JPH1056892A

JPH1056892A - 浮遊式水耕栽培システム及びこれを利用する水質浄化装置

Info

Publication number: JPH1056892A
Application number: JP8216318A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sato; 敦佐藤; Hideo Ebisawa; 英雄海老澤
Original assignee: MITSUI SEKIKA SANSHI KK
Current assignee: MITSUI SEKIKA SANSHI KK
Priority date: 1996-08-16
Filing date: 1996-08-16
Publication date: 1998-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】生育した植物等の根部分に自然状態で酸素を
充分に供給して、還元障害を防ぎ、水域から水質汚濁源
を確実に除去する。【解決手段】少なくとも植物の種子２を担持する覆土
資材３を収容する多孔質な植生ポット４を、浮き水耕ベ
ット５に着脱自在に嵌挿ないし嵌着することで、植生ポ
ット４に種２を蒔きある程度生育してから、浮き水耕ベ
ット５に着すことができ、生育が終了した作物を収穫す
る際も植生ポット４ごと浮き水耕ベット５から除去し
て、水域から水質汚濁源を確実に除去し、作物の収穫が
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、植物の生育に欠か
せない窒素とリンおよび懸濁物質（以下、ＳＳという）
とが、水質汚濁の大きな原因になっているのに鑑み、窒
素とリンとが多い水域で水耕栽培を行い、植物に栄養源
として利用させて生育させ収穫し、同時に窒素とリンと
を水域から除去し、併せて覆土資材やＳＳ集積材による
懸濁物質の吸着による浮遊式水耕栽培システム及びこれ
を利用する水質浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の水耕栽培システムは、水槽の中に
栄養となる物質を溶かした溶液を張り、その上方に植物
の苗を植え、溶液中の養分を植物の生育に合わせてコン
トロールし、更に、植物の生育に障害となる微生物を繁
殖しないようにして、植物の生育を図るものである。こ
のような水耕栽培システムによれば、植物の本来持って
いる生育能力をそのまま発現し易く、思いも掛けないよ
うな生育能力を出す。しかしながら、常時溶液中の養分
や植物の生育に障害となる微生物の繁殖をコントロール
するのは、現実には困難を極める。

【０００３】そして、最近、植物の生育に欠かせない窒
素とリンとが多く含まれ、富栄養化の進んだ水域の水辺
に葦などの植物を生育させ、その過程でその植物に窒素
とリンとを栄養分として吸収させて、水域の富栄養化の
養分を減少させ、生育した植物を利用する試みが成され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
水辺に葦などの植物を生育させる方法では、植物を根か
ら刈り取らずに、植物はそのまま放置され嫌気分解され
る過程で吸収した窒素、リン酸は、再び水域に回帰する
ことになり、何ら水域の富栄養化を防止する事にはなら
ない。また、浮き水耕ベットに作物を植生させる方法
は、生育した作物を必ず浮き水耕ベットから除去するこ
とになり、その作物を水域に戻さない限り、水域を再び
汚染することがなく都合がよい。しかし、浮き水耕ベッ
ト上で生育した作物は、根部分が大きくなるにつれて、
水域のＳＳ分が多量に集積し通気性が低下し酸素の供給
が制約される。しかも、ＳＳ分に起因したＣＯＤ濃度も
上昇し、酸素を大量に消費するため、作物根は還元障害
を受け（酸素欠乏）、生育量が低下したり、作物が枯れ
たりする結果となる。

【０００５】そこで、本発明の目的は、生育した植物等
の根部分に自然状態で酸素を充分に供給して還元障害を
防ぎ、生育した植物等を利用することで水域から確実に
除去し、生育した植物等の利用と水域の水質汚濁の防止
とを共に図ることが出来る浮遊式水耕栽培システム及び
これを利用する水質浄化装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の浮遊式水耕栽培
システム及びこれを利用する水質浄化装置は、上記目的
を達成するために提案されたものであって、下記の構成
からなることを特徴とするものである。すなわち、本発
明によれば、少なくとも植物の種子を担持する覆土資材
を収容する多孔質な植生ポットを、浮き水耕ベットに着
脱自在に嵌挿したことを特徴とする浮遊式水耕栽培シス
テムが提供される。この発明によれば、この植生ポット
に種を蒔きある程度生育してから、浮き水耕ベットに嵌
着することができ、生育が終了した作物を収穫する際も
植生ポットごと浮き水耕ベットから除去できる。

【０００７】また、本発明によれば、前記植生ポット
が、多孔質材料の外管及び内管でリング状の容器を構成
し、該リング状の容器内に少なくとも植物の種子を担持
する覆土資材を収容して、植物を植生させる上記浮遊式
水耕栽培システムが提供される。この発明によれば、植
物の根部分が多孔質の材料で構成されているために外側
及び内側から十分な酸素を供給出来る。

【０００８】。また、本発明によれば、前記植生ポット
が、細長い直方体で幅と長さの比（Ｗ／Ｌ）が１／２０
ないし１／１０の範囲にあり、多孔質材料の容器で構成
し、該容器に少なくとも植物の種子を担持する覆土資材
を収容して、植物を植生させる上記浮遊式水耕栽培シス
テムが提供される。この発明は、前記リング状の容器を
長方形にしたもので、植物の根部分に長い範囲に構成し
た容器の両側から十分な酸素を供給出来る。

【０００９】また、本発明によれば、前記多孔質材料
が、その開孔率が３ないし１５％の範囲にある上記浮遊
式水耕栽培システムが提供される。このように構成する
ことで、植物の根張り及び水の流通が好適に行われ、し
かも覆土資材の収容や他の材料の収容にも支障が無い。

【００１０】また、本発明によれば、前記浮き水耕ベッ
トに浮上性脚柱を着脱自在に取り付けた上記浮遊式水耕
栽培システムが提供される。浮き水耕ベットをこのよう
に構成することで、植物の生育及び水域の汚染物質のＳ
Ｓ分の集積による重量の増大に対応して、植生ポットと
水面との距離（＝間隔）を一定に保持でき、その部分か
らの酸素の供給を可能にする利点がある。

【００１１】また、本発明によれば、前記容器に浮遊物
質集積材を充填した上記浮遊式水耕栽培システムが提供
される。このように構成することによって、水域の汚染
物質のＳＳ分を集積し易く、植物の収穫時、これら汚染
源のＳＳ分も同時に水域から除去することができるよう
になる。

【００１２】また、本発明によれば、上記浮遊式水耕栽
培システムを利用した水質浄化装置が提供される。本発
明の浮遊式水耕栽培システムを遂行することにより、植
物の生育の過程で水域に溶け込んでいる窒素、リンを吸
収し、かつＳＳ集積材に付着した水域の汚染源であるＳ
Ｓ分を収穫時に除去することができ、水域の水質改善に
寄与することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態をあげて本発明
を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明の実施形
態を示す浮遊式水耕栽培システムの斜視図、図２は本発
明の実施形態を示す植生ポットの斜視図、図３は植生ポ
ットの底板を示す斜視図、図４は本発明の実施形態を示
す浮き水耕ベットの斜視図である。図面において、１は
浮遊式水耕栽培システムを示し、この浮遊式水耕栽培シ
ステム１は、少なくとも植物の種子２を担持する覆土資
材３を収容する多孔質の植生ポット４を、浮き水耕ベッ
ト５に着脱自在に嵌挿ないし嵌着したものである。

【００１４】前記植生ポット４は、外管１０とその内側
に配置した内管１１とからなり、リング状の容器１２と
なって、底にはリング状の底板１３が取り付けられる
か、またはこれらが一体となって形成され、外管１０の
外周に止め板１４が取り付けられている。この例では止
め板はリング状に形成されている。これら外管１０及び
内管１１は、植物の根張り及び水の流通が出来、しかも
覆土資材３の収容や他の材料の収容も出来るように、多
孔質、例えばネット状のものが採用される。この多孔質
な点を具体的な数値で表示すると、開孔率が３ないし１
５％の範囲にあり、開孔率が３％に満たないと、植物の
根張り及びＳＳ（浮遊物質）、ＣＯＤ（化学的酸素消費
量）等の濃度の高い水の流通が不充分となり、開孔率が
１５％より大きいと、各種材料が流出するなどの収容に
支障をきたす虞がある。

【００１５】また、リング状の底板１３も上記外管１０
及び内管１１と同様に多孔板になっており、その開孔率
もほぼ同じである。そして、底板１３の内縁及び外縁に
は突起１３ａ、１３ａが設けられ、底板１３自体あるい
は突起１３ａ、１３ａの弾性を利用して、リング状の容
器１２の底部に簡単に着脱できる。更に、底板１３は、
各種材料を収容し支持するため十分な強度、ならびに好
適な開孔率を持つ素材が適宜選択される。

【００１６】止めリング１４は、浮き水耕ベット５に着
脱自在に設けるのを担保するためのものであり、リング
状の容器１２内で生育した植物を容易に着脱させるため
に、リング状の容器１２の外径は前記浮き水耕ベット５
に開けられた装着開口１５よりもかなり小さくなってい
る。

【００１７】この植生ポット４は、浮遊式水耕栽培シス
テム１に使用されものであるから、軽量でかつ物理的強
度を備えた比重１以下のプラスチックが最適である。こ
のプラスチックは、スチレン系、オレフィン系、ウレタ
ン系、ポリエステル系などの熱可塑性のものが使用され
るが、これに限定されるものではなく、金属、あるいは
金属とプラスチックの複合材で構成されていてもよい。

【００１８】前記覆土資材３は、植物の種子２が担持で
き、発芽に良いものであれば、特に限定されないが、こ
の実施例では、細粒ゼオライトと木炭をミックスしたも
のが使用されている。また、覆土資材３に蒔く植物の種
子２も、特に限定しないが、なるべく作物全体を採取
し、そのまま流通するようなものが優れている。例え
ば、枝豆（大豆）、小豆、インゲン豆、セスバニア、花
などが良い。この覆土資材３の下のリング状の容器１２
には、ＳＳ集積資材１６用として天然ゼオライトが収容
されている。この天然ゼオライトは、水域の各種汚染物
質を無機化したり、分解に寄与したり、鉄分、亜鉛分等
の微量元素の供給等の作用をする。

【００１９】前記浮き水耕ベット５は、水域に浮べてお
くものであるから、なるべく軽くかつ浮力の大きいもの
が良く、例えば発泡スチロールなどが使用される。そし
て、浮き水耕ベット５は、矩形状の板２０に前記植生ポ
ット４を挿入保持するための前記装着開口１５が開けら
れている。矩形状の板２０下面には、浮き水耕ベット５
の浮力を調整するための浮上性脚柱２１が着脱自在に取
り付けられるようになっている。これは、植生ポット４
内で生育した作物２１の重量増大、ＳＳ集積資材１６に
より集積したＳＳ分による重量増大に対応して、植生ポ
ット４と水面との距離を一定に保ち、酸素を常に供給で
きるようにしたものである。

【００２０】次に上記構成になる浮遊式水耕栽培システ
ム１の使用状態を説明する。まず、植生ポット４内で生
育させる植物の種類を決め、その植物の種類に合うサイ
ズの植生ポット４を選択し、植生ポット４のリング状の
容器１２内に少なくとも覆土資材３を収容する。必要に
応じて覆土資材３を収容する前に、リング状の容器１２
の底にリング状の底板１３を嵌め、ＳＳ集積資材１６で
ある天然ゼオライトを収容する。そして、覆土資材３に
植物の種子２を蒔き、そのまま浮き水耕ベット５の装着
開口１５に植生ポット４を装着しても良い。通常は、温
室などで発芽させ、ある程度植物が生育してから、浮き
水耕ベット５に装着する。浮き水耕ベット５に植生ポッ
ト４を移動した後、植物が生育する過程で、水域の富栄
養化の原因となる窒素、リンを栄養源として吸収し、そ
の分水域の窒素、リンは減少することになる。また、Ｓ
Ｓ集積資材１６である天然ゼオライトを収容している場
合は、その作用によっても、水域の水に溶けている窒
素、リンを減少させ、更に、天然ゼオライト中を汚染水
を通過する過程でＳＳ分を捕捉し、このＳＳ分はＣＯＤ
が高く、一部天然ゼオライト中で嫌気化が進み、還元菌
の働きによりＣＯＤ分としての有機成分を分解し、更に
その回りの好気性菌の作用により、アンモニア態窒素、
亜硝酸態窒素を酸化し、植物が吸収し易い状態の硝酸塩
類にする。一方、リンもリン酸態リンにして植物が吸収
し易い状態にする。

【００２１】このような作用をし続けることにより、植
物は生育し、ＳＳ集積資材１６に水域のＳＳ分が集積す
ると、植生ポット４全体が重量を増し、浮き水耕ベット
５が沈むようになる。この状態になると、植生ポット４
と水面との距離を一定に保持できなくなるから、矩形状
の板２０下面に、浮き水耕ベット５の浮力を調整するた
めの浮上性脚柱２１を取り付け、植生ポット４と水面と
の距離（＝間隔）を一定に保持する。

【００２２】生育した植物の収穫時になると、浮き水耕
ベット５から植生ポット４ごと植物を収穫する。この
際、植生ポット４の下部は肥大した根と共にＳＳ分も大
量に取ることになり、そのＳＳ分も水域に戻すことな
く、田畑に還元することにより農地の肥沃度を高めるこ
とができ、同時に水域の水質汚染を大幅に削除できる
し、作物はそのまま利用できる。そして、植生ポット４
自体は再利用すべく、覆土資材３及びＳＳ集積資材１６
を取り除く。再度同じことを繰り返すことにより、水質
の改善と作物の収穫とが可能になる。

【００２３】図６ないし図９は、本発明の他の実施形態
を示す浮遊式水耕栽培システム１ａで、図１ないし図５
に示す実施形態との相違点は、前記植生ポット４ａが、
二重管タイプでなく、細長い直方体で幅と長さの比（Ｗ
／Ｌ）が１／２０ないし１／１０の範囲にあり、多孔質
材料の容器２２で構成し、この容器２２に少なくとも植
物の種子２を担持する覆土資材３を収容して、植物を育
成させる点にある。

【００２４】すなわち、容器２２は、細長い箱体のカー
トリッジであり、その上部に浮き水耕ベット５に着脱自
在にするための止め板１４が形成され、止め板１４の略
中央部には運搬を容易にするための把手２３が取り付け
られている。そして、この容器２２の形状に合うよう
に、浮き水耕ベット５の装着開口２４は細長い矩形をな
している。この容器２２は、幅と長さの比（Ｗ／Ｌ）が
１／２０ないし１／１０の範囲にあるから、二重管タイ
プと同様に両側から酸素を植物の根に充分に供給するこ
とになり、作物根に還元障害が発生しない。その他の構
成、作用は図１ないし図５に示す実施形態と同様なの
で、図面に符号を付して、その説明を省略する。

【００２５】次に、本発明の浮遊式水耕栽培システム１
の優位性と、水質浄化装置としての効果を実証するた
め、具体的な実施例につき説明する。＜実施例１ないし３＞本発明の浮遊式水耕栽培システム
１は、浮き水耕ベットは発泡スチロールで、そのサイズ
を６０cm(L) ×４０cm(W) ×３cm(T) 、面積０．２４
とし、植生ポットは本発明の構造のものを使用し、ネト
ロンパイプ（商標名：三井石化産資製）を二重に使用
し、そのサイズを５cm(D) ×１０cm（H)として、ゼオラ
イトを一植生ポットあたり、７５ｇとした。この植生ポ
ットを一つの浮き水耕ベットあたり１６個装着し、その
状態の浮き水耕ベットを実験水路（全長１８４ｍ）に浮
かべた。作物は枝豆及びセスバニアとした。そして、作
物の乾物重、窒素吸収量、リン酸吸収量を測定した。そ
の結果を表１ないし３に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】

【表３】

【００２９】表１ないし３によれば、実施例１ないし３
は、生育初期は、枝豆及びセスバニアともに差がなく、
１９０ｇｍ^-2程度であり、中期以降は、枝豆は急激に老
化し、最終的な乾物重は１２４ｇｍ^-2、窒素吸収量及び
リン酸吸収量はそれぞれ３．０３ｇｍ^-2、０．７１ｇｍ
^-2に減退した。これに対して、セスバニアは中期以降も
旺盛に生育し、最終的に乾物重は１，９２３ｇｍ^-2、窒
素及びリン酸吸収量はそれぞれ４３．２９ｇｍ^-2、９．
５０ｇｍ^-2となった。

【００３０】＜実施例４ないし７＞植生ポットにゼオラ
イトのみ充填したものと、ゼオライトと木炭との混合し
たものとで、作物の乾物重、窒素吸収量、リン酸吸収量
を測定した。その結果を表４に示す。

【００３１】

【表４】

【００３２】枝豆、セスバニア共に、植生ポットにゼオ
ライトのみを充填した方が良い結果を得ることができ
た。

【００３３】＜実施例７＞次に、水質の浄化を測定す
る。実験水路（全長１８４ｍ）の始点Ａ１に取水ポンプ
Ｐ１、末端Ｃ２には循環ポンプＰ２を設置し、取水ポン
プＰ１を止め循環ポンプＰ２を稼働させれば、実験水路
の水は循環するように設定した。循環ポンプＰ２の循環
流量（３．１０ｍ³／min ）は１時間当たり約１８０ｍ
流下するように調節し、循環時間によって流下距離が換
算できる条件下で、実験水路におけるＤＯ、ＳＳ、Ｔ−
Ｎ、Ｔ−Ｐの水質浄化量について測定した。その結果を
表５ないし８に示す。

【００３４】

【表５】

【００３５】

【表６】

【００３６】

【表７】

【００３７】

【表８】

【００３８】表５において、循環前のＳＳ濃度はＡ１地
点では４１．５ｍｇｌ^-1、Ｃ２地点では１３．５ｍｇｌ
^-1と、静水条件下水路末端でＳＳは１／３程度削減され
ることを示す。循環過程ではＳＳ濃度は変動するが、５
時間循環（＝１０８０ｍ地点）で、ＳＳ濃度は１．０ｍ
ｇｌ^-1に低下しており、初期濃度に比べてＳＳは９８％
除去されたことを示す。表６において、循環前のＴ−Ｐ
濃度はＡ１地点では０．２８ｍｇｌ^-1、Ｃ２地点では
０．１４ｍｇｌ^-1となり、静水条件下、水路末端でＴ−
Ｐは１／２程度削減されることを示し、５時間循環（＝
１０８０ｍ地点）で、Ｔ−Ｐ濃度は０．０７ｍｇｌ^-1に
低下しており、初期濃度に比べてＴ−Ｐは７８％除去さ
れたことを示す。

【００３９】表７において、循環前の実験水路のＤＯは
Ａ１地点では３．８６ｍｇｌ^-1、Ｃ２地点では０．４５
ｍｇｌ^-1と、静水条件では、水路のＤＯは急速に低下す
ることがわかり、循環過程ではＡ１地点ではＤＯは１３
０％（ばっ気効果）に高まるが、Ｃ２地点では約７０％
と低下する状態が繰り返された。表８において、循環前
の実験水路のＴ−ＮはＡ１地点における初期濃度は１．
１５ｍｇｌ^-1で、循環過程におけるＣ２地点のＴ−Ｎ濃
度は０．７３ｍｇｌ^-1で、除去率は３６％と、ＳＳやＴ
−Ｐに比べて低い状態にある。

【００４０】なお、表９には、実験水路におけるＴ−Ｎ
濃度の変化（除去率）を示し、表１０には、同実験水路
におけるＴ−Ｐ濃度の変化（除去率）を示した。

【００４１】

【表９】

【００４２】

【表１０】

【００４３】以上、本発明の実施形態を説明したが、具
体的な構成はこれに限定されるものではなく、発明の要
旨を逸脱しない限りにおいての変更、追加が許容される
ことは認められるべきである。

【００４４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
植生ポットに種を蒔きある程度生育してから、浮き水耕
ベットに着すことができ、生育が終了した作物を収穫す
る際も植生ポットごと浮き水耕ベットから除去できる浮
遊式水耕栽培システムが提供される。従って、種蒔きか
ら収穫まで最も良い状態を保持でき、植生ポットに付着
したＳＳ分も同時に除去することができる。また、植生
ポットの壁面全体を多孔質の材料で構成することによ
り、植物の根部分に外側及び内側から酸素を供給出来、
還元障害を回避できるばかりでなく、植物の根張りおよ
び水の流通にも支障なく、しかも覆土資材の収容や他の
材料の収容にも支障無く、その各資材の入替えも容易に
行うことができるという特徴がある。また、浮き水耕ベ
ットに浮上性の脚注を取りつけることにより、上記効果
に加え、植物の生育及び水域の汚染物質のＳＳ分の集積
による重量の増大に対応して、植生ポットと水面との距
離を一定に保持でき、植物の生育に必要な酸素を供給さ
れ、還元障害を回避できる。さらに、これらの水耕栽培
システムを遂行することにより、植物の生育の過程で水
域に溶け込んでいる窒素、リンを吸収し、かつ根部分に
付着した水域の汚染源であるＳＳ分を収穫時に除去する
ことができ、水域の汚染源を最大限除去することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す浮遊式水耕栽培システ
ムの斜視図である。

【図２】本発明の実施形態を示す植生ポットの斜視図で
ある。

【図３】植生ポットの底板を示す斜視図である。

【図４】本発明の実施形態を示す浮き水耕ベットの斜視
図である。

【図５】本発明の浮遊式水耕栽培システムの使用状態を
示す側面図である。

【図６】本発明の他の実施形態を示す斜視図である。

【図７】本発明の他の実施形態を示す斜視図である。

【図８】本発明の他の実施形態を示す斜視図である。

【図９】本発明の他の実施形態の使用状態を示す側面図
である。

【図１０】従来例を示す側面図である。

【符号の説明】

１，１ａ浮遊式水耕栽培システム２植物の種子３覆土資材４植生ポット５浮き水耕ベット１０外管１１内管１２リング状の容器１３底板１３ａ突起１４止め板１５，２４装着開口１６ＳＳ集積資材２０板２１浮上性脚柱２２容器２３把手

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも植物の種子を担持する覆土資
材を収容する多孔質な植生ポットを、浮き水耕ベットに
着脱自在に嵌挿したことを特徴とする浮遊式水耕栽培シ
ステム。
【請求項２】前記植生ポットが、多孔質材料の外管及
び内管でリング状の容器を構成し、該リング状の容器内
に少なくとも植物の種子を担持する覆土資材を収容し
て、植物を植生させる請求項１記載の浮遊式水耕栽培シ
ステム。
【請求項３】前記植生ポットが、細長い直方体で幅と
長さの比（Ｗ／Ｌ）が１／２０ないし１／１０の範囲に
あり、多孔質材料の容器で構成し、該容器に少なくとも
植物の種子を担持する覆土資材を収容して、植物を植生
させる請求項１記載の浮遊式水耕栽培システム。
【請求項４】前記多孔質材料が、その開孔率が３ない
し１５％の範囲にある請求項２または３記載の浮遊式水
耕栽培システム。
【請求項５】前記浮き水耕ベットに浮上性脚柱を着脱
自在に取り付けた請求項１ないし４のいずれか１項記載
の浮遊式水耕栽培システム。
【請求項６】前記容器に浮遊物質集積材を充填した請
求項２ないし５のいいずれか１項記載の浮遊式水耕栽培
システム。
【請求項７】請求項１ないし６のいずれか１項記載の
浮遊式水耕栽培システムを利用した水質浄化装置。