JP5219083B2 - 遺伝子組換え植物の養液栽培排水の処理方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は遺伝子組換え植物の養液栽培排水の処理方法及び装置に関し、とくに遺伝子組換え植物を閉鎖系環境下で養液栽培する植物工場、実験室、温室、栽培装置等（以下、これらを纏めて養液栽培施設という）からの排水を処理する方法及び装置に関する。

近年開発された組換えＤＮＡ技術や細胞融合技術等の遺伝子組換え技術を用いて、農作物に除草剤耐性や病害虫耐性の遺伝子・形質を付与した遺伝子組換え植物、ストレス耐性（例えば耐乾燥性や耐塩性）の遺伝子・形質を付与した不良環境に強い遺伝子組換え植物、高栄養価（例えばオレイン酸やβカロチンの高生産性）の遺伝子・形質を導入した健康に役立つ遺伝子組換え植物等が開発されている（非特許文献１参照）。また最近では、農作物だけでなく医薬・検査薬の成分（医薬品原材料）のような機能性成分を生産する手段として遺伝子組換え植物を利用する研究開発も進められている（特許文献１参照）。これらの遺伝子組換え植物は、膨大な収穫量を必要としない限り適当な室内栽培技術を用いて閉鎖系で養液栽培することが可能であり、閉鎖系で養液栽培することで開放系（屋外）での栽培よりも品質・収量の均一性が確保しやすくなる利点も得られる。

ただし、遺伝子組換え植物は環境（生物多様性等）の保全及び利用に悪影響（人の健康に対する危険も考慮したもの）を及ぼす可能性があり、閉鎖系で栽培する場合であっても、植物の成体や種子等の植物片、胞子や花粉等の植物細胞（以下、これらを「植物片及び細胞」ということがある）を環境中へ飛散・伝播・漏出させない封じ込め対策が必要とされる。従来、実験施設レベルにおいて遺伝子組換え植物を封じ込める方法は知られているが（非特許文献２参照）、植物を継続的に収穫するような養液栽培施設に実験室レベルの封じ込め方法をそのまま適用することは実用性・確実性・経済性の観点から困難である。

これに対し特許文献２は、植物片及び細胞の漏出を確実に防止して効果的に封じ込めることができる遺伝子組換え植物Ｐの養液栽培施設（植物工場）を提案している。特許文献２の開示する養液栽培施設を、図３及び図４を参照して、本発明の理解に必要な限度において説明する。図３に示す養液栽培施設１は、遺伝子組換え植物Ｐを養液栽培する閉鎖系栽培エリア２と、栽培エリア２で収穫した植物Ｐから機能性成分が含まれる食品又は薬品を調製する製造エリア４０と、その栽培エリア２と製造エリア４０との間で収穫した植物Ｐを不活化する不活化エリア５０とを含む。図示例の栽培エリア２は４つの栽培室３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄに区分けされ、各栽培室３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄにそれぞれ独立した養液栽培装置４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄと空調装置５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄと照明装置（図示せず）とが設けられ、各空調装置５に栽培室３からの植物片及び細胞のエリア外への漏出を遮断する排気フィルタ（例えばＨＥＰＡフィルタ）を含めている。図示例の不活化エリア５０には、植物Ｐを自然環境下で発芽・生長・繁殖又は交雑しないように処理する植物不活化装置（例えば凍結乾燥装置）５１が設けられている。また、図示例の製造エリア４０は食品又は薬品の製造室４１と製剤室４２と準備室４５とに区分けされており、そのうち製造室４１がエアロック付き搬送口を介して不活化エリア５０に隣接している。

図３の養液栽培施設１は、栽培エリア２で収穫した遺伝子組換え植物Ｐを不活化エリア５０で不活化したうえで製造エリア４０へ搬送することにより、製造エリア４０に搬送された植物Ｐが製造エリア４０内又は自然環境下で発芽・生長・繁殖又は交雑することを防止する。また、栽培エリア２の各栽培室３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄを陰圧とし、不活化エリア５０を栽培エリア２より弱い陰圧とし、製造エリア４０を陽圧とすることにより、製造エリア４０から不活化エリア５０を経て栽培エリア２へ向かう空気の流れをつくり、植物片及び細胞が空気の流れによって栽培エリア２から漏出することを防止している。更に、栽培エリア２と製造エリア４０とに相互に独立したエアロック付き作業員入口を設け、栽培エリア２及び不活化エリア５０と製造エリア４０との間で作業員の出入を禁止することにより、植物片及び細胞が作業員に付着して栽培エリア２から漏出することも防止している。このような封じ込め対策により、遺伝子組換え植物Ｐを栽培エリア２に封じ込めつつ食品又は薬品に調製することが可能となる。

図４は、図３の養液栽培施設１における給排水システムを示す。図示例の給排水システムは、各栽培室３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ毎に独立した給水タンク５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄを有する。例えば敷地内の井戸５２から軟水器５３及び純粋装置５４を介して給水タンク５６に井水を導き、各栽培室３で栽培する遺伝子組換え植物Ｐの種類に応じた養液を各給水タンク５６で調整したのち各栽培室３の養液栽培装置４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄへ給液する。各栽培室３の養液栽培装置４及び空調装置５からの排水Ｄは、排水流路１０を介して排水貯留槽２０に纏めて集め、排水滅菌容器５７において遺伝子組換え植物Ｐの不活化に必要なバッチ式高圧滅菌処理（例えば滅菌温度（１２１℃）に滅菌時間（例えば１５分）保持する加熱滅菌処理）を施して排水Ｄ中の混入した植物片及び細胞を不活化したのち、一般排水として排水枡等へ放流する。

特開２００５−３４１９３７号公報 特開２００８−１６１１１４公報

社団法人農林水産先端技術振興センター「遺伝子組換え食品について」平成２０年、インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｉｏｔｅｃｈ−ｈｏｕｓｅ．ｊｐ／ｍａｔｅｒｉａｌｓ／ｐｄｆ／ｇｍｏｆｏｏｄｓ．ｐｄｆ＞ 平成１６年文部科学省・環境省令第１号「研究開発等に係る遺伝子組換え生物等の第二種使用等に当たって執るべき拡散防止措置等を定める省令」平成１６年１月２９日公布 伊東正他「蔬菜園芸学」有限会社川島書店、１９９４年５月２０日第４刷発行、ｐｐ．２２６−２３０

図４のように排水Ｄを高圧滅菌処理する方法は、遺伝子組換え植物Ｐを扱う実験施設等において一般的に採用される封じ込め方法であり、養液栽培施設１の規模が小さく排水量が少ない場合は有効である。しかし、高温・高圧に耐える滅菌容器と排水の昇温／降温のためのエネルギーとを必要とし、バッチ式の滅菌容器は小型化を図ることも難しいため、施設１の規模（排水量）が大きくなると容器コストや処理コストが嵩む問題点がある。また高圧滅菌処理法は、処理後の封じ込め効果を簡単に確認することが難しい問題点もある。すなわち、不活化済の植物片及び細胞が処理後の排水中に残り、不活化済のものと不活化前のものとを識別することが困難であるため、処理後の封じ込め効果を確認しないまま放流しているのが現実である。遺伝子組換え植物の環境中への漏出を確実に防止するためには、処理後の排水に植物片及び細胞が不存在であることを少なくとも定期的に確認することが望ましい。

そこで本発明の目的は、植物片及び細胞の漏出を経済的に且つ確実に防止できる遺伝子組換え植物の養液栽培排水の処理方法及び装置を提供することにある。

図１の実施例を参照するに、本発明による遺伝子組換え植物の養液栽培排水の処理方法は、遺伝子組換え植物の養液栽培施設１（図３参照）の排水Ｄを処理する方法において、排水流路１０に取水弁ＶＡ付き取水口路１２と植物片及び細胞の捕捉可能な内部フィルタ１４と排水口１３とを有する濾過器１１を接続し、取水口路１２の取水弁ＶＡとフィルタ１４との間に導入弁ＶＢ付き蒸気導入路１６を接続し、取水弁ＶＡの開放時に導入弁ＶＢを閉鎖して排水Ｄ中の植物片及び細胞をフィルタ１４で捕捉しつつ排水し、取水弁ＶＡの閉鎖時に導入弁ＶＢを開放して高圧蒸気Ｓにより濾過器１１内を植物片及び細胞の不活化温度に所定時間保持したのちフィルタ１４を更新してなるものである。

また、図１のブロック図を参照するに、本発明による遺伝子組換え植物の養液栽培排水の処理装置は、遺伝子組換え植物の養液栽培施設１（図３参照）の排水Ｄを処理する装置において、排水流路１０に接続される取水弁ＶＡ付き取水口路１２と植物片及び細胞の捕捉可能な内部フィルタ１４と排水口１３とを有する濾過器１１、取水口路１２の取水弁ＶＡとフィルタ１４との間に接続されて高圧蒸気Ｓを供給する導入弁ＶＢ付き蒸気導入路１６、フィルタ１４の差圧を検知する差圧検知器１８、並びに検知器１８の出力信号に応じて取水弁ＶＡ及び導入弁ＶＢの開閉を制御する制御装置３０を備えてなるものである。

好ましくは、図１に示すように、排水流路１０の濾過器１１の上流側に複数の排出路２１を有する排水貯留槽２０を設け、取水弁ＶＡ付き濾過器１１と導入弁ＶＢ付き蒸気導入路１６と差圧検知器１８とを各排出路２１にそれぞれ接続し、制御装置３０により各排出路２１の検知器１８の出力信号に応じて全排出路２１の取水弁ＶＡ及び導入弁ＶＢの開閉を制御する。

更に好ましくは、排水貯留槽２０に養液栽培施設１と連通する複数の流入路２３を設け、各流入路２３にそれぞれ流入弁ＶＥ付き流入口路２６と内部スクリーン２８と流出口２７とを有するストレーナ２５を設けると共にそのスクリーン２８の差圧を検知する差圧検知器１９を設け、各流入口路２６の流入弁ＶＥとスクリーン２８との間にそれぞれ高圧蒸気Ｓを供給する導入弁ＶＦ付き蒸気導入路１７を接続し、制御装置３０により各流入路２３の差圧検知器１９の検知信号に応じて全流入路２３の流入弁ＶＥ及び導入弁ＶＦの開閉を制御する。

本発明による遺伝子組換え植物の養液栽培排水の処理方法及び装置は、遺伝子組換え植物の養液栽培施設１からの排水Ｄ中の植物片及び細胞を濾過器１１のフィルタ１４で捕捉することにより除去し、高圧蒸気Ｓの導入により濾過器１１内を植物片及び細胞の不活化温度に所定時間保持して植物片及び細胞をフィルタ１４と共に不活化したのち濾過器１１のフィルタ１４を更新するので、次の効果を奏する。

（イ）従来の高圧滅菌処理法のように排水Ｄを昇温／降温させる必要がなく、高圧蒸気Ｓの導入によってフィルタ１４を不活化温度に保持すれば足りるので、排水Ｄ中の植物片及び細胞の不活化に要するエネルギーを削減できる。
（ロ）また、排水１４を連続処理することが可能であり、バッファー機能を有する貯留槽を設けて排水１４を少しずつ連続的に処理することにより、濾過器１１及びフィルタ１４のサイズを小さく抑える（コンパクト化を図る）ことができる。
（ハ）濾過器１１及びフィルタ１４のサイズを小さく抑えることにより、フィルタ１４の更新コスト及び高圧蒸気Ｓの使用量を低減し、従来の高圧滅菌処理法に比して処理コストの削減を図ることができ、養液栽培施設１からの遺伝子組換え植物の漏出を経済的に防止することが可能となる。
（ニ）排水中の植物片及び細胞をフィルタ１４で捕捉して除去する方式であるため、処理後の排水をモニタリングすることによって封じ込め効果を容易に検知することができ、処理不十分な排水の処理をやり直すことで植物片及び細胞の環境中への漏出を確実に防止できる。
（ホ）また、十分に処理できた排水は養液として再利用（リサイクル）することが可能であり、処理後の排水を養液栽培施設に戻して再利用することにより養液栽培全体の経済性を高めることができる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
本発明の排水処理装置の一実施例の説明図である。 本発明の排水処理装置の他の実施例の説明図である。 従来の遺伝子組換え植物の養液栽培施設の一例の説明図である。 図３の養液栽培施設における排水処理装置の説明図である。

図１は、養液栽培施設１からの排水を処理する本発明の排水処理装置の一実施例を示す。図示例の養液栽培施設１は、例えば図３及び図４を参照して上述したように養液栽培装置４と空調装置５と照明装置とを設けた閉鎖系環境下の栽培室３（栽培エリア２）で遺伝子組換え植物Ｐを栽培し、少なくとも養液栽培装置４の排水Ｄを排水流路１０へ排出するものである。養液栽培（ｈｙｄｒｏｐｏｎｉｃｓ、ｎｕｔｒｉｃｕｌｔｕｒｅ）とは土壌を用いずに養分を無機塩類の水溶液（培養液）として与えることを特徴とする栽培法であり（非特許文献３参照）、養液栽培装置４の一例は流動法（ＮＦＴ、ＤＦＴ）や静置法（浮根法、毛管法、筒栽培法）等の水耕栽培方式、噴霧耕方式、又は礫耕・砂耕・ロックウール耕等の固形培地耕方式のものである。図３に示すような養液栽培施設１では、空調装置５の排水（ドレイン）や栽培室３内で発生する結露水などにも植物Ｐの植物片及び細胞が混入しうるので、それらも排水流路１０へ排出して養液栽培装置４の排水Ｄと共に本発明の排水処理装置で処理することができる。ただし本発明は、図３の養液栽培施設１への適用に限定されるものではなく、遺伝子組換え植物Ｐの養液栽培施設１の排水処理に広く適用可能である。

図示例の排水流路１０は、養液栽培施設１からの排水Ｄを一時的に貯える排水貯留槽（原水タンク）２０と、養液栽培施設１からの排水Ｄを排水貯留槽２０に送る複数の流入路２３と、排水貯留槽２０に貯えた排水Ｄを排出する複数の排出路２１とを有している。養液栽培施設１からの排水Ｄは、その栽培方法に応じて常時定量的に排水されるのではなく、遺伝子組換え植物体Ｐの入れ換え時等に１回／週程度の頻度で１〜２時間／回程度にわたり集中的に排水されることがある。図示例のようにバッファー機能を有する貯留槽２０を排水流路１０に設けることにより、排水流量の変動に拘わらず、貯留槽２０の下流側の排水流路１０（排出路２１）で排水Ｄを定量的に処理することができる。ただし、本発明は貯留槽２０を有する排水流路１０への適用に限定されるものでなく、貯留槽２０のない排水流路１０にも適用可能である。

本発明の排水処理装置は、排水流路１０（図示例では排水貯留槽２０からの排出路２１）に接続されて排水Ｄ中の植物片及び細胞を捕捉する濾過器１１と、その濾過器１１に接続する導入弁ＶＢ付き蒸気導入路１６とを有する。濾過器１１は、排水流路１０に接続する取水弁ＶＡ付き取水口路１２と、植物片及び細胞の捕捉可能な内部フィルタ１４と、排水口１３とを有する。濾過器１１の取水口路１２は、排水流路１０から取り入れた排水Ｄを内部フィルタ１４の一次側へ導く流路であり、濾過器１１のハウジング内蔵管路又は図示例のように濾過器１１の取水口に接続して取り付けた取水弁ＶＡ付き外付け管路とすることができる。濾過器１１の取水口路１２の取水弁ＶＡとフィルタ１４との間に導入弁ＶＢを介して蒸気導入路１６の一端を接続し、その導入路１６の他端を蒸気発生器１５と接続することにより、導入弁ＶＢの開放時に蒸気発生器１５から濾過器１１のハウジング内に植物片及び細胞の不活化のための高圧蒸気Ｓを供給可能とする。

排水Ｄを処理する際は、濾過器１１の取水弁ＶＡを開放すると共に導入弁ＶＢを閉鎖し、取水口路１２を介して排水Ｄを濾過器１１内に流入させ、排水Ｄ中の植物片及び細胞をフィルタ１４で捕捉しながら排水口１３から排水する。フィルタ１４の一例は、遺伝子組換え植物Ｐの花粉等の植物細胞より小径の微細孔を有し、排水Ｄ中に混入しうる植物片及び細胞を全て捕捉・除去することができるメンブレンフィルタ又は液濾過フィルタである。例えばフィルタ１４として孔径５〜１０μｍ程度の精密濾過膜を使用するが、フィルタ１４の種類（限界濾過膜や精密濾過膜、又はその材料等）及び孔径（又は分画分子量）は植物Ｐの種類、排水Ｄの性状等に応じて適宜に選択可能である。

また、例えば定期的に手動操作で濾過器１１の取水弁ＶＡを閉鎖すると共に導入弁ＶＢを開放し、蒸気発生器１５から蒸気導入路１６を介して高圧蒸気Ｓを導入して濾過器１１内を植物片及び細胞の不活化温度に所定時間保持する。例えば濾過器１１のハウジング容積が２ｍ^３程度である場合は、度蒸気導入路１６を介して導入量２０Ｋｇ／時程度の高圧蒸気を導入継続時間３０分／回程度で導入することにより、濾過器１１内を不活化温度（１２１℃）に所定時間（例えば１５分）保持することができる。不活化温度及びその保持時間（すなわち高圧蒸気の導入量及び導入継続時間）は、遺伝子植物Ｐの種類、排水Ｄの性状等に応じて適宜に選択可能である。高圧蒸気Ｓの導入によりフィルタ１４に捕捉された植物片及び細胞を不活化したのち導入弁ＶＢを閉鎖し、フィルタ１４を更新したうえで取水弁ＶＡを開放して排水Ｄの処理を再開する。例えば、メンブレンフィルタ等のフィルタ１４を濾過器１１のハウジング内に交換可能な態様で設け、不活化処理後にフィルタ１４を交換することにより更新する。或いは、フィルタ１４に捕捉された植物片及び細胞を簡単に取り除くことができる場合は、不活化処理後にフィルタ１４の捕捉物を除去することで更新してもよい。

なお、不活化時に導入した高圧蒸気Ｓは濾過器１１内で凝縮液（ドレイン）となるので排水Ｄと同様に排水口１３を介して排出可能であるが、濾過器１１内にドレインが滞留すると蒸気Ｓによる加熱（不活化温度への加熱）が阻害され、植物片及び細胞の不活化処理が不十分なものとなりうる。排水口１３からドレインを迅速に排出することが難しい場合は、図示例のように濾過器１１の排水口１３に排水弁ＶＣを設けると共にフィルタ１４と排水弁ＶＣとの間に排蒸気弁ＶＤを介して蒸気排路３２を接続し、蒸気導入路１６の導入弁ＶＢの開放時に排水弁ＶＣを閉鎖すると共に排蒸気弁ＶＤを開放し、排水Ｄと別経路の蒸気排路３２を介してドレインを迅速に排出することが望ましい。排水弁ＶＣ及び排蒸気弁ＶＤは濾過器１１のハウジングに内蔵可能であるが、例えば濾過器１１の排水口１３に排水弁ＶＣ付き外付け管路を取り付け、その外付け管路に排蒸気弁ＶＤ付き蒸気排路３２を接続してもよい。

図示例のように、排水流路１０の濾過器１１の上流側にバッファーとなる排水貯留槽２０を設けた場合は、貯水槽２０の複数（図示例では２本）の排出路２１にそれぞれ取水弁ＶＡ付き濾過器１１及び導入弁ＶＢ付き蒸気導入路１６を接続し、何れかの濾過器１１の取水弁ＶＡの閉鎖時に他の濾過器１１の取水弁ＶＡを開放することにより、排水Ｄを連続的に処理することができる。例えばポンプ２２により貯留槽２０の排水Ｄを少しずつ送り出し、定期的に濾過器１１を切替えながら排水Ｄを連続的に処理することにより、各排出路２１の濾過器１１及びフィルタ１４のサイズを小さく抑え、フィルタ１４の更新コスト及び高圧蒸気Ｓの使用量を低減することができる。貯留槽２０の下流側に３本以上の排出路２１を設けることにより、濾過器１１及びフィルタ１４のサイズを更に小さくすることも可能である。例えばフィルタ１４が消耗品であって交換コストが必要となる場合でも、フィルタ１４の小型化を図ると共に高圧蒸気Ｓの使用量を低減することにより、本発明による排水処理コストを従来の高圧滅菌処理法に比して削減し、養液栽培施設１からの遺伝子組換え植物の漏出を経済的に防止することができる。

好ましくは、図示例のように各排水処理装置にフィルタ１４の差圧（濾過器１１の一次側（取水口路１２側）と二次側（排水口１３側）との間の差圧（圧損））を検知する差圧検知器１８を含め、その差圧検知器１８による差圧（すなわちフィルタ１４の目詰まり）の検知に応じて濾過器１１の取水弁ＶＡの開閉を制御する。例えば、差圧が初期圧損０．０１Ｍｐａから０．０５Ｍｐａに達したときに取水弁ＶＡを閉鎖し、導入弁ＶＢを開放して高圧蒸気Ｓを導入し、濾過器１１内の植物片及び細胞の不活化したのちフィルタ１４を更新する。また図示例では、差圧検知器１８の出力信号に応じて取水弁ＶＡの開閉を制御する制御装置３０を排水処理装置に含め、何れかの排出路２１の差圧検知器１８が差圧を検知したときに、制御装置３０により差圧の生じた排出路２１の取水弁ＶＡを閉鎖すると共に他の排出路２１の取水弁ＶＡを開放し、取水弁ＶＡの自動切替えによる排水Ｄの連続処理を可能としている。また、制御装置３０により各排出路２１の取水弁ＶＡだけでなく導入弁ＶＢの開閉をも制御し、差圧の生じた排出路２１の濾過器１１に高圧蒸気Ｓを導入する不活化処理も自動化することができる。更に、図示例のように蒸気排路３２を設けている場合は、制御装置３０によって排水口１３の排水弁ＶＣ及び蒸気排路３２の排蒸気弁ＶＤを制御し、不活化処理時のドレインの排水切替えも自動化することが可能である。

更に好ましくは、図示例のように排水貯留槽２０に養液栽培施設１と連通する複数の流入路２３を設け、各流入路２３にそれぞれ流入弁ＶＥ付き流入口路２６と植物片の捕捉可能な内部スクリーン２８と流出口２７とを有するストレーナ２５を設け、各ストレーナ２５の流入口路２６の流入弁ＶＥとスクリーン２８との間にそれぞれ導入弁ＶＦ付き蒸気導入路１７を接続する。ストレーナ２５の流入口路２６は、排水流路１０から取り入れた排水Ｄを内部スクリーン２８の一次側へ導く流路であり、ストレーナ２５のハウジング内蔵管路又は図示例のようにストレーナ２５の流入口に接続して取り付けた流入弁ＶＥ付き外付け管路とすることができる。何れかの流入路２３の流入弁ＶＥを開放して排水Ｄ中の比較的大きな植物片を捕捉しつつ貯留槽２０へ連続的に排水Ｄを流出させ、流入弁ＶＥを閉鎖した流入路２３の導入弁ＶＦを開放して高圧蒸気Ｓによりストレーナ２５のハウジング内を植物片の不活化温度の所定時間保持したのちスクリーン２８を更新する。例えば、不活化処理後にスクリーン２８の捕捉物を除去することにより更新するか、或いは不活化処理後にスクリーン２８を交換することにより更新する。

図示例のように、ストレーナ２５によって排水Ｄ中の大径の植物片を予め粗取りしたうえで下流側の濾過器１１で微細な植物片及び細胞を除去することにより、濾過器１１の差圧（フィルタ１４の目詰まり）を生じにくくし、フィルタ１４の更新の頻度を低減して排水処理コストを更に削減することができる。スクリーン２８として例えば４０メッシュ程度の金網を使用することができるが、スクリーン２８のメッシュサイズも遺伝子組換え植物Ｐの種類、排水Ｄの性状等に応じて適宜に選択可能である。なお、濾過器１１の場合と同様に、不活化時にストレーナ２５内に導入した高圧蒸気Ｓの凝縮液（ドレイン）は流出口２７から貯留槽２０へ流出させてもよいが、必要に応じてストレーナ２５に蒸気排路３３を設けてドレインを迅速に流出させることが望ましい。すなわち、図示例のようにストレーナ２５の流出口２７に流出弁ＶＧを設けると共にスクリーン２８と流出弁ＶＧとの間に排蒸気弁ＶＨを介して蒸気排路３３を接続し、蒸気導入路１７の導入弁ＶＦの開放時に流出弁ＶＧを閉鎖すると共に排蒸気弁ＶＨを開放し、蒸気排路３３を介してドレインを流出する。例えばストレーナ２５の流出口２７に流出弁ＶＧ付き外付け管路を取り付け、その外付け管路に排蒸気弁ＶＨ付き蒸気排路３３を接続する。なお図示例では、腐食の原因となりうる比較的高温のドレインの排水貯留槽２０への流入を避け、ストレーナ２５からのドレインを後述するモニタリング槽３４へ流出させている。

排水貯留槽２０の各流入路２３の流入弁ＶＥは例えば定期的に手動操作で切替え可能であるが、図示例のように各流入路２３にもそれぞれスクリーン２８の差圧（ストレーナ２５の一次側（流入口路２６側）と二次側（流出口２７側）との間の差圧（圧損））を検知する差圧検知器１９を設け、制御装置３０によって差圧検知器１９の検知信号に応じて各流入路２３の流入弁ＶＥの開閉を自動制御することができる。また、制御装置３０によって各流入路２３の導入弁ＶＦの開閉をも制御し、差圧の生じた流入路２３のストレーナ２５に高圧蒸気Ｓを導入する不活化処理も自動化することができる。例えば、検知器１９により差圧０．０２Ｍｐａを検知したときに流入弁ＶＥを自動的に閉鎖して流入路２６を切替え、上述した濾過器１１の不活化処理と同様に、差圧を検知した流入路２３の導入弁ＶＦを開放してストレーナ２５のハウジング内に高圧蒸気を所定導入量で所定時間継続的に導入して植物片の不活化温度（１２１℃）に所定時間（例えば１５分）保持したのち、差圧の生じたスクリーン２８を更新（例えばスクリーン２８の捕捉物を除去）する。更に、図示例のように蒸気排路３３を設けた場合は、制御装置３０によってストレーナ２５の流出口２７の排水弁ＶＣと蒸気排路３３の排蒸気弁ＶＨを制御し、不活化処理時のドレインの排水切替えも自動化することができる。

本発明は、従来の高圧滅菌処理法のように排水Ｄを昇温／降温させる必要がなく、高圧蒸気Ｓの導入によってフィルタ１４を不活化温度に保持すれば足りるので、排水Ｄ中の植物片及び細胞の不活化に要するエネルギーを削減できる。また、排水１４を少しずつ連続処理することにより濾過器１１及びフィルタ１４のサイズを小さく抑え、フィルタ１４の更新コスト及び高圧蒸気Ｓの使用量を削減し、従来の高圧滅菌処理法に比して養液栽培施設１からの遺伝子組換え植物の漏出を経済的に防止することができる。更に、排水中の植物片及び細胞をフィルタ１４によって捕捉して除去する方式であるため、処理後の排水中の植物片及び細胞をモニタリングすることによって処理後の封じ込め効果を比較的容易に確認することができ、処理不十分な排水の放流を適当な方法で阻止することにより植物片及び細胞の環境中への漏出を確実に防ぐことができる。

こうして本発明の目的である「植物片及び細胞の漏出を経済的に且つ確実に防止できる遺伝子組換え植物の養液栽培排水の処理方法及び装置」の提供を達成できる。

図１の実施例では、排水流路１０の濾過器１１の下流側にモニタリング槽３４を設けると共に、モニタリング槽３４の排水Ｄを排水貯留槽２０又は養液栽培施設１へ返送する開閉弁ＶＪ付き排水返送路３５と、モニタリング槽３４内の植物片及び細胞を検出するセンサ３７とを設けている。センサ３７によりモニタリング槽３４内の植物片及び細胞を検出し、植物片及び細胞が検出されない場合にのみ放流弁ＶＩを開放して排水Ｄを排水枡等へ放流し、植物片及び細胞が検出された時はモニタリング槽３４の排水Ｄをポンプ３６により排水貯留槽２０又は養液栽培施設１へ戻して排水処理をやり直す。このようなセンサ３７として、例えばモニタリング槽３４内の計測域に半導体レーザー光を照射して前方又は側方散乱光から排水Ｄ中の植物片又は細胞を計測（又は計数）する計測器を用いることができる。

また図示例では、センサ３７の出力信号に応じて放流弁ＶＩ及び排水返送路３５の開閉弁ＶＪの開閉を制御する制御装置３９を排水処理装置に含め、センサ３７により植物片及び細胞が検出されたときに、制御装置３９により放流弁ＶＩを閉鎖すると共に開閉弁ＶＪを開放し、処理不十分な排水Ｄをモニタリング槽３４から排水貯留槽２０又は養液栽培施設１へ戻している。返送路３５を排水貯留槽２０及び養液栽培施設１に切替弁ＶＫ、ＶＬを介して接続し、制御装置３９によって切替弁ＶＫ、ＶＬの開閉を制御することにより、排水貯留槽２０及び養液栽培施設１の何れに処理不十分な排水Ｄを戻すかを制御装置２９で切り替えることも可能である。図示例のように処理不十分な排水の処理をやり直すことにより、植物片及び細胞の環境中への漏出を一層確実に防止することができる。

また、図示例のようにモニタリング槽３４に養液濃度センサ３８を設け、モニタリング槽３４の排水Ｄ（養液）の養分濃度（窒素、燐酸、カリウム等の濃度）又は放流水質をモニタリングすることにより、例えば養液濃度が低い排水Ｄは放流弁ＶＩを開放して排水Ｄを放流し、養液濃度が高い排水Ｄ（養液）はモニタリング槽３４から養液栽培施設１へ戻して養液として再利用（リサイクル）することもできる。モニタリング槽３４の排水Ｄに養分補給装置（図示せず）を設け、センサ３８で不足が検知された養分を排水Ｄに補給することにより、ほとんどの排水Ｄを養液栽培施設１に戻して養液として再利用することも可能である。処理後の排水Ｄを養液栽培施設１に戻して再利用することにより、植物片及び細胞の環境中への漏出を一層確実に防止すると共に養液栽培全体の経済性を高めることが期待できる。

図２は、排水流路１０の排水貯留槽２０とフィルタ１２付き濾過器１１との間に、更にプレフィルタ６４付きプレ濾過器６１を配置した実施例を示す。例えば図３のように複数の養液栽培装置４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄを設けた養液栽培施設１では、排水Ｄ中に複数の遺伝子組換え植物Ｐの様々な大きさの植物片及び細胞が混入しうる。図１のように上流側のストレーナ２５のスクリーン２８で比較的大径の植物片を粗取りすることにより下流側の濾過器１１のフィルタ１４の急速な目詰まりを避けることができるが、例えば植物細胞を捕捉するフィルタ１４（例えばメンブランフィルタ等）の更新の頻度を更に低減するためには、フィルタ１４の孔径より大きな植物片等をできる限り上流側で除去しておくことが望ましい。その全ての植物片を細かいメッシュのスクリーン２８で除去することも可能であるが、逆にスクリーン２８の目詰まりが生じやすくなり、スクリーン２８の更新頻度及びスクリーン２８の不活化のための高圧蒸気Ｓの使用量が増大してしまう。図２に示すように、ストレーナ２５と濾過器１１との間にプレ濾過器６１を設け、スクリーン２８より粗いがフィルタ１４より細かい植物片をプレ濾過器６１で捕捉・除去することにより、フィルタ１４やスクリーン２８の目詰まり頻度を低減すると共にシステム全体としての高圧蒸気Ｓの使用量を節減することができる。

図２の実施例では、排水貯留槽２０の下流側に複数のプレ排出路６８を設け、そのプレ排出路２１の各々にプレフィルタ６４付きプレ濾過器６１を設け、各プレ排出路６８の下流端を中間路６９に接続して合流させ、その中間路６９の下流端に複数の排出路２１を接続して上述した取水弁ＶＡ付き濾過器１１を接続している。必要に応じて中間路６９に排水貯留槽（図示せず）を設け、プレ排出路６８からの排水Ｄを貯留槽に一旦貯えたうえで排出路２１に排出してもよい。図示例のプレ濾過器６１は、貯留槽２０に連通する取水弁ＶＭ付き取水口路６２と内部プレフィルタ６４と排水口６３とを有し、その取水口路６２の取水弁ＶＭとプレフィルタ６４との間に導入弁ＶＮ付き蒸気導入路６６を接続して濾過器１１と同様の構造としたものである。プレフィルタ６４の一例は、上述した濾過器１１のフィルタ１４よりも大きく且つストレーナ２５のスクリーン２８よりも小さい細孔を有するメンブレンフィルタ又は液濾過フィルタであるが、プレフィルタ６４の種類及び孔径は植物Ｐの種類、排水Ｄの性状等に応じて適宜に選択可能である。

複数のプレ排出路６８のうち何れかの取水弁ＶＭを開放して貯留槽２０から排水Ｄをプレ濾過器６１に取り入れ、ストレーナ２５の通過後に残存する比較的大きな植物片をプレフィルタ６４で捕捉しつつ排水Ｄを下流の中間路６９へ排水する。また、流入弁ＶＭを閉鎖したプレ排出路６８の導入弁ＶＮを開放して蒸気導入路６６から高圧蒸気Ｓをプレ濾過器６１のハウジング内に導入し、プレ濾過器６１内を植物片の不活化温度（例えば１２１℃）に所定時間（例えば１５分）保持したのち、導入弁ＶＮを閉鎖してプレフィルタ６４を更新する。例えば、メンブレンフィルタ等のプレフィルタ６４をプレ濾過器６１のハウジング内に交換可能な態様で設けて不活化処理後にプレフィルタ６４を交換するか、或いは、不活化処理後にプレフィルタ６４の捕捉物を除去する。植物片の不活化時にプレ濾過器６１内に導入した高圧蒸気Ｓの凝縮液（ドレイン）は、排水口６３から排水してもよいが、上述した濾過器１１の場合と同様にプレ濾過器６１の排水口６３に排水弁ＶＯを設けると共にプレフィルタ６４と排水弁ＶＯとの間に排蒸気弁ＶＰを介して蒸気排路６７を接続し、蒸気導入路６６の導入弁ＶＮの開放時に排水弁ＶＯを閉鎖すると共に排蒸気弁ＶＰを開放することにより、蒸気排路６７を介してドレインを迅速に排出することができる。中間路６９に排水されたプレ濾過器６１の排水Ｄは、何れかの排出路２１の取水弁ＶＡの開放時に濾過器１１を介して排水され、プレフィルタ６４の通過後に残存する微細な植物片及び細胞が濾過器１１のフィルタ１４で更に捕捉・除去される。

図２の複数のプレ排出路６８を例えば定期的に手動操作で切替えることで排水Ｄを連続的に処理するが、好ましくは図示例のように、プレフィルタ６４の差圧（プレ濾過器６１の一次側（取水口路６２側）と二次側（排水口６３側）との間の差圧（圧損））を検知する差圧検知器６５を設け、制御装置３０により差圧検知器６５の差圧検知信号に応じてプレ濾過器６１の取水弁ＶＭの開閉を制御し、差圧の生じたプレ排出路６１の取水弁ＶＭを閉鎖すると共に他のプレ排出路６１の取水弁ＶＭを開放する自動切替えによって排水Ｄの連続処理を可能とする。また、制御装置３０によって各プレ排出路６１の導入弁ＶＮを自動制御して差圧の生じたプレ排出路６１のプレ濾過器６１に高圧蒸気Ｓを導入し、排水口６３の排水弁ＶＯ及び蒸気排路６７の排蒸気弁ＶＰを自動制御して高圧蒸気Ｓのドレインを蒸気排路６７へ排水することも可能である。

なお、図２の実施例ではストレーナ２５と濾過器１１との間に１段のプレ濾過器６１を設けているが、ストレーナ２５と濾過器１１との間に段階的に孔形が細かくなる複数段のプレ濾過器６１を設けることができる。複数段のプレ濾過器６１及び濾過器１１で排水Ｄ中の植物片及び細胞を段階的に捕捉・除去することにより、プレ濾過器６１のプレフィルタ６４と濾過器１１のフィルタ１４の更新の頻度を共に低減させると共に、そのフィルタ６４、１４の更新時に要する高圧蒸気Ｓの使用量を削減し、遺伝子組換え植物Ｐの排水処理の経済性を更に高めることが期待できる。

１…遺伝子組換え植物工場 ２…栽培エリア
２Ａ…前室 ２Ｂ…後室
２Ｃ…廊下 ３…栽培室
４…養液栽培装置 ５…空調装置
６Ａ…栽培エリア入口（作業員用） ６Ｂ…栽培エリア入口（資材用）
７Ａ…栽培エリア出口（作業員用） ７Ｂ…栽培エリア出口（資材用）
９…外周廊下 ９Ａ…施設入口
９Ｂ…施設出口
１０…排水流路 １１…濾過器
１２…取水口路 １３…排水口
１４…フィルタ １５…蒸気発生装置
１６…蒸気導入路 １７…蒸気導入路
１８…差圧検知器 １９…差圧検知器
２０…排水貯留槽 ２１…排出路
２２…ポンプ ２３…流入路
２５…ストレーナ ２６…流入口路
２７…流出口 ２８…スクリーン
３０…制御装置
３２…蒸気排路 ３３…蒸気排路
３４…モニタリング槽 ３５…排水返送路
３６…ポンプ ３７…植物片及び細胞検出センサ
３８…養液濃度センサ ３９…制御装置
４０…製造エリア ４１…製造室
４２…製造装置 ４３…製剤室
４４…製剤装置 ４５…準備室
４６…洗浄装置 ４７…更衣室
４８…更衣前室 ４９…手洗い場
５０…不活化エリア ５１…植物不活化装置
５２…井戸 ５３…軟水器
５４…純水装置 ５５…給水路
５６…給水タンク ５７…排水滅菌容器
６１…プレ濾過器 ６２…取水口路
６３…排水口 ６４…プレフィルタ
６５…差圧検知器 ６６…蒸気導入路
６７…蒸気排路 ６８…プレ排出路
６９…合流中間路
Ｄ…排水 Ｓ…高圧蒸気
Ｐ…遺伝子組換え植物

Claims (10)

1. 遺伝子組換え植物の養液栽培施設の排水を処理する方法において、排水流路に取水弁付き取水口路と植物片及び細胞の捕捉可能な内部フィルタと排水口とを有する濾過器を接続し、前記取水口路の取水弁とフィルタとの間に導入弁付き蒸気導入路を接続し、前記取水弁の開放時に導入弁を閉鎖して排水中の植物片及び細胞をフィルタで捕捉しつつ排水し、前記取水弁の閉鎖時に導入弁を開放して高圧蒸気により濾過器内を植物片及び細胞の不活化温度に所定時間保持したのちフィルタを更新してなる遺伝子組換え植物の養液栽培排水の処理方法。
2. 請求項１の処理方法において、前記排水流路の濾過器上流側に複数の排出路を有する排水貯留槽を設け、前記取水弁付き濾過器と導入弁付き蒸気導入路とを各排出路にそれぞれ接続し、何れかの濾過器の取水弁の閉鎖時に他の濾過器の取水弁を開放して連続的に排水を処理してなる遺伝子組換え植物の養液栽培排水の処理方法。
3. 請求項２の処理方法において、前記排水貯留槽に養液栽培施設と連通する複数の流入路を設け、前記各流入路にそれぞれ流入弁付き流入口路と植物片の捕捉可能な内部スクリーンと流出口とを有するストレーナを設け、前記各流入口路の流入弁とスクリーンとの間にそれぞれ導入弁付き蒸気導入路を接続し、何れかの流入路の流入弁を開放して排水中の植物片を捕捉しつつ貯留槽へ連続的に排水を流出させ、前記流入弁を閉鎖した流入路の導入弁を開放して高圧蒸気によりストレーナ内を植物片の不活化温度に所定時間保持したのちスクリーンを更新してなる遺伝子組換え植物の養液栽培排水の処理方法。
4. 請求項２又は３の処理方法において、前記排水流路の濾過器下流側にモニタリング槽を設け、前記モニタリング槽において植物片及び細胞を検出し且つ検出時に排水をモニタリング槽から排水貯留槽又は養液栽培施設へ戻してなる遺伝子組換え植物の養液栽培排水の処理方法。
5. 請求項１から４の何れかの処理方法において、前記フィルタを遺伝子組換え植物の花粉又は胞子より小径の微細孔を有するメンブレンフィルタとしてなる遺伝子組換え植物の養液栽培排水の処理方法。
6. 遺伝子組換え植物の養液栽培施設の排水を処理する装置において、排水流路に接続される取水弁付き取水口路と植物片及び細胞の捕捉可能な内部フィルタと排水口とを有する濾過器、前記取水口路の取水弁とフィルタとの間に接続されて高圧蒸気を供給する導入弁付き蒸気導入路、前記フィルタの差圧を検知する差圧検知器、並びに前記差圧検知器の出力信号に応じて取水弁及び導入弁の開閉を制御する制御装置を備えてなる遺伝子組換え植物の養液栽培排水の処理装置。
7. 請求項６の処理装置において、前記排水流路の濾過器上流側に複数の排出路を有する排水貯留槽を設け、前記取水弁付き濾過器と導入弁付き蒸気導入路と差圧検知器とを各排出路にそれぞれ接続し、前記制御装置により各排出路の差圧検知器の出力信号に応じて全排出路の取水弁及び導入弁の開閉を制御してなる遺伝子組換え植物の養液栽培排水の処理装置。
8. 請求項７の処理装置において、前記排水貯留槽に養液栽培施設と連通する複数の流入路を設け、前記各流入路にそれぞれ流入弁付き流入口路と植物片の捕捉可能な内部スクリーンと流出口とを有するストレーナを設けると共にスクリーンの差圧を検知する差圧検知器を設け、前記各流入口路の流入弁とスクリーンとの間にそれぞれ高圧蒸気を供給する導入弁付き蒸気導入路を接続し、前記制御装置により各流入路の差圧検知器の検知信号に応じて全流入路の流入弁及び導入弁の開閉を制御してなる遺伝子組換え植物の養液栽培排水の処理装置。
9. 請求項７又は８の処理装置において、前記排水流路の濾過器下流側にモニタリング槽を設け、前記モニタリング槽の排水を排水貯留槽又は養液栽培施設へ返送する開閉弁付き排水返送路、前記モニタリング槽内の植物片及び細胞を検出するセンサ、並びに前記センサの出力信号に応じて返送路の開閉弁を制御する制御装置を設けてなる遺伝子組換え植物の養液栽培排水の処理装置。
10. 請求項６から９の何れかの処理装置において、前記フィルタを遺伝子組換え植物の花粉又は胞子より小径の微細孔を有するメンブレンフィルタとしてなる遺伝子組換え植物の養液栽培排水の処理装置。

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