WO2022059471A1 - 農業用水処理システム - Google Patents

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健治 阿部
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栗田工業株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G25/00—Watering gardens, fields, sports grounds or the like
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G27/00—Self-acting watering devices, e.g. for flower-pots
    • A01G27/02—Self-acting watering devices, e.g. for flower-pots having a water reservoir, the main part thereof being located wholly around or directly beside the growth substrate
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/14—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using sprayed or atomised substances including air-liquid contact processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/12—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis

Definitions

  • the present invention relates to an agricultural water treatment system.
  • a reverse osmosis membrane has been conventionally applied to water treatment in hydroponic cultivation.
  • a nutrient solution is prepared from treated water from which impurities and bacteria have been removed by the reverse osmosis membrane.
  • 5-45166 and WO2018 / 143450 describe that the nutrient solution is filtered through a reverse osmosis membrane and recycled for circulation.
  • it has long been practiced to desalinate seawater with a reverse osmosis membrane and apply it to agricultural water.
  • An object of the present invention is to provide an agricultural water treatment system capable of improving the growth of agricultural products and enhancing the quality and value of agricultural products.
  • a reverse osmosis membrane device for treating raw water with a reverse osmosis membrane for treating raw water with a reverse osmosis membrane
  • a water storage means for storing the treated water of the reverse osmosis membrane device and water of the water storage means are sent to a watering means for agricultural products. It is provided with a first pipe for water storage and a second pipe for feeding the water of the water storage means to the diluted liquid fertilizer preparing means.
  • an operation control means for operating and controlling the reverse osmosis membrane device so that the pH of the treated water is 6 or less.
  • the diluted liquid fertilizer preparing means includes a means for adding a pH increasing agent, a means for diluting the liquid fertilizer, and a means for controlling the water quality of the prepared diluted liquid fertilizer.
  • a third pipe for sending water from the water storage means as water supply for a hot water boiler, and a heating means for heating the medium of the agricultural product using steam from the boiler as a heat source are further provided.
  • a fourth pipe for sending water from the water storage means to a spray-type space sterilizer is further provided.
  • the water storage means has a water storage tank and a loop pipe for circulating water in the water storage tank, and each pipe is branched from the loop pipe.
  • RO treated water (RO permeated water) is used for watering and diluting fertilizer.
  • RO-treated water the medium environment (difficult to gelatinize) due to organic and inorganic substances in raw water is improved, and nutrients and oxygen are easily supplied to plants.
  • the frequency of changing the medium is reduced.
  • foreign substances from raw water are suppressed from being supplied to the medium and plants, and the indigenous bacterial environment is improved.
  • the bacterial species (resident) is stable, pH fluctuations are less likely to occur, and continuous cropping disorders are less likely to occur.
  • RO-treated water contains a small amount of mineral components, so fertilizer is easily dissolved and it is difficult to form a splinter. In addition, since fertilizer is less likely to be sprinkled, it is not necessary to dissolve excess fertilizer.
  • the mist watering nozzle is less likely to be blocked, and the humidity and temperature due to saturation can be easily controlled. .. Further, the acid cleaning frequency of the nozzle can be improved to, for example, 1/10 or less. Since nozzle blockage is unlikely to occur, partial drying due to nozzle blockage is improved, leading to prevention of plant diseases (mildew, etc.) and prevention of fungal growth due to drying.
  • the RO device by controlling the RO device so that the pH of the RO treated water is 6 or less, it is possible to prevent nozzle blockage and suppress plant diseases.
  • RO-treated water Since the water quality (pH, ion concentration, etc.) of RO-treated water does not fluctuate depending on the season, it is a fertilizer dissolving and improving agent (pH increasing agent. Since the pH of RO-treated water is 6 or less, the pH is No down agent is required to lower the pH), which makes mixing management easier.
  • RO treated water is used for supplying water to a hot water boiler.
  • the medium is heated using the steam from this boiler.
  • boiler chemicals scale inhibitor, irrigation agent, etc.
  • RO treated water for boiler water supply
  • softening treatment scale component removal
  • RO-treated water is used as make-up water for equipment such as space sterilization (acid / alkaline electrolyzed water and peracetic acid).
  • space sterilization acid / alkaline electrolyzed water and peracetic acid
  • softened water has been used as the space sterilizing water, but by using RO treated water, a softening treatment device becomes unnecessary.
  • RO treated water is replenished with a stable amount of water and water pressure when the valve is opened at any time for 24 hours by supplying water with a loop piping structure.
  • raw water is supplied to the reverse osmosis membrane device (hereinafter, RO device) 1 via a high pressure pump (not shown), reverse osmosis treated, and the membrane permeated water (RO treated water) is introduced into the water storage tank 2. Will be done.
  • RO device reverse osmosis membrane device
  • RO treated water membrane permeated water
  • raw water examples include, but are not limited to, clean water, well water, industrial water, underground water, rainwater, etc., and those obtained by turbidization treatment (for example, filtration treatment, coagulation sedimentation treatment, etc.).
  • turbidization treatment for example, filtration treatment, coagulation sedimentation treatment, etc.
  • the RO device 1 and the controller (not shown) of the high-pressure pump for water supply have a recovery rate, a concentration ratio, and water supply so that the pH of the RO treated water is 6 or less, particularly 5.6 to 6. At least one such as amount, water supply pressure, concentrated water amount, concentrated water pressure, permeated water amount, and permeated water pressure is controlled.
  • the pH of RO treated water is also affected by CO 2 in the air.
  • Examples of water quality other than the pH of RO-treated water include Na concentration, TOC concentration, and bicarbonate ion concentration.
  • the Na concentration is preferably 10 mg / L or less
  • the TOC concentration is preferably 0.3 mg / L or less
  • the bicarbonate ion concentration is preferably 60 mg / L or less.
  • the RO treated water in the water storage tank 2 is circulated and passed through a loop pipe (circulation pipe) 4 having a pump 3.
  • a part of the RO treated water flowing through the loop pipe 4 is sent to the boiler 8 via the branch pipe (third pipe) 7 branched from the loop pipe 4 and used as boiler water.
  • the steam generated in this boiler can be used for various purposes, such as heating the medium of the plant cultivation bed 30, diluting liquid fertilizer, and RO-treated water for that purpose.
  • a part of the RO treated water flowing through the loop pipe 4 is supplied to the farm as watering water via the branch pipe (first pipe) 5, and liquid fertilizer is supplied to the farm via the branch pipe (second pipe) 6. It is supplied as water for preparation.
  • farms A and B are shown as farms, but the number of farms may be one or three or more.
  • a part of the RO treated water flowing through the loop pipe 4 is sent to the electrolytic device 10 via the branch pipe (fourth pipe) 9 and electrolyzed.
  • the electrolytically treated water having a sterilizing function generated by the electrolytic treatment is supplied to the spray nozzles 12 of the farms A and B via the pipe 11 and sprayed into the space in the farm to perform space sterilization.
  • a plurality of spray nozzles 12 are usually installed.
  • the spray type space sterilization device is configured by the electrolytic device 10, the pipe 11, and the spray nozzle 12.
  • the electrolysis device 10 may be configured to perform electrolysis after adding an acid such as dilute hydrochloric acid or an alkali such as sodium hypochlorite to RO-treated water.
  • an acid such as dilute hydrochloric acid or an alkali such as sodium hypochlorite
  • a sterilizing water preparation device for preparing sterilizing water by adding peracetic acid to RO-treated water may be used.
  • the RO treated water from the branch pipe 5 flows into the water receiving tank 20 by opening the valve 5V and is stored.
  • the RO treated water in the water receiving tank 20 is sent to the sprinkler 22 via the pipe 21, and is sprinkled toward the plant (not shown) on the plant cultivation bed 30.
  • the RO treated water from the branch pipe 6 is sent to the diluted liquid fertilizer preparation device 23 by opening the valve 6V.
  • the diluted liquid fertilizer preparation device 23 is configured to prepare the diluted liquid fertilizer by diluting the liquid fertilizer with RO-treated water.
  • the liquid fertilizer preparation device 23 has a pipe through which RO-treated water flows, and a chemical injection device 24 for adding liquid fertilizer to the pipe.
  • a chemical injection device 24 for adding liquid fertilizer to the pipe.
  • macronutrients (P, K, N) and micronutrients (heavy metals) are added.
  • one of the drug injection devices 24 is for injecting a pH raising agent (up agent).
  • a pH raising agent up agent
  • the pH of the RO treated water is 6 or less, it is not necessary to add a pH down agent.
  • Potassium hydroxide, potassium bicarbonate and the like can be used as the up agent, but the agent is not limited thereto.
  • the diluted liquid fertilizer preparation device 23 has a heat exchanger (not shown) for heating the RO-treated water or the prepared diluted liquid fertilizer.
  • the heat source fluid of this heat exchanger the steam from the boiler 8 is suitable.
  • the water quality detecting means 26 for detecting the water quality (for example, electric conductivity, pH, water temperature, TOC, etc.) of the diluted liquid fertilizer is connected to the pipe 25 for sending the diluted liquid fertilizer from the diluted liquid fertilizer preparation device 23.
  • a control device (not shown) that controls the chemical injection device 24 and the heat exchanger based on the detection result of the water quality detecting means 26 is installed.
  • the diluted liquid fertilizer is sent from the pipe 25 to the plant cultivation bed 30 and used as irrigation.
  • the plant cultivation bed 30 may be provided with a heater for heating the medium. As the heat source of this heater, steam from the boiler 8 is suitable.
  • the farm may control not only the medium temperature but also conditions such as room temperature, humidity, luminosity, and carbon dioxide concentration in a plant cultivation factory or a greenhouse.
  • the control reference value of the above conditions may be corrected or the environmental conditions may be directly controlled according to the water quality (electrical conductivity, pH, water temperature, TOC, etc.) of the RO-treated water. This control may be performed by remote control.

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Abstract

農作物の生育を良好とすることができると共に、農作物の品質や価値を高めることができる農業用水処理システムが提供される。原水がＲＯ装置１でＲＯ処理され、貯水槽２に導入されループ配管４を循環する。ＲＯ処理水は、分岐配管７、５、６、９によってボイラ８、農園Ａ，Ｂ、電解装置１０に供給される。農園Ａ，Ｂでは、ＲＯ処理水を植物に散水する。また、ＲＯ処理水を用いて希釈液肥を調製して植物に供給する。

Description

農業用水処理システム
　本発明は農業用水処理システムに関する。
　水耕栽培における水処理には従来より逆浸透膜が適用されており、例えば特開２００１―２９９１１６には、逆浸透膜で不純物や細菌等を除去した処理水から養液を作ること、実公平５―４５１６６やＷＯ２０１８／１４３４５０には、養液を逆浸透膜で濾過して循環再利用することが記載されている。また、海水を逆浸透膜により淡水化して農業用水に適用することは昔から行われている。
特開２００１―２９９１１６号公報 実公平５―４５１６６号公報 国際公開ＷＯ２０１８／１４３４５０号公報
　本発明は、農作物の生育を良好とすることができると共に、農作物の品質や価値を高めることができる農業用水処理システムを提供することを課題とする。
　本発明の農業用水処理システムは、原水を逆浸透膜処理する逆浸透膜装置と、該逆浸透膜装置の処理水を貯水する貯水手段と、該貯水手段の水を農作物への散水手段に送水する第１配管と、該貯水手段の水を希釈液肥調製手段に送水する第２配管とを備える。
　本発明の一態様では、前記処理水のｐＨが６以下になるように前記逆浸透膜装置を運転制御する運転制御手段を有する。
　本発明の一態様では、前記希釈液肥調製手段は、ｐＨ上昇剤の添加手段と、液肥の希釈手段と、調製された希釈液肥の水質管理手段を備える。
　本発明の一態様では、前記貯水手段の水を温水ボイラの給水として送水する第３配管と、該ボイラからの蒸気を熱源として前記農作物の培地を加温する加温手段を更に備える。
　本発明の一態様では、前記貯水手段の水を噴霧型空間殺菌機器に送水する第４配管を更に備える。
　本発明の一態様では、前記貯水手段は、貯水タンクと、該貯水タンクの水を循環させるループ配管とを有し、該ループ配管から前記各配管が分岐している。
　本発明では、ＲＯ処理水（ＲＯ透過水）を散水用と肥料希釈に利用する。散水用水及び肥料希釈用水としてＲＯ処理水を使用することにより、原水中の有機物や無機物による培地環境（糊化しにくい）が改善され、栄養素や酸素が植物に供給されやすくなる。また、培地が糊化しにくいため、培地を交換する頻度が低下する。
　本発明によると、原水中からの異物（微生物、真菌、酵母菌等）が培地や植物に供給されることが抑制され、常在菌環境が改善する。また、菌種（常在）が安定するため、ｐＨ変動がしにくくなり、連作障害が起きにくくなる。
　ＲＯ処理水は、ミネラル成分が微量なため、肥料が溶解しやすく継粉になりにくい。また、肥料が継粉になりにくいため、余分な肥料を溶かす必要が無くなる。
　ＲＯ処理水は、スケール成分が微量（通常の場合、原水の１／１０以下になる。）であるため、ミスト散水ノズルの閉塞が起きにくくなり、飽差による湿度及び温度の管理がし易くなる。また、ノズルの酸洗浄頻度を例えば１／１０以下まで改善することができる。なお、ノズル閉塞が起きにくいため、ノズルの閉塞による部分乾燥が改善され、植物病（白カビなど）の防止や乾燥による真菌増殖防止に繋がる。
　本発明の一態様では、ＲＯ装置を、ＲＯ処理水のｐＨが６以下となるように制御することにより、ノズル閉塞防止とともに植物病を抑制することができる。
　ＲＯ処理水は季節によって水質（ｐＨ、イオン濃度など）が変動することが少ないため、肥料の溶解とアップ剤（ｐＨ上昇剤。なお、ＲＯ処理水のｐＨが６以下となっているので、ｐＨを下げるためのダウン剤は不要）の混合管理が簡便になる。
　本発明の一態様では、ＲＯ処理水を温水ボイラの給水に利用する。また、このボイラからの蒸気を用いて、培地を加温する。
　従来は、原水を軟化処理した後、ボイラ薬品（スケール防止剤や清潅剤など）を添加してボイラ給水としていたが、ＲＯ処理水をボイラ給水に用いることで、軟化処理（スケール成分除去）装置が不要となり、ボイラ薬品の使用量を低減することができる。
　本発明の一態様では、ＲＯ処理水を空間殺菌用（酸・アルカリ電解水や過酢酸）などの機器への補給水として用いる。従来は、空間殺菌用水に軟化処理水を用いていたが、ＲＯ処理水を用いることにより、軟化処理装置が不要となる。
　本発明の一態様では、ループ配管構造で送水することで２４時間いつでも弁を開くと安定した水量及び水圧でＲＯ処理水が補給される。
実施の形態に係る農業用水処理システムの構成図である。 実施の形態に係る農業用水処理システムの農園の構成図である。
　以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
　図１の通り、原水が高圧ポンプ（図示略）を介して逆浸透膜装置（以下、ＲＯ装置）１に供給され、逆浸透処理され、膜透過水（ＲＯ処理水）が貯水槽２に導入される。
　原水としては、上水、井水、工業用水、伏流水、雨水などやこれらを除濁処理（例えば、濾過処理、凝集沈殿処理など）したものが例示されるが、これに限定されない。
　この実施の形態では、ＲＯ装置１及び給水用高圧ポンプの制御器（図示略）は、ＲＯ処理水のｐＨが６以下、特に５．６～６となるように、回収率、濃縮倍率、給水量、給水圧、濃縮水量、濃縮水圧、透過水量、透過水圧などの少なくとも１つを制御する。ＲＯ処理水のｐＨは空気中のＣＯ２にも影響を受ける。
　ＲＯ処理水のｐＨ以外の水質としてはＮａ濃度、ＴＯＣ濃度、重炭酸イオン濃度などが例示される。Ｎａ濃度は、１０ｍｇ／Ｌ以下、ＴＯＣ濃度は０．３ｍｇ／Ｌ以下、重炭酸イオン濃度は６０ｍｇ／Ｌ以下が好適である。
　貯水槽２内のＲＯ処理水は、ポンプ３を有したループ配管（循環配管）４を介して循環通水される。
　ループ配管４を流れるＲＯ処理水の一部は、ループ配管４から分岐した分岐配管（第３配管）７を介してボイラ８に送水され、ボイラ用水として用いられる。このボイラで発生した蒸気は、各種用途に用いることができ、例えば植物栽培ベッド３０の培地の加温や、希釈液肥やそのためのＲＯ処理水の加温などに用いることができる。
　また、ループ配管４を流れるＲＯ処理水の一部は、分岐配管（第１配管）５を介して農園に散水用水として供給され、また、分岐配管（第２配管）６を介して農園に液肥調製用水として供給される。
　なお、この実施の形態では、農園として農園Ａ，Ｂの２農園が図示されているが、農園の数は１個でもよく、３個以上であってもよい。
　また、この実施の形態では、ループ配管４を流れるＲＯ処理水の一部は、分岐配管（第４配管）９を介して電解装置１０に送水され、電解処理される。電解処理により生成した殺菌機能を有した電解処理水は、配管１１を介して農園Ａ，Ｂのスプレーノズル１２に供給され、農園内の空間に噴霧され、空間殺菌が行われる。スプレーノズル１２は、通常、複数個設置される。この実施の形態では、電解装置１０、配管１１及びスプレーノズル１２によって噴霧型空間殺菌機器が構成されている。
　なお、電解装置１０は、ＲＯ処理水に希塩酸などの酸又は次亜塩素酸ナトリウムなどのアルカリを添加してから電解を行うように構成されてもよい。電解装置１０の代りに、ＲＯ処理水に過酢酸を添加して殺菌用水を調製する殺菌用水調製装置を用いてもよい。
　各農園にあっては、図２の通り、分岐配管５からのＲＯ処理水は、バルブ５Ｖを開とすることにより受水槽２０に流入し、貯水される。受水槽２０内のＲＯ処理水は、配管２１を介して散水器２２に送水され、植物栽培ベッド３０上の植物（図示略）に向って散水される。
　また、各農園にあっては、分岐配管６からのＲＯ処理水は、バルブ６Ｖを開とすることにより希釈液肥調製装置２３に送水される。
　希釈液肥調製装置２３は、液肥をＲＯ処理水で希釈して希釈液肥を調製するよう構成されている。この実施の形態では、液肥調製装置２３は、ＲＯ処理水が流れる配管と、該配管に対し液肥を添加する薬注装置２４とを有している。液肥としては、マクロ栄養素（Ｐ、Ｋ、Ｎ）のほかミクロ栄養素（重金属類）を添加する。
　なお、薬注装置２４のうちの１つはｐＨ上昇剤（アップ剤）を薬注するものである。この実施の形態では、ＲＯ処理水のｐＨが６以下となっているので、ｐＨのダウン剤の添加は不要である。アップ剤としては、水酸化カリウム、重炭酸カリウムなどを用いることができるが、これに限定されない。
　また、この実施の形態では、希釈液肥調製装置２３は、ＲＯ処理水又は調製された希釈液肥を加温するための熱交換器（図示略）を有している。この熱交換器の熱源流体としては、前記ボイラ８からの蒸気が好適である。
　この実施の形態では、希釈液肥調製装置２３からの希釈液肥を送水するための配管２５に、希釈液肥の水質（例えば、電気伝導度、ｐＨ、水温、ＴＯＣなど）を検出する水質検出手段２６と、この水質検出手段２６の検出結果に基づいて薬注装置２４や前記熱交換器の制御を行う制御装置（図示略）が設置されている。
　希釈液肥は、配管２５から植物栽培ベッド３０へ送水され、灌水として用いられる。植物栽培ベッド３０には、培地を加温するヒータを設けてもよい。このヒータの熱源としては、ボイラ８からの蒸気が好適である。
　上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は上記以外の態様とされてもよい。例えば、本発明では、農園は、培地温度だけでなく、植物栽培工場やビニールハウス内の室温、湿度、光度、炭酸ガス濃度などの条件を制御してもよい。また、ＲＯ処理水の水質（電気伝導度、ｐＨ、水温、ＴＯＣなど）に応じて上記条件の管理基準値を補正したり、環境条件を直接に制御してもよい。この制御は遠隔制御で行われてもよい。
　本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。
　本出願は、２０２０年９月１７日付で出願された日本特許出願２０２０－１５６４３３に基づいており、その全体が引用により援用される。
　１　ＲＯ装置
　２　貯水槽
　４　ループ配管
　５　第１配管
　６　第２配管
　７　第３配管
　９　第４配管
　１０　電解装置
　２２　散水器
　２３　希釈液肥調製装置
　２４　薬注装置
　２６　水質検出手段
　３０　植物栽培ベッド

 

Claims (6)

  1. 　原水を逆浸透膜処理する逆浸透膜装置と、
    　該逆浸透膜装置の処理水を貯水する貯水手段と、
    　該貯水手段の水を農作物への散水手段に送水する第１配管と、
    　該貯水手段の水を希釈液肥調製手段に送水する第２配管と
    を備える農業用水処理システム。
  2. 　前記処理水のｐＨが６以下になるように前記逆浸透膜装置を運転制御する運転制御手段を有する請求項１に記載の農業用水処理システム。
  3. 　前記希釈液肥調製手段は、ｐＨ上昇剤の添加手段と、液肥の希釈手段と、調製された希釈液肥の水質管理手段を備える請求項１又は２に記載の農業用水処理システム。
  4. 　前記貯水手段の水を温水ボイラの給水として送水する第３配管と、該ボイラからの蒸気を熱源として前記農作物の培地を加温する加温手段を更に備える請求項１～３のいずれか１項に記載の農業用水処理システム。
  5. 　前記貯水手段の水を噴霧型空間殺菌機器に送水する第４配管を更に備える請求項１～４のいずれか１項に記載の農業用水処理システム。
  6. 　前記貯水手段は、貯水タンクと、該貯水タンクの水を循環させるループ配管とを有し、該ループ配管から前記各配管が分岐している請求項１～５のいずれか１項に記載の農業用水処理システム。

     
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