JP2012024012A - 水耕栽培方法と水耕栽培装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水耕栽培の養液をオゾン水で殺菌処理して酸素を多量に含ませ、養液を供給する水路に供給して、植物の生育を促進する方法と、その養液の供給装置を提供する。
【解決手段】直径３０ミクロン以下のオゾン気泡を多量に含ませることにより、大気圧中に摂氏２０度で放置してオゾン濃度２０ＰＰＭ以上の状態を１時間以上保持できるオゾン水を製造し、水耕栽培の養液にオゾン水を混合して殺菌処理をし、オゾン水を混入した殺菌処理後の養液であって、オゾン濃度３ＰＰＭ以下で、残留酸素濃度が１０ＰＰＭ以上のものを、対象植物２６を配置した水路２８を通じて対象植物２６の根に供給する。バブリング等の方法に比べて、高濃度の酸素を効率良く対象植物に供給できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水耕栽培で対象植物に対して多量の酸素を含む養液を供給できる水耕栽培方法と水耕栽培装置に関する。

水耕栽培は、天候や病虫害による影響を除去し、狭いスペースで野菜等を量産するのに適している。水耕栽培では、養分を含む水（養液）を対象植物に供給する。この養液をオゾンを用いて殺菌することにより，植物に病虫害が広まるのを防ぐ技術が紹介されている（特許文献１）。また、植物は根から酸素を吸収する。従って、養液に酸素を混入して供給し、生育を促進する技術も紹介されている（特許文献２）。

特開２００６−１１５８２０号公報 特開２００７−６８５９号公報

上記の特許文献では、養液にオゾンや酸素をバブリングにより供給している。しかし、液体中に気体をバブリングして混入しても、その気体はごく短時間で大気中に発散される。従って、オゾンや酸素を混入した養液を水路に供給することはできない。従って、養液を供給する水路全体に、気体をバブリングするための配管を設けている。配管の設置には、大きな設備コストがかかる。しかも、供給する気体の大部分が気泡になって大気中に放散されてしまうので、きわめて無駄が多い。
上記の課題を解決するために、本発明は次のような水耕栽培方法と水耕栽培装置を提供することを目的とする。
水耕栽培の養液をマイクロバブルのオゾン水で殺菌処理し、酸素が多量に含まれり養液を水路に供給して、植物の生育を促進する方法と、その養液の供給装置を提供することを目的とする。

以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。
〈構成１〉
直径３０ミクロン以下のオゾン気泡を多量に含ませることにより、大気圧中に摂氏２０度で放置してオゾン濃度２０ＰＰＭ以上の状態を１時間以上保持できるオゾン水を製造し、水耕栽培の養液と前記オゾン水を混合して殺菌処理をし、前記オゾン水を混入した殺菌処理後の養液であって、残留酸素濃度が少なくとも１０ＰＰＭ以上のものを、対象植物を配置した水路を通じて対象植物の根に供給することを特徴とする水耕栽培方法。

〈構成２〉
オゾン水槽と、このオゾン水槽からオゾン水を取りだして、オゾンガスを混合してオゾン水槽に戻すオゾン混合機と、オゾン水槽に蓄積されたオゾン水と、対象植物に供給する養液とを混合して養液を消毒する混合消毒槽と、消毒後の養液を水耕栽培の対象となる対象植物の根に供給する水路とを備え、前記オゾン混合機は、オゾン水槽からとりだしたオゾン水の流速を加速する流路とこの流路にオゾンガスを噴出させるノズルによりオゾンガスをオゾン水に混入するベンチュリ管と、ベンチュリ管を出たオゾン水の流れを整える整流管と、この整流管を出たオゾン水を障壁に衝突させて、オゾンガスの気泡を微細化して攪拌する攪拌管とを備えたことを特徴とする水耕栽培装置。

〈構成３〉
構成２に記載の水耕栽培装置において、混合消毒槽で消毒後の養液を蓄積して、前記水路に養液を供給する酸素富有養液タンクを備えたことを特徴とする水耕栽培装置。

〈構成４〉
構成３に記載の水耕栽培装置において、前記オゾン水は、直径３０ミクロン以下のオゾン気泡を多量に含ませることにより、大気圧中に摂氏２０度で放置してオゾン濃度２０ＰＰＭ以上の状態を１時間以上保持できるものであって、前記酸素富有養液タンクには、前記オゾン水を混入した殺菌処理後の養液であって、残留酸素濃度が１５ＰＰＭ以上のものが貯留されることを特徴とする水耕栽培装置。

〈構成５〉
構成２乃至４のいずれかに記載の水耕栽培装置において、前記オゾンガスを、前記対象植物を配置した密閉した室内に、当該対象植物が生育する間、適量ずつ継続的に噴出させる、ガス配管を設けたことを特徴とする水耕栽培装置。

〈構成６〉
構成５に記載の水耕栽培装置において、前記ガス配管に設けたガス噴出口から噴出されるオゾンガスが、前記対象植物に直接衝突しないように、前記ガス噴出口の向きを選定したことを特徴とする水耕栽培装置。

〈構成７〉
構成５または６のいずれかに記載の水耕栽培装置において、オゾンガスで除菌した無菌室を収容する建物に空調機を設けて、前記無菌室の内部の温度を制御することを特徴とする水耕栽培装置。

〈構成１の効果〉
直径３０ミクロン以下のオゾン気泡（マイクロバブルまたはナノバブル）を多量に含ませることにより、保存性のよいオゾン水を製造できる。このオゾン水は、大気圧中に摂氏２０度で放置してオゾン濃度２０ＰＰＭ以上の状態を１時間以上保持できる。このオゾン水で水耕栽培用の養液を殺菌すると、大部分のオゾンは消滅して、酸素の気泡が残留する。この酸素は養液中に長時間残留することがわかった。この酸素濃度が少なくとも１０ＰＰＭ以上、好ましくは１５ＰＰＭ以上の溶液を水路を通じて対象植物の根に供給すれば、対象植物の成長を促進できる。また、バブリング等の方法に比べて、高濃度の酸素を効率良く対象植物に供給できる。しかも、無菌酸素水であるから、水耕栽培に最適である。
〈構成２の効果〉
オゾン気泡（マイクロバブルまたはナノバブル）を多量に含ませたオゾン水をオゾン水槽に蓄積し、養液槽に蓄積された養液とを混合して水路に流す。養液は酸素を多量に含んだまま水路を流れるので、水路の末端に至るまで、酸素を供給できる。水路に酸素供給用の配管等を設ける必要はない。
〈構成３の効果〉
オゾン水で殺菌処理後の養液を酸素富有養液として、酸素富有養液タンクに貯留してから、順次、水路に養液を供給することができる。
〈構成４の効果〉
オゾンのマイクロバブルを含むオゾン水を使用して、酸素富有養液を生成できる。
〈構成５の効果〉
オゾン水を作るために使用するオゾンガスを対象植物を配置した密閉した室内に導入して、この室内を殺菌する。これにより、対象植物を配置した室内全体を無菌状態に保持できる。
〈構成６の効果〉
濃度の高いオゾンガスが対象植物に直接衝突すると、対象植物を枯らせてしまうおそれがある。ガス噴出口を壁や天井に向けると、無菌室内を緩やかに除菌する。
〈構成７の効果〉
オゾンガスで除菌をする無菌室を空調機で直接空調をすると、空調機の位置によって、除菌効果にむらが発生する。従って、無菌室の内部の温度を、これを取り囲む建物の空調機で制御する。

実施例１の水耕栽培装置１０を示す概略図である。 オゾン水が酸素水に化学変化する過程の説明図である。 本実施例で使用するオゾン水の特性試験データである。 上記のような装置に併設するオゾン水製造装置のブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。

図１は実施例１の水耕栽培装置１０を示す概略図である。
図の水耕栽培装置１０は、オゾン水槽１２と、養液槽２０と、混合消毒槽２４と、酸素富有養液タンク２５とを備える。オゾン水槽１２には、オゾン水１４が貯留される。このオゾン水１４は、図４を用いて説明する機構により生成される。その製造法は後で説明する。

養液槽２０には、養液の原液が貯留されている。養液は、酸素富有養液タンク２５からポンプ４８によって汲み出され、水耕栽培用の水路２８に供給される。水路２８上には多数の対象植物２６が整列配置されている。対象植物２６は、水路２８中の養液から生育に必要な養分を吸収する。水路２８を循環した戻り養液はポンプ４８により汲み出されて混合消毒槽２４に収容される。混合消毒槽２４には、オゾン水槽１２から適量ずつオゾン水１４が供給される。攪拌機２２で、戻り養液とオゾン水１４とが攪拌されて混合される。

オゾン水１４中に溶け込んだオゾンは、戻り養液に含まれる細菌等を殺菌する。そして、図２に示した式の反応により酸素に変わる。上記のオゾン水槽１２中には、直径３０ミクロン以下のオゾン気泡が多量に含まれている。この気泡（マイクロバブル）は、大気圧中に摂氏２０度で放置しても容易に気散しない。オゾン水１４は、オゾン濃度２０ＰＰＭ以上の状態を１時間以上保持できる。このオゾン水１４と養液とを混合すると、オゾンガス１６が殺菌作用により消費され、酸素のマイクロバブルがオゾン水１４中に残留する。

図３は、本実施例で使用するオゾン水の特性試験データである。
まず、図４で説明する装置により、オゾン濃度５ｐｐｍのオゾン水を生成する。マイクロバブル以外の気泡を大気中で自然放置により除去した後、ペットボトルに密封して、オゾン水生成後の溶存酸素濃度を測定した。冬期、室温で放置したため、測定温度にばらつきがあるが、長期間、溶存酸素濃度を高く維持できた。即ち、気泡として水と分離せず、マイクロバブルとして、水中に留まることがわかった。上記のオゾン水は、大気圧中に摂氏２０度で放置してオゾン濃度２０ＰＰＭ以上の状態を１時間以上保持できる。そして、殺菌処理等でオゾンが消滅し、高溶存酸素水となった後も、大気中に放置して数時間以上、残留酸素濃度が１５ＰＰＭ以上、少なくとも１０ＰＰＭ以上を維持できる性能を持つ。

実験によれば、残留酸素濃度が２０ＰＰＭ以上の養液が、混合消毒槽２４から酸素富有養液タンク２５に送り込まれた。酸素富有養液タンク２５に収容された養液の濃度を所定のレベルに維持するために、養液槽２０から養液の原液が供給される。温度制御機２７により酸素富有養液タンク２５に収容された酸素富有養液の攪拌と温度管理が行なわれる。そして、既に説明したように、ポンプ４８により、対象植物２６を配置した水路２８を通じて対象植物２６の根に供給される。この酸素富有養液は、消毒済みの無菌酸素水であることが大きな特徴であるぁ

水路２８中の養液は、このように、対象植物２６の生育に適する温度に調節され、適正な濃度の栄養素を含む。さらに、実験によれば、図４に示すように、水路２８の末端に至るまで、残留酸素濃度が１５ＰＰＭ以上の高濃度の酸素を含む養液が供給される。溶存酸素はマイクロバブルであるから、植物の根から吸収され易いという効果もある。対象植物２６に十分な酸素を供給するためには、酸素富有養液タンク２５に蓄積された養液の残留酸素濃度は、少なくとも１５ＰＰＭ以上あることが望ましい。

図１において、水路２８や対象植物２６は、無菌室５６の内部に収容されている。無菌室５６の天井部分には、ガス配管１７が設置されている。ガス配管１７に設けたガス噴出口５２からオゾンガス１６が無菌室５６の内部に噴出される。このオゾンガス１６は、オゾン水１４を製造するときに使用されたガス発生器１５（図４）から取り出せばよい。無菌室５６の内部は、オゾンガス１６により殺菌される。即ち、空中浮遊菌を殺菌し、害虫を追い出す効果がある。

無菌室５６の内部には、管理者も立ち入る。従って、オゾンガス１６の濃度は十分に薄く設定する。しかし、ガス噴出口５２から吹き出したオゾンガスの濃度は高い。これが直接対象植物２６に吹きかかり続けると、その対象植物２６を枯らせてしまうおそれがある。従って、ガス噴出口５２は、壁や天井に向くように配置される。複数のガス噴出口５２が無菌室５６の内部に偏り無く配置されており、無菌室５６全体を均一に殺菌できる。また、無菌室５６の内部を全体的に均一に適温に保持するように、無菌室５６を収容した建物５８全体を空調機２９で温度調節するようにしている。

以上のようにして、酸素を多量に含んだ養液が水路２８を流れ、水路２８の末端に至るまで、酸素を十分に供給できる。酸素が水路２８の途中で気散しないから、水路２８に酸素供給用の配管等を設ける必要はない。濃度の高い酸素水を対象植物の根に供給すれば、対象植物の成長を促進できる。バブリング等の方法に比べると、高濃度の酸素を効率良く安価に対象植物に供給できる。

図４は、上記のような装置に併設するオゾン水製造装置のブロック図である。
この実施例では、オゾン水槽１２に、雨水貯留槽５０から塵埃を図示しないフィルタで除去した水が補充されるように、構成されている。対象植物２６には、ＬＥＤ光源５４を使用して成長促進に必要な光エネルギを照射する。太陽光発電装置を電源にすれば、省エネ効果が期待できる。さらに、この実施例のように、雨水を使用できれば、いっそうの省エネ効果が期待できる。雨水をそのまま使用すると、雑菌が養液に混入するおそれがある。実施例のシステムでは、オゾン水を使用するので、雨水の殺菌もでき、きわめて好都合である。もちろん、水道水や地下水やこれらを混ぜた水も使用することができる。

オゾン水槽１２には、このオゾン水槽１２からオゾン水１４を取りだして、オゾンガス１６を混合してオゾン水槽１２に戻すオゾン混合機１８が接続されている。ガス発生器１５は、酸素を放電等によりオゾン化させる既知の装置である。図４において、ポンプ４８を起動して、オゾン混合機１８に、配管４２を通じてオゾン水槽１２に貯留されたオゾン水１４を取り出す。オゾン混合機１８には、ベンチュリ管３４と整流管３６と攪拌管４０とが設けられている。ベンチュリ管３４は、オゾン水槽１２からとりだしたオゾン水１４の流速を加速する流路３０と、この流路３０にオゾンガス１６を噴出させるノズル３２を備える。流路３０の流路が狭くなった部分で、オゾンガス１６がノズル３２から勢いよく噴出して、オゾン水１４に混合される。

ベンチュリ管３４を出たオゾン水１４は、整流管３６を通過する。ここで、オゾン水１４の流れを攪拌管４０に向かう方向に揃える。その後、攪拌管４０において、整流管３６を出たオゾン水１４を障壁３８に衝突させる。複雑な形状を持った障壁３８に、オゾンガスの気泡を含むオゾン水を高速で衝突させると、オゾン水１４中に混入されたオゾンガスの気泡が砕かれて微細化する。さらに攪拌管４０の内部で複雑な渦流が発生し、攪拌される。

以上の処理によって、オゾン水１４中にオゾンガス１６のマイクロバブルが多量に混入する。そのオゾン水１４を配管４４を通じてオゾン水槽１２中に戻す。マイクロバブル以外のオゾン気泡はオゾン水槽の中で気化する。マイクロバブルが混入したオゾン水は、再び配管４２を通じてオゾン混合機１８に取り出す。ポンプ４８を連続的に回転させて、この処理を継続させると、マイクロバブルが多量に混入し、安定したオゾン水が製造できる。このオゾン水を、図１に示した混合消毒槽２４に供給すればよい。

このような装置を併設することにより、オゾンガスを雨水の殺菌や、無菌室５６の殺菌等の各所に使用し、製造されたオゾン水は、養液の殺菌に使用し、殺菌を終了したオゾン水は、そのまま溶存酸素を多量に含んだ養液として水路に供給されるので、効率の良い野菜工場を実現することができる。

１０ 水耕栽培装置
１２ オゾン水槽
１４ オゾン水
１５ ガス発生器
１６ オゾンガス
１７ ガス配管
１８ オゾン混合機、
２０ 養液槽
２２ 攪拌機
２４ 混合消毒槽
２５ 酸素富有養液タンク
２６ 対象植物
２７ 温度制御機
２８ 水路
２９ 空調機
３０ 流路
３２ ノズル
３４ ベンチュリ管
３６ 整流管
３８ 障壁
４０ 攪拌管
４２ 配管
４４ 配管
４８ ポンプ
５０ 雨水貯留槽
５２ ガス噴出口
５４ ＬＥＤ光源
５６ 無菌室
５８ 建物

Claims (7)

1. 直径３０ミクロン以下のオゾン気泡を多量に含ませることにより、大気圧中に摂氏２０度で放置してオゾン濃度２０ＰＰＭ以上の状態を１時間以上保持できるオゾン水を製造し、
   水耕栽培の養液と前記オゾン水を混合して殺菌処理をし、
   前記オゾン水を混入した殺菌処理後の養液であって、残留酸素濃度が少なくとも１０ＰＰＭ以上のものを、対象植物を配置した水路を通じて対象植物の根に供給することを特徴とする水耕栽培方法。
2. オゾン水槽と、
   このオゾン水槽からオゾン水を取りだして、オゾンガスを混合してオゾン水槽に戻すオゾン混合機と、
   オゾン水槽に蓄積されたオゾン水と、対象植物に供給する養液とを混合して養液を消毒する混合消毒槽と、
   消毒後の養液を水耕栽培の対象となる対象植物の根に供給する水路とを備え、
   前記オゾン混合機は、オゾン水槽からとりだしたオゾン水の流速を加速する流路とこの流路にオゾンガスを噴出させるノズルによりオゾンガスをオゾン水に混入するベンチュリ管と、ベンチュリ管を出たオゾン水の流れを整える整流管と、この整流管を出たオゾン水を障壁に衝突させて、オゾンガスの気泡を微細化して攪拌する攪拌管とを備えたことを特徴とする水耕栽培装置。
3. 請求項２に記載の水耕栽培装置において、
   混合消毒槽で消毒後の養液を蓄積して、前記水路に養液を供給する酸素富有養液タンクを備えたことを特徴とする水耕栽培装置。
4. 請求項３に記載の水耕栽培装置において、
   前記オゾン水は、直径３０ミクロン以下のオゾン気泡を多量に含ませることにより、大気圧中に摂氏２０度で放置してオゾン濃度２０ＰＰＭ以上の状態を１時間以上保持できるものであって、
   前記酸素富有養液タンクには、前記オゾン水を混入した殺菌処理後の養液であって、残留酸素濃度が１５ＰＰＭ以上のものが貯留されることを特徴とする水耕栽培装置。
5. 請求項２乃至４のいずれかに記載の水耕栽培装置において、
   前記オゾンガスを、前記対象植物を配置した密閉した室内に、当該対象植物が生育する間、適量ずつ継続的に噴出させる、ガス配管を設けたことを特徴とする水耕栽培装置。
6. 請求項５に記載の水耕栽培装置において、
   前記ガス配管に設けたガス噴出口から噴出されるオゾンガスが、前記対象植物に直接衝突しないように、前記ガス噴出口の向きを選定したことを特徴とする水耕栽培装置。
7. 請求項５または６のいずれかに記載の水耕栽培装置において、
   オゾンガスで除菌した無菌室を収容する建物に空調機を設けて、前記無菌室の内部の温度を制御することを特徴とする水耕栽培装置。

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