JPH09107826A

JPH09107826A - 水耕栽培装置および水耕栽培方法

Info

Publication number: JPH09107826A
Application number: JP7295995A
Authority: JP
Inventors: Itsuki Koto; 厳古藤; Muneo Ito; 宗夫伊藤
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd; Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd; Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 1997-04-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【解決手段】培養液を供給循環して植物を栽培するに
当たり、培養液供給循環路４に前処理フィルター１０と
限外濾過膜８を備えた濾過装置を設け、濾過液は培養液
供給循環路４に戻し、植物の成長に弊害のある物質は定
期的に水耕栽培装置系外に排出するようにした水耕栽培
装置および水耕栽培方法。【効果】植物の成長に弊害のある物質が腐敗して有機
酸になる前に装置系外に排出するので、有機酸によるｐ
Ｈ低下を防止でき、培養液の交換が不要となると共に、
植物の成長を促進できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、培養液を供給循環
して植物を栽培する水耕栽培において、培養液を精製す
るようにした水耕栽培装置および水耕栽培方法に関す
る。さらに詳しくは、培養液を供給循環して植物を栽培
する水耕栽培装置において、培養液供給循環路に限外濾
過装置、好ましくは限外濾過膜と前処理フィルターを並
列に備えた限外濾過装置を組み込んだ水耕栽培装置、お
よびこれを用いて供給循環する培養液中の植物の成長に
弊害のある物質を除去する水耕栽培方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】水耕栽培で用いられる培養液中には、植
物の切れた根、種子の殻などの腐敗による有機酸、およ
び種子、水、人、装置、空気等から伝染するウィルス、
カビといった病原菌等からなる、植物の成長に弊害のあ
る物質が時間の経過とともに増えてくる。

【０００３】従来より水耕栽培では、培養液中の植物の
成長に弊害のある物質を除去する方法として、培養液を
新しい液と交換する方法がとられている。交換は培養液
の濁度や植物の成長具合をみて行われるのが一般的であ
る。適切な交換時期を決める方法としては、定量的に植
物に弊害のある物質を測定できる分析手段を用いたシス
テム装置が提案されている。（特開平１−２１５２２２
号）他に、精密濾過膜を用いた培養液の除菌方法が提案され
ている。（特開昭６３−２９４７１７号）

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法
は、植物に弊害のある物質を含む培養液を新しい液と交
換するため、大量の培養液を廃液として排出する。廃液
の処理には、環境汚染の問題と処理コストがかかるとい
った問題がある。また、定量的に植物に弊害のある物質
を測定できる分析手段を用いたシステムを用いる場合
も、培養液中に有害な物質が増えてからシステムが作動
するといった問題もある。

【０００５】また、精密濾過膜を用いて培養液の除菌も
試みられているが、植物の成長に弊害のある物質の大き
さが膜孔径に近いため、植物の成長に弊害のある物質に
よる目詰まりが生じるため濾過速度の低下が大きく、さ
らに、えそ病、モザイク病、すじ腐れ病等は防止できな
いため実用化に至っていない。

【０００６】本発明の目的は、従来の水耕栽培装置を用
いた水耕栽培方法が抱える問題点を解決することであ
る。すなわち、安定した濾過速度を保ちつつ、植物の成
長に弊害のある物質を水耕栽培装置系外へ取り出せる装
置および水耕栽培方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、濾過速度の低
下が少なく、植物の成長に弊害のある物質を水耕栽培装
置系外へ取り出せる限外濾過装置を用いることによっ
て、前記の課題を解決したものである。すなわち、本発
明は、培養液を供給循環して植物を栽培する水耕栽培装
置において、培養液供給循環路に限外濾過装置を組み込
んで成ることを特徴とする水耕栽培装置であり、また、
この水耕栽培装置において、限外濾過装置として限外濾
過膜と前処理フィルターを並列に備えた限外濾過装置を
用いることを特徴とする水耕栽培装置である。さらに、
本発明は、培養液を供給循環して植物を栽培する水耕栽
培方法において、培養液供給循環路中の培養液中から、
植物の成長に弊害のある物質を除去することを特徴とす
る水耕栽培方法である。

【０００８】本発明の限外濾過装置に装着する限外濾過
膜は、蛋白阻止率９０％の表示方法による分画分子量３
０００〜１００００００のものがよい。分画分子量が小
さくなると濾過速度が遅くなり、逆に大きくなると植物
の成長に弊害のある物質の除去性や、弊害のある物質に
よる目詰まりによって濾過速度の低下が大きくなるの
で、好ましくは６０００〜１０００００のものがよい。

【０００９】本発明に用いる限外濾過膜では、植物の病
原菌である、ウィルス、かび類が除去できるため、病原
菌の増殖が抑制され、植物のえそ病、モザイク病、すじ
腐れ病、萎ちょう病、根腐病、青枯病、立枯病およびつ
る枯病等の発生を抑制することができる。

【００１０】上記限外濾過膜の材質としては、有機質膜
および無機質膜が使用できる。例えば、ポリアクリルニ
トリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエ
チレン、ポリプロピレン、ポリスルフォン、ポリエチレ
ン、酢酸セルロース、ポリアミド、ポリビニリデンクロ
ライド、ポリエーテルサルフオンおよびアルミナ等であ
る。膜の形状は管状膜、平板膜、スパイラル膜、中空糸
膜等いずれでもよい。

【００１１】濾過法は、膜濾過面と直交するように液を
流す方法と平行に流す方法が知られているが、どちらで
も採用することができる。安定した濾過速度を得るに
は、循環タンクを備えた限外濾過装置を用いて循環式連
続処理法で行い、操作圧力は膜の耐圧性と濾過安定性を
考慮して最適な値を定めるとよい。濾過速度は培養液の
全量を２４時間以内で濾過するのがよいが、正確には濾
過安定性と病原菌数を測定して、病原菌抑制効果を確認
して最適な値を定めるとよい。また、培養液成分は、本
発明に用いる限外濾過膜をを透過するので、植物の吸収
により不足した養液成分を補うことにより、従来行われ
た培養液の全量交換は不要となる。

【００１２】本発明に用いた限外濾過膜が、有機物由来
の物質で目詰まりして濾過能力が低下した場合は、１０
０〜３０００ｐｐｍ程度の次亜塩素酸ソーダ水溶液、次
亜塩素酸カルシウム水溶液等、およびこれらと０．５％
前後の苛性カリ水溶液の混合液、または過酸化水素水を
用いて洗浄することにより、濾過能力を回復させること
ができる。培養液の結晶によって目詰まりして濾過能力
が低下した場合は、１〜５％程度の無機酸を用いて洗浄
するとよい。

【００１３】本発明の、前処理フィルターは、カートリ
ッジフィルター、バッグフィルターおよびストレーナー
等である。前処理フィルターの濾過精度は、小さすぎる
と濾過抵抗が大きく、大きすぎると弊害のある物質を補
足することができないので、１〜５０μｍが好ましい。
１〜５０μｍの濾過精度とは、１〜５０μｍの物質を９
０％以上除去できる精度のことを言う。

【００１４】１〜５０μｍの前処理フィルターは、限外
濾過膜と直列に配置してもよいが、前処理フィルターが
目詰まりして圧力損失が生じ、限外濾過膜の濾過圧力が
低下するので限外濾過膜と並列に配置するのが好まし
い。また、１〜５０μｍの前処理フィルターおよび限外
濾過膜の目詰まりを防止するために、さらに、それらの
前に泥や植物の切れ根等を除去する粗フィルターを設け
ることも有用な方法である。

【００１５】培養液中の植物の切れた根や種の殻等は、
分解して有機酸になり、培養液のｐＨが低下して植物の
成長が阻害されるので、できるだけ早く水耕栽培装置系
外に取り出した方がよい。また、できるだけ早く水耕栽
培装置系外に取り出すことにより、系内の有害な物質濃
度が低く保たれるので、限外濾過膜の濾過能力は高いレ
ベルで維持できる。具体的には、植物の切れた根や種の
殻等の培養液中での滞留時間を２週間以内にするとよ
い。正確には、植物によって異なるので、培養液のｐＨ
変化もしくは有機酸量を測定して定めるとよい。

【００１６】植物の成長に弊害のある物質を水耕栽培装
置系外に取り出す方法は、限外濾過膜逆洗時に排出する
方法、前処理フィルターの更新または洗浄、あるいいは
オートストレーナーを用いて、定期的に少量の培養液と
共に逆洗し排出する方法、限外濾過装置に装着している
循環タンクで濃縮された液を排出する方法、限外濾過膜
逆洗時に逆洗廃水排出弁を開いて排出する方法および／
またはそれらの併用により行うことができるが、何れで
もかまわない。さらに、本発明の水耕栽培装置の培養液
循環系路内のタンクに、イオン交換樹脂や活性炭を吊る
して、植物の成長に弊害のある物質の除去効果を高める
こともできる。

【００１７】本発明で栽培できる植物としては、野菜類
（カイワレダイコン、ツマミナ、葉ネギ、芽ジソ、芽ソ
バ、ベニダテ、レタス、ミツバ、、ホウレンソウ、ワサ
ビ、キウリ、トマト、メロン、ナス、ピーマン、イチ
ゴ、サラダナ、チンゲンサイ等）、花類（マリーゴール
ド、カスミソウ、パンジー、ルピナス、ガーベラ、カー
ネーション、グラジオラス、フリージア、バラ、リンド
ウ、シクラメン、ポインセチア、カトレア、洋ラン
等）、薬用植物（薬用ニンジン、アマチャヅル、オウレ
ン、ジキタリス、ステビア、ベニバナ、サフラン等）な
どである。その中でも特にミツバ、細ネギおよびホウレ
ンソウ等の軟弱野菜に適している。

【００１８】本発明に用いる水耕栽培装置の様式は、培
養液を供給循環して栽培できるものならば特に制限はな
い。その例としては、ハイポニカ（三菱農機株式会社
製）、Ｍ式水耕（Ｍ式水耕研究所製）、神園式水耕（神
奈川県園芸試験場製）、ＮＦＴ水耕システム、サンスイ
水耕プラント、新和式等量交換水耕プラント、スミセ式
水耕栽培装置、ロックウール栽培装置等がある。本発明
の栽培時の地上部の環境（照度、温度、日長、湿度、二
酸化炭素濃度、空気流動等）、地下部の環境（通気性、
水分管理、培養液管理等）は、植物に適した従来法の条
件と同じでよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
の実施例および比較例によって具体的に説明する。

【００２０】

【実施例】

（実施例１）図１は従来より用いられているＮＦＴ水耕
システムの概要を示すフロー図であり、図中、１は水耕
栽培ヘッド、２は培養液タンク、３は培養液供給ポン
プ、４は培養液供給循環路を示す。図２はＮＦＴ水耕シ
ステムの培養液供給循環路４に限外濾過装置を組み込
み、植物の成長に弊害のある物質を水耕栽培装置系外に
取り出せる本発明の限外濾過装置の概要を示すフロー図
である。

【００２１】ＮＦＴ栽培様式に基づき、山崎処方に従っ
て調製した培養液を用い、サラダナを栽培した。培養液
は、ＥＣ１．２ｍｓ／ｃｍ、ｐＨ５．８〜６．２、温度
２０±２℃にコントロールし、培養液も適時加えて一定
量に保つた。

【００２２】培養液供給循環路４より培養液の一部を１
００μｍの粗フィルター５で濾過し、循環タンク６に供
給した。循環タンク６に供給された培養液は、循環ポン
プ７によって前処理フィルター１０と限外濾過膜８に、
循環流量調整弁１９、２０を経て送られ、限外濾過膜で
は濃縮液と濾液とに分離され、濃縮液は循環流量調整弁
１２を経て循環タンク６へ、濾液は濾過弁１６を経て濾
液タンク１５へ送られる。前処理フィルターでは植物の
切れた根や種子の殻が分離され、濾過液は弁１２を経て
循環タンクへ送られる。この時、植物の成長に弊害のあ
る物質排出弁１１、植物の成長に弊害のある物質濃縮液
排出弁１３、および逆洗廃水排出弁１８は閉じており、
循環流量調整弁１２、濾過弁１６、送液弁１７、循環流
量調整弁１９、２０は開いている。濾液タンク１５の培
養液は、濾過液供給ライン９を流れて培養液供給循環路
４に戻される。

【００２３】前処理フィルターに付着した物質は、循環
ポンプ７により限外濾過膜８に送られた培養液で逆洗さ
れて、弁１１より水耕栽培装置系へ排出される。この
時、弁１１、２０は開き、弁１２、１３、１６、１８、
１９は閉じている。また、限外濾過膜８に付着した物質
は、逆洗ポンプ１４により濾液で限外濾過膜８を逆洗
し、弁１８より水耕栽培装置へ排出される。この時、弁
１８、２０は開き、弁１１、１２、１３、１６、１７は
閉じている。

【００２４】前処理フィルターは吉井製作所製、濾過精
度３６ミクロンのＴ式オートクリーンフィルターを用
い、循環タンクの培養液１００リットルが１００分で濾
過できるよう１リットル／ｍｉｎの速度で濾過した。該
フィルターの逆洗は１週間に１回の頻度で行い、植物に
弊害のある物質を逆洗液と共に水耕栽培装置系へ排出し
た。

【００２５】限外濾過膜８は旭化成工業株式会社製ＡＣ
Ｖ−３０１０、分画分子量１３０００を用いた。クロス
フロー方式で、培養液５００リットルが４時間で濾過で
きる速度２．１リットル／ｍｉｎで濾過した。限外濾過
膜に付着した植物に弊害のある物質は、１日に１度、逆
洗時に逆洗液と共に水耕栽培装置系へ排出した。

【００２６】サラダナは発泡ウレタン製の培地に播種
し、発芽させた後、１５日間育種したものを栽培区に定
植し、２０日間栽培した後、成育調査を１０株について
行った。さらに、培養液の更新を行わず５作栽培し、作
ごとの成育調査を行なった。その結果、本発明の水耕栽
培装置を用いると、培養液の更新を行わずに栽培するこ
とが可能であった。また、限外濾過膜は目詰まりが少な
く、濾過圧力の変動は少なかった。結果を表１および図
３に示す。

【００２７】（比較例１）実施例１で用いたＮＦＴ水耕
システムの培養液循環供給路に本発明の限外濾過装置を
設置しなかった以外は、実施例１と同一の方法で栽培し
た。しかし、培養液は１ヵ月毎に全量を更新した。作ご
との成育調査結果を表１に示した。

【００２８】（比較例２）実施例１で用いたＮＦＴ水耕
システムの培養液循環供給路に本発明の限外濾過装置を
設置しなかった以外は、実施例１と同一の方法で栽培し
た。また、その間、培養液の更新は全く行わなかった。
作ごとの成育調査結果を表１に示した。

【００２９】（比較例３）実施例１で用いた限外濾過膜
を精密濾過膜（旭化成工業株式会社製のＰＳＶ−３０
３、孔径０．１ミクロン）に変更した以外は、実施例１
と同一の方法で濾過し、実施例１と同一の方法で栽培し
た。サラダナの成育は、実施例１とほぼ同等であった
が、精密濾過膜が目詰まりして、濾過圧力の上昇が見ら
れた。その結果を表１および図３に示した。

【００３０】

【表１】

【００３１】（実施例２）実施例１と同様に、ＮＦＴ水
耕システムの培養液循環供給路に限外濾過装置を設置し
た本発明の水耕栽培装置で、山崎処方に基づいて培養液
を調製し、モザイク病を含む病原菌１００万個／ｍｌを
接種し、トマトを栽培した。限外濾過膜は実施例１と同
じく、旭化成工業株式会社製、ＡＣＶ−３０１０を用
い、限外濾過装置の運転条件は、実施例１と同一条件に
した。３０日間栽培した後、成育調査をしたところ、発
病した株は見られなかった。また、病原菌濃度も低下し
ていた。その結果を表２に示した。

【００３２】（比較例４）実施例２で用いた限外濾過膜
を精密濾過膜（旭化成工業株式会社製のＰＳＶ−３０
３、孔径０．１ミクロン）に変更した以外は、実施例２
と同一の方法で濾過し、実施例２と同一の方法で栽培し
た。病原菌濃度は低下したが、モザイク病が発生した。
その結果を表２に示した。

【００３３】（比較例５）実施例２で用いたＮＦＴ水耕
システムの培養液循環供給路に本発明の限外濾過装置を
設置しなかった以外は、実施例２と同一の方法で栽培し
た。また、その間、培養液の更新は全く行わなかった。
モザイク病が発生し、病原菌濃度は高くなっていた。そ
の結果を表２に示した。

【００３４】

【表２】

【００３５】

【発明の効果】以上より明らかなように、本発明によれ
ば、植物の成長に弊害のある物質が腐敗して有機酸にな
る前に水耕栽培装置系外に排出されるので、有機酸によ
る培養液のｐＨ低下を防止でき、培養液の交換が不要と
なると共に、植物の成長を促進させることができる。ま
た、培養液中の植物の成長に弊害のある物質を前処理フ
ィルターで補足しながら、限外濾過膜で濾過するため、
安定した濾過速度が得られる。さらに、限外濾過膜でウ
ィルス、菌類およびカビ等が除去できるので、培養液中
の菌の繁殖を抑制して、植物の病害発生を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＮＦＴ水耕システムの概要を示す概略フロー図
である。

【図２】本発明の植物の成長に弊害のある物質を装置系
外に排出できる前処理フィルターと限外濾過膜を並列に
備えた限外濾過装置の概略フロー図である。

【図３】本発明の水耕栽培装置に用いた限外濾過膜と比
較例に用いた精密濾過膜の定量濾過運転時の圧力変化を
示す図である。

【符号の説明】

１水耕栽培ベッド２培養液タンク３培養液供給ポンプ４培養液供給循環路５粗フィルター６循環タンク７循環ポンプ８限外濾過膜９濾過液供給ライン１０前処理フィルター１１植物の成長に弊害のある物質排出弁１２循環流量調整弁１３植物の成長に弊害のある物質濃縮液排出弁１４逆洗ポンプ１５濾過タンク１６濾過弁１７送液弁１８逆洗廃水排出弁１９循環流量調整弁２０循環流量調整弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】培養液を供給循環して植物を栽培する水
耕栽培装置において、培養液供給循環路に限外濾過装置
を組み込んで成ることを特徴とする水耕栽培装置。
【請求項２】限外濾過装置が、限外濾過膜と前処理フ
ィルターを並列に備えていることを特徴とする請求項１
記載の水耕栽培装置。
【請求項３】培養液を供給循環して植物を栽培する植
物の水耕栽培方法において、培養液供給循環路中の培養
液中から、植物の成長に弊害のある物質を除去すること
を特徴とする水耕栽培方法。