特開2024-95267植物生産システムの循環培養液の処理方法、植物生産システムの循環培養液の処理装置、及び植物生産システム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024095267
(43)【公開日】2024-07-10
(54)【発明の名称】植物生産システムの循環培養液の処理方法、植物生産システムの循環培養液の処理装置、及び植物生産システム
(51)【国際特許分類】
A01G 31/00 20180101AFI20240703BHJP
【ＦＩ】
A01G31/00 601A
A01G31/00 602
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022212428
(22)【出願日】2022-12-28
(71)【出願人】
【識別番号】591030651
【氏名又は名称】水ｉｎｇ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000523
【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】北澤 卓也
(72)【発明者】
【氏名】二見 賢一
(72)【発明者】
【氏名】古市 竜哉
(72)【発明者】
【氏名】高木 哲史
(72)【発明者】
【氏名】上田 卓矢
【テーマコード（参考）】
2B314
【Ｆターム（参考）】
2B314MA15
2B314MA17
2B314MA21
2B314MA23
2B314MA27
2B314MA35
2B314MA38
2B314MA42
2B314MA48
2B314PA03
2B314PA06
2B314PA08
2B314PA13
2B314PA16
2B314PA17
(57)【要約】
【課題】循環培養液の成分変化を抑制でき、細菌及び藻類等の繁殖を抑制しながら、簡易な装置で安全に除菌浄化処理を行うことが可能な植物生産システムの循環培養液の処理方法、植物生産システムの循環培養液の処理装置及び植物生産システムを提供する。
【解決手段】植物生産システムの循環培養液のｐＨが７以下となるように、循環培養液に酸を注入する酸注入工程と、酸を注入した後の循環培養液を処理槽１２１内に収容し、循環培養液を殺菌処理するための波長域を有する第１の紫外線を循環培養液に照射し、処理槽１２１内においてオゾンを生成させるための波長域を有する第２の紫外線を、酸素を含有する気体に照射してオゾンを生成させ、オゾン及び酸素を含有する気体を循環培養液に注入して循環培養液をオゾン殺菌する除菌浄化処理工程と、除菌浄化処理工程後の循環培養液を植物の生育に適切なｐＨに調整する調整工程とを有する植物生産システムの循環培養液の処理方法である。
【選択図】図１
【解決手段】植物生産システムの循環培養液のｐＨが７以下となるように、循環培養液に酸を注入する酸注入工程と、酸を注入した後の循環培養液を処理槽１２１内に収容し、循環培養液を殺菌処理するための波長域を有する第１の紫外線を循環培養液に照射し、処理槽１２１内においてオゾンを生成させるための波長域を有する第２の紫外線を、酸素を含有する気体に照射してオゾンを生成させ、オゾン及び酸素を含有する気体を循環培養液に注入して循環培養液をオゾン殺菌する除菌浄化処理工程と、除菌浄化処理工程後の循環培養液を植物の生育に適切なｐＨに調整する調整工程とを有する植物生産システムの循環培養液の処理方法である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
植物生産システムの循環培養液のｐＨが７以下となるように、前記循環培養液に酸を注入する酸注入工程と、
前記酸を注入した後の前記循環培養液を処理槽内に収容し、前記循環培養液を殺菌処理するための波長域を有する第１の紫外線を前記循環培養液に照射し、前記処理槽内においてオゾンを生成させるための波長域を有する第２の紫外線を、酸素を含有する気体に照射してオゾンを生成させ、前記オゾン及び前記酸素を含有する気体を前記循環培養液に注入して前記循環培養液をオゾン殺菌する除菌浄化処理工程と、
前記除菌浄化処理工程後の前記循環培養液を植物の生育に適切なｐＨに調整する調整工程と
を有する植物生産システムの循環培養液の処理方法。
前記酸を注入した後の前記循環培養液を処理槽内に収容し、前記循環培養液を殺菌処理するための波長域を有する第１の紫外線を前記循環培養液に照射し、前記処理槽内においてオゾンを生成させるための波長域を有する第２の紫外線を、酸素を含有する気体に照射してオゾンを生成させ、前記オゾン及び前記酸素を含有する気体を前記循環培養液に注入して前記循環培養液をオゾン殺菌する除菌浄化処理工程と、
前記除菌浄化処理工程後の前記循環培養液を植物の生育に適切なｐＨに調整する調整工程と
を有する植物生産システムの循環培養液の処理方法。
【請求項2】
気泡径１００μｍ以下の酸素を含有する気泡を生成させ、生成した前記気泡を前記除菌浄化処理工程で処理される前記循環培養液に注入する気泡注入工程を更に有することを含む請求項１に記載の植物生産システムの循環培養液の処理方法。
【請求項3】
前記酸素を含有する気体に対する前記気泡の前記循環培養液への供給比が、体積比で０．１以上となるように、前記酸素を含有する気体及び前記気泡を注入することを含む請求項２に記載の植物生産システムの循環培養液の処理方法。
【請求項4】
前記除菌浄化処理工程で処理される前記循環培養液のＤＯが５～２０ｍｇ／Ｌとなるように、前記酸素を含有する気体及び／又は気泡を前記循環培養液に注入することを含む請求項１～３のいずれか１項に記載の植物生産システムの循環培養液の処理方法。
【請求項5】
前記除菌浄化処理工程は、
前記処理槽内に配置された前記第１及び前記第２の紫外線を照射可能な紫外線照射手段と、前記処理槽内において前記紫外線照射手段の周囲に配置されたケーシングとの間に設けられた気体流通部内に前記酸素を含有する気体を注入し、
前記気体流通部内に注入された前記酸素を含有する気体に前記第２の紫外線を照射して前記オゾンを生成させ、
前記気体流通部内の前記酸素を含有する気体及び前記オゾンを前記処理槽内の前記循環培養液中に注入することを含む請求項１～３のいずれか１項に記載の植物生産システムの循環培養液の処理方法。
前記処理槽内に配置された前記第１及び前記第２の紫外線を照射可能な紫外線照射手段と、前記処理槽内において前記紫外線照射手段の周囲に配置されたケーシングとの間に設けられた気体流通部内に前記酸素を含有する気体を注入し、
前記気体流通部内に注入された前記酸素を含有する気体に前記第２の紫外線を照射して前記オゾンを生成させ、
前記気体流通部内の前記酸素を含有する気体及び前記オゾンを前記処理槽内の前記循環培養液中に注入することを含む請求項１～３のいずれか１項に記載の植物生産システムの循環培養液の処理方法。
【請求項6】
前記除菌浄化処理工程の前記循環培養液中のオゾン濃度が０．００５～０．５ｍｇ－Ｏ3／Ｌ－循環培養液となるように前記処理槽内で前記オゾンを生成させることを含む請求項１～３のいずれか１項に記載の植物生産システムの循環培養液の処理方法。
【請求項7】
前記循環培養液に液体肥料を注入する工程を更に有する請求項１～３のいずれか１項に記載の植物生産システムの循環培養液の処理方法。
【請求項8】
前記循環培養液の電気伝導率の測定結果に基づいて、前記循環培養液の電気伝導率を、処理対象とする植物の生育に適切な電気伝導率に調整する工程を有する請求項１～３のいずれか１項に記載の植物生産システムの循環培養液の処理方法。
【請求項9】
植物生産システムの循環培養液のｐＨが７以下となるように、前記循環培養液に酸を注入する酸処理手段と、
前記酸を注入した前記循環培養液を収容する処理槽と、前記処理槽内に配置され、前記循環培養液を殺菌処理するための波長域を有する第１の紫外線とオゾンを生成させるための波長域を有する第２の紫外線とを照射する紫外線照射手段と、前記第２の紫外線と反応して前記オゾンの生成を促す酸素を含有する気体を前記処理槽内へ注入する気体注入手段とを備える除菌浄化処理手段と、
前記除菌浄化処理手段で処理された前記循環培養液を、植物の生育に適切なｐＨに調整する調整手段と
を備える植物生産システムの循環培養液の処理装置。
前記酸を注入した前記循環培養液を収容する処理槽と、前記処理槽内に配置され、前記循環培養液を殺菌処理するための波長域を有する第１の紫外線とオゾンを生成させるための波長域を有する第２の紫外線とを照射する紫外線照射手段と、前記第２の紫外線と反応して前記オゾンの生成を促す酸素を含有する気体を前記処理槽内へ注入する気体注入手段とを備える除菌浄化処理手段と、
前記除菌浄化処理手段で処理された前記循環培養液を、植物の生育に適切なｐＨに調整する調整手段と
を備える植物生産システムの循環培養液の処理装置。
【請求項10】
前記酸処理手段と前記除菌浄化処理手段との間に設けられ、気泡径１００μｍ以下の酸素を含有する気泡を生成し、生成した前記気泡を前記循環培養液へ注入する気泡注入手段を更に備える請求項９に記載の植物生産システムの循環培養液の処理装置。
【請求項11】
前記紫外線照射手段が、前記第１の紫外線及び前記第２の紫外線を照射可能な紫外線ランプと、前記紫外線ランプの周囲に配置されたケーシングとを備え、前記紫外線ランプと前記ケーシングとの間に気体流通部を形成し、
前記気体注入手段が、前記気体流通部に接続され、前記酸素を含有する気体を前記気体流通部内に注入し、
前記気体流通部に接続された循環部が、前記第２の紫外線の照射により前記気体流通部内に生成された前記オゾン及び前記酸素を含む気体を前記処理槽内の前記循環培養液へ循環させて注入するように構成されていることを含む請求項９又は１０に記載の植物生産システムの循環培養液の処理装置。
前記気体注入手段が、前記気体流通部に接続され、前記酸素を含有する気体を前記気体流通部内に注入し、
前記気体流通部に接続された循環部が、前記第２の紫外線の照射により前記気体流通部内に生成された前記オゾン及び前記酸素を含む気体を前記処理槽内の前記循環培養液へ循環させて注入するように構成されていることを含む請求項９又は１０に記載の植物生産システムの循環培養液の処理装置。
【請求項12】
植物の成長に必要な栄養素を含む循環培養液を用いて植物を栽培する栽培棚と、
前記栽培棚から排出される前記循環培養液を前記栽培棚へ循環させる循環手段と、
前記栽培棚から排出された前記循環培養液に対し、ｐＨが７以下となるように酸を注入する酸処理手段と、
前記酸を注入した前記循環培養液を収容する処理槽と、前記処理槽内に配置され、前記循環培養液を殺菌処理するための波長域を有する第１の紫外線と前記循環培養液中にオゾンを発生させるための波長域を有する第２の紫外線とを照射する紫外線照射手段と、前記第２の紫外線と反応して前記オゾンの生成を促す酸素を含有する気体を前記処理槽内へ注入する気体注入手段とを備える除菌浄化処理手段と、
前記除菌浄化処理手段に接続され、前記除菌浄化処理手段で処理された前記循環培養液を植物の生育に適切なｐＨに調整する調整手段と
を備える植物生産システム。
前記栽培棚から排出される前記循環培養液を前記栽培棚へ循環させる循環手段と、
前記栽培棚から排出された前記循環培養液に対し、ｐＨが７以下となるように酸を注入する酸処理手段と、
前記酸を注入した前記循環培養液を収容する処理槽と、前記処理槽内に配置され、前記循環培養液を殺菌処理するための波長域を有する第１の紫外線と前記循環培養液中にオゾンを発生させるための波長域を有する第２の紫外線とを照射する紫外線照射手段と、前記第２の紫外線と反応して前記オゾンの生成を促す酸素を含有する気体を前記処理槽内へ注入する気体注入手段とを備える除菌浄化処理手段と、
前記除菌浄化処理手段に接続され、前記除菌浄化処理手段で処理された前記循環培養液を植物の生育に適切なｐＨに調整する調整手段と
を備える植物生産システム。
【請求項13】
前記酸処理手段に供する前記循環培養液の取水箇所が、前記栽培棚の後段であり前記循環手段内、もしくは前記栽培棚から排出された前記循環培養液を貯留する培養液槽である請求項１２に記載の植物生産システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、植物生産システムの循環培養液の処理方法、植物生産システムの循環培養液の処理装置及び植物生産システムに関する。
【背景技術】
【0002】
植物生産システムで利用される循環培養液は、一般的には水、肥料成分、ｐＨ調整剤から構成されている。循環培養液は、植物生産システム内を循環し、栽培棚の植物へ水分と栄養分を供給する液体である。循環培養液は、数週間から数か月程度、植物の生育のために利用された後で、全量が廃棄され、その後、新たな循環培養液に入れ替えられることが多い。しかしながら、循環培養液の入れ替えは、大量の水道水が必要であること、入れ替え作業時における栽培棚及びシステム内の清掃作業に人手と時間を要すること、或いは、使用済の循環培養液を廃棄する際に、循環培養液に含まれる肥料成分が同時に廃棄されること等の種々の課題を有している。中でも、循環培養液が、生産システム内で循環されることによって細菌や藻類が発生し増加する問題が大きな課題の一つとなっている。
【0003】
このような循環培養液中の細菌や藻類の発生及び増加を抑制する方策として、特許第５８０２５５８号公報（特許文献１）には、液肥である培養液を入れる養液タンクと栽培ベッドとの間を循環させる養液栽培システムであって、オゾン供給機能と紫外線照射機能と光触媒作用機能を有する除菌浄化ユニットの相乗効果によって殺菌作用と有機物分解作用とを発揮するようにした養液栽培システムの例が記載されている。
【0004】
特許第５１９１７８２号公報（特許文献２）には、液肥である培養液を入れる溶液タンクと栽培ベッドとの間を循環させる養液栽培システムであって、栽培ベッドと養液タンクとを供給ラインと戻りラインとにより接続して循環ラインを構成し、供給ラインから分岐して浄化養液タンクと浄化栽培ベッドとを有する分岐循環ラインを設け、この分岐循環ライン内の浄化養液タンクに除菌浄化ユニットを接続した養液栽培システムの例が記載されている。
【0005】
また、循環培養液の植物の生育性能を向上させるための技術も種々報告されている。特開平７－１３２０２９号公報（特許文献３）及び特許第４７５４５１２号公報（特許文献４）には、植物の水耕栽培を行う際に利用する培養液の溶存酸素量を高めるために、植物の水耕栽培用の培養液に微細気泡を注入する植物の水耕栽培方法の例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特許第５８０２５５８号公報
【特許文献2】特許第５１９１７８２号公報
【特許文献3】特開平７－１３２０２９号公報
【特許文献4】特許第４７５４５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献１及び２等に記載されるように、循環培養液の除菌処理方法としては、紫外線処理、オゾン酸化処理、酸化促進処理、薬品による処理等が一般的に行われる。しかしながら、紫外線処理では、循環培養液の濁度や色度による除菌効果が十分達成されない場合がある。オゾン酸化処理では、オゾンガスを供給するため、循環培養液中又は周囲の気体中の残留オゾンが、植物を枯らす場合や植物の変色を引き起こす場合がある。食品用の植物生産システムでは、酸化促進処理や薬品による処理が使用できない場合もある。また、これら紫外線処理、オゾン酸化処理、酸化促進処理及び薬品による処理は、循環培養液の中の金属イオン成分の酸化等を引き起こし、色度の増加等の循環培養液の成分変化を生じさせるという問題もある。
【0008】
上記課題を鑑み、本発明は、循環培養液の成分変化を抑制でき、細菌及び藻類等の繁殖を抑制しながら、簡易な装置で安全に除菌浄化処理を行うことが可能な植物生産システムの循環培養液の処理方法、植物生産システムの循環培養液の処理装置及び植物生産システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、循環培養液に対して特定の除菌浄化処理を行うことが有用であるとの知見を得て本発明に至った。
【0010】
以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、植物生産システムの循環培養液のｐＨが７以下となるように、循環培養液に酸を注入する酸注入工程と、酸を注入した後の循環培養液を処理槽内に収容し、循環培養液を殺菌処理するための波長域を有する第１の紫外線を循環培養液に照射し、処理槽内においてオゾンを生成させるための波長域を有する第２の紫外線を、酸素を含有する気体に照射してオゾンを生成させ、オゾン及び酸素を含有する気体を循環培養液に注入して循環培養液をオゾン殺菌する除菌浄化処理工程と、除菌浄化処理工程後の循環培養液を植物の生育に適切なｐＨに調整する調整工程とを有する植物生産システムの循環培養液の処理方法である。
【0011】
本発明の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理方法は一実施態様において、気泡径１００μｍ以下の酸素を含有する気泡を生成させ、生成した気泡を除菌浄化処理工程で処理される循環培養液に注入する気泡注入工程を更に有する。
【0012】
本発明の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理方法は別の一実施態様において、酸素を含有する気体に対する気泡の循環培養液への供給比が、体積比で０．１以上となるように、酸素を含有する気体及び気泡を注入することを含む。
【0013】
本発明の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理方法は更に別の一実施態様において、除菌浄化処理工程で処理される循環培養液のＤＯが５～２０ｍｇ／Ｌとなるように、酸素を含有する気体及び／又は気泡を循環培養液に注入することを含む。
【0014】
本発明の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理方法は更に別の一実施態様において、除菌浄化処理工程は、処理槽内に配置された第１及び第２の紫外線を照射可能な紫外線照射手段と、処理槽内において紫外線照射手段の周囲に配置されたケーシングとの間に設けられた気体流通部内に酸素を含有する気体を注入し、気体流通部内に注入された酸素を含有する気体に第２の紫外線を照射してオゾンを生成させ、気体流通部内の酸素を含有する気体及びオゾンを処理槽内の循環培養液中に注入することを含む。
【0015】
本発明の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理方法は更に別の一実施態様において、除菌浄化処理工程の循環培養液中のオゾン濃度が０．００５～０．５ｍｇ－Ｏ3／Ｌ－循環培養液となるように処理槽内でオゾンを生成させることを含む。
【0016】
本発明の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理方法は更に別の一実施態様において、循環培養液に液体肥料を注入する工程を更に有する。
【0017】
本発明の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理方法は更に別の一実施態様において、循環培養液の電気伝導率の測定結果に基づいて、循環培養液の電気伝導率を、処理対象とする植物の生育に適切な電気伝導率に調整する工程を有する。
【0018】
本発明は別の一側面において、植物生産システムの循環培養液のｐＨが７以下となるように、循環培養液に酸を注入する酸処理手段と、酸を注入した循環培養液を収容する処理槽と、処理槽内に配置され、循環培養液を殺菌処理するための波長域を有する第１の紫外線とオゾンを生成させるための波長域を有する第２の紫外線とを照射する紫外線照射手段と、第２の紫外線と反応してオゾンの生成を促す酸素を含有する気体を処理槽内へ注入する気体注入手段とを備える除菌浄化処理手段と、除菌浄化処理手段で処理された循環培養液を、植物の生育に適切なｐＨに調整する調整手段とを備える植物生産システムの循環培養液の処理装置である。
【0019】
本発明の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置は一実施態様において、酸処理手段と除菌浄化処理手段との間に設けられ、気泡径１００μｍ以下の酸素を含有する気泡を生成し、生成した気泡を循環培養液へ注入する気泡注入手段を更に備える。
【0020】
本発明の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置は別の一実施態様において、外線照射手段が、第１の紫外線及び第２の紫外線を照射可能な紫外線ランプと、紫外線ランプの周囲に配置されたケーシングとを備え、紫外線ランプとケーシングとの間に気体流通部を形成し、気体注入手段が、気体流通部に接続され、酸素を含有する気体を気体流通部内に注入し、気体流通部に接続された循環部が、第２の紫外線の照射により気体流通部内に生成されたオゾン及び酸素を含む気体を処理槽内の循環培養液へ循環させて注入するように構成されていることを含む。
【0021】
本発明は更に別の一側面において、植物の成長に必要な栄養素を含む循環培養液を用いて植物を栽培する栽培棚と、栽培棚から排出される循環培養液を栽培棚へ循環させる循環手段と、栽培棚から排出された循環培養液に対し、ｐＨが７以下となるように酸を注入する酸処理手段と、酸を注入した循環培養液を収容する処理槽と、処理槽内に配置され、循環培養液を殺菌処理するための波長域を有する第１の紫外線と循環培養液中にオゾンを発生させるための波長域を有する第２の紫外線とを照射する紫外線照射手段と、第２の紫外線と反応してオゾンの生成を促す酸素を含有する気体を処理槽内へ注入する気体注入手段とを備える除菌浄化処理手段と、除菌浄化処理手段に接続され、除菌浄化処理手段で処理された循環培養液を植物の生育に適切なｐＨに調整する調整手段とを備える植物生産システムである。
【0022】
本発明の実施の形態に係る植物生産システムは一実施態様において、酸処理手段に供する循環培養液の取水箇所が、栽培棚の後段であり循環手段内、もしくは栽培棚から排出された循環培養液を貯留する培養液槽である。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、循環培養液の成分変化を抑制でき、細菌及び藻類等の繁殖を抑制しながら、簡易な装置で安全に除菌浄化処理を行うことが可能な植物生産システムの循環培養液の処理方法、植物生産システムの循環培養液の処理装置及び植物生産システムが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の第１の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図2】第１の実施の形態の第１変形例に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図3】第１の実施の形態の第２変形例に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図4】本発明の第２の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図5】第２の実施の形態の第１変形例に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図6】第２の実施の形態の第２変形例に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図7】本発明の第３の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図8】第３の実施の形態の第１変形例に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図9】第３の実施の形態の第２変形例に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図10】第３の実施の形態の第３変形例に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図11】第３の実施の形態の第４変形例に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図12】その他の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図13】その他の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図14】その他の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図15】その他の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図16】その他の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図17】その他の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図18】その他の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図19】その他の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図20】その他の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図21】その他の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図22】その他の実施の形態に係る植物生産システムの循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【図23】本発明の実施例に係る循環培養液の処理装置の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
図面を参照しながら本発明の実施の形態を以下に説明する。以下の図面の記載においては、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。なお、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。
【0026】
＜植物生産システム１００＞
本実施形態に係る植物生産システム１００は一般的に植物工場、野菜工場、苗生産システム、薬用植物工場、バイオ植物工場などを含み、より具体的には人工光型植物工場、光合成型植物工場等が挙げられる。中でも本実施形態に係る植物生産システム１００は、人工光型植物工場に好適に利用することができる。
本実施形態に係る植物生産システム１００は一般的に植物工場、野菜工場、苗生産システム、薬用植物工場、バイオ植物工場などを含み、より具体的には人工光型植物工場、光合成型植物工場等が挙げられる。中でも本実施形態に係る植物生産システム１００は、人工光型植物工場に好適に利用することができる。
【0027】
人工光型植物工場は、屋内の閉鎖的な環境において、植物栽培棚、空調装置（二酸化炭素供給装置）、光源、循環培養液循環手段（ポンプ、ｐＨ調整装置、電気伝導度調整装置など）、液体肥料注入装置、培養液槽（貯槽）から構成される。人工光型植物工場は、特定波長のＬＥＤ光源などを利用した人工光と、空調と、循環培養液と、その他植物生育に必要な環境要因を制御し、一定の生育条件を維持しながら養液栽培を行う植物生産システム１００である。植物生育に必要な環境要因としては、温度、光量、二酸化炭素濃度、水質（各栄養塩類及び微量金属成分を含む）、湿度、気流、循環培養液の循環水量等を含む。なお、本発明では、図１に示すように、植物生産システム１００として、植物生産システム１００の一部を構成する栽培棚５、循環手段４、培養液槽１０（図３参照）を例示しているが、本植物生産システム１００はこれらの構成に限定されないことは勿論である。
【0028】
＜栽培棚５＞
栽培棚５は、植物生産システム１００において植物が生育される箇所を指す。栽培棚５では、生育対象の植物が、樹脂製のパネルなどで保持されている。循環培養液は、典型的には、栽培棚５内の植物の根部分へ供給され、栽培棚５内を流れた循環培養液が、栽培棚５の後段から系外へと排出される。図示を省略しているが、栽培棚５には、光源、二酸化炭素供給装置、温度計、湿度計、各種センサ類などが設置されており、各植物の生育に適した一定の環境条件が維持されている。
栽培棚５は、植物生産システム１００において植物が生育される箇所を指す。栽培棚５では、生育対象の植物が、樹脂製のパネルなどで保持されている。循環培養液は、典型的には、栽培棚５内の植物の根部分へ供給され、栽培棚５内を流れた循環培養液が、栽培棚５の後段から系外へと排出される。図示を省略しているが、栽培棚５には、光源、二酸化炭素供給装置、温度計、湿度計、各種センサ類などが設置されており、各植物の生育に適した一定の環境条件が維持されている。
【0029】
＜循環培養液＞
栽培棚５を循環する循環培養液は、培養液、栽培液、循環培養液、水耕培養液、養液などとも呼称される。循環培養液は、植物生産システム１００内において循環利用され、主に、水、栄養塩類（窒素、りん）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、ホウ素（Ｂ）等の微量元素成分を含み、植物の生育に必要な水分と栄養素を供給する液体である。循環培養液は、栽培棚５、循環手段４及び培養液槽１０を循環し、一定のｐＨ及び電気伝導率となるように、水質項目が常時監視されている。循環培養液の水質項目に変化があった場合は、必要量のｐＨ調整剤（酸、アルカリ剤）や液体肥料を注入し、水質を一定に維持させるように調整される。
栽培棚５を循環する循環培養液は、培養液、栽培液、循環培養液、水耕培養液、養液などとも呼称される。循環培養液は、植物生産システム１００内において循環利用され、主に、水、栄養塩類（窒素、りん）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、ホウ素（Ｂ）等の微量元素成分を含み、植物の生育に必要な水分と栄養素を供給する液体である。循環培養液は、栽培棚５、循環手段４及び培養液槽１０を循環し、一定のｐＨ及び電気伝導率となるように、水質項目が常時監視されている。循環培養液の水質項目に変化があった場合は、必要量のｐＨ調整剤（酸、アルカリ剤）や液体肥料を注入し、水質を一定に維持させるように調整される。
【0030】
＜液体肥料＞
液体肥料は、一般的に液肥、栄養剤などと呼称され、循環培養液中へ栄養塩類や微量金属成分を補充するために用いられる液体肥料である。液体肥料は、栄養塩類、微量金属成分を含む。栄養塩類、微量金属としては、具体的には、窒素（Ｎ）とその化合物、リン（Ｐ）とその化合物、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂと、各金属の水和物又は化合物を含む。液体肥料は、水等の溶媒に目的に応じた上記成分を溶解させて製造される。
液体肥料は、一般的に液肥、栄養剤などと呼称され、循環培養液中へ栄養塩類や微量金属成分を補充するために用いられる液体肥料である。液体肥料は、栄養塩類、微量金属成分を含む。栄養塩類、微量金属としては、具体的には、窒素（Ｎ）とその化合物、リン（Ｐ）とその化合物、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂと、各金属の水和物又は化合物を含む。液体肥料は、水等の溶媒に目的に応じた上記成分を溶解させて製造される。
【0031】
＜浮遊物質＞
浮遊物質（ＳＳ：Ｓｕｓｐｅｎｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ）とは、排水中に浮遊する固形状の懸濁物質のことであり、孔径１μｍのろ紙でろ過した際に、ろ紙上に残留する物質を指す。ＳＳは無機性及び有機性の物質を含む。無機性のＳＳは、土壌由来の成分や粘土成分などを含む。有機性のＳＳは、動植物及び微生物の細胞由来や工場由来の成分を含む。本実施形態の被処理水に含まれるＳＳは特に限定しないが、清涼飲料水製造工場の製造工程で生じた成分、活性汚泥、流動担体から剥離した汚泥、凝集処理工程で生じた汚泥フロック由来のＳＳが該当する。
浮遊物質（ＳＳ：Ｓｕｓｐｅｎｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ）とは、排水中に浮遊する固形状の懸濁物質のことであり、孔径１μｍのろ紙でろ過した際に、ろ紙上に残留する物質を指す。ＳＳは無機性及び有機性の物質を含む。無機性のＳＳは、土壌由来の成分や粘土成分などを含む。有機性のＳＳは、動植物及び微生物の細胞由来や工場由来の成分を含む。本実施形態の被処理水に含まれるＳＳは特に限定しないが、清涼飲料水製造工場の製造工程で生じた成分、活性汚泥、流動担体から剥離した汚泥、凝集処理工程で生じた汚泥フロック由来のＳＳが該当する。
【0032】
＜一般細菌＞
本実施形態において「細菌」又は「一般細菌」は、準寒天培地によって３６±１℃で、２４±２時間培養したときに、培地上にコロニーを形成する細菌（特に従属栄養細菌）を指し、上水試験法（日本水道協会発行、上水試験方法）又は下水試験方法（日本下水道協会発行、下水試験方法）に準拠した方法で測定する。培地上に形成されたコロニー数は、個／ｍＬ、ＣＦＵ／ｍＬとして表す。細菌又は一般細菌は一般生菌をも含む。植物生産システムは、野菜や果物類などの食品用途に用いられるため、培養液中の細菌または一般細菌には一定の基準値が定められており、一定濃度以下とする必要がある。
本実施形態において「細菌」又は「一般細菌」は、準寒天培地によって３６±１℃で、２４±２時間培養したときに、培地上にコロニーを形成する細菌（特に従属栄養細菌）を指し、上水試験法（日本水道協会発行、上水試験方法）又は下水試験方法（日本下水道協会発行、下水試験方法）に準拠した方法で測定する。培地上に形成されたコロニー数は、個／ｍＬ、ＣＦＵ／ｍＬとして表す。細菌又は一般細菌は一般生菌をも含む。植物生産システムは、野菜や果物類などの食品用途に用いられるため、培養液中の細菌または一般細菌には一定の基準値が定められており、一定濃度以下とする必要がある。
【0033】
＜藻類＞
藻類は、循環培養液を循環利用する際に、液中、栽培棚、流路、循環培養液の循環手段、培養液槽などに発生する植物プランクトンを指す。具体的には、緑藻類、藍藻類、黄金藻類、珪藻類などを指し、特に、光合成色素（クロロフィルａ）を細胞内に持つ、緑藻類を指す。植物生産システム内で藻類が発生した場合、循環培養液の交換頻度及び流路の清掃頻度が増加するなどの問題が生じる。
藻類は、循環培養液を循環利用する際に、液中、栽培棚、流路、循環培養液の循環手段、培養液槽などに発生する植物プランクトンを指す。具体的には、緑藻類、藍藻類、黄金藻類、珪藻類などを指し、特に、光合成色素（クロロフィルａ）を細胞内に持つ、緑藻類を指す。植物生産システム内で藻類が発生した場合、循環培養液の交換頻度及び流路の清掃頻度が増加するなどの問題が生じる。
【0034】
（第１の実施の形態）
＜循環培養液の処理装置＞
本発明の第１の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理装置は、図１に示すように、植物生産システム１００の循環培養液に酸を注入する酸処理手段１と、除菌浄化処理手段２と、除菌浄化処理手段２で処理された循環培養液を、植物の生育に適切なｐＨに調整する調整手段３とを備える。
＜循環培養液の処理装置＞
本発明の第１の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理装置は、図１に示すように、植物生産システム１００の循環培養液に酸を注入する酸処理手段１と、除菌浄化処理手段２と、除菌浄化処理手段２で処理された循環培養液を、植物の生育に適切なｐＨに調整する調整手段３とを備える。
【0035】
酸処理手段１は、植物生産システム１００の循環培養液のｐＨが７以下となるように、循環培養液に酸を注入し、循環培養液を酸性に調整するための装置である。酸処理手段１は、貯留槽、薬注ポンプ、配管、その付随設備から構成される。酸注入ラインの前段もしくは後段にｐＨ測定装置（不図示）を設け、ｐＨの状況に応じて酸の注入量を制御することも可能である。ｐＨ測定装置は特に限定されないが、ｐＨ計、ｐＨ電極、ｐＨセンサなどが挙げられる。また、全有機炭素計、色度計などを併せて設置することが可能である。酸の種類は特に限定されないが、硫酸、塩酸、硝酸、りん酸、ホウ酸などの無機酸が挙げられる。中でも、循環培養液の色度成分等の性状変化を長期間抑制し、除菌浄化処理手段２による除菌浄化処理の効果をより高く得るためには、酸としてリン酸、硝酸等を用いることがより好ましい。
【0036】
酸処理手段１では、循環培養液のｐＨが６以下、更にはｐＨが５．５以下、より更にはｐＨが５以下となるように、循環培養液に酸を注入することが好ましい。循環培養液は、肥料成分としての微量金属を含むが、後述する除菌浄化処理手段２による紫外線照射や酸化促進処理により金属イオンの酸化が生じ、循環培養液の色度が増加する可能性がある。本実施形態では、酸処理手段１が設けられることにより、循環培養液中の金属成分、特に鉄やマンガン等の酸化に起因する循環培養液の色度の増加が抑制できるため、循環培養液の成分変化が効果的に抑制できる。
【0037】
除菌浄化処理手段２は、栽培棚５から排出された循環培養液を除菌及び浄化処理するための装置である。除菌浄化処理手段２は、酸処理手段１で酸を注入した後の循環培養液を収容する処理槽２１と、処理槽２１内に配置され、循環培養液に照射する紫外線照射手段２２と、紫外線照射手段２２から照射される紫外線と反応して処理槽２１内でオゾンの生成を促すために、酸素を含有する気体を処理槽２１内へ注入する気体注入手段２３とを備える。
【0038】
紫外線照射手段２２の構成は特に限定されない。紫外線照射手段２２は、例えば、紫外線ランプ１２２、紫外線ランプ１２２の外側に紫外線ランプ１２２の周囲を覆うように配置されたケーシング２５、電源及び配線（不図示）等を備え、紫外線ランプ１２２とケーシング２５との間に気体流通部１２６を形成するように構成されている。紫外線ランプ１２２の種類に特に制限はないが、熱陰極型、冷陰極型のランプが好適に用いられる。ケーシング２５は、紫外線ランプ１２２を防護しつつ、紫外線ランプ１２２とケーシング２５との間に、気体注入手段２３から注入される酸素を含有する気体を流通させる機能を有する。ケーシング２５の材質に制限はないが、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、ガラス樹脂等の無色透明であって、紫外線照射手段２２が照射する波長域の紫外線を吸収または反射せず、紫外線による劣化を生じにくいものが好ましい。
【0039】
紫外線照射手段２２は、循環培養液を殺菌処理するための波長域を有する第１の紫外線と、循環培養液中にオゾンを生成させるための波長域を有する第２の紫外線とを循環培養液に照射する装置である。図１に示す例では、紫外線照射手段２２は、第１の紫外線を照射する第１の紫外線照射手段２２Ａ（第１の紫外線ランプ）と、第２の紫外線を照射する第２の紫外線照射手段２２Ｂ（第２の紫外線ランプ）とが、それぞれ別々に備えられる例を示しているが、この例には限定されない。好ましくは、波長域の異なる第１の紫外線と第２の紫外線とを、一本の紫外線ランプで照射可能な紫外線照射手段２２を用いることにより、小型化及び装置簡略化が図れる。
【0040】
第１の紫外線の波長域は、循環培養液を殺菌処理可能な波長域であれば限定されないが、典型的には波長域２４０～３００ｎｍ、より典型的には２４０～２６０ｎｍである。第２の紫外線の波長域は、紫外線の照射によりオゾンを生成させる波長域であれば限定されないが、典型的には波長域１８０～１９０ｎｍ、より典型的には１８５ｎｍである。
【0041】
気体注入手段２３は、例えば、エアコンプレッサ、空気圧力計、空気流量計、減圧弁、配管、その付随装置から構成される。酸素を含有する気体としては、取り扱い性、入手容易性および経済性の観点等から、空気を利用することが最も好ましい。また、酸素を含有する気体として、酸素の他にも、オゾン、二酸化炭素、水素等の任意の気体を更に含有させてもよいし、これら２種類以上の気体をそれぞれ同時に導入することも可能である。気体注入手段２３は、紫外線ランプ１２２とケーシング２５との間に形成された気体流通部１２６に接続されている。気体注入手段２３は、ケーシング２５に設けられた注入口２３１を介して酸素を含有する気体、典型的には空気を気体流通部１２６に注入する。
【0042】
除菌浄化処理手段２では、紫外線照射手段２２によって、第１の紫外線を循環培養液に照射することにより、循環培養液中の一般細菌及び藻類を死滅させるための装置である。除菌浄化処理手段２では、気体注入手段２３によって、空気等の酸素を含有する気体を紫外線照射手段２２の周囲の気体流通部１２６に注入した状態で第２の紫外線を照射することにより、気体流通部１２６には、注入した酸素の一部からオゾンが生成する。更に、第２の紫外線の照射により生成した少量のオゾンと、第１の紫外線照射手段２２Ａによる第１の紫外線の照射によって、循環培養液中にヒドロキシラジカルが生成される。これにより、除菌浄化処理手段２では、紫外線と、オゾンと、ヒドロキシラジカルとによる酸化分解反応の促進処理（ＡＯＰ処理）が行われる。このＡＯＰ処理により、循環培養液中の一般細菌、藻類、浮遊物質（ＳＳ）、溶解性有機物等が効率良く分解される。
【0043】
ＡＯＰ処理（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ）とは、酸化促進処理又は促進酸化処理と呼称されている。このＡＯＰ処理は、いくつかの酸化剤と水との反応によって、単独の酸化処理よりも多くのヒドロキシラジカルを発生させて、酸化分解反応を促進する方法である。ＡＯＰ処理で用いられる酸化剤としては、オゾン、過酸化水素などが挙げられる。ＡＯＰ処理は、薬剤等を用いた処理方法と異なり、処理後の残留物が残らず、脱色性に優れる点で有用である。そのため、植物生産システム１００等のような植物の生育に用いられる循環培養液の除菌浄化処理に適用することによって、循環培養液の成分変化、細菌及び藻類等の繁殖を抑制しながら、簡易な装置で安全に除菌浄化処理を行うことができる。本実施形態では、ＡＯＰ処理の中でも、紫外線による紫外線（ＵＶ）処理をＡＯＰ処理に組み合わせることにより、酸化処理、有機物処理、殺菌処理などが促進できるため、単独の紫外線処理やオゾン処理やＡＯＰ処理よりも、更に高い除菌浄化処理効果を有する。
【0044】
気体注入手段２３による気体の注入量に特は制限されないが、注入量が多すぎると空気と紫外線との反応が不十分となり、オゾンの生成量が不足する一方で、少なすぎると、植物の生育に必要な十分な酸素量（溶存酸素濃度：ＤＯ）を備えた循環培養液が得られない場合がある上、除菌浄化処理手段２で実施するＡＯＰ処理のためのオゾンの生成量が不足し、除菌浄化処理効果が小さくなる場合がある。以下に限定されるものではないが、安定してより高い除菌浄化処理効果を得る上では、除菌浄化処理工程の循環培養液のＤＯが５～２０ｍｇ／Ｌとなるように、酸素を含有する気体及び／又は気泡を循環培養液に注入することが好ましく、ＤＯが６～１５ｍｇ／Ｌとなるように注入することがより好ましく、ＤＯが６～１２ｍｇ／Ｌとなるように注入することがより好ましい。
【0045】
酸素含有気体として空気を供給する場合は、処理槽２１内に供給される循環培養液に対して、０．００５～１Ｌ／Ｌ－循環培養液で供給することが好ましく、０．０１～０．５Ｌ／Ｌ－循環培養液で供給することがより好ましい。以下に限定されるものではないが、酸素含有気体として空気を供給する場合、循環培養液と注入気体の気液比（循環培養液／酸素を含有する気体の体積比）を１～２００とすることが好ましく、３～１００とすることが更に好ましい。
【0046】
紫外線照射手段２２の気体流通部１２６で生成されたオゾンと酸素を含有する気体は、気体流通部１２６に接続された循環部２４を介して、処理槽２１内のケーシング２５の外側の循環液流通部１２７を流れる循環培養液へ注入される。これにより、紫外線照射で発生した微量のオゾンを有効に利用してＡＯＰ処理をより効率的に行うことができる。なお、除菌浄化処理手段２の前段に浮遊懸濁成分除去のためのフィルター等の前処理装置（不図示）を設置することにより、循環培養液の浄化効果を更に高めることが可能な点で好ましい。
【0047】
処理槽２１内の循環培養液中のオゾンの生成量が多すぎると栽培棚５へ循環する循環培養液中にオゾンが残存し、植物の変色等を生じさせることがある。本発明では、処理槽２１内に外部からオゾンを供給するのではなく、処理槽２１内、更には紫外線照射手段２２の気体流通部１２６に空気を注入し、気体流通部１２６で酸素と紫外線とを反応させることにより微量のオゾンを発生させ、発生したオゾンと紫外線との反応によって酸化力の強いヒドロキシラジカルを生成させる。循環培養液は、酸処理手段１によってｐＨが７以下、更には６以下、より更には５．５以下となるように処理されているため、循環培養液中にオゾンを効率良く溶存できる。また、循環培養液中のオゾンは微量であり、更に後述する調整手段３でｐＨ調整が行われることによって、植物等に悪影響が生じない程度に分解されるため、循環培養液中に溶存するオゾンの分解処理等を特別に設ける必要が無い。さらに、外部からのオゾン供給がないため、装置構成が簡易であり、ランニングコストの低減が可能である。よって、本発明によれば、循環培養液をより簡易かつ小型な設備で除菌浄化処理できる。
【0048】
以下に限定されるものではないが、本実施形態では、除菌浄化処理手段２における除菌浄化処理工程後、具体的には、除菌浄化処理手段２から排出された循環培養液中のオゾン濃度が０．００５～０．５ｍｇ－Ｏ3／Ｌ－循環培養液、より典型的には０．０１～０．４ｍｇ－Ｏ3／Ｌ－循環培養液、更に典型的には０．０１～０．３ｍｇ－Ｏ3／Ｌ－循環培養液となるように、除菌浄化処理工程におけるオゾン処理が行われることが好ましい。
【0049】
調整手段３は、除菌浄化処理手段２を経た循環培養液に対し、ｐＨ調整剤を注入することで循環培養液のｐＨを植物の生育に適切なｐＨに調整する装置である。調整手段３は、典型的には、ｐＨ調整剤を貯留する貯留槽、薬注ポンプ、配管、その付随設備から構成される。調整手段３は、循環培養液とｐＨ調整剤を撹拌する処理槽等を有していても良いし、循環培養液を流れる配管中に直接注入する形式としてもよい。
【0050】
調整手段３において用いられるｐＨ調整剤としては、典型的にはアルカリ剤が利用できる。アルカリ剤としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化アンモニウム、炭酸アンモニウムまたはこれらの水和物などが挙げられる。ｐＨ調整剤として液体肥料を使用することも可能である。この場合、液体肥料として水酸化カリウムの水溶液や水和物等を用いることで効率の良い処理が行える。ｐＨ調整剤の注入量は、循環培養液のｐＨが適正になる量であれば特に限定されない。調整手段３では、ｐＨが５～７、より典型的には、ｐＨが５．５～６．５となるようにｐＨ調整剤が循環培養液中に注入される。また、調整手段３でｐＨ調整剤を加えてｐＨが５～７となるように調整されることで、オゾンのラジカル化を促進できるため、循環培養液中の溶解性有機物等の分解処理を行いながら栽培棚５の植物の生育に適切なｐＨに調整できる。
【0051】
調整手段３の前段もしくは後段には、循環培養液のｐＨを測定するためのｐＨ測定装置が配置されてもよい。これにより、ｐＨ測定装置の測定結果に応じて、ｐＨ調整剤の注入量を制御することが可能である。ｐＨ測定装置の測定結果に応じて、循環培養液中にりん酸、硝酸、硫酸等の酸が注入されても構わない。ｐＨ測定装置としては、特に限定されないが、ｐＨ計、ｐＨ電極、ｐＨセンサなどが挙げられる。調整手段３によるｐＨ調整処理後の循環培養液の水質を測定するために、全有機炭素計、色度計などを併せて設置することも可能である。
【0052】
調整手段３でｐＨが調整された循環培養液は、栽培棚５から排出される循環培養液を栽培棚５へと循環させる循環手段４によって栽培棚５へ循環される。循環手段４は、植物生産システム１００内において、循環培養液を循環させるポンプ、配管、その付随設備から構成される。図１には図示していないが、循環手段４には、循環培養液の流量計、圧力計、ｐＨ計、電気伝導率計、色度計、全有機炭素（ＴＯＣ）計、酸化還元電位（ＯＲＰ）計、溶存酸素濃度（ＤＯ）計、画像判断用のカメラ、またそれらに関わるセンサを任意の場所に設置可能である。
【0053】
本発明の第１の実施の形態によれば、除菌浄化処理手段２の紫外線照射手段２２を介して２つの波長域の紫外線の照射を行うと同時に、気体注入手段２３から紫外線照射手段２２の気体流通部１２６へ酸素を含有する気体を注入して第２の紫外線を照射することで、少量のオゾンを生成させ、オゾンの存在下で第１の紫外線を照射することでヒドロキシラジカルを生成させる。その結果、紫外線とオゾンによるＡＯＰ処理が促進され、この促進効果によって、循環培養液中の除菌効果が促進でき、細菌や藻類の増加を長期間抑制できる。
【0054】
更に、本発明の第１の実施の形態によれば、従来のようにオゾンを外部から供給するものではなく、殺菌のための薬品も使用しないため、薬品未使用且つ低オゾン濃度での除菌浄化処理が提供できる。その結果、循環培養液への薬品の残留成分や残留オゾン濃度がほとんどなく、栽培棚５の植物の生育を阻害しない循環培養液が得られる。更に、本発明の実施の形態に係る循環培養液の処理装置によれば、酸処理手段１と調整手段３とを備えることにより、除菌浄化処理工程における酸化促進処理時の循環培養液中の金属イオンの酸化による色度の増加も抑制できる。これにより、循環培養液の成分変化を抑制し、長期間、細菌及び藻類等の繁殖を抑制しながら、簡易な装置で安全に除菌浄化処理を行うことが可能となる。
【0055】
図２に示すように、循環培養液の取水箇所は、植物生産システム１００の栽培棚５の後段の循環手段４の循環ライン（配管）内に設けられており、循環手段４から取水された循環培養液の少なくとも一部に対して、酸処理手段１による酸処理、除菌浄化処理手段２による除菌浄化処理、調整手段３によるｐＨ調整処理を行ってもよい。調整手段３を経た循環培養液は、循環手段４の循環ライン内の栽培棚５の上流側へと戻される。図２に示す処理装置によれば、循環培養液の少なくとも一部を取水できる。循環培養液中の有機物、細菌及び藻類等の発生が少ない場合には循環培養液の一部を取水して除菌浄化処理を行って循環手段４へ戻すことができるため、循環培養液を全量処理する場合に比べて、より簡易で効率的な除菌浄化処理を行うことができる。
【0056】
図３に示すように、循環培養液の取水箇所は、植物生産システム１００の栽培棚５の後段に接続された培養液槽１０に設けられており、培養液槽１０から取水された循環培養液の少なくとも一部に対して、酸処理手段１による酸処理、除菌浄化処理手段２による除菌浄化処理、調整手段３によるｐＨ調整処理を行ってもよい。調整手段３を経た循環培養液は、培養液槽１０または循環手段４へと戻される。図３に示す処理装置によれば、循環培養液の少なくとも一部を取水し、培養液槽１０または循環手段４へ戻すことができるため、循環培養液を全量取水して処理する場合に比べて効率的な処理が行える。また、除菌浄化処理後の循環培養液を一旦、培養液槽１０へ返送することで、培養液槽１０内において循環培養液の成分濃度を均一化できる。これにより、循環培養液中の成分濃度の変動が小さい循環培養液を安定的に栽培棚５へ供給することができる。
【0057】
（処理方法）
図１～図３に示す第１の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理装置を用いて、循環培養液の除菌浄化処理を行うことができる。即ち、本発明の第１の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理方法は、植物生産システム１００の循環培養液のｐＨが７以下となるように、循環培養液に酸を注入する酸注入工程と、酸を注入した後の循環培養液を処理槽２１内に収容し、循環培養液を殺菌処理するための波長域を有する第１の紫外線を循環培養液に照射し、処理槽２１内においてオゾンを生成させるための波長域を有する第２の紫外線を、酸素を含有する気体に照射してオゾンを生成させ、オゾン及び酸素を含有する気体を循環培養液に注入して循環培養液をオゾン殺菌する除菌浄化処理工程と、除菌浄化処理工程後の前記循環培養液を植物の生育に適切なｐＨに調整する調整工程とを有する。
図１～図３に示す第１の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理装置を用いて、循環培養液の除菌浄化処理を行うことができる。即ち、本発明の第１の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理方法は、植物生産システム１００の循環培養液のｐＨが７以下となるように、循環培養液に酸を注入する酸注入工程と、酸を注入した後の循環培養液を処理槽２１内に収容し、循環培養液を殺菌処理するための波長域を有する第１の紫外線を循環培養液に照射し、処理槽２１内においてオゾンを生成させるための波長域を有する第２の紫外線を、酸素を含有する気体に照射してオゾンを生成させ、オゾン及び酸素を含有する気体を循環培養液に注入して循環培養液をオゾン殺菌する除菌浄化処理工程と、除菌浄化処理工程後の前記循環培養液を植物の生育に適切なｐＨに調整する調整工程とを有する。
【0058】
第１の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理方法によれば、酸素の存在下で第１及び第２の紫外線を循環培養液に照射して、紫外線とオゾンによるＡＯＰ処理（ＵＶ－ＡＯＰ処理）を行うことができる。よって、長期間、細菌及び藻類等の繁殖を抑制しつつ、除菌浄化処理を経た後も栽培棚５の植物の生育を阻害しない循環培養液が得られる。
【0059】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理装置は、図４に示すように、酸処理手段１と、除菌浄化処理手段２と、調整手段３と、酸処理手段１と除菌浄化処理手段２との間に設けられ、気泡径１００μｍ以下の酸素を含有する気泡を生成させて生成した気泡を循環培養液へ注入する気泡注入手段６を備える。
本発明の第２の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理装置は、図４に示すように、酸処理手段１と、除菌浄化処理手段２と、調整手段３と、酸処理手段１と除菌浄化処理手段２との間に設けられ、気泡径１００μｍ以下の酸素を含有する気泡を生成させて生成した気泡を循環培養液へ注入する気泡注入手段６を備える。
【0060】
気泡注入手段６では、気体注入手段２３から供給される酸素を含有する気体の一部を気泡注入手段６に注入することで微小な気泡を生成し、この気泡を循環培養液へ溶解させ、気泡を含む循環培養液を除菌浄化処理手段２へ送給する。気泡注入手段６で生成させる気泡径を小さくするほど、気泡が循環培養液中に溶解する時間が長くなる。そのため、気泡注入手段６で生成させる気泡径を小さくすることにより、循環培養液中に残存する気泡を多くし、これにより循環培養液中のＤＯをより好適な範囲に調整できる。
【0061】
気泡注入手段６としては特に限定されないが、エジェクター方式、インジェクター方式、旋回流方式、ベンチュリー方式、二相臨海流方式、回転翼負圧利用自吸方式（スタティックミキサー）、オーラジェット方式などの水流によるせん断力や旋回流を利用した装置、キャビテーションを利用した装置、加圧溶解による装置、多孔質膜を用いた装置等の種々の装置が利用可能である。
【0062】
中でも、第２の実施の形態で利用される気泡注入手段６としては、多孔質膜を備える気泡生成装置を用いることにより、装置を小型化及び簡略化できる点で好ましい。多孔質膜を備える気泡生成装置では、多孔質膜へ気体を供給し、多孔質膜の表面に発生した微細気泡を水流のせん断力によって流し、水中に微小な気泡を生成させる。気泡注入手段６ではコンプレッサー等から気体を気体注入手段２３へ供給する気体供給ラインから分岐させた分岐ラインを介して気泡注入手段６へ気体を注入することができる。分岐ラインから分岐させる気体量を調整することで、気泡注入手段６が循環培養液へ注入する気体量の比と気体注入手段２３が除菌浄化処理手段２へ供給する気体量の比を調整できる。
【0063】
以下に限定されるものではないが、本発明では、気泡注入手段６が循環培養液へ注入する気体量の比と気体注入手段２３が除菌浄化処理手段２へ供給する気体量の比、即ち、循環培養液に供給される、酸素を含有する気体に対する気泡の供給比（気泡注入手段６の供給量／気体注入手段２３の供給量）は、体積比で０．０超１．０未満とする。好ましくは、酸素を含有する気体に対する気泡の循環培養液への供給比が、体積比で０．１以上となるように、酸素を含有する気体及び気泡を注入することが好ましい。供給比は、０．２以上とすることがより好ましく、０．３以上とすることが好ましい。供給比は、０．９以下がより好ましく、０．２以上０．８以下が更に好ましく、０．３以上０．６以下がより更に好ましい。
【0064】
気泡注入手段６で生成させる気泡は、気泡径１００μｍ以下、更には１０μｍ以下のマイクロバブルとすることが好ましく、気泡径１０００ｎｍ以下のウルトラファインバブルとすることが更に好ましい。マイクロバブルは、循環培養液中を収縮しながら浮力によってゆっくり浮上する。そのため、紫外線照射手段２２によって第２の紫外線が照射される際に、気泡径１ｍｍ程度のミリバブルに比べて紫外線照射時間が長くでき、これによりオゾンの生成量を増大できる。
【0065】
ウルトラファインバブルは、一般的には、超微細気泡、又はナノバブルなどとも呼称され、気泡径が数十ｎｍから１０００ｎｍ（１μｍ）までの気泡を指す。ウルトラファインバブルは、気泡径が１μｍから１００μｍの微細気泡として知られるマイクロバブル又はマイクロファインバブルとは区別される。ウルトラファインバブルの主な物性は、気泡径が非常に小さく上昇速度が非常に遅いため、液中に長期間存在可能であることと、気泡が圧壊する際にヒドロキシラジカルが生じることと、溶解効率が非常に高いことと、マイナスの表面電荷をもつことと、気泡と気泡とが近づくと反発すること等が報告されている。
【0066】
ウルトラファインバブルは、気泡径が微小なために浮力が小さいため、水中に数週間～数か月もの長期間残存でき、マイクロバブルよりも更に循環培養液中の滞留時間が長くなる。ウルトラファインバブルが循環培養液で消失することなく長期間滞留することによって、気泡注入手段６から栽培棚５まで酸素を高濃度で供給可能である。また、ウルトラファインバブルから生成させたオゾンを含む気泡、所謂オゾンウルトラファインバブルは、循環培養液中に長時間滞留し、気泡の圧壊又は紫外線照射手段２２から照射される第２の紫外線と反応してヒドロキシラジカルを生成させる。ウルトラファインバブルは溶解効率が高いため、液中に溶解しにくいオゾンガスを外部から注入する場合に比べてその酸化作用、殺菌効果、脱色効果も高くなる。なお、気泡注入手段６は、マイクロバブル又はウルトラファインバブル生成時に、同時に副産物として、気泡径１μｍ～１ｍｍ程度のミリバブルを生成させてもよい。気泡径の異なる種々の気泡を生成させて循環培養液中へ注入することにより、循環培養液中のＤＯの維持と除菌浄化処理とを効率良く行うことができる。
【0067】
気泡注入手段６として、多孔質膜を用いた装置を利用してウルトラファインバブル又はマイクロバブルを生成させるためには、注入する気体の圧力を０．１ＭＰａ以上、更には０．５ＭＰａ以上とすることが好ましい。気体の圧力が高すぎると、装置維持の観点及び高圧処理の観点から効率的でない場合があるため、気体の圧力の上限値は例えば１ＭＰａ以下とすることができる。
【0068】
気泡注入手段６へ供給される気体は、空気が最も好ましいが、酸素、オゾン、二酸化炭素、水素等の任意の気体を更に含有させてもよいし、２種類以上の気体を同時に導入することも可能である。気泡注入手段６の前段に、浮遊懸濁成分除去のためのフィルターを設置することも可能である。気泡注入手段６による循環培養液への気泡を注入することにより、循環培養液中に高濃度に長時間気泡を存在させ、これによりオゾン生成時のオゾン濃度を向上できる。その結果、ＡＯＰ処理時の処理を促進できる。また、循環培養液中に高濃度に気泡が残存することによる副次的な効果として、ＤＯ濃度の高い循環培養液を栽培棚５へ送ることができるため、栽培棚５の植物の生育を促進できる。
【0069】
第２の実施の形態によれば、気泡注入手段６を備えることより、気泡径１００μｍ以下、好ましくは気泡径１０００ｎｍ以下の気泡を循環培養液中に溶解させることができ、これにより気泡を含む循環培養液が除菌浄化処理手段２へ供給される。気泡径の小さい気泡、例えば気泡径１０００ｎｍ以下の気泡は、循環培養液中に溶解すると、その気泡が除菌浄化処理手段２の処理槽２１内で長期間滞留する。第２の紫外線の照射によって、気泡中の酸素からも微量のオゾンが生成される。生成されたオゾンと紫外線とヒドロキシラジカルとの反応によって除菌浄化処理手段２におけるＡＯＰ処理の処理効率は増大する。また、除菌浄化処理後も、循環培養液中に気泡が長期間残存することにより、循環培養液のＤＯを向上できるため、植物の生育に好適な循環培養液が作製できる。また、気泡注入手段６を備えることによって、循環培養液のＤＯを向上できるため、除菌浄化処理手段２に注入する空気量を低減できる。これにより、循環培養液へ注入する空気量を全体的に低減させて気泡注入のための動力を削減することができるため、より経済的且つ効率的な処理が行える。
【0070】
図５に示すように、循環培養液の取水箇所は、植物生産システム１００の栽培棚５の後段の循環手段４の循環ライン内に設けられており、循環手段４から取水された循環培養液の少なくとも一部に対して、酸処理手段１による酸処理、気泡注入手段６による気泡注入処理、除菌浄化処理手段２による除菌浄化処理、調整手段３によるｐＨ調整処理を行ってもよい。調整手段３を経た循環培養液は、循環手段４の循環ライン内の栽培棚５の上流側へと戻される。
【0071】
図６に示すように、循環培養液の取水箇所は、植物生産システム１００の栽培棚５の後段に接続された培養液槽１０に設けられており、培養液槽１０から取水された循環培養液の少なくとも一部に対して、酸処理手段１による酸処理、除菌浄化処理手段２による除菌浄化処理、調整手段３によるｐＨ調整処理を行ってもよい。調整手段３を経た循環培養液は、培養液槽１０または培養液槽１０を介さずに循環手段４へ戻される。
【0072】
（処理方法）
図４～図６に示す第２の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理装置を用いて、循環培養液の除菌浄化処理を行うことができる。即ち、本発明の第２の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理方法は、植物生産システム１００の循環培養液のｐＨが７以下となるように、循環培養液に酸を注入する酸注入工程と、気泡径１００μｍ以下、更には１０００ｎｍ以下の酸素を含有する気泡を生成させ、生成した気泡を除菌浄化処理工程で処理される循環培養液に注入する気泡注入工程と、酸を注入した後の循環培養液を処理槽２１内に収容し、循環培養液を殺菌処理するための波長域を有する第１の紫外線を循環培養液に照射し、処理槽２１内においてオゾンを生成させるための波長域を有する第２の紫外線を、酸素を含有する気体に照射してオゾンを生成させ、オゾン及び酸素を含有する気体を循環培養液に注入して循環培養液をオゾン殺菌する除菌浄化処理工程と、除菌浄化処理工程後の循環培養液を植物の生育に適切なｐＨに調整する調整工程とを有する。
図４～図６に示す第２の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理装置を用いて、循環培養液の除菌浄化処理を行うことができる。即ち、本発明の第２の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理方法は、植物生産システム１００の循環培養液のｐＨが７以下となるように、循環培養液に酸を注入する酸注入工程と、気泡径１００μｍ以下、更には１０００ｎｍ以下の酸素を含有する気泡を生成させ、生成した気泡を除菌浄化処理工程で処理される循環培養液に注入する気泡注入工程と、酸を注入した後の循環培養液を処理槽２１内に収容し、循環培養液を殺菌処理するための波長域を有する第１の紫外線を循環培養液に照射し、処理槽２１内においてオゾンを生成させるための波長域を有する第２の紫外線を、酸素を含有する気体に照射してオゾンを生成させ、オゾン及び酸素を含有する気体を循環培養液に注入して循環培養液をオゾン殺菌する除菌浄化処理工程と、除菌浄化処理工程後の循環培養液を植物の生育に適切なｐＨに調整する調整工程とを有する。
【0073】
第２の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理方法によれば、気泡注入手段６において、マイクロバブル又はウルトラファインバブルを生成させ、生成した気泡を循環培養液に注入する。マイクロバブル又はウルトラファインバブルは、気泡径１ｍｍ超の大きな気泡に比べて、処理槽２１内を浮上する速度が遅いため、紫外線照射手段２２による第２の紫外線の照射を長期間受けることができる。その結果、気体注入手段２３からのみ、オゾンと酸素を含有する気体を循環培養液へ注入する場合に比べて、循環培養液中の気泡内の酸素からより多くのオゾンの発生が気体できる。その結果、除菌浄化処理手段２においてオゾンの発生量を増大させ、除菌浄化処理手段２におけるＡＯＰ処理をより効率的に行える。また、酸素を含む気体のウルトラファインバブルは液中に長時間滞留するため、栽培棚５の植物へ酸素を多く供給することが可能である。
【0074】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理装置は、図７に示すように、循環培養液の電気伝導率を測定する電気伝導率計７と、循環培養液に液体肥料を注入する液肥手段８と、循環培養液のｐＨを測定するｐＨ計９ａ、９ｂとを備える点が、図１に示す処理装置と異なる。
本発明の第３の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理装置は、図７に示すように、循環培養液の電気伝導率を測定する電気伝導率計７と、循環培養液に液体肥料を注入する液肥手段８と、循環培養液のｐＨを測定するｐＨ計９ａ、９ｂとを備える点が、図１に示す処理装置と異なる。
【0075】
図７では、電気伝導率計７が調整手段３の後段の循環手段４に接続される例を示している。電気伝導率計７による循環培養液の電気伝導率の測定結果は、図示しない制御手段に出力される。制御手段では、循環培養液の電気伝導率の測定結果に基づいて、循環培養液の電気伝導率を、処理対象とする植物の生育に適切な電気伝導率に調整するように、例えば、液体肥料やｐＨ調整剤等を循環培養液へ供給するように、所定の制御信号を出力する。或いは、循環培養液の電気伝導率の測定結果に基づいて、操作者が、手動で循環培養液に供給する液体肥料又はｐＨ調整剤の添加量を調整することにより、循環培養液の電気伝導率を好適な値に調整してもよい。
【0076】
液肥手段８は、液体肥料を循環培養液に注入し、循環培養液中の肥料成分濃度を一定に維持するための装置である。液肥手段８は、貯留槽、薬注ポンプ、配管、その付随設備で構成される。図７の例では、液肥手段８は、酸処理手段１、調整手段３及び調整手段３の後段の循環手段４に接続されている。
【0077】
循環培養液中の肥料成分の残留値は、電気伝導率計７によってモニタリングすることが可能である。そのため、液肥手段８の前段または後段に電気伝導率計７を設置し、自動制御によって必要量の液体肥料を注入するようにしてもよい。電気伝導率の範囲は、１３０ｍＳ／ｍ以上が好ましく、１４０ｍＳ／ｍ以上がより好ましく、１５０ｍＳ／ｍ以上がさらに好ましい。電気伝導率の上限値は、例えば３００ｍＳ／ｍ以下とすることが好ましく、２５０ｍＳ／ｍ以下とすることがより好ましい。
【0078】
ｐＨ計９ａ、９ｂは、酸処理手段１の後段と、調整手段３の後段にそれぞれ配置されている。ｐＨ計９ａによって、酸処理手段１の後段で循環培養液のｐＨを測定及び監視することで、除菌浄化処理手段２へ供給される循環培養液のｐＨが適正範囲にあるかどうかを確認できる。除菌浄化処理手段２へ供給される循環培養液のｐＨが適正範囲（ｐＨ７以下、より好ましくは５以下）にない場合は、例えばｐＨ調整剤を注入してｐＨを調整した後に、ｐＨ調整後の循環培養液を除菌浄化処理手段２へ供給することにより、循環培養液中の微量金属成分の酸化を抑制でき、循環培養液の色度上昇を抑制することができる。また、調整手段３を経た循環培養液のｐＨをｐＨ計９ｂによって測定することにより、栽培棚５へ供給される循環培養液のｐＨを適正範囲に調整できる。これにより、栽培棚５での植物の生育を安定して行うことができる。
【0079】
図８に示すように、循環培養液の取水箇所は、植物生産システム１００の栽培棚５の後段の循環手段４の循環ライン内に設けられており、循環手段４から取水された循環培養液の少なくとも一部に対して、酸処理手段１による酸処理、除菌浄化処理手段２による除菌浄化処理、調整手段３によるｐＨ調整処理、及び液肥手段８による液体肥料の循環培養液への供給を行ってもよい。調整手段３を経た循環培養液は、循環手段４の循環ライン内の栽培棚５の上流側へと戻される。
【0080】
図９に示すように、循環培養液の取水箇所は、植物生産システム１００の栽培棚５の後段に接続された培養液槽１０に設けられており、培養液槽１０から取水された循環培養液の少なくとも一部に対して、酸処理手段１による酸処理、除菌浄化処理手段２による除菌浄化処理、調整手段３によるｐＨ調整処理及び液肥手段８による液体肥料の循環培養液への供給を行ってもよい。調整手段３を経た循環培養液は、循環手段４へと戻される。
【0081】
図１０に示すように、図８の処理装置に対して更に、酸処理手段１と除菌浄化処理手段２との間に接続された気泡注入手段６を設置してもよい。また、液肥手段８を、調整手段３でｐＨ調整された循環培養液を循環手段４へ戻す注入口の後段に更に設け、循環手段４内を流れる循環培養液に対して液体肥料を供給するようにしてもよい。図１１に示すように、図９の処理装置に対して更に、酸処理手段１と除菌浄化処理手段２との間に接続された気泡注入手段６を設置してもよい。
【0082】
（処理方法）
図７～図１１に示す第３の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理装置を用いて、循環培養液の除菌浄化処理を行うことができる。即ち、本発明の第３の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理方法は、第１の実施の形態に係る処理方法に加えて、循環培養液の電気伝導率を測定する工程と、循環培養液に液体肥料を注入する工程と、循環培養液のｐＨを測定する工程を更に含む。第３の実施の形態に係る処理方法によれば、電気伝導率計７、液肥手段８、及びｐＨ計９ａ、９ｂを備えることにより、循環培養液の性状をより精度良く調整できる。
図７～図１１に示す第３の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理装置を用いて、循環培養液の除菌浄化処理を行うことができる。即ち、本発明の第３の実施の形態に係る植物生産システム１００の循環培養液の処理方法は、第１の実施の形態に係る処理方法に加えて、循環培養液の電気伝導率を測定する工程と、循環培養液に液体肥料を注入する工程と、循環培養液のｐＨを測定する工程を更に含む。第３の実施の形態に係る処理方法によれば、電気伝導率計７、液肥手段８、及びｐＨ計９ａ、９ｂを備えることにより、循環培養液の性状をより精度良く調整できる。
【0083】
（その他の実施の形態）
図１２に示す例は、図１～図１１の酸処理手段１の代わりに酸注入部１１を備え、図１～図１１の調整手段３の代わりにアルカリ注入部３１を備え、アルカリ注入部３１の後段に循環培養液を貯留するための培養液槽１０を備える例を示している。培養液槽１０の後段の循環手段４には、電気伝導率計７、液肥手段８、ｐＨ計９、９ａ、９ｂが接続されており、循環培養液の水質が測定できるようになっている。
図１２に示す例は、図１～図１１の酸処理手段１の代わりに酸注入部１１を備え、図１～図１１の調整手段３の代わりにアルカリ注入部３１を備え、アルカリ注入部３１の後段に循環培養液を貯留するための培養液槽１０を備える例を示している。培養液槽１０の後段の循環手段４には、電気伝導率計７、液肥手段８、ｐＨ計９、９ａ、９ｂが接続されており、循環培養液の水質が測定できるようになっている。
【0084】
酸注入部１１は、酸の貯留槽、薬注ポンプ、配管、その付随設備から構成され、循環手段４内に設けられた注入点から循環培養液中に酸を注入する。アルカリ注入部３１は、アルカリの貯留槽、薬注ポンプ、配管、その付随設備から構成され、除菌浄化処理手段２で処理された循環培養液に対して循環手段４内に設けられた注入点から循環培養液中にアルカリを注入する。図１２においては、複数の栽培棚５が設けられている。複数の栽培棚５は、循環手段４に並列に接続されている。図１２に示す処理装置によれば、複数の栽培棚５に対してより均一且つ適切な成分で構成された循環培養液を循環供給することができる。図１３に示すように、栽培棚５と酸注入部１１との間に接続された循環手段４にポンプ４１が更に設けられていてもよい。
【0085】
図１４に示す例は、複数の栽培棚５から排出された循環培養液が循環手段４を介して培養液槽１０へ貯留され、培養液槽１０内に貯留された循環培養液が循環手段４を介して複数の栽培棚５へ戻される構成を示している。循環培養液の取水箇所及び返送箇所は培養液槽１０又は循環手段４に設けられている。
【0086】
図１５に示すように、酸注入部１１と除菌浄化処理手段２との間に気泡注入手段６が設けられていても良い。図１６に示すように、循環培養液の取水箇所及び返送箇所は、植物生産システム１００の栽培棚５に接続された循環手段４の循環ライン内に設けられていてもよい。図１７に示すように、循環培養液の取水箇所は、植物生産システム１００の栽培棚５に接続された培養液槽１０に設けられていてもよい。循環培養液の返送箇所は、培養液槽１０を介さずに循環手段４へ直接接続されてもよい。
【0087】
図１８に示す処理装置は、循環手段４の配管に設けられた注入部（不図示）に液体肥料を注入する液肥注入部８１を備えていてもよい。液肥注入部８１は、液体肥料の貯留槽、薬注ポンプ、配管、その付随設備から構成される。液体肥料の種類や数は特に限定されない。例えば、図１９に示すように、液肥注入部８１ａ、８１ｂが培養液槽１０の前段及び後段の複数個所に設けられていてもよい。図２０に示すように、液肥注入部８１ａ、８１ｂが、培養液槽１０への循環培養液の返送配管に設けられた注入点と、培養液槽１０の後段の循環手段４に設けられた注入点とに接続されていてもよい。循環培養液の返送箇所は、培養液槽１０に設けられていてもよいし、培養液槽１０の後段の循環手段４に設けられてもよい。
【0088】
図２１に示すように、図１５における酸注入部１１に供する循環培養液の取水箇所が、植物生産システム１００内の栽培棚５の後段の循環手段４内にあり、ポンプ４１と、酸注入部１１と、気泡注入手段６と、除菌浄化処理手段２と、アルカリ注入部３１と、培養液槽１０を介して、循環培養液を栽培棚５へ返送するように構成されてもよい。
【0089】
図２２に示すように、循環培養液の取水箇所は、植物生産システム１００の栽培棚５の後段に接続された培養液槽１０に設けられており、培養液槽１０から取水された循環培養液の少なくとも一部に対する酸注入処理、気泡注入処理、除菌浄化処理及びｐＨ調整処理を行った後に、培養液槽１０又は循環手段４へ戻すようにしてもよい。
【0090】
本発明の実施の形態によれば、循環培養液に対し２つの波長域の紫外線の照射と同時に空気を供給することで少量のオゾンを生成させ、紫外線とオゾンによるＡＯＰ処理が促進される。この促進効果によって除菌効果が促進され、細菌や藻類の増加抑制効果が得られる。また、本発明の実施の形態によれば、気泡注入手段６を配置することにより、気泡注入手段６で生成される気泡（ウルトラファインバブル）の酸素溶解効率が非常に高いことから、循環培養液中のＤＯを長期間高濃度に維持可能である。その結果、栽培棚５へ供給される循環培養液中のＤＯを適切な濃度に調整できる。また、このウルトラファインバブルに第２の紫外線を照射してオゾン（オゾンウルトラファインバブル）を生成させることで、オゾンの溶解を促進し、除菌効果も促進できる。
【実施例0091】
以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。
【0092】
＜装置構成＞
図２３に、試験に利用した循環培養液の処理装置の概略図を示す。本処理装置は、循環培養液を収容する原水槽１０１と、原水槽１０１中の循環培養液を取水して除菌浄化処理した後に再び原水槽１０１へ返送する培養液循環ライン１０４と、培養液循環ライン１０４に接続された除菌浄化処理手段１２０と、培養液循環ライン１０４に接続され、循環培養液に気泡を注入する気泡注入手段１０６とを備える。
図２３に、試験に利用した循環培養液の処理装置の概略図を示す。本処理装置は、循環培養液を収容する原水槽１０１と、原水槽１０１中の循環培養液を取水して除菌浄化処理した後に再び原水槽１０１へ返送する培養液循環ライン１０４と、培養液循環ライン１０４に接続された除菌浄化処理手段１２０と、培養液循環ライン１０４に接続され、循環培養液に気泡を注入する気泡注入手段１０６とを備える。
【0093】
気泡注入手段１０６に酸素を含有する気体として空気を注入するため、気泡注入手段１０６にはエアコンプレッサ１２８を接続した。除菌浄化処理手段１２０へ酸素を含有する気体として空気を注入するため、操作盤１１０に付随するエアポンプ（不図示）を設け、空気注入ライン１２３に流量計と空気ドレンを設け、操作盤１１０に付随するエアポンプにより処理槽１２１内へ空気を注入させた。除菌浄化処理手段１２０の処理槽１２１内の中央部には、波長域１８５ｎｍ及び２５４ｎｍの紫外線を照射可能な一本の紫外線ランプを設置し、紫外線ランプの外側にガラス製のケーシング１２５を設けた。ケーシング１２５内に形成した気体流通部１２６に空気注入ライン１２３から空気を注入した。空気注入ライン１２３からケーシング１２５内に供給された空気の一部から波長域１８５ｎｍの紫外線照射によってオゾンガスを生成させた。空気及びオゾンガスは循環部１２４を介して除菌浄化処理手段２の処理槽１２１内の液相部分である循環液流通部１２７へ循環させて循環培養液中に注入させる構成とした。原水槽１０１には、撹拌機１４２を設置し、原水槽１０１に接続された循環ポンプ１４１から、培養液循環ライン１０４へ循環培養液を送給した。
【0094】
＜試験条件＞
表１に試験条件を示す。原水は植物工場Ａから採取した循環培養液を使用し、全量を５０Ｌとし、循環水量：１５Ｌ／ｍｉｎ、循環時間：１０分、水温：２０～３０℃（無調整）とした。原水ｐＨは、ｐＨ５～８の範囲で調整した。紫外線ランプの出力は１１０Ｗとし、紫外線照射量は０．３７Ｗｈ／Ｌとし、紫外線照射時間は１０分とした。紫外線照射量は、紫外線照射量＝(紫外線出力×紫外線照射時間)÷(循環水量×循環時間)の式に基づき算出した。
表１に試験条件を示す。原水は植物工場Ａから採取した循環培養液を使用し、全量を５０Ｌとし、循環水量：１５Ｌ／ｍｉｎ、循環時間：１０分、水温：２０～３０℃（無調整）とした。原水ｐＨは、ｐＨ５～８の範囲で調整した。紫外線ランプの出力は１１０Ｗとし、紫外線照射量は０．３７Ｗｈ／Ｌとし、紫外線照射時間は１０分とした。紫外線照射量は、紫外線照射量＝(紫外線出力×紫外線照射時間)÷(循環水量×循環時間)の式に基づき算出した。
【0095】
試験１に対しては気体の注入を行わず紫外線の照射のみを行い、試験２～８は、除菌浄化処理手段１２０のケーシング１２５内に気体を供給した。試験６～８では更に、気泡注入手段１０６でウルトラファインバブルを生成させて循環培養液に注入した。注入気体は空気とし、合計注入量を０．３８～１．９Ｌ／ｍｉｎの範囲で調整した。気泡注入手段１０６への空気注入量（気泡注入量）は、試験７：０．１９Ｌ／ｍｉｎ、試験８：０．１Ｌ／ｍｉｎとした。表１中、「気液比」とは、循環培養液の循環水量に対する注入空気量（循環水量／注入空気量）の体積比を示す。ここでは、試験２～５、７：４０、試験６：７．９、試験８：３８とした。
【0096】
【表1】
【0097】
＜測定項目＞
表２及び表３に原水及び処理水の水質分析結果を示す。測定項目は、ｐＨ、水温、ＤＯ（溶存酸素濃度）、電気伝導度、色度、濁度、一般細菌数、全マンガン（Ｍｎ）、溶解性Ｍｎ、全鉄（Ｆｅ）、溶解性Ｆｅ、一般細菌低減率、色度増加率とし、これら水質分析項目の測定方法については上水試験法（日本水道協会発行、上水試験方法）または下水試験法（日本下水道協会発行、下水試験方法）、ＪＩＳ－Ｋ０１０２（日本産業規格）に準拠して測定した。電気伝導度は原水及び処理水に対して導電率計を用いて測定した。
表２及び表３に原水及び処理水の水質分析結果を示す。測定項目は、ｐＨ、水温、ＤＯ（溶存酸素濃度）、電気伝導度、色度、濁度、一般細菌数、全マンガン（Ｍｎ）、溶解性Ｍｎ、全鉄（Ｆｅ）、溶解性Ｆｅ、一般細菌低減率、色度増加率とし、これら水質分析項目の測定方法については上水試験法（日本水道協会発行、上水試験方法）または下水試験法（日本下水道協会発行、下水試験方法）、ＪＩＳ－Ｋ０１０２（日本産業規格）に準拠して測定した。電気伝導度は原水及び処理水に対して導電率計を用いて測定した。
【0098】
表２及び表３中の一般細菌低減率については、一般細菌低減率＝（原水濃度－処理水濃度）÷原水濃度×１００に基づいて算出した。「色度増加率」は、色度増加率＝（処理水濃度－原水濃度）÷処理水濃度×１００に基づいて算出した。溶解性成分の測定用サンプルは、孔径１ｍｍのガラスろ紙を用いてろ過処理し、ろ過後のろ液を用いた。
【0099】
【表2】
【0100】
【表3】
【0101】
＜除菌浄化処理への影響＞
一般細菌低減率は、試験１：９４．８％、試験２：９７．８％、試験３：９８．７％、試験４：９９．１％、試験５：９８．８％、試験６：９７．４％、試験７：９６．７％、試験８：９７．０％で、除菌浄化処理時に２波長域の紫外線のみを照射した試験１よりも、２波長域の紫外線と空気を注入した試験２～８の方が良好な除菌浄化処理効果が得られている。即ち、紫外線照射のみよりも空気注入した場合の方が一般細菌数は低減することが分かる。そのため、除菌浄化処理手段１２０へ空気を注入した場合、紫外線照射のみよりも空気を注入した方の処理効果が向上することが分かる。
一般細菌低減率は、試験１：９４．８％、試験２：９７．８％、試験３：９８．７％、試験４：９９．１％、試験５：９８．８％、試験６：９７．４％、試験７：９６．７％、試験８：９７．０％で、除菌浄化処理時に２波長域の紫外線のみを照射した試験１よりも、２波長域の紫外線と空気を注入した試験２～８の方が良好な除菌浄化処理効果が得られている。即ち、紫外線照射のみよりも空気注入した場合の方が一般細菌数は低減することが分かる。そのため、除菌浄化処理手段１２０へ空気を注入した場合、紫外線照射のみよりも空気を注入した方の処理効果が向上することが分かる。
【0102】
＜ｐＨ調整による影響＞
色度増加率は、試験１：１１％、試験２：５０％、試験３：２６％、試験４：高濃度濁度のため測定不可、試験５：５．６％、試験６：５０％、試験７：４０％、試験８が３２％であった。また、原水にｐＨ調整剤を添加して試験条件をｐＨ７にした試験３、ｐＨ８にした試験４、ｐＨ５にした試験５は、試験３：１．５度、試験４：５０度、試験５：１．０度であり、除菌浄化処理前の原水を７より大きくし、８に近づけることで濁度が急増した。また、原水をｐＨ８に調整する際に原水が白濁し白色の沈殿物が析出した。これは、循環培養液中の肥料成分の金属イオンがアルカリ性条件下で水酸化物として析出したためと考えられる。色度増加等の成分変化を抑制するためには、ｐＨ条件は７以下、更には６以下、より更には５．５以下、より更には５以下とし、肥料成分の析出防止のためには、最終的な処理水をｐＨ７以下とする必要があることが分かった。
色度増加率は、試験１：１１％、試験２：５０％、試験３：２６％、試験４：高濃度濁度のため測定不可、試験５：５．６％、試験６：５０％、試験７：４０％、試験８が３２％であった。また、原水にｐＨ調整剤を添加して試験条件をｐＨ７にした試験３、ｐＨ８にした試験４、ｐＨ５にした試験５は、試験３：１．５度、試験４：５０度、試験５：１．０度であり、除菌浄化処理前の原水を７より大きくし、８に近づけることで濁度が急増した。また、原水をｐＨ８に調整する際に原水が白濁し白色の沈殿物が析出した。これは、循環培養液中の肥料成分の金属イオンがアルカリ性条件下で水酸化物として析出したためと考えられる。色度増加等の成分変化を抑制するためには、ｐＨ条件は７以下、更には６以下、より更には５．５以下、より更には５以下とし、肥料成分の析出防止のためには、最終的な処理水をｐＨ７以下とする必要があることが分かった。
【0103】
＜気泡注入処理の影響＞
循環培養液のｐＨ調整を行わずに同一の合計気体注入量とした試験２及び試験７の比較において、気泡を注入していない試験２の一般細菌低減率は９７．８％であり、気泡を注入した試験７では９６．７％で、いずれも９５％以上の十分に高い一般細菌低減率が得られた。一方で、処理水中のＤＯは試験２では７．７ｍｇ／Ｌであるのに対し、試験７では８．７ｍｇ／Ｌとなり、ウルトラファインバブルを注入した試験７の方が試験２よりも循環培養液中のＤＯが高くなった。また、試験７の合計気体注入量は、試験６の１／５程度であったが、試験６及び試験７の処理水ＤＯはいずれも同等程度で高いＤＯを維持できた。即ち、図２３の空気注入ライン１２３を介した循環培養液への除菌浄化処理手段１２０への気体の注入と、気泡注入手段１０６によるウルトラファインバブル等の気泡の注入を併用し、気体の注入量を最適化することで、合計気体注入量を少なくしながら処理水のＤＯを高く維持できることが分かる。更に、除菌浄化処理手段１２０への気体の注入と、気泡注入手段１０６による循環培養液へのウルトラファインバブル等の気泡の注入を併用した試験７及び８の結果から、気泡の注入割合を大きくする方が、処理水ＤＯを高く維持できることが分かった。このように、本実施形態によれば、一般細菌の増殖抑制を行いつつ、植物の生育促進に好適な処理水の高いＤＯが維持できることが分かる。
循環培養液のｐＨ調整を行わずに同一の合計気体注入量とした試験２及び試験７の比較において、気泡を注入していない試験２の一般細菌低減率は９７．８％であり、気泡を注入した試験７では９６．７％で、いずれも９５％以上の十分に高い一般細菌低減率が得られた。一方で、処理水中のＤＯは試験２では７．７ｍｇ／Ｌであるのに対し、試験７では８．７ｍｇ／Ｌとなり、ウルトラファインバブルを注入した試験７の方が試験２よりも循環培養液中のＤＯが高くなった。また、試験７の合計気体注入量は、試験６の１／５程度であったが、試験６及び試験７の処理水ＤＯはいずれも同等程度で高いＤＯを維持できた。即ち、図２３の空気注入ライン１２３を介した循環培養液への除菌浄化処理手段１２０への気体の注入と、気泡注入手段１０６によるウルトラファインバブル等の気泡の注入を併用し、気体の注入量を最適化することで、合計気体注入量を少なくしながら処理水のＤＯを高く維持できることが分かる。更に、除菌浄化処理手段１２０への気体の注入と、気泡注入手段１０６による循環培養液へのウルトラファインバブル等の気泡の注入を併用した試験７及び８の結果から、気泡の注入割合を大きくする方が、処理水ＤＯを高く維持できることが分かった。このように、本実施形態によれば、一般細菌の増殖抑制を行いつつ、植物の生育促進に好適な処理水の高いＤＯが維持できることが分かる。
【0104】
＜オゾン生成の影響＞
波長域１８５ｎｍ及び２５４ｎｍの紫外線を照射した後の試験５及び６の循環培養液について、除菌浄化処理手段１２０のケーシング内の気体を採取し、気体中のオゾン濃度を測定した。表４中「気中オゾン濃度」は、下水試験法（日本下水道協会発行、下水試験方法）に準じて測定した。表４中「空気注入量」は図２３の空気注入ライン１２３からの空気の注入流量を示し、「循環水量」は、除菌浄化処理手段１２０へ流入させる循環培養液の供給流量を示す。表４中「オゾン供給量」は気中オゾン濃度×空気流入量によって算出し、オゾン濃度は、循環培養液の循環水量に対するオゾン供給量によって評価した。気中オゾン濃度は、試験５：０．６ｍｇ－Ｏ3／Ｌ－Ａｉｒ、試験６：０．３ｍｇ－Ｏ3／Ｌ－Ａｉｒであり、オゾン供給量は、試験５：０．０１４ｇ－Ｏ3／ｈ、試験６：０．０３４ｇ－Ｏ3／ｈとなった。オゾン供給量濃度は、試験５：０．０１５ｍｇ－Ｏ3／Ｌ－循環培養液、試験６：０．０３８ｍｇ－Ｏ3／Ｌ－循環培養液であった。オゾン濃度は一般的なオゾン酸化処理の場合よりも低濃度であった。
波長域１８５ｎｍ及び２５４ｎｍの紫外線を照射した後の試験５及び６の循環培養液について、除菌浄化処理手段１２０のケーシング内の気体を採取し、気体中のオゾン濃度を測定した。表４中「気中オゾン濃度」は、下水試験法（日本下水道協会発行、下水試験方法）に準じて測定した。表４中「空気注入量」は図２３の空気注入ライン１２３からの空気の注入流量を示し、「循環水量」は、除菌浄化処理手段１２０へ流入させる循環培養液の供給流量を示す。表４中「オゾン供給量」は気中オゾン濃度×空気流入量によって算出し、オゾン濃度は、循環培養液の循環水量に対するオゾン供給量によって評価した。気中オゾン濃度は、試験５：０．６ｍｇ－Ｏ3／Ｌ－Ａｉｒ、試験６：０．３ｍｇ－Ｏ3／Ｌ－Ａｉｒであり、オゾン供給量は、試験５：０．０１４ｇ－Ｏ3／ｈ、試験６：０．０３４ｇ－Ｏ3／ｈとなった。オゾン供給量濃度は、試験５：０．０１５ｍｇ－Ｏ3／Ｌ－循環培養液、試験６：０．０３８ｍｇ－Ｏ3／Ｌ－循環培養液であった。オゾン濃度は一般的なオゾン酸化処理の場合よりも低濃度であった。
【0105】
【表4】
【0106】
このように、本試験によれば、循環培養液に第１及び第２の紫外線を照射する紫外線照射処理と酸素を含有する気体を注入する気体注入処理を有する除菌浄化処理を行うことにより、気体注入処理工程を有さない試験１よりも一般細菌を低減させることが可能であり、溶解性有機物も比較的低減傾向であった。また、試験５（ｐＨ５）の色度増加率は試験２～４（ｐＨ６～８）よりも低く、酸性条件では本装置による色度増加の抑制効果があることが確認できた。更に、試験７及び８によれば、循環培養液にウルトラファインバブル等の気泡を注入する処理を更に備えることにより、処理装置全体としては少ない空気注入量でより高いＤＯを維持でき、後段の栽培棚での植物の生育促進への効果が期待できることが分かった。更に、試験５及び６で生成されるオゾン濃度は低濃度であったが、紫外線のみよりも一般細菌低減および溶解性有機物の低減効果も大きく、本処理方法及び処理装置の有効性を確認できた。
【0107】
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。なお、本発明では植物生産システムの循環培養液の除菌浄化処理を例に説明したが、循環培養液の代わりに、紫外線及びオゾンを用いた除菌浄化処理に好適な種々の被処理水に適用できる。このように、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を相互に組み合わせ、変形して具体化できることは勿論である。
【符号の説明】
【0108】
１…酸処理手段
２…除菌浄化処理手段
３…調整手段
４…循環手段
５…栽培棚
６…気泡注入手段
７…電気伝導率計
８…液肥手段
９，９ａ，９ｂ…ｐＨ計
１０…培養液槽
１１…酸注入部
２１…処理槽
２２…紫外線照射手段
２２Ａ…第１の紫外線照射手段
２２Ｂ…第２の紫外線照射手段
２３…気体注入手段
２４…循環部
２５…ケーシング
３１…アルカリ注入部
４１…ポンプ
８１，８１ａ，８１ｂ…液肥注入部
１００…植物生産システム
１０１…原水槽
１０４…培養液循環ライン
１０６…気泡注入手段
１１０…操作盤
１２０…除菌浄化処理手段
１２１…処理槽
１２２…紫外線ランプ
１２３…空気注入ライン
１２４…循環部
１２５…ケーシング
１２６…気体流通部
１２７…循環液流通部
１２８…エアコンプレッサ
１４１…循環ポンプ
１４２…撹拌機
２３１…注入口
２…除菌浄化処理手段
３…調整手段
４…循環手段
５…栽培棚
６…気泡注入手段
７…電気伝導率計
８…液肥手段
９，９ａ，９ｂ…ｐＨ計
１０…培養液槽
１１…酸注入部
２１…処理槽
２２…紫外線照射手段
２２Ａ…第１の紫外線照射手段
２２Ｂ…第２の紫外線照射手段
２３…気体注入手段
２４…循環部
２５…ケーシング
３１…アルカリ注入部
４１…ポンプ
８１，８１ａ，８１ｂ…液肥注入部
１００…植物生産システム
１０１…原水槽
１０４…培養液循環ライン
１０６…気泡注入手段
１１０…操作盤
１２０…除菌浄化処理手段
１２１…処理槽
１２２…紫外線ランプ
１２３…空気注入ライン
１２４…循環部
１２５…ケーシング
１２６…気体流通部
１２７…循環液流通部
１２８…エアコンプレッサ
１４１…循環ポンプ
１４２…撹拌機
２３１…注入口
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
