【入門編】排液処理・再循環システム

【入門編】排液処理・再循環システム

 

近年農業分野において、『環境への配慮』がテーマとして挙がることが多々あります。施設園芸分野においても、養液栽培で使用した排液の循環や二酸化炭素の排出量削減、エネルギーの効率化など、環境に配慮した取り組みが重要視されています。
 
日本では、排液を施設の外に出すことはできますが、それらが認められていない国もあり、特にヨーロッパでは年々環境配慮に関する規制が厳しくなってきています。今回は、ヨーロッパ特にオランダにおける排液の循環に関する規制と、排液を循環させるための処理方法・浄化再循環方法について、また処理方法を選択する時の参考になるように、排液処理システムを導入する時に考えておきたいポイントについて説明します。

養液栽培と水

 

はじめに、養液栽培と水について説明します。作物を育てるために、水は大切です。特に園芸作物の養液栽培においては、土壌の性質による作物の生育や収量に左右されないというメリットはありますが、『高品質な水』と、『肥料への高い投資』が必要不可欠です。この貴重な資源である水と肥料を上手に再循環すると、環境にかける負荷を減らせます。また長期的に考えると、収益にもつながります。

 

日本における現在の排液処理方法

 

養液栽培では、窒素、リン、カリ、カルシウム、マグネシウム、硫黄、ホウ素、鉄、マンガン、亜鉛、モリブデンなど必須元素を肥料として施用します。これが培養液で、作物の成長に欠かせないものです。この培養液を使用したあとは排液となり、処理が必要です。
 
現在日本で実用化されている処理方法である硝酸性窒素除去方法は、従属栄養脱窒や独立栄養脱窒などの生物的処理方法と、イオン交換や逆浸透、電気解析などの物理、化学的処理方法です。ただし今後『排液基準』が適用された場合に備えて、他国の状況も知っておいた方が良いでしょう。

 

EUにおける排液処理に関する規制

 

EUでは、農業排液に含まれる硝酸態窒素やリン対策のために規制が設けられています。特に施設園芸が盛んなオランダでは、2000年以降は培養液を施設外に排水させることが禁止になりました。つまり使用後の培養液を回収し、その排液を再処理して再度、循環させなくてはいけません。さらに同国では、2013年に排水の浄化義務が発表され、未処理の排液や地表水内のろ過水の排水も一切認められなくなりました。2018年より排液から作物保護剤と肥料の残留物の95%以上を除去することが義務付けられています。さらにEUの他国においても、排液に関する規制は年々厳しくなる傾向にあります。

 

排液再循環のメリット

 

培養液の排液を処理し、再循環するメリットは多々あります。たとえば肥料の使用量が削減できるので、当然肥料代も削減できます。さらに水も再利用できるため、水道代の削減も可能です。
 
水資源が豊富な日本では、なかなか実感できないかもしれませんが、水も限られた資源であり、大切にしていかなければいけません。その視点においても、水の再利用にはメリットがあります。また排液を施設外に出さずに再循環すれば、土壌汚染や水質汚染を防げます。

 

排液再循環のデメリット

 

しかしもちろん、排液の再循環にはデメリットもあります。たとえば排液中の塩分濃度が高い場合、再循環が困難または不可能になります。また閉鎖型の施設では、排液をきちんと消毒をしないと、再循環養液を介して病原体を広げてしまう恐れがあります。それを防ぐために消毒技術が必要ですが、その設備投資のコストがかかることも現状です。

 

再循環のための排液消毒方法

 

先に述べたとおり施設園芸が盛んなオランダでは、排液の再循環が義務付けられています。またヨーロッパの他の国においても、排液を再処理して循環させる方法を採用している生産者が多くいます。それらの国では、排液をきちんと消毒して、再循環の養液を介して病原体を広げてしまわないために細心の注意を払っています。
 
排液の消毒にはさまざまな方法があります。一般的に知られている方法は、UV処理、オゾン処理、二酸化塩素処理、フィルター処理、熱処理などがあります。すべての消毒方法には長所と短所があります。またオランダには、温室園芸処理施設の評価委員会(BZG)があり、同委員会は認証した消毒システムのリストを公開しています。そこで認証を受けた消毒方法を中心に排液処理方法を説明していきます。

 

1. UV処理方法

紫外線(UV)を使った排液の処理方法です。UVによって、微生物を含む水や空気、また固体の表面を消毒できます。ワーゲニンゲン大学の研究によると、水系病原体を殺すにはUV(紫外線)照射が最も効果的であることがわかっています。
 
UVによる消毒方法には低圧と中圧がありますが、同研究ではDNAを分解するためには、正確に254nmの波長で照射をする必要があるとされており、これは低圧のUV消毒でカバーできます。低圧UV消毒は、何も添加しないため水の組成を変化させず、すべての病原体の99.9%殺すことができます。また排液中に残っている肥料を再循環させることで、肥料代を最大50%節約できます。照射時間や消毒効率、必要エネルギーを考慮すると、殺菌方法としては中圧より低圧UVが最も運用上のメリットが大きいです。しかし初期投資に関しては、他のUV消毒方法に比べて高いというデメリットがあります。さらにUV処理は、他の技術に比べて導入費用が高い点や、排液の状態により、水のUVの透過率も変わる点がデメリットと言えます。

 

2. オゾン処理方法

次はオゾンを使った排液の処理方法です。オゾンは酸素から成る天然ガスで、農業用水の処理だけでなく飲料水の浄化にも使用されています。オゾン分子が酸化可能な物質と接触すると、酸化する仕組みを活用しており、排液中にオゾンを添加して臭気やかび、バクテリアなどの微生物を酸化させ、排液中の細菌、ウィルス、臭気を処理します。
 
処理後の水中の酸素レベルは、処理前の300〜400%まで上昇することもあり、栽培にメリットがあります。またオゾンは、水中のあらゆるところに移動できるため、排液の透過率に影響を受けないこともメリットです。さらにオゾンを生成するためには圧縮空気と電気が必要ですが、消費電力もメンテナンスコストも比較的安価です。

 

3. 過酸化水素処理方法

過酸化水素を使った排液の処理方法は、過酸化水素を排液に添加するだけでなく、たとえば過酸化水素とラム派分散超音波振動測定法や、過酸化水素とUVを組み合わせたシステムにより、排液から植物保護剤を除去します。組合せるものにもよりますが、比較的安価でシンプルなシステムと言えます。また超音波を組合せることで、石英管の洗浄もできます。

 

4. カーボンフィルター処理方法

活性炭を組み合わせ、不要な有機不純物を吸着して除去するカーボン(炭素)フィルター方法もあります。粒状の活性炭による吸着を活用したシステムで、容易に使用でき、また導入価格もおさえることができます。粉末、粒、繊維などさまざまな形状の活性炭を組み合わせて使用される場合もあります。ただしフィルターの交換が定期的に必要です。

 

5. その他

その他にも、紫外線と水素を組み合わせたシステムや、分子吸着と酸化を組み合わせたシステムなどさまざまな排液処理方法があります。またナトリウム除去に特化したシステムなども、少しずつ増えています。従来の熱処理方法などもありますが、ガスを消費するため環境配慮と矛盾が生じてしまったり、熱された温かい水には、酸素が含まれていなかったりする点には十分気をつけましょう。
 
処理方法には、それぞれメリットやデメリットがあります。目的や予算、施設に合った処理方法を選びましょう。

 

排液処理システムの導入時に考えておきたい5つのポイント

 

排液の処理方法にはさまざな方法があります。そのため目的や予算、作物、施設に合った処理方法を選択することが大切です。そこで排液処理システムを導入する時に考えておきたいポイントについて説明します。

 

では実際に、排液処理システムの導入を検討する時に、どのようなポイントをおさえておく必要があるのでしょうか?

 

1. すべてのオプションを検討する

排液処理システムにはさまざまな種類があります。これらはそれぞれメリットとデメリットがあります。たとえばUV処理は安全な処理方法だと言われていますが、シルト含有量が多い場合、その処理には使用できません。そのため導入が可能なすべてのオプションを検討しましょう。

 

2. 仲間から意見をもらい、できるだけ多くの企業を訪問する

同一作物を栽培している生産者で、排液処理システムを導入している仲間がいれば、訪問することは効果的です。たとえば作物によっては、水中のオゾンレベルが高い場合、ピシウム病が発生することや、オゾン処理は除放性肥料(作物の生育に合わせて肥料成分が溶出する肥料)と拮抗する可能性が報告されています。実際にさまざまな生産者や、企業に話を聞きにいきましょう。

 

3. 確実に消毒ができ、施設に合ったシステムを選ぶ

排液を処理して再循環する場合に、一番気をつけなければならない点は、病原体を広めないように確実に消毒をすることです。1回の作物の損失は、消毒システムの設置と運用の10倍ほど費用がかかると言われています。物理性、化学性、生物性のアプローチを適用し、適切に消毒ができるシステムを選びましょう。
 
また処理能力や、容量、エネルギー使用量もシステムによって異なります。さらにインライン、貯蔵タンク内、燃料貯蔵タンク(サイロ)上など、どこで消毒をして再循環させたいかによっても導入するシステムが異なります。施設と戦略に合ったシステム選択は重要です。

 

4. 導入時費用のみではなく、メンテナンス費用も準備する

経済的はメリットは、すぐには現れないかもしれません。しかし長期的な目で見ると、経済的なメリットも出てきます。そのためあらかじめメンテナンスにかかる費用も考慮した上で、導入・運用することが重要です。

 

5. 顧客へのアピールにつながる

さらに顧客に対しても、『環境に配慮した栽培をしている』という点でアピールができるのではないでしょうか。即時の収入にはなかなか繋がらないかもしれませんが、長期的な視点で考えることが大切です。

 

<参考サイト>

 

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