JP3392082B2 - 養液リサイクル型栽培システム及びその養液処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、培土型養液栽培シ
ステムに関し、より詳細には、作物に施用した養液の余
剰分（余剰養液）を栽培システムの系外に廃棄しないで
還流させて再利用する養液リサイクル型栽培システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】現在使用されている培土型養液栽培シス
テム（例として、ロックウール、ヤシ繊維、ピートモ
ス、砂、礫などを栽培培土として用いている）の殆ど全
てが養液掛け流し型栽培システムとなっている。

【０００３】上記養液掛け流し型栽培システムとは、養
液（水に肥料成分を所定の配合・濃度で溶解した培養
液）を作物に施用した後に回収された余剰養液を再利用
することなく、排液として栽培システムの系外へ廃棄し
てしまう方式であり、廃棄する余剰養液の量は通常施用
している養液量の１０〜３０％程になる。

【０００４】この栽培システムは図２１のシステム概略
図に示される養液掛け流し型栽培システム１０のよう
に、潅液量を調節する潅液制御盤１、施用する養液を作
成調製する養液調製潅液部２、潅液チューブ、潅液管な
どの潅液装置部３、作物が植えられる栽培ベッド４、そ
して潅液後に回収された余剰養液を集める排液タンク５
などから構成される。

【０００５】養液の作成調製については、前記養液調製
潅液部２に養液を作成調製する養液調製タンクを備え、
このタンク内にＥＣセンサやペーハー（ｐＨ）センサな
どのセンサを設け、供給される用水に肥料原液を加えて
養液を作成調製する方式（希釈タンク方式）と、タンク
を使わずに潅液ライン（配管）の途中に流量計を組み込
み、この流量計からの信号により潅液流量に比例して肥
料原液（通常は複合肥料の原液）を一定の割合で注入す
る方式（比例注入方式）の２方式がある。なお、複合肥
料を前記養液調製タンクへ供給混入する肥料ポンプは２
台が一般的である。

【０００６】一方、作物に施用した養液を無駄にしない
ために回収された余剰養液を栽培システムの系外に廃棄
せずに一時貯え、新たに作成調製した養液と混ぜ合わせ
て再度潅液するようにした所謂養液リサイクル型栽培シ
ステムも考えられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記養液掛け流し型栽
培システムにおいては、前述のように施用（潅液）して
いる養液のうち１０〜３０％程の量が余剰養液として排
出される。この余剰養液が単なる水であるならば環境へ
の影響も問題ないが、施用している養液は作物の育成を
図るためのものであるから、成分として窒素（Ｎ）、リ
ン酸（Ｐ）、カリ（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネ
シウム（Ｍｇ）等の多量要素や、鉄（Ｆｅ）、マンガン
（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、ホウ素（Ｂ）、
モリブデン（Ｍｏ）等の微量要素を含む。そのため、余
剰養液の排出（廃棄）は土壌や河川などの富栄養化を促
すなどして、周辺環境に影響を及ぼすことになる。

【０００８】したがって、前記養液リサイクル型栽培シ
ステムは、単に余剰養液の有効活用によって養液の無駄
を省くという目的効果のみならず、余剰養液を系外に廃
棄することなく再利用することによってシステム系外へ
の影響を断ち、環境の保全を図るという目的効果も存す
るのであり、養液掛け流し型栽培システムに代わって今
後の培土型栽培システムの主流になると予想される。

【０００９】しかしながら、単に余剰養液を別途新たに
作成調製された養液と混合してそのまま施用することは
避けるべきであり、回収された余剰養液を再利用する望
ましい形態の養液リサイクル型栽培システムは下記のよ
うな条件（１）〜（３）を満たすことが必要と考えられ
る。 （１）余剰養液、即ちリサイクル養液中に含まれる可能
性がある植物病原菌を殺菌して、水媒性植物病原菌によ
る病気の罹病蔓延を防止する。 （２）作物の吸収により肥料成分バランスが崩れた余剰
養液を再利用するため、肥料成分バランスの崩れを修正
して養液の質的維持を図り、養液の長期にわたる再利用
を可能とする。 （３）リサイクル養液中に含まれる植物残さや有機物
質、あるいは砂・土・埃などの夾雑物質を除いて養液の
清浄度を保つことにより養液の安定性や殺菌効果を高
め、肥料成分とはまた別な意味で養液の質的維持をはか
って養液の長期にわたる再利用を可能とする。

【００１０】即ち、栽培ベッドから環流してくる余剰養
液をリサイクル養液として効果的に濾過、殺菌処理する
システム及び適正な成分の養液を作成調製するシステム
の確立が肝要である。

【００１１】本発明の養液リサイクル型栽培システムは
上記必要条件（１）〜（３）を満たすべく創出されたも
のである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、 （１）潅液量を調節する潅液制御盤と、養液を作成調製
する養液調製タンクとこれに肥料を混入する肥料混入潅
液機器部とからなる養液調製潅液部と、作物が植えられ
る栽培ベッド部と、養液を作物に施用する潅液装置と、
潅液後の余剰養液を集める排液タンクと、前記余剰養液
に用水を加えて希釈した養液中の肥料成分を通して夾雑
物質を濾過する濾過タンク及び濾過した希釈余剰養液を
貯える貯液タンクと濾過後の希釈余剰養液の紫外線殺菌
処理を行う養液殺菌装置部とからなる濾過殺菌装置部
と、余剰養液のリサイクル処理を制御する養液リサイク
ル制御盤と、これらを連結する配管及びバルブと、を備
えてなることを特徴とする養液リサイクル型栽培システ
ムを提供することにより上記課題を解決する。 （２）また、紫外線殺菌処理後の希釈余剰養液に塩素系
殺菌剤を注入する殺菌剤注入装置を設けたことを特徴と
する上記（１）に記載の養液リサイクル型栽培システム
を提供することにより上記課題を解決する。 （３）また、上記（１）または（２）に記載の養液リサ
イクル型栽培システムにおいて、希釈・濾過された希釈
余剰養液を貯液タンクから養液殺菌装置部に送って紫外
線殺菌処理して養液調製タンクヘ送液する１パス処理
と、前記１パス処理以外の時間に前記希釈余剰養液が貯
液タンクと養液殺菌装置部との間を循環するマルチパス
処理と、が複合していることを特徴とする養液リサイク
ル型栽培システムを提供することにより上記課題を解決
する。 （４）さらに、前記養液リサイクル制御盤が前記排液タ
ンクに貯まった余剰養液を用水にて３〜１０倍に希釈し
て前記濾過タンクで濾過して前記貯液タンクに貯える処
理と、この希釈余剰養液を前記養液殺菌装置部にて殺菌
する処理と、を水位センサと電磁弁にて自動制御し、前
記潅液制御盤が養液調製潅液部にて殺菌処理された希釈
余剰養液に肥料原液を混入して新たな養液を作成調製す
る処理と、作成された養液を前記潅液装置にて栽培ベッ
ドの作物に潅液する処理と、を自動制御することを特徴
とする上記（１）〜（３）の何れかに記載の養液リサイ
クル型栽培システムの養液処理方法を提供することによ
り上記課題を解決する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。なお、養液掛け流し型栽培システム１０
と同等部材については同符号にて示す。

【００１４】図１は本発明の養液リサイクル型栽培シス
テムの概念図であり、図２は同養液リサイクル型栽培シ
ステムの基本構成図である。図３は同システムの養液リ
サイクル処理フロー図であり、図４は１パス・マルチパ
ス複合処理の場合の養液リサイクル制御盤による処理制
御手順であり、図５は１パス処理のみの場合の養液リサ
イクル制御盤の処理制御図である。図６は１パス処理
（ａ）と通常のマルチパス処理（ｂ）、及び本発明の複
合処理（ｃ）の簡単な処理比較図である。

【００１５】１． 図１の概念図で示されるように、本
発明の養液リサイクル型栽培システム２０は、図２１の
養液掛け流し型栽培システム１０の構成に対して、余剰
養液の濾過殺菌装置部６、及び濾過・殺菌というリサイ
クル処理をコントロールするリサイクル制御盤７が加わ
った構成を基本とする。但し、養液調製潅液部２′は、
前述の掛け流し栽培システム１０の養液調製潅液部２と
はその内容が必要に応じて質的に変化している。即ち、
栽培中に肥料の成分バランスが崩れてしまっている余剰
養液を再度養液として循環再利用するには、肥料組成バ
ランスを整える必要があり、このバランス調製のために
は少なくとも３種以上の単肥の組み合わせまたは複合肥
料と単肥の組み合わせを対象作物に応じて適宜定め、各
々肥料の肥料ポンプを揃える必要があるので、肥料ポン
プは３〜６台程に増える。また、養液のｐＨも栽培状況
により変動するので、酸またはアルカリのｐＨ調整剤を
供給するｐＨ調整用のポンプ２台が加えられた構成とな
る。

【００１６】より詳細なシステムの基本構成図を図２
に、処理フローを図３に示す。

【００１７】改めて本発明の養液リサイクル型栽培シス
テム２０の構成を説明すると、潅液量を調節する潅液制
御盤８と、養液を作成調製する養液調製タンク１１とこ
れに肥料を混入する肥料混入潅液機器部９とからなる養
液調製潅液部２′と、作物が植えられる栽培ベッド部４
と、養液を作物に施用する潅液装置３と、潅液後の余剰
養液Ｚ１を集める排液タンク５と、前記余剰養液Ｚ１に
用水を加えて希釈した養液中の肥料成分を通して夾雑物
質を濾過する濾過タンク１２及び濾過した希釈余剰養液
を貯える貯液タンク１４と濾過後の希釈余剰養液Ｚ２の
紫外線殺菌処理を行う養液殺菌装置部１５とからなる濾
過殺菌装置部６と、余剰養液Ｚ１のリサイクル処理を制
御する養液リサイクル制御盤７と、これらを連結する配
管（図２に太ラインで図示されている。）及びバルブＶ
ｅ、Ｖｒ、Ｖｃ、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖ１、Ｖ２・・と、を備
えており、主な特長として下記（イ）〜（ホ）が挙げら
れる。 （イ） 栽培ベッド４から排液タンク５に回収されて環
流してくる余剰養液Ｚ１を用水で３〜１０倍に希釈しつ
つ濾過した後でその希釈余剰養液Ｚ２の紫外線殺菌処理
を行う。 （ロ） 紫外線の照射は、１パスとマルチパスを複合し
た殺菌処理を行う。即ち、希釈・濾過の後に、紫外線殺
菌処理された希釈余剰養液Ｚ３が１パスで養液調製タン
ク１１ヘ送られている以外の時間はマルチパスされて紫
外線殺菌処理される。 （ハ） 紫外線殺菌処理後の希釈余剰養液Ｚ３に塩素系
殺菌剤を注入する殺菌剤注入装置１６を設けた場合に
は、紫外線殺菌処理後に塩素（次亜塩素酸ナトリウムま
たは次亜塩素酸カルシウムまたは次亜塩素酸カリウム
等）を希釈余剰養液Ｚ３に注入する（希釈余剰養液Ｚ４
とする）。 （ニ） 余剰養液Ｚ１の濾過タンク１２に貯液タンク１
４との水位差を利用した開放型濾過タンクを用いる。 （ホ） 紫外線殺菌処理後の希釈余剰養液Ｚ３またはＺ
４に肥料原液を混入して新たに潅液する養液Ｚ０を作成
調製する。

【００１８】上記（イ）についての処理手順は次のよう
な理由による。即ち、濾過タンク１２において栽培ベッ
ド４から環流される余剰養液Ｚ１に用水を加えて薄めて
いるが、これは栽培ベッド４から環流する余剰養液Ｚ１
は蒸散吸収による消費のため平均的には施用量（潅液
量）の２０％程でしかなく、いずれにしろ施用量の８０
％程を補充しなければならないこと。そのため、余剰養
液Ｚ１を用水で３〜１０倍程度（平均的には５倍程度）
に薄めて希釈余剰養液Ｚ２とし、これを紫外線殺菌処理
して（希釈余剰養液Ｚ３となる）養液調製タンク１１へ
送液するのである。紫外線殺菌処理する量は栽培ベッド
から環流する余剰養液Ｚ１のみに比べて３〜１０倍程に
増える。しかしながら、紫外線殺菌を実施する時、紫外
線（波長２５３．７ｎｍ）の処理液における透過率がポ
イントとなり、その際に透過率が悪い余剰養液Ｚ１でも
用水で数倍に薄めた上記希釈余剰養液Ｚ２とすれば、透
過率は大幅に向上し、以後の紫外線殺菌処理の際に紫外
線の透過は大きく改善される。その結果、そのままでは
紫外線の通りが悪くて（透過率が小さい）ほとんど殺菌
できないような余剰養液Ｚ１でも希釈余剰養液Ｚ２とし
て殺菌が可能となるのである。

【００１９】次に、上記（ロ）についての紫外線殺菌処
理は次のような理由による。即ち、排液タンク５に回収
された余剰養液Ｚ１の紫外線殺菌処理としては、図６の
（ａ）の１パス処理か、（ｂ）のマルチパス処理のいず
れか一方を行うことが通常考えられる。しかし、（ａ）
のような１パス処理の場合、作物へ潅液している以外の
時間は紫外線殺菌処理が行われていないことになる。つ
まり、空いている時間がある。また（ｂ）のような殺菌
ラインと潅液ラインが全くの別系統となっているマルチ
パス処理だと、潅液に応じて貯液タンク１４から養液調
製タンク１１（或いは直接に栽培作物）ヘ養液が送られ
るために、貯液タンク１４内の養液が入れ替わってい
き、作物に施用する養液への紫外線の照射量は潅液間隔
が長い場合と短い場合で異なってくる。潅液間隔が長け
ればその間にマルチパスする回数が多くなって紫外線の
照射量が多くなるが、潅液間隔が短いとその問にマルチ
パスする回数は少なくなって紫外線の照射量が少なくな
るのである。つまり、現実の養液栽培における潅液制御
は、潅液問隔・潅液時問・潅液回数の３つ因子から成る
が、それぞれの因子が一定の場合もあれば可変の場合も
あるので、（ｂ）のマルチパス処理では紫外線殺菌処理
に必要とされる照射量未満で作物に施用されてしまう可
能性が残るのである。そこで図６の（ｃ）のように本シ
ステムでは殺菌ラインと潅液ラインが同一系統になって
いて、通常の１パスとマルチパスが複合している形態
（以下これを１パス・マルチパス複合処理という）とし
て紫外線殺菌処理が行われる（１パスのみの処理モード
も選択可能である）。つまり養液調製タンク１１ヘ１パ
スして送液している時に紫外線を照射するのみでなく、
それ以外の時間、つまり養液調製タンク１１ヘ希釈余剰
養液Ｚ２を送る必要がない空いている時間は貯液タンク
１４・紫外線殺菌装置１７・貯液タンク１４の循環処理
（＝マルチパス）を行って事前に液に紫外線を照射して
いるため殺菌効果を一層確実なものとする。また、施用
する養液の全量を紫外線殺菌処理することになるので、
不安要因（植物病原菌に汚染されている可能性）がある
用水を使用している場合でも、用水も含めた紫外線殺菌
処理が行われるという優れた特長がある。結果として、
１パス・マルチパス複合処理では、少なくとも１パスは
紫外線殺菌処理を行った希釈余剰養液Ｚ３が養液調製タ
ンク１１に送られて養液が作成調製されるので、紫外線
殺菌処理に必要な最低照射量は確実に与えることができ
るのである。

【００２０】次に、上記（ハ）の処理は紫外線によって
殺菌処理された希釈余剰養液Ｚ３を養液調製タンク１１
ヘ給液する時に途中で塩素を注入することにより殺菌効
果の持続性を高める効果が得られることによる。

【００２１】次に、上記（ニ）の濾過タンク１２の目的
は還流されてきた余剰養液Ｚ１に含まれる植物残さ等の
有機物質、その他の夾雑物を除去することにあり、本シ
ステムでは余剰養液Ｚ１を用水で３〜１０倍に薄めた希
釈余剰養液Ｚ２を濾過するので処理量が多い。この点、
濾過容量が小さい濾過器では詰まりが早く、濾材清掃の
頻度が高まってメインテナンスが大変である。また、本
発明では大容量で高性能であることが肝要であるが、密
閉型で大容量の濾過器は極めて高コストになる。これに
対して、開放型濾過タンクは大容量で濾過能力に優れ、
濾材の入れ替えが行い易いにもかかわらず極めて低コス
トであるという利点がある。而して本システムの濾過タ
ンク１２には密閉型ではなく、重力落下を利用した開放
型濾過タンク（具体的には円筒開放型濾過タンク）を採
用している。

【００２２】次に、上記（ホ）の濾過した希釈余剰養液
Ｚ２への紫外線照射は養液調製タンク１１の前、即ち肥
料原液混入前に行うという処理手順の理由は次のとおり
である。紫外線は養液成分である鉄（Ｆｅ、キレート状
態）やマンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）などのイオンに
作用してこれらのイオンを不溶化する。特に鉄分には大
きな影響がある。そのため、本システムでは紫外線によ
る殺菌処理後に肥料を混入して施用する養液を作成する
ようにして、養液成分の変化を可及的に抑えているので
ある。

【００２３】２． 次に、本発明の養液リサイクル型栽
培システム２０の処理内容をフロー順に使用装置と併せ
て説明する。なお、図２に示される本養液リサイクル型
栽培システム２０は循環リサイクルしているので、どこ
がサイクルの最初かという点はあるが、養液調製潅液部
２′から始める。 （１） 養液調製タンク１１の役割は、栽培する作物に
施用する養液（培養液）を作成するためのタンクであ
る。タンク内にはＥＣセンサ・ｐＨセンサなどが備えら
れ、所定の養液に作成調製する。この点、従来の養液掛
け流し方式の栽培システム１０では肥料混入ボンプは通
常２台の装備が一般的である。しかしながら、本発明の
養液リサイクル型栽培システム２０の場合には、施用し
た養液を再利用するために、栽培中に肥料の成分バラン
スが崩れてしまっている養液を所定の成分バランスに整
える必要がある。そのため一般的である肥料混入ポンプ
が２台の２液混合方式では養液の肥料成分バランスを適
切に整えることは困難である。そこでより適切に養液の
肥料成分バランスを整えようとすると、肥料は主に単肥
を用い、肥料ポンプＰｘの台数は使用する肥料の種類に
対応する数が基準になる。一般的には、単肥と複合肥料
を組み合わせた場合でも３台以上は必要と思われる（図
２では５台を記している）。勿論、台数は限定される訳
ではなく、養液の成分バランスの崩れに対処可能な必要
台数ということである。養液リサイクル型栽培システム
２０であっても、養液の肥料成分バランスの崩れが問題
にならないような作物であるなら、肥料混入ポンプは２
台のままでもよい。

【００２４】養液のｐＨ調整は、養液のｐＨが高すぎる
場合は酸を混入し、養液のｐＨが低すぎる場合はアルカ
リを混入して調節する。そのためｐＨ調製剤を混入する
ポンプＰｙは図２に示されるように２台必要である。但
し、作物や状況によりｐＨ調製の必要がない時には使用
しないこともある。なお、養液調製タンク１１の容量は
作物の栽培面積と濾過殺菌装置部６の処理能力から決定
される。

【００２５】養液調製タンク１１で作成調製された養液
Ｚ０は潅液ポンプＰ３や潅液チューブなどの潅液装置３
により栽培ベッド４に植えられている作物に施用され
る。

【００２６】潅液装置３により栽培ベッド４の作物に施
用された養液の余剰分Ｚ１は、集排水管Ｗ１を通じて排
液タンク５に集められる。

【００２７】排液タンク５の役割は、潅液量の７０〜９
０％程が作物の吸収蒸散と栽培ベッド４からの直接蒸散
により利用消費された残りの余剰養液Ｚ１（潅液量全体
の１０〜３０％程）を集排水管Ｗ１を通じて栽培ベッド
４から回収し、濾過タンク１２ヘ送られるまでの間一時
的に貯めておくものである。そして余剰養液Ｚ１が所定
量排液タンク５内に貯まると、タンク内に設置された水
中ポンプＰ０が作動して濾過タンク１２ヘ送液する。な
お、排液を濾過タンク１２に送液するポンプは必ずしも
排液タンク５内に設置される水中ポンプＰ０である必要
はなく、自吸式ポンプを外設してもよい。

【００２８】排液タンク５に所定量の余剰養液Ｚ１が貯
まると水中ポンプＰ０が作動して濾過タンク１２ヘ送液
する。

【００２９】フィルタＦ０の役割は、余剰養液流量計Ｒ
１や排液流量計Ｒ０にゴミが詰まるのを防ぐものであ
る。そのため、余り細かなメッシュのものは必要ない。

【００３０】リサイクルバルブＶｒと排液バルブＶｅの
役割は、その開度を調節して余剰養液Ｚ１のリサイクル
する配分を決めるものである。また、リサイクルバルブ
Ｖｒは、濾過タンク１２に給液する流量を調節する。即
ち、余剰養液Ｚ１が濾過タンク１２ヘ激しく流入すると
タンク内の液に大きな衝撃を与え、ろ材層を乱したり、
一旦沈殿した夾雑物を再浮遊させてしまうため、リサイ
クルバルブＶｒを調節して濾過タンク１２ヘの給液が穏
やかに行われるようにする。通常は、Ｖｒを開、Ｖｅを
全閉の状態で使用（１００％リサイクル）する。しかし
ながら栽培状況により、余剰養液Ｚ１をリサイクルせず
に廃棄して掛け流し栽培としたり、あるいは一部を廃棄
しながら一部をリサイクルする時などのために排液バル
ブＶｅがある。リサイクルを行わず掛け流し栽培とする
時は、リサイクルバルブＶｒが全閉、排液バルブＶｅが
全開とする。

【００３１】余剰養液流量計Ｒ１は余剰養液のリサイク
ル量を測定する。排液流量計Ｒ０は栽培システム系外に
廃棄する余剰養液の量を測定する。Ｒ０、Ｒ１の出力信
号はリサイクル制御盤７に内蔵される積算流量指示計に
入力されて積算流量が表示される。上記流量計Ｒ０、Ｒ
１は栽培ベッド４からの余剰養液Ｚ１が全量リサイク
ル、全量廃棄される場合の通過流量を測定することのみ
ならず、一部リサイクル、一部廃棄する場合の流量配分
を決定するバルブ開度のゲージとしても用いる。

【００３２】リサイクルされる余剰養液Ｚ１は余剰養液
流量計Ｒ１を経て濾過タンク１２ヘ送液される。

【００３３】次に、濾過タンク１２の役割は、余剰養液
Ｚ１中に含まれる植物残さや有機物質、砂・土・埃など
の夾雑物質を除いて清浄度を保つことにある。

【００３４】詳細には、ロックウール栽培などに代表さ
れる培土型養液栽培では作物に施用した養液は通常その
７０〜９０％程が利用消費される。そのため、濾過タン
ク１２に戻ってくる余剰養液Ｚ１は施用した養液の１０
〜３０％程となる。そこで、不足する９０〜７０％に相
当する量の水は、この濾過タンク１２にて用水管Ｗ２を
通して補充される。水の補充は濾過タンク１２内の液が
タンクにセットされる水位電極ＦＬ３の下限位置以下に
なると給水電磁弁１３が開き用水補充が開始される。そ
の後、水位電極ＦＬ３の上限まで補水が行われれば給水
電磁弁１３は閉じて用水の補充は完了する。そのため、
通常は水位電極ＦＬ３の働きにより濾過タンク内の濾材
が空中に露出してしまうことはない。つまり濾過タンク
１２内の濾材は、通常常時浸清されている。

【００３５】給水電磁弁１３の次にある流量調節バルブ
Ｖｃの役割は、用水が濾過タンク１２ヘ激しく給水され
るとタンク内の液に大きな衝撃を与えてろ材層を乱した
り、一旦沈殿した夾雑物を再浮遊させてしまうので、Ｖ
ｃを調節して穏やかな給水とするのである。

【００３６】余剰養液Ｚ１に含まれる植物残さや有機物
質、砂・埃等の夾雑物の減少は紫外線の透過を向上させ
て紫外線照射による養液の殺菌効果を高める。他方、処
理液における紫外線の透過は砂や埃などの固形物のみで
なく、溶けているイオンなどにも大きく影響され、特に
肥料成分であるキレート鉄の存在は殺菌に利用する２５
３．７ｎｍ域の紫外線（ＵＶ−Ｃ）を吸光する。その結
果、余剰養液Ｚ１の透過率は蒸留水や上水などの透過率
に比べて著しく劣ることになって紫外線殺菌効果が大き
く低下する。しかしながら、余剰養液Ｚ１の透過率は水
（養液でなくただの水：用水）で薄めることにより大き
く改善される。そこで、本システムでは余剰養液Ｚ１そ
のままに紫外線照射を行うことはやめ、不足分の用水を
濾過タンク１２で補充することにより、まず余剰養液Ｚ
１を数倍に薄めつつ濾過して透過率を改善した後（希釈
余剰養液Ｚ２）、紫外線を照射するフローとする。その
結果、透過率低下による紫外線殺菌効果の低下を改善す
ることができる。

【００３７】排液タンク５から濾過タンク１２ヘ送液さ
れる余剰養液Ｚ１は、排液タンク５に所定量貯まりしだ
い送られてくる。そのため、濾過タンク１２は、その上
部、つまり水位電極ＦＬ３の上限位置よりさらに上部に
余剰養液Ｚ１が流入する空間を確保しておかなければな
らない。流入してくる余剰養液の量は、栽培面積、栽培
作物、潅液方法等により異なる。そのため、これらの要
因を考慮して必要量を確保する。

【００３８】次に、濾過タンク１２の構造は図７に示さ
れるように、密閉型ではなく関放型で形態は円筒状であ
る。開放型の濾過タンクの中は、濾材を４層（上から備
長炭層Ａ・セラミック層Ｂ・礫状活性炭層Ｃ・セラミッ
ク層Ｄ）に積層し、水の浄化における緩速濾過と似た構
造となっているが本来の緩速濾過ではない。本来の緩速
濾過が主に好気性微生物の作用によって水を浄化してい
るのに対して、この濾過タンク１２は沈殿や吸着の機能
が大きい。勿論、ある程度は微生物による浄化作用もあ
るが本来の緩速濾過の濾速は微生物作用による浄化であ
るため極めてゆっくりとしていて２〜４ｍｍ／分であ
る。それに対して、本濾過タンク１２の平均濾速は１５
〜３５ｍｍ／分程となっている。本濾過タンク１２内に
おける液の動きは、常時下方に向かって垂直に動いてい
るわけではなく、通常は停滞しているが、養液調製タン
ク１１ヘの給液が行われたり、濾過タンク１２ヘ余剰養
液Ｚ１が送られて来ると、濾過タンク１２や貯液タンク
１４の水位が変動して動くということを繰り返す。

【００３９】濾過タンク１２の容量は、ほぼ栽培面積に
応じて大きくなる。栽培面積が１０アールの場合７５０
〜１０００リットル程の容量とする。濾過タンク１２の
原理と構造から、濾速がゆっくりな方が濾過能力が高ま
るのは明らかである。しかしながら、あまりにゆっくり
した濾速だと単位時間あたり供給量と必要量の関係か
ら、それに比例して大きな容量が要求されるためスペー
ス性やコストに大きな影響を与える。濾過タンク１２と
貯液タンク１４は、その構造上、通常同一水平面上に並
置された同等タンクを用いる。

【００４０】以上の濾過タンク１２で薄められて濾過さ
れた希釈余剰養液Ｚ２は連結管と連結バルブからなる連
結部Ｗ３を通じて貯液タンク１４へ流入する。

【００４１】上記連結部バルブは濾過タンク１２と貯液
タンク１４を連結したり遮断したりするものであり、濾
過タンク・ろ材・貯液タンクの洗浄時に使用したり、濾
過タンク１２の濾速を調節したりする。

【００４２】図８に示される貯液タンク１４は濾過され
た希釈余剰養液Ｚ２を貯めておくタンクである。貯液タ
ンク１４の液の流入口は水平状熊から上向き方向にし、
堰１４ａを設けた構造とする。このような構造により、
濾過タンク１２内のろ材や沈殿物が貯液タンク１４に流
れ込むのを防止するとともに、濾過タンク１２の濾速が
必要以上に速くなることを防ぐ。

【００４３】貯液タンク１４には水位電極ＦＬ２がセッ
トされ、タンク内の液位がＦＬ２の下限以下となった場
合はポンプＰ１の作動を停止し、ポンプＰ１の焼損を防
止する。

【００４４】紫外線殺菌処理のモードがマルチパス・１
パスいずれの状態でもポンプＰ１は停止し、タンク内の
液位がＦＬ２の上限Ｕ２に復帰すればポンプの作動は再
開される。

【００４５】ＦＬ２の上限Ｕ２は、濾過タンク１２のＦ
Ｌ３の上限Ｕ３よりやや低い位置とする。もし、ＦＬ２
の上限Ｕ２がＦＬ３の上限Ｕ３より高い位置にあると、
濾過タンク１２ヘ余剰養液Ｚ１の流入が無い時は、濾過
タンク１２の上限Ｕ３が貯液タンク１４の液位上限とな
ってしまうため、一旦貯液タンク１４の液位が下限Ｄ２
以下になってしまった時、再度フロートレススイッチが
入るのは、液位がＦＬ２の上限Ｕ２に復帰した時とな
る。そのため、ＦＬ２の上限Ｕ２がＦＬ３の上限Ｕ３よ
り高いとフロートレススイッチがｏｆｆ状態のままとな
るため、ポンプＰ１の運転ができない。また、ＦＬ２の
下限Ｄ２が堰１４ａより低い位置にあると、貯液タンク
１４の液位が堰１４ａよりも低くなった時、堰１４ａか
ら貯液タンク１４の中へ液が落下流入し、貯液タンク１
４の底部に沈殿物があると、再浮遊して、水中ポンプＰ
１に吸引されてしまう。そのため、ＦＬ２の下限Ｄ２を
堰１４ａのやや上にすることによって沈殿物の再浮遊を
防止することが肝要である。

【００４６】ポンプＰ１の作動は、養液リサイクル制御
盤７にて設定されるリサイクルシステムが稼動時刻帯に
ある時、殺菌処理モードがマルチパスにあるなら稼動時
刻帯内は連続運転となり、１パスモードにあるなら電磁
弁Ｓａが開いて希釈余剰養液Ｚ２が養液調製タンク１１
ヘ送られる間運転する。つまり、養液調製タンク１１内
の液位がＦＬｌの下限Ｄ１以下になると作動し、液位が
ＦＬｌの上限Ｕ１に至ると停止する。バイパスバルブＶ
１は緊急時や貯液タンク１４の洗浄などに使用する。な
お、ポンプＰｌは、必ずしも水中ポンプである必要はな
く、貯液タンクの外に設置したポンプでもよい。ポンプ
Ｐｌにより希釈余剰養液Ｚ２はプレフィルタＦ１に送ら
れる。

【００４７】プレフィルタＦ１は２００メッシュ・７５
μｍ程のディスクフィルタで洗浄再利用ができるフィル
タである。この目的は後段のワインドフィルタＦ２が５
μｍ以下と非常に細かく使い捨てであるため、この長期
利用を可能にするため、前処理用として使用するもので
ある。

【００４８】ワインドフィルタＦ２は５μｍ以下のサイ
ズの糸巻き型（ワインド）フィルタであって、微小な浮
遊物と菌核の除去のために設置される。即ち、菌核や菌
糸の殺菌は紫外線照射では困難であるが、数十μｍ〜１
００μｍと大きいため、数μｍサイズのワインドフィル
タＦ２での除去が可能となる。また、５μｍという非常
に微小なゴミまで除けるので液の透過率が向上して紫外
線殺菌を効果的に行うことが可能になるという利点があ
る。

【００４９】ＵＶ処理瞬時流量計Ｒ２は紫外線殺菌装置
１７を通過する毎分あたり処理流量を測定する。ＵＶ処
理瞬時流量計Ｒ２の出力信号はリサイクル制御盤７に組
み込まれている瞬時流量指示計に入力され、毎分あたり
の処理量が表示される。紫外線の殺菌力、つまり照射量
は照射強度と照射時間の積で示される。そこで、照射強
度は一定であるため、毎分あたり処理流量を大きくとれ
ば照射時間が短くなって照射量は減少し、毎分あたり処
理量を小さくとれば照射時間が長くなって照射量が増大
する。つまりＵＶ処理瞬時流量計Ｒ２を紫外線（２５
３．７ｎｍ）の照射量のゲージとして用いる。

【００５０】紫外線殺菌装置１７は流水式で、装置内を
通過する希釈余剰養液に紫外線（２５３．７ｎｍ）を照
射して殺菌する。

【００５１】紫外線殺菌装置１７にどの程度の出力が必
要かという点については、栽培面積や栽培作物により異
なる。栽培面積が大きくなれば、当然ながら処理するリ
サイクル液量も増える。また栽培作物が異なると冒す菌
種も違ったりする。そのため、対象とする栽培作物を冒
す病原菌の中で紫外線に対して最も耐性の高い菌を殺菌
するのに必要な紫外線の照射量と栽培面積から求められ
る毎分あたり処理量（瞬時処理量）から要求される能力
を有する紫外線殺菌装置を選定する。

【００５２】例えば、トマト栽培１０アール（ｌ０００
ｍ^２）の場合では、１日（約１２時間の間、夜間は潅液
しない。）あたりにおける最大時潅液量は５０００リッ
トル程である。したがって、濾過・殺菌装置は１日に５
０００リットルを処理することになる。そしてロックウ
ール栽培などにおけるマイクロチューブを用いた養液栽
培システムにおける潅液は毎分２５リットル前後の流量
で行われる。そのため、毎分あたりの瞬時処理能力から
みると紫外線殺菌装置は２５リットル／分前後の処理能
力が要請されるが、養液調製タンク１１の容量を大きめ
に設計することにより２５リットル／分より少ない処理
能力でもまかなうことが出来る。仮に潅液時間が１０
分、潅液間隔６０分、潅液量が２５リットル／分で、紫
外線殺菌装置１７の処理能力が１０リットル／分である
なら、潅液が開始されると養液調製タンク１１の養液は
毎分１５リットルずつ減少し、１０分間の合計では１５
０リットル減る。次の潅液までには５０分あるので、こ
の間で紫外線殺菌処理が毎分１０リットルの量で行われ
るため、次の潅液までには養液調製タンクの液位は水位
センサＦＬ１の上限位置Ｕ１まで復帰する。このように
養液調製タンク１１の容量は、毎分の潅液量・最大潅液
時間・潅液間隔・毎分あたり紫外線殺菌処理量の４つの
因子から求められる。

【００５３】通常、最大潅液時間は２０分以内、潅液間
隔は１時間程である。潅液間隔が短くなるような潅液の
場合には１回あたりの潅液時間が短くなるので、求める
養液調製タンク１１の容量は変わらない。しかしながら
毎分あたりの紫外線殺菌処理能力が小さ過ぎると養液調
製タンク１１が大きくなり過ぎてスペース性や液の停滞
が問題となってしまう。そこで、フザリューム菌の殺菌
を前提に、希釈余剰養液の紫外線透過率が０．５の状態
で１０リットル／分程度以上の処理能力を持たせる。

【００５４】殺菌に要する紫外線の照射量は、菌種によ
り異なる。そこで、紫外線殺菌装置１７の出力は、通常
植物病原菌の中でも発生頻度が高く、殺菌に大きな照射
量を必要とするフザリューム菌を９９．９％殺菌可能な
設計とする。菌種が限定されるなら菌種に合わせた設計
とすることでもよい。

【００５５】流量調節バルブＶａ・Ｖｂは紫外線殺菌装
置内を通過する液の瞬時流量を調節するためにある。バ
ルブＶａは液が養液調製タンク１１に送られる時の、つ
まり１パス時の瞬時流量を調節し、バルブＶｂは貯液タ
ンク１４ヘ戻される時の、つまリマルチパス時の瞬時流
量を調節する。

【００５６】電磁弁Ｓａ・Ｓｂは紫外線照射後の希釈余
剰養液の行き先を決めるものである。電磁弁ＳａとＳｂ
の作動関係は、養液調製タンク１１に送液する必要がな
いときはＳａが閉、Ｓｂは開の状態となってマルチパス
の処理が行われる。養液調製タンク１１の液位が潅液に
よりＦＬｌで設定される下限Ｄ１位置以下となると、Ｓ
ａが開してＳｂが閉じて液が養液調製タンク１１ヘ送ら
れる。つまり１パス処理が行われる。養液調製タンクの
液位がＦＬｌの上限Ｕ１まで至れば、Ｓａが閉じ、Ｓｂ
が開いて液は貯液タンク１４ヘ送られる。つまリマルチ
パスが再開される。

【００５７】塩素系殺菌剤の混入は紫外線照射後、液に
混入して殺菌効果と効果の持続性を高めるためにある。
即ち、養液調製タンク１１に希釈余剰養液が送られる状
態になると、ＵＶ処理瞬時指示計から出力される積算同
期パルス出力信号が塩素混入用電磁定量ポンプＰ２に送
られる。このパルス信号により殺菌剤混入ポンプ（電磁
定量ポンプである）Ｐ２が作動して殺菌剤の希釈余剰養
液Ｚ３への比例注入が行われる。殺菌剤としては、次亜
塩素酸ナトリウムまたは次亜塩素酸カルシウムまたは次
亜塩素酸カリウム等の塩素系殺菌剤を用いる。

【００５８】次に、養液リサイクル制御盤７は図９に示
される機器類からなり、本養液リサイクル型栽培システ
ム２０における図１０に示されるリサイクル処理に係る
諸機器の制御を取り扱う。以下、そのリサイクル制御の
概要を説明する。

【００５９】養液リサイクル制御盤７には、デイタイマ
（２４時間タイマ）が内蔵されている。このデイタイマ
は養液リサイクル装置（の殺菌制御）が稼動する時刻帯
を設定するためのものである。例えば、デイタイマを朝
７時〜夕方５時まで設定すればこの間養液リサイクル装
置が稼動することになる。図１０は養液リサイクル制御
盤７の機能としての制御とモニターを示しておりこれら
はマイコン制御されている。図中の殺菌制御の自動制御
Ａ１は、紫外線殺菌処理が１パス・マルチパスの複合処
理で行われる制御である。即ち、希釈余剰養液Ｚ２の殺
菌処理フローは、通常、貯液タンク１４から紫外線殺菌
装置１７そして貯液タンク１４ヘ戻されるマルチパス処
理を行っているが、養液調製タンク１１の液がＦＬｌで
設定される下限Ｄ１以下に至った時は、液が貯液タンク
１４ヘ戻されないで塩素系殺菌剤を注入されて養液調製
タンク１１ヘ希釈余剰養液Ｚ４を送る１パス処理がなさ
れ、養液調製タンク１１の液位がＦＬｌで設定される上
限Ｕ１に至ると、養液調製タンク１１ヘの送液は停止さ
れ、貯液タンク１４ヘ戻されてマルチパスを行う（制御
シーケンスの詳細については図４を参照）。

【００６０】自動制御Ａ２は、希釈余剰養液Ｚ２の殺菌
処理が１パスで行われる自動制御である。即ち、通常、
殺菌処理は行われていないが、養液調製タンクの液がＦ
Ｌｌで設定される下限Ｄ１以下に至ると水中ポンプＰ１
が作動し、液は紫外線殺菌の後、希釈余剰養液Ｚ３は塩
素系殺菌剤が注入されて（Ｚ４）養液調製タンク１１ヘ
送られる制御である。養液調製タンク１１の液位がＦＬ
ｌで設定される上限Ｕ１に至れば養液調製タンク１１ヘ
の送液は停止される。つまり処理が停止される（制御シ
ーケンスの詳細については図５を参照）。

【００６１】手動制御Ｍ１は、手動を選択している間、
希釈余剰養液Ｚ２の殺菌処理が１パスで行われる制御で
ある。手動制御Ｍ２は、手動を選択している間、希釈余
剰養液Ｚ２の殺菌処理フローが、貯液タンク１４から紫
外線殺菌装置１７そして貯液タンク１４ヘ戻されるマル
チパス処理が行われる制御である。

【００６２】補助制御の補水制御Ｈ１は、濾過タンク１
２内の液位がＦＬ３で設定される下限Ｄ３以下に至ると
給水電磁弁１３が作動して給水が行われる。濾過タンク
１２内の液位がＦＬ３で設定される上限Ｕ３まで至ると
給水電磁弁１３が停止して補水が完了する。つまり、濾
過タンク１２の液位は、排液タンク５から送られてくる
余剰養液Ｚ１の有無にかかわらずほぼ一定に保たれる。
そのため、濾過タンク１２の濾材は通常浸清状態にあり
空中に露出することはない。

【００６３】潅液ポンプＰ３の停止制御は、養液のリサ
イクルとは別であるが、養液調製タンク１１の液がＦＬ
ｌで設定される下限位置Ｄ１以下に至ると潅液ポンプＰ
３を停止し、空運転による潅液ポンプＰ３の焼損を防止
する。液位がＦＬ１で設定される上限Ｕ１に至れば、潅
液ポンプＰ３の停止は解除される。

【００６４】瞬時流量指示計がモニター表示するＵＶ瞬
時処理量はＵＶ処理瞬時流量計Ｒ２からの出力信号によ
り、毎分あたりの殺菌処理量を表示する。

【００６５】積算流量指示計がモニター表示する余剰養
液Ｚ１のリサイクル液量は、余剰養液流量計Ｒｌからの
出力信号により、リサイクルされた余剰養液Ｚ１の積算
量を表示する。

【００６６】排液積算量は、排液流量計Ｒ０の出力信号
により、養液リサイクル型栽培システム２０の系外へ廃
棄している液量を表示する。

【００６７】３． 次に、紫外線殺菌装置１７における
殺菌線の透過率と照射量について以下、詳細に説明す
る。

【００６８】本システムでは、濾過タンク１２でリサイ
クルされる余剰養液Ｚ１を数倍に薄めて希釈余剰養液Ｚ
２とした後、紫外線（２５３．７ｎｍ）を照射して殺菌
する。このことは、処理される希釈余剰養液Ｚ２に対す
る紫外線の透過率ｔが殺菌処理に大きな影響を与えるこ
とに関係する。透過率ｔとは紫外線が厚さｌｃｍあたり
の液層を透過できる割合を言う。そのため、透過率ｔが
悪い液や、紫外線が透過する液層の厚みが厚くなると、
透過する殺菌線は著しく減衰してしまう。紫外線殺菌装
置１７における紫外線の照射量はシリンダー（液槽）内
の紫外線透過率『Ｔ』に比例するため殺菌効果に大きな
影響を与える。しかしながら、本システムのように余剰
養液Ｚ１を薄めて希釈余剰養液Ｚ２にすると（殺菌処理
する液量は薄めた分だけ増大するが）透過率ｔが大幅に
改善されるため、殺菌を効果的に行うことが可能とな
る。紫外線殺菌装置１７における紫外線のシリンダー
（液槽）内透過率Ｔは、紫外線を照射する希釈余剰養液
の透過率をｔとして、シリンダー内の液層厚をＦｃｍと
するとき、以下の式で表わされ、図１１のグラフのよう
になる。 （シリンダー内の殺菌線の透過率）Ｔ＝（ｔ）^Ｆ 次に、紫外線の照射量は照射強度と照射時間の積で示さ
れる。つまり、同じ照射強度であるなら照射時間を長く
すれば照射量は大きくなって殺菌効力が高まり、照射時
間を短くすれば照射量は小さくなって殺菌効力は弱ま
る。単位時間あたり処理量を多くするということは照射
時間を短くすることで、単位時間あたり処理量を少なく
するということは照射時間を長くするということであ
る。

【００６９】例えば、殺菌装置壁面の殺菌線照度Ｕ（ｍ
Ｗ／ｃｍ^２）、殺菌槽(シリンダー)の内容積Ｖ（ｃ
ｍ^３）、殺菌装置における１秒あたり処理量Ｈ（ｃ
ｍ^３）、殺菌装置内における養液の滞留時間Ｋ＝Ｖ／Ｈ
（ｓｅｃ）とすると、紫外線 の照射量Ｅ＝Ｕ×Ｋ＝（Ｕ×Ｖ）／Ｈ （ｍＷ・
ｓｅｃ／ｃｍ^２）と表わせる。

【００７０】そこで、Ｕ＝ｌ０ｍＷ／ｃｍ^２、Ｖ＝１０
００ｃｍ^３とするとき、毎秒あたりの処理量を変化させ
た場合の紫外線照射量を図１２のグラフに示す。

【００７１】次に、図１３のような流水式でＵＶランプ
２５が１本の場合の照射量計算を行うと、処理流量Ｌ
（リットル／ｍｉｎ）、ＵＶランプ出力ｕ_ｌ（Ｗ：ワッ
ト）、紫外線出力ｕ_２（Ｗ：ワット）、ランプの紫外線
発光長１_１（ｃｍ）、シリンダー２６内の長さ１_２（ｃ
ｍ）、ランプジャケット２７の外径ｄ_２（ｃｍ）、シリ
ンダー内径ｄ_ｌ（ｃｍ）、ランプジャケット２７の透過
率ｔ_ｌ、養液の透過率ｔ_２として、養液に照射される紫
外線量Ｅを求めると、 殺菌装置シリンダー内の液層厚Ｆ＝（ｄ_２−ｄ_１）／２
（ｃｍ） シリンダー内液の紫外線透過率Ｔ＝（ｔ２）^Ｆ ランプの発光断面積Ｓ＝（ｄ_１／２＋Ｆ）^２×π×ｌ_ｌ
（ｃｍ^２） 殺菌装置壁面での紫外線照度は、ランプジャケットの透
過率を考慮すると、Ｕ＝ｕ_２×ｔ_１×Ｔ／Ｓ（ｍＷ／ｃ
ｍ^２） 殺菌槽の内容積Ｖ＝｛（ｄ_２／２）^２×π−（ｄ_１／
２）^２×π｝×ｌ_２（ｃｍ^３） 殺菌装置内における１秒あたり処理量Ｈ＝Ｌ／ｍｉｎ＝
Ｌ×1０００／６０（ｃｍ^３／ｓｅｃ） 殺菌装置内における養液の滞留時間Ｋ＝Ｖ／Ｈ 殺菌装置内壁面における最低紫外線量Ｅ＝Ｕ×Ｋ（ｍＷ
・ｓｅｃ・ｃｍ^−２） 但し、ランプ寿命における紫外線維持率を６０％として
考慮すると、一般的には、Ｅ＝０．６×Ｂ（ｍＷ・ｓｅ
ｃ・ｃｍ^−２）となる。

【００７２】計算の具体例を言うと、 処理流量Ｌ １．６ リットル／ｍｉｎ ＵＶランプ出力ｕ_１ ８．０ Ｗ 紫外線出力ｕ_２ ｌ．６ Ｗ ランプの殺菌線発光長ｌ_ｌ ２３．０ ｃｍ シリンダー内長さ１_２ ２９．０ ｃｍ ランプジャケット外径ｄ_２ ３．ｌ ｃｍ シリンダー内径ｄ_ｌ ５．７ ｃｍ ランプジャケットの透過率ｔ_ｌ ０．９ 養液の透過率ｔ_２ ０．５ 殺菌装置シリンダー内の液層厚Ｆ＝（５．７−３．１）
／２＝１．３ シリンダー内の紫外線透過率Ｔ＝（０．５）^１・３＝
０．４１ ランプの発光断面積Ｓ＝（３．１／２＋１．３）^２×π
×２３＝５８７ 殺菌装置壁面での紫外線照度は、ランプジャケットの透
過率を考慮すると Ｕ＝1.６×０．９×０．４１／５８７＝ｌｍＷ／ｃｍ^２ 殺菌装置の内容積 Ｖ＝｛（５．７／２）^２×π−（３．１／２）^２×π｝
×２９＝５２ｌｃｍ^３ 殺菌装置における１秒あたり処理量 Ｈ＝１．６×１０００／６０＝２６．７ｃｍ^３／ｓｅｃ 殺菌装置内における養液滞留時間 Ｋ＝５２１／２６．７＝１９．５ｓｅｃ 殺菌装置内壁面における最低殺菌線量 Ｅ＝ｌ×ｌ９．５＝ｌ９．５ｍＷ・ｓｅｃ・ｃｍ^−２ 但し、ランプ寿命における紫外線維持率を６０％として
考慮すると、一般的には、Ｅ＝０．６×１９．５＝１
１．７ｍＷ・ｓｅｃ・ｃｍ^−２ となる。

【００７３】次に、流水式でＵＶランプが複数の場合
は、 処理流量 ：Ｌ（リットル／ｍｉｎ） ＵＶランプ数 ：ｎ（本） ＵＶランプ出力 ：ｕ_ｌ（ｗ：ワット）紫外線 出力 ：ｕ_２（ｗ：ワット） ランプの紫外線発光長 ：ｌ_ｌ（ｃｍ） シリンダー内長さ ：１_２（ｃｍ） ランプジャケット外径 ：ｄ_２（ｃｍ） シリンダー内径 ：ｄ_ｌ（ｃｍ） ランプジャケットの透過率 ：ｔ_ｌ 養液の透過率 ：ｔ_２ 以上から養液に照射される紫外線量Ｅを求めると、 平均ＵＶ照度Ｕ_１＝｛（Ｕ_２×３）／（２π×ｄ_１／２
×１_１）｝×ｔ_１（ｍＷ／ｃｍ^２） 水槽（シリンダー）内の平均水層厚Ｆ＝［π｛（ｄ_１／
２）^２−（ｄ_２／２）^２×３｝÷３］^１／２（ｃｍ） 平均紫外線透過率Ｔ＝（ｔ_２）^Ｆ 透過率を考慮した平均ＵＶ照度Ｕ＝Ｕ_ｌ×Ｔ（ｍＷ／ｃ
ｍ^２） シリンダー（処理水槽）の容積Ｖ＝π｛（ｄ_１／２）^２
−（ｄ_２／２）^２×３｝×ｌ_２（ｃｍ^３） 殺菌装置における１秒あたり処理量Ｈ＝Ｌ×１０００／
６０（ｃｍ^３／ｓｅｃ） 殺菌装置内における養液滞留時間Ｋ＝Ｖ／Ｈ（ｓｅｃ） 照射される紫外線量Ｅ＝Ｕ×Ｋ（ｍＷ・ｓｅｃ・ｃｍ
^−２）となる。

【００７４】計算の具体例を言うと、処理流量Ｌ＝１３
３．３（８０００Ｌ／ｈ）リットル、ＵＶランプ数ｎ＝
３本、ＵＶランプ出力Ｕ_１＝６５Ｗ、紫外線出力Ｕ_２＝
２１Ｗ、ランプの紫外線発光長ｌ_ｌ＝９ｌｃｍ、シリン
ダー内長さｌ_２＝９２ｃｍ、ランプジャケット外形ｄ_２
＝２．８ｃｍ、シリンダー内径ｄ_ｌ＝ｌｌ．４３ｃｍ、
ランプジャケット透過率ｔ_１＝０．９、養液の透過率ｔ
_２＝０．９、のような仕様であるとき、 平均ＵＶ照度Ｕ_１＝｛（２１×３）／ （２π×１１．
４３／２×９１）｝×０．９＝１７．４ｍＷ／ｃｍ^２ 水槽（シリンダー）内の平均水槽厚Ｆ＝［π｛（１１．
４３／２）^２−（２．８／２）^２×３｝÷３］^１／２＝
５.３ｃｍ 平均紫外線透過率Ｔ＝（０．９）^５・３＝０．５７ 養液の透過率を考慮した平均のＵＶ照度Ｕ＝１７．４×
０．５７＝９．９ｍＷ／ｃｍ^２ シリンダーの容積Ｖ＝π｛（１１．４３／２）^２−
（２．８／２）^２×３｝×９５＝７９８８ｃｍ^３ 殺菌装置における１秒あたり処理量Ｈ＝１３３．３３３
×１０００／６０＝２２２２ｃｍ^３／ｓｅｃ 殺菌装置内における養液滞留時間Ｋ＝７９８８／２２２
２＝３．５９ｓｅｃ 照射される紫外線量Ｅ＝９．９×３．５９＝３５．５ｍ
Ｊ／ｃｍ^２ ただし、ランプ寿命における紫外線維持率を６０％とし
て考慮すると、一般的には、Ｅ＝３５．５×０．６＝２
１．３ｍＪ／ｃｍ^２となる。

【００７５】４．殺菌に関するデータとして、下記
（１）〜（５）を付記する。

【００７６】（１）紫外線が有効な植物病原菌 生物のＤＮＡは、波長が２５０〜２６０ｎｍ付近にある
紫外線（ＵＶ−Ｃ）を非常に良く吸収することが知られ
ている。その結果、ＤＮＡ分子内のピリミジン塩基にダ
イマーが形成され、このダイマーが致死の主因と考えら
れている。

【００７７】植物病原菌における紫外線殺菌は、通常菌
核については困難であるが、分生子や遊走子には有効で
ある。そのため分生子や遊走子を形成する菌種に対して
殺菌効果がある。殺菌効果は照射エネルギー量に比例し
て増大する。殺菌に要する照射エネルギー量は微生物の
種類により異なっていて、一般に細菌の殺菌は低いエネ
ルギーで可能だが、糸状菌では高いエネルギーを必要と
する。但し、細菌でも芽胞を形成する種は高いエネルギ
ーを必要とする。

【００７８】実験で紫外線の効果が確認されている植物
病原菌種としては、Fusarium、Pythium、Phytophthor
a、Pseudomonas、Rhizoctonia がある。

【００７９】（２）紫外線照射データ 紫外線殺菌により植物病原菌の殺菌を行なう際、どの程
度の照射線量を与えれば良いかが問題となってくる。そ
こで、植物病原菌の中で、最も紫外線に強いといわれる
トマト萎凋病（フザリューム菌）を中心に、殺菌効果を
示す紫外線照射線量を碓かめた。

【００８０】病原菌懸濁液を、ＰＤＡ平板培地に一様に
塗布し、５ｍＷ／ｃｍ^２の照射エネルギーが培地にかか
るように紫外線殺菌装置をセットした。紫外線照射時間
を変えて殺菌処理を行い、培養後の菌数を調べ、病原菌
を十分に殺菌できる照射時間を割り出し、照射線量を算
出した。

【００８１】その結果、下記表１の様に９９．９％以上
の殺歯効果を得るためには、Fusarium oxysporum race
l・race２及びVerticillium dahliaeでは２０ｍＪ／ｃ
ｍ^２、Ｆ．oxysporum race３では４０ｍＪ／ｃｍ^２の
紫外線量が必要であることが判明した。

【００８２】

【表１】

【００８３】（３）紫外線照射＋塩素混入データ 紫外線殺菌は装置内を流れている養液のみに効果を発揮
する局部的な殺菌方法であり、残効性は殆どないと考え
られる。したがって、貯液タンク１４内の水を紫外線で
殺菌しても、その後、養液調製タンク１１や栽培ベッド
４までの配管内で菌が増殖することが考えられる。そこ
で、本システムでは、紫外線殺菌後に低濃度の塩素系殺
菌剤を添加し、菌の増殖を抑制する方法を用いている。
ここでは、紫外線と次亜塩素酸の組み合わせ効果を試験
する。

【００８４】紫外線のみで殺菌を行った養液（実際栽培
養液）と、紫外線殺菌（１パス）を行った後、次亜塩素
酸カルシウム（塩素濃度０．ｌｐｐｍ・０．２ｐｐｍ・
０．４ｐｐｍ／ｏ−トリジン法により検出）を加えた養
液との一般細菌の増殖スピードを比較した。

【００８５】その結果、図１４に示されるように紫外線
のみで殺菌を行った場合に比べ、０．ｌｐｐｍの塩素濃
度の場合においても菌の増殖スピードは抑えられ、特に
０．４ｐｐｍの塩素濃度の場合では、３日後までの菌増
殖の抑制は顕著であった。

【００８６】（４）紫外線透過率データ 希釈余剰養液Ｚ２及び液中の肥料成分の紫外線透過率を
調べた。紫外線透過率は殺菌領域のある２５４ｎｍで測
定した。

【００８７】余剰養液Ｚ１を希釈して希釈率と透過率と
の相関を調べたところ、図１５に示されるように紫外線
透過率と養液希釈率との相関は対数関数的に変化してい
くことがわかった。

【００８８】また、複合肥料である養液と、それを構成
する単体肥料個々の透過率を調べた（表２参照）。な
お、単体肥料の濃度は通常栽培に用いられる標準養液に
含まれている濃度と同じ濃度に溶解した。その結果、透
過率の低下する最も大きな原因は微量要素であった。

【００８９】

【表２】

【００９０】本システムは、栽培ベッド４からの排液に
植物の吸収量分を補水し、概ね３〜１０倍に希釈してか
ら紫外線殺菌処理を行う（したがって、肥料分のあまり
入っていない電気伝導度の小さい液である）。紫外線透
過率が、対数関数的に変化することは、排液そのもので
はなく、補水を行って希釈してから紫外線殺菌処理を行
う方法が有効であることを示している。また、透過率低
下の最も大きな原因が、微量要素であることから、排液
を希釈後、肥料を混入するまえに殺菌処理を行う方法が
有効であることを確かめた。

【００９１】（５）紫外線の微量要素に与える影響デー
タ 希釈余剰養液Ｚ２の紫外線殺菌を行なう際に、紫外線照
射による肥料成分の不溶化により、養液中の肥料組成バ
ランスが崩れる可能性が考えられる。そこで、６０Ｗ２
灯の紫外線殺菌装置１７を用いて、殺菌処理が希釈余剰
養液Ｚ２の微量要素に与える影響を調べた（表３参
照）。なお、試験に用いた微量要素は、実際の養液に用
いられる比率で溶解した。

【００９２】

【表３】

【００９３】上記表３のように１パスでは、Ｚｎ，Ｃｕ
の濃度の変化は認められなかった。また、Ｍｎも流量５
リットル／分で９８．８％とほぼ変化がなかった。しか
し、Ｆｅは流量１０リットル／分のとき９４．１％、流
量５リットル／分のとき９０．０％と減少した。

【００９４】また、図１６のように、循環処理により鉄
イオンは対数関数的に減少していくことが分かった。
５．次に、濾過に関するデータとして、下記（１）〜
（３）を付記する。

【００９５】（１）濾材の有機酸吸着データ 植物から排出され、養液に蓄積し、植物の生育に悪影響
を及ぼすと考えられている物質の一つが有機酸である。
本システムでは、濾過タンク１２に活性炭などの濾材を
つめることにより、有機酸の蓄積を防ぐことができる。

【００９６】そこで、本システムで用いた濾材（セラミ
ック、備長炭、活性炭）の吸着性能を確認するための有
機酸吸着試験を行なった。

【００９７】１２種類の有機酸をｌ０ｐｐｍずつ溶かし
た溶液５リットルに、濾材ｌＫｇを浸し、１０日後の有
機酸残留量を調べた（図１７の（ａ）、（ｂ）、
（ｃ））。

【００９８】供試した１２種類の有機酸のうち、イソ酪
酸、イソ吉草酸以外の１０種については良好な吸着結果
を示した。イソ酪酸、イソ吉草酸に対する吸着効果は他
の１０種の有機酸に比べると劣るものの、吸着効果は認
められた。また、セラミック、備長炭、活性炭以外の濾
材による吸着効果も確認したが、供試した中ではイソ酪
酸、イソ吉草酸を良好に吸着する濾材はなかった。

【００９９】（２）湛液式栽培装置における濾材効果試
験 濾材の有害物質除去効果を調べるため、湛液式の栽培装
置を用いて、濾材を入れないコントロール区と濾材を加
えた濾材区とのコマツナ収量の比較を行った。試験方法
は、６０リットルの養液に６０株を栽植した。養液は全
く廃棄せず、減った際は同じ養液を補充した。

【０１００】この結果を示す下記表４及び図１８から明
らかなようにコントロール区に比べ濾材添加区での収量
は１作目に付いてはコントロール区に劣った。しかし、
作を重ねる毎に上がっていく傾向が見て取られ、養液を
交換せずに長期で栽培を行なうときの濾材の効果が確か
められた。

【０１０１】

【表４】

【０１０２】（３）濾過タンクの浮遊物質除去データ 濾過タンク１２の効果の一つとして、緩やかな速度で処
理液が流れる際に、濾過・沈殿・吸着作用により浮遊物
質が除かれる効果が挙げられる。そこで、循環殺菌処理
において、濾過タンク１２の導入により、濾過タンク直
後のディスクフィルターの目詰まりを、どの程度抑えら
れるかの試験を行なうことにより、濾過タンク１２の浮
遊物質除去効果の検定を行った。

【０１０３】試験方法は、図１９の（ａ）に示されるよ
うに、１２０リットルの養液タンク２１から常時毎分１
０リットルで養液を引き出し、３０μｍのディスクフィ
ルター２２で濾過後、紫外線殺菌装置１７で殺菌して養
液タンク２１に戻す対照区と、ディスクフィルター２２
の直前に濾過タンク１２（２００リットル；イソライト
８３リットル・活性炭４５リットル・備長炭３０リット
ル、濾材との接触時間９分）と貯液タンク１４（２００
リットル）を設けた濾過区を設け、ディスクフィルター
２２の詰まり具合を、流量の減少スピードにより測定し
た。この結果を示す図２０より、濾過タンク１２を入れ
なかった場合、１９日後（積算流量約２０３ｔ）には流
量が１／６に減少するのに対し、濾過タンク１２を入れ
た場合、４０日後（積算流量約６６８ｔ）になっても１
０．３リットルから９．５リットルに減少したに過ぎな
かった。したがって、浮遊物質の除去効果が確認され
た。

【０１０４】最後に、養液掛け流し栽培における排液率
データを参照のため記す。

【０１０５】３ケ月半の養液リサイクル区（本リサイク
ルシステム２０に準じ、殺菌・濾過タンクによる濾過・
肥料成分修正を全て行い、養液の廃棄を全く行わなかっ
た完全リサイクル区）と掛け流し対照区（余剰養液を全
て廃棄）の栽培試験を行い、養液リサイクルによりどの
程度、肥料の廃棄量を減らせるかを、掛け流し対照区の
肥料廃棄量から推定した（下記表５参照）。

【０１０６】なお、一般的な裁培における排液率（余剰
養液量／潅液量）は、１０％〜３０％であり、本裁培試
験も最終的な排液率は約２４％であった。

【０１０７】

【表５】

【０１０８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る養液
リサイクル型栽培システムは、余剰養液を無駄に廃棄す
ることなくリサイクルして利用することが可能となって
環境への悪影響を軽減できる。

【０１０９】また、余剰養液を希釈しつつ濾過した後で
殺菌線による殺菌処理を行うので、十分な殺菌効果を得
ることができる。且つ施用する養液の全量を殺菌処理す
るため、不安要因がある用水を使用している場合でも用
水も含めた殺菌処理が行われるという優れた特長があ
る。

【０１１０】また、１パス・マルチパス複合の殺菌処理
が行われるため、殺菌処理に必要な最低照射量は確実に
与えることができる。さらに、塩素系殺菌剤の追加によ
り殺菌効果を持続させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の養液リサイクル型栽培システムの概念
図である。

【図２】同養液リサイクル型栽培システムの基本構成図
である。

【図３】同システムの養液リサイクル処理フロー図であ
る。

【図４】１パス・マルチパス複合処理の場合の養液リサ
イクル制御盤による処理制御手順である。

【図５】１パス処理のみの場合の養液リサイクル制御盤
の処理制御図である。

【図６】１パス処理（ａ）と通常のマルチパス処理
（ｂ）、及び本発明の複合処理（ｃ）の簡単な処理比較
図である。

【図７】濾過タンクの内部構造を示す図である。

【図８】貯液タンク内堰の構造を示す図である。

【図９】養液リサイクル制御盤の制御系統を示す図であ
る。

【図１０】養液リサイクル制御盤のリサイクル処理に係
る諸機器の制御とモニターを示す図である。

【図１１】シリンダー内の紫外線透過率と液層厚のグラ
フである。

【図１２】毎秒あたりの処理量を変化させた場合の紫外
線照射量のグラフである。

【図１３】流水式でＵＶランプが１本の紫外線殺菌装置
の概略図である。

【図１４】紫外線と次亜塩素酸の組み合わせによる殺菌
・制菌効果を示す実験グラフである。

【図１５】紫外線透過率と養液希釈率との相関を示すグ
ラフである。

【図１６】紫外線殺菌による鉄イオンの変化を示すグラ
フである。

【図１７】使用濾材の試験１０日後の有機酸残留率を示
すグラフである。

【図１８】濾材添加によるコマツナ収量の変化（コント
ロール区との比較）のグラフである。

【図１９】濾過タンクの浮遊物質除去効果試験の構成図
である。

【図２０】濾過タンクの有無によるフィルター詰まりの
比較実験のグラフである。

【図２１】従来の養液掛け流し型栽培システムのシステ
ム概略図である。

【符号の説明】

１ 潅液制御盤 ２、２′ 養液調製潅液部 ３ 潅液装置 ４ 栽培ベッド ５ 排液タンク ６ 濾過殺菌装置部 ７ 養液リサイクル制御盤 ８ 潅液制御盤 １０ 養液掛け流し型栽培システム １１ 養液調製タンク １２ 濾過タンク １３ 給水電磁弁 １４ 貯液タンク １５ 養液殺菌装置部 １６ 殺菌剤注入装置 １７ 紫外線殺菌装置 ２０ 養液リサイクル型栽培システム ２１ 養液タンク ２５ ＵＶランプ ２６ シリンダー ２７ ランプジャケット Ｒ０ 排液流量計 Ｒ１ 余剰養液流量計 Ｒ２ ＵＶ処理瞬時流量計 Ｚ１ 余剰養液 Ｚ２ 濾過された希釈余剰養液 Ｚ３ 殺菌処理された希釈余剰養液 Ｚ４ 塩素混入された希釈余剰養液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白神 栄治 群馬県前橋市古市町１丁目50番地12カネ コ種苗株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−47324（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−172947（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−98023（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A01G 31/00 601 C02F 1/32

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 潅液量を調節する潅液制御盤と、養液を
   作成調製する養液調製タンクとこれに肥料を混入する肥
   料混入潅液機器部とからなる養液調製潅液部と、作物が
   植えられる栽培ベッド部と、養液を作物に施用する潅液
   装置と、潅液後の余剰養液を集める排液タンクと、前記
   余剰養液に用水を加えて希釈した養液中の肥料成分を通
   して夾雑物質を濾過する濾過タンク及び濾過した希釈余
   剰養液を貯える貯液タンクと濾過後の希釈余剰養液の紫
   外線殺菌処理を行う養液殺菌装置部とからなる濾過殺菌
   装置部と、余剰養液のリサイクル処理を制御する養液リ
   サイクル制御盤と、これらを連結する配管及びバルブ
   と、を備えてなることを特徴とする養液リサイクル型栽
   培システム。
2. 【請求項２】 紫外線殺菌処理後の希釈余剰養液に塩素
   系殺菌剤を注入する殺菌剤注入装置を設けたことを特徴
   とする請求項１に記載の養液リサイクル型栽培システ
   ム。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の養液リサ
   イクル栽培システムにおいて、希釈・濾過された希釈余
   剰養液を貯液タンクから養液殺菌装置部に送って紫外線
   殺菌処理して養液調製タンクヘ送液する１パス処理と、
   前記１パス処理以外の時間に前記希釈余剰養液が貯液タ
   ンクと養液殺菌装置部との間を循環するマルチパス処理
   と、が複合していることを特徴とする養液リサイクル型
   栽培システム。
4. 【請求項４】 前記養液リサイクル制御盤が前記排液タ
   ンクに貯まった余剰養液を用水にて３〜１０倍に希釈し
   て前記濾過タンクで濾過して前記貯液タンクに貯える処
   理と、この希釈余剰養液を前記養液殺菌装置部にて殺菌
   する処理と、を水位センサと電磁弁にて自動制御し、前
   記潅液制御盤が養液調製潅液部にて殺菌処理された希釈
   余剰養液に肥料原液を混入して新たな養液を作成調製す
   る処理と、作成された養液を前記潅液装置にて栽培ベッ
   ドの作物に潅液する処理と、を自動制御することを特徴
   とする請求項１〜３の何れかに記載の養液リサイクル型
   栽培システムの養液処理方法。