application number: JP2004236306A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ito; 裕朗伊藤; Toshihiro Kato; 俊博加藤; Takanori Iida; 孝則飯田; Katsutoshi Taki; 勝俊瀧; Kazuya Kondo; 和哉近藤; Atsushi Yatagai; 敦谷田貝
Original assignee: TOYOHASHI SHUBYO KK; Nitchitsu Co Ltd; Aichi Prefecture
Current assignee: TOYOHASHI SHUBYO KK; Nitchitsu Co Ltd; Aichi Prefecture
Priority date: 2004-08-16
Filing date: 2004-08-16
Publication date: 2006-02-23

Abstract

【課題】銀担持物等により養液栽培排水中の土壌伝染性病害菌を殺菌もしくは発病抑制することで排水の大半を栽培に再利用するとともに、再利用しない余剰水から生物反応である硫黄脱窒により硝酸性窒素を除去低減し、更に浄水場発生土等により化学的もしくは物理化学的にリン酸を除去低減し、養液栽培において作物の収量等に悪影響を及ぼさずに簡単な設備で容易且つ効果的に省資源（肥料節減）と環境保全を両立する養液栽培排水の処理方法及び装置を得る。
【解決手段】土壌伝染性病害抑制処理を施した養液栽培排水を作物栽培の再利用培養液と余剰水に分け、余剰水は硫黄脱窒により硝酸性窒素を除去低減し、且つ、リン酸低減処理を行った後に放流する。
【選択図】図１

Description

本発明は、作物が吸収せずに余剰となった養液を排水として栽培系外へ排出することによる養液栽培において、土壌伝染性病害抑制処理を排水に施して大半の排水を再利用するとともに、再利用されずに廃棄される部分から硝酸性窒素及びリン酸を除去することから、作物の順調な生育及び品質・収量を維持しつつも肥料及び新鮮水の使用量を節減し、同時に排水放流先の環境の保全に用いられる養液栽培排水の処理方法に関するものである。

国内で１０００ha以上普及している養液栽培の中で、トマト、バラ、イチゴなどの作物においては比較的設置の容易なロックウール等固形培地を用いた方法が５００ha以上の面積を占めている。然し、それらは土壌伝染性病害の予防や収穫物の品質・収量の維持向上を期して作物が吸収するより過剰の養液をかけ流す場合が多く、排水放流先の環境に負荷を与えるとともに貴重な資源である新鮮水や肥料を必要以上に消費するという問題がある。

平成１１年２月以降、日本においても水質環境基準や排水基準により硝酸性窒素が規制の対象となり、農業生産者が営む多くの養液栽培は排水規制の対象外ではあるが水資源の保全という観点、また、硝酸性窒素に係る各自治体の上乗せ規制や特定水域への総量規制の面から、養液栽培排水の再利用及び効果的で簡便・安価な浄化方法の開発が望まれている。

さらに、養液栽培排水中に含まれる高濃度の硝酸性窒素やリンによる排出先水質環境への負荷が問題となるばかりでなく、水資源や肥料資源の浪費抑制という観点からも養液栽培排水の再利用もしくは排水を出さない技術の確立が急がれている。

養液栽培排水の再利用もしくは循環利用を可能とするためには、排水中の土壌伝染性病害菌等を殺菌・除去・活動抑制する必要があり、また、完全な循環利用のためには養液の濃度、ｐHや化学組成，即ち、養分バランスを常に過不足なく整えるだけでなく、根の老廃物や有機培地その他からの有機物等を濾過・除去し、且つ新鮮水同様の状態を整える必要がある。

導入設置費は比較的高価ながら、養液の循環利用を行う設計となっている栽培方法ではきめ細やかな養液化学組成分析を行うとともに、それに対応した肥培管理を実施している。基本的には排水を出さないことが可能であるものの、過剰成分の蓄積、その他を是正するため実際には月に２回もしくは数ヶ月に１回程度培養液タンクの半量程度の排水を出すことで作物生育を順調に維持する手法をとっている（非特許文献１）が、それら排水は殆ど無処理のまま放流されている。

ところで、栽培面積１０ａ当りで年間に廃棄される主な肥料成分は、設置費の安価な非循環かけ流し式の例で、廃液率２０％というかなり排水の少ない条件においても窒素１４．７ｋｇ、リン酸７．１ｋｇ、カリウム２８．２ｋｇ程度が廃棄されることから（非特許文献１）、特に、非循環式のロックウール等固形培地耕における、効果的で安価な排水再利用及び浄化方法が求められている。

養液の循環利用を土壌伝染性病害予防の点から可能とするため、紫外線・オゾン・濾過・加熱・金属イオン・拮抗微生物・薬剤等による病害菌の防除方法が知られている（非特許文献２）。

その中で、銀の微細粒子により養液栽培排水を殺菌処理し比較的容易に再利用する方法（農薬・農林水産省登録第２０９５０号）は簡便で優れているが、状況によっては設計値以上の銀イオンが溶出することも考えられ、処理水を栽培系外へ放流する場合は銀イオンを不溶化しておくことが望ましい。

これらの方法のほか、炭素繊維と電極を利用した微生物の除去方法が提案されている（特許文献１）。

また、光触媒により残留農薬や病害菌を無害化処理する方法も提案されている（特許文献２）。

養液栽培排水中の硝酸性窒素除去すなわち脱窒方法としては、硫黄脱窒のほか従属栄養性脱窒や電気分解、触媒利用、イオン交換法等があるが、一般的な養液栽培排水の窒素濃度は概ね２００ｍｇ／Ｌ以下で１０ａ当りの１日排水量も１０００Ｌ以下であることが多く、且つ、排水中のＢＯＤ成分が極端に少ない特性から独立栄養菌を用いた方法が適すると考えられ、中でも硫黄脱窒菌を用いる方法が安価で維持管理も容易であり好ましい（非特許文献３）。

さらに、広義の脱窒において地球温暖化ガスである亜酸化窒素の放出が懸念されているが、例えば亜酸化窒素発生の指摘されている水田土壌や畑地土壌で硫黄脱窒とｐＨ調整を行うことで、有機物を唯一の電子供与体とする場合より、亜酸化窒素の発生が抑制される可能性が示されたとする報告もある（非特許文献４）。

硫黄脱窒を容易に且つ安定的良好に行うため、本発明者の一人は、硫黄と炭酸カルシウムを同一固体内に含有する微生物活性能付与組成物及びその製造方法を開発し提案した（特許文献３）。これは、１つの資材で効率の良い脱窒と中和が容易に実現できる方法である。

浄水場発生土が浄水処理時に多量投入するアルミニウム系薬剤等により高いリン酸吸収係数を示し、また、軽量気泡コンクリートや火山灰土壌、水酸化マグネシウム等がリン酸低減に寄与することは広く知られている。

ところで、従来は養液栽培排水の再利用技術と、容易で効果的な硝酸性窒素及びリン酸の除去低減技術を複合させ実用化を可能とした例はなく、再利用，即ち、栽培技術と排水処理技術が別々に検討されている。

そこで、本発明者の一人が複合技術の検討を開始し、機能組み合わせの概要を提案したが、それは排水の再利用につき具体的な処理方法を明示したものではなかった（非特許文献５）。

排水の多くを再利用することで肥料代を節減し、節減分を再利用しない余剰水の浄化処理コストに充当していけば排水浄化処理が農業経営を圧迫することもなく、従来は実現できなかった環境保全型の養液栽培技術を普及させることが可能となる。

養液栽培排水の浄化にも適用可能な硫黄脱窒技術は複数提案されている（特許文献４〜７）が、これまで養液栽培排水再利用技術が再利用についてのみ検討されていたのと同様に、上述の硫黄脱窒技術も排水再利用と組み合わせ効率の良い脱窒を行う提案はなされていない。
養液栽培の新マニュアル、社団法人日本施設園芸協会編、誠文堂新光社刊、２００２年７月、第２２２〜２２３頁養液栽培の新マニュアル、社団法人日本施設園芸協会編、誠文堂新光社刊、２００２年７月、第２４６〜２５２頁第９回世界湖沼会議発表文集Ｓｅｓｓｉｏｎ３−１、２００１年、第４６６頁第３３回日本水環境学会年会講演集、１９９９年３月、第３６８頁養液栽培の新マニュアル、社団法人日本施設園芸協会編、誠文堂新光社刊、２００２年７月、第２２６頁特開２００２−７９２５１号公報特開２００４−８２０９５号公報特開平１１−２８５３７７号公報特開２００３−３３４５９０号公報特開２００３−１０３２９４号公報特開２００３−６２５９５号公報特開２００３−３４０４８８号公報

本発明は、銀担持物等により養液栽培排水中の土壌伝染性病害菌を殺菌もしくは発病抑制することで排水の大半を栽培に再利用するとともに、再利用されない余剰水から生物反応である硫黄脱窒により硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素を除去低減し、さらに浄水場発生土等により化学的もしくは物理化学的にリン酸を除去低減し、養液栽培において作物収量等へ悪影響を及ぼさず、簡単な設備で容易且つ効果的に省資源（肥料節減）と環境保全を両立させることが可能な養液栽培排水の処理方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１は、土壌伝染性病害抑制処理を施した養液栽培排水を作物栽培の再利用培養液と余剰水に分け、余剰水は硫黄脱窒により硝酸性窒素を除去低減し、且つ、リン酸低減処理を行った後に放流することを特徴とする。

本発明の請求項２は、請求項１に記載の土壌伝染性病害抑制処理を成すものが銀イオンもしくは銀担持物であることを特徴とする。

本発明の請求項３は、請求項１に記載の硫黄脱窒を安定よく成すために、硫黄及びアルカリ性物質を含む固体が利用されることを特徴とする。

本発明の請求項４は、請求項１に記載のリン酸低減処理をなすものが浄水場発生土であることを特徴とする。

本発明の請求項５は、銀担持物を内部に配した循環再利用タンクへ養液栽培排水を導入し、土壌伝染性病害抑制処理を施した後、その５０％以上を循環再利用水として再び作物栽培に供するとともに、再利用しない余剰水を硫黄脱窒槽へ導入し、硫黄及びアルカリ性物質を含む固体を硫黄脱窒菌の電子供与体且つ中和剤として硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素の除去低減をなし、続いてリン酸低減槽に充填された浄水場発生土によりリン酸を除去低減し放流することを特徴とする。

本発明に係る養液栽培排水の処理方法に依れば、設置費の比較的低コストな養液非循環式，即ち、かけ流し式の養液栽培においても大半の排水を容易に再利用でき、肥料の節減が可能となるだけでなく、再利用されない少量の余剰水は効果的に浄化されることから水環境の保全にも寄与する。

本発明に係る養液栽培排水の処理方法は、土壌伝染性病害抑制処理を施した養液栽培排水を作物栽培の再利用培養液と余剰水に分け、余剰水は硫黄脱窒により硝酸性窒素を除去低減し、且つ、リン酸低減処理を行った後に放流することを基本とする。

この方法中で、土壌伝染性病害抑制処理を施すには、ナイロン繊維上に銀の微細な粒子を均一に付着させた資材（農林水産省登録第２０９５０号、株式会社サトーセン製、商品名：オクトクロス）を用いることが簡便で望ましいが、その他の方法を用いることもできる。

また、硫黄脱窒に用いる資材としては、本発明者の一人が開発した硫黄脱窒用混合物（特開平１１−２８５３７７号公報、特開２０００−９３９９７号公報、特開２０００−３４３０９７号公報、特願２００３−７１４９３号公報参照）を用いることが望ましいが、電子供与体として硫黄やチオ硫酸ナトリウム、中和剤兼炭素源として石灰石、炭酸水素ナトリウム等を用いることもできる。

また、銀による排水中の土壌伝染性病害抑制処理をなす場合、水温の上昇等状況によっては設計値以上に銀イオンが溶出することも考えられ、銀イオンについては欧米における水質基準や日本でも業界の排出基準が設けられていることからも（非特許文献２参照）栽培系外への銀イオンの流出は可能な限り抑制することが望ましい。

本発明においては、銀による処理水を硫黄脱窒した後に栽培系外へ放流するので、嫌気条件の硫黄脱窒槽内で銀の硫化物等が形成され水に不溶乃至は難溶となるので安全である。また、硫黄脱窒菌の活性が抑制されることもなく脱窒効果も低下しない。

更に、リン酸低減処理を施すにはアルミニウム系薬剤で処理した浄水場発生土を用いることが望ましいが、火山灰土壌下層土等リン酸吸収係数の高い資材やその加工物、軽量気泡コンクリートや水酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属による高ｐＨ発現資材を用いることもできる。

処理装置としては、図1で示すような装置（実施例）を用いることができる。図１中、符号１は循環再利用タンク、２は銀担持物、３は定量ポンプ、４は脱窒処理槽、５は硫黄脱窒資材、６はリン除去処理槽、７は浄水場発生土を示す。但し、この実施の形態に限定されるものではない。

このように、本発明に係る養液栽培排水の処理方法は、養液栽培排水の容易な再利用を可能とし肥料を合理的に節減するのみならず、栽培系外へ放流される余剰水から硝酸性窒素及びリン酸が効果的に除去され放流先の水環境保全にも寄与することから、養液栽培排水の処理に適する。

上述した養液栽培排水処理の有効性を確認するべく、本発明として図１の装置（実施例）を作成し、愛知県北設楽郡設楽町名倉地域に所在のトマト栽培ハウス（面積１０ａ）に設置、実際の養液栽培排水を供試して試験を行った。

循環再利用タンク１として容量：１０００リットル、脱窒処理槽４として容量：１００リットルで本発明者の一人が開発した装置（特開２００２−１５９９９３号公報、図１参照）を２基、リン除去処理槽６として容量：５０リットルのものを備えつけた。

銀担持物２としてオクトクロス（株式会社サトーセン製、農林水産省登録第２０９５０号）：３０×１００ｃｍ・１枚を循環再利用タンク１の内部に配し、硫黄脱窒資材５として炭酸カルシウム：５５％、硫黄：４５％から成る粒径５〜２０ｍｍの資材：１５０ｋｇを適用し、浄水場発生土７として愛知県名古屋市水道局の鍋屋上野浄水場（名古屋市千種区）産の試料：３０ｋｇを適用し、表１に示す水質の養液栽培排水を循環再利用タンク１へ導水した。なお、脱窒処理槽４へは定量ポンプにより一定の余剰水を送水した。

導水した養液栽培排水のうち７０〜８０％を栽培用に再利用し、２０〜３０％の余剰水につき滞留時間２４時間（脱窒処理槽内）で硝酸性窒素除去等の浄化処理を行った後に放流した。

比較例としては、排水を再利用且つ浄化処理しない通常のかけ流し方式によるトマト養液栽培（面積１０ａ）について、実施例とのトマト収量及び品質を比較した。また、排水及び放流水の化学分析を行った。

試験の結果は、表２〜表４に示すとおりであった。表２は、実施例における肥料節減量を示す。表３は、実施例と比較例の放流水水質を示す。表４は、実施例と比較例におけるトマト収量及び品質を示す。

実施例と比較例の間にトマト収量・品質に係る差は認められず、実施例による排水再利用・肥料節減が実用的で優れることが明らかとなった。

また、表１と表３から、比較例の排水全量を対象として実施例同等の硝酸性窒素除去を実施しようとすると、実施例の４倍以上の硫黄脱窒資材が必要となり肥料の節減もないことからコスト的にも適用は困難で、実施例の実用性の高さは明らかである。

さらに、視覚による比較であるが、実施例の放流水は比較例と比べ、より清澄であった。

なお、本発明は上述した実施（実施例）の形態に限定されるものではない。

本発明の実施例１に係る養液栽培排水の処理装置を示す説明図である。

符号の説明

１循環再利用タンク
２銀担持物
３定量ポンプ
４脱窒処理槽
５硫黄脱窒資材
６リン除去処理槽
７浄水場発生土

Claims

土壌伝染性病害抑制処理を施した養液栽培排水を作物栽培の再利用培養液と余剰水に分け、余剰水は硫黄脱窒により硝酸性窒素を除去低減し、且つ、リン酸低減処理を行った後に放流するようにしたことを特徴とする養液栽培排水の処理方法。
土壌伝染性病害抑制処理を成すものが銀イオンもしくは銀担持物であることを特徴とする請求項１に記載の養液栽培排水の処理方法。
硫黄脱窒を安定よく成すために、硫黄及びアルカリ性物質を含む固体が利用されることを特徴とする請求項１に記載の養液栽培排水の処理方法。
リン酸低減処理を成すものが浄水場発生土であることを特徴とする請求項１に記載の養液栽培排水の処理方法。
銀担持物を内部に配した循環再利用タンクへ養液栽培排水を導入し、土壌伝染性病害抑制処理を施した後、その５０％以上を循環再利用水として再び作物栽培に供するとともに、再利用しない余剰水を硫黄脱窒槽へ導入し、硫黄及びアルカリ性物質を含む固体を硫黄脱窒菌の電子供与体且つ中和剤として硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素の除去低減をなし、続いてリン酸低減槽に充填された浄水場発生土によりリン酸を除去低減し放流するようにしたことを特徴とする養液栽培排水の処理方法。