引き潮に適したフィルターを選択してください

最大規模の温室の多くは現在、養液を再循環させる浸水床を使用しており、ほとんどすべてが濾過システムを必要としています。 浸水と戻りの際、水はタンクから床まで高流量で流れ、戻りタンクに戻ります。 戻り水には、植物の一部、成長培地、ラベルなどの破片が含まれる可能性があります (図 1、スライドショーを参照)。 また、植物病原体や他の微生物を拡散させる可能性もあります。

干満灌漑からの戻り水には、葉や根基質だけでなく、プラスチックのラベルなどの他の物質を含む有機物質が大量に含まれる場合があります。

振動スクリーンフィルターです。

布または紙メディアフィルターの例。

白い背景上のフィルター生地の顕微鏡写真は、生地内の孔径が報告されている 20 ミクロンよりもはるかに大きいことを示しています。 定規内の各黄色の長方形の長さは約 100 ミクロンです。 写真提供：フロリダ大学デイル・ハスケル氏。

新しい温室シリーズに搭載された二段階濾過システム。 水はまず、静電気による自己洗浄を行う 400 ミクロンのスクリーン (左) を通過して粗大粒子を除去し、次に布製フィルター (右) を通過してより微細な粒子を除去します。

ケーススタディの生産者の所在地における年間の戻り水の総量を計算します。

図 2 と図 3 のフィルタ オプションの簡単な財務分析。購入費と設置費は、振動スクリーンと布製フィルタでそれぞれ 17,000 ドルと 24,000 ドルでした。 1,000 ガロンあたりのコストは、表 1 の年間コストを 1,514 万ガロンで割った値に基づいています。

いくつかの一般的なメッシュ サイズを粒子直径のミクロンおよびミリメートルに変換します。 1000 ミクロン (µm) = 1 ミリメートル (mm)。

生産者は、水処理チェーンの一部として、病気、藻類、システムの詰まりを最小限に抑えるために、さまざまな種類のフィルターを使用してこの戻り水を浄化します。 私たちの研究では、栽培者の作業における再循環水の品質とフィルターの効率を分析しています。

コストの計算

洪水床からの戻り水をろ過する際に考慮すべき要素を説明するために、2 つの異なるタイプのフィルターを評価していたミシガン州の大手栽培者の例を見てみましょう。 まず、年間にろ過される水の総量を約 1,514 万ガロンと計算しました (表 1)。 それはたくさんの水です！ したがって、濾過システムのコストと効率が重要です。

栽培者は 2 種類のフィルターを使用していました (図 2 と 3、スライドショーを参照)。 振動スクリーンフィルター (図 2、スライドショーを参照) を使用すると、水が中央のパイプから円形の金属スクリーンに入ります。 モーターがスクリーンを振動させてフィルターを清潔に保ち、廃棄のために収集されるフィルターの端まで物質を除去します。 欠点としては、このフィルターは多少ノイズが多く、電気エネルギーを必要とすることです。

布地 (紙とも呼ばれる) 媒体フィルター (図 3、スライドショーを参照) を使用すると、水は収集槽に入り、フィルター布地を通って排水されます。 粒子が繊維の細孔を詰まらせると、収集槽内の水位が上昇します。 センサーがモーターをオンにし、新しい生地を広げます。 生地の厚さと孔のサイズはさまざまです。

いくつかの簡単な財務上の仮定 (表 2、スライドショーを参照) を使用して、これら 2 つのフィルター タイプの年間および 1,000 ガロンあたりのコストを推定しました。 1,000 ガロンあたりの処理コストの大きな違いは、消耗品、つまり振動スクリーンの電気代や布フィルターに使用される布のロールにありました。

パフォーマンスの評価

フィルターによって性能に違いはありましたか？ これを商業条件下でテストするために、米国各地の 11 か所の温室および苗床施設で、リサイクルされた灌漑用水のろ過前後の総懸濁物質 (TSS) を測定しました。TSS ラボテストでは、非常に細かい (2 ミクロン) フィルターが粒子を除去します。水のサンプルの中。 フィルターをオーブンで乾燥させた後、これらの粒子の重量をリットルあたりのミリグラム (mg/L、ppm に等しい) で測定できます。

TSS は場所や時間の経過とともに大きく異なることがわかりました。 私たちの調査による干満戻り水では、TSS は 2 ～ 301 mg/L の範囲で、平均は 44 mg/L でした。 ケーススタディの栽培現場では、3 回のサンプリングで戻り水中に 3、9、12 mg/L の TSS が検出されました。 TSS の変動は、全体的な衛生環境に依存し、また、葉や根基質の大きな塊が 1 リットルのサンプルを通過するかどうかにも依存します。 私たちの推奨事項は、大きなパイプを備えた干満システムでの濾過後、5 mg/L 未満を目指すことです。目標は、床とタンク システム全体を清潔に保つことです。 水を小さなエミッター（ドリッパーまたはミスト）を通して使用する場合は、濾過を強化する（TSS が 2 mg/L 未満になる）ことをお勧めします。

また、スクリーンまたは布製フィルターによるろ過の各段階で TSS の約 50% が除去され、平均して紙フィルターの方がテストしたスクリーン フィルターよりわずかに効率が良いこともわかりました。 TSS が増加するにつれて、除去率は増加します。これは、かなりきれいな水を「磨く」よりも、物質の大きな塊を引き抜く方が簡単であるためです。水には小さな粒子が多く、大きな粒子は少ない傾向があります。 リサイクル水で測定した典型的な粒度分布に基づくと、完全に機能するフィルターがあれば、100 メッシュのふるい (149 ミクロンに相当、表 3、スライドショーを参照) で TSS の約 50% が除去されることになります。

しかし、市販のフィルター設置に対する私たちの評価は、TSS と粒子サイズ分布に基づいて、完全に機能するフィルターの性能を備えていないというものです。 商業生産では、粒子は急速に圧力をかけてフィルターを通過するため、100 メッシュのフィルターでは直径 149 ミクロンを超える粒子をすべて除去することはできません。 柔軟な粒子または不規則な形状の粒子がフィルターの細孔を通過します。 粒子はフィルター内で凝集します。 それらはより大きな穴を通って流れます。 等

2段階ろ過で効率が向上

ケーススタディの場所では、振動スクリーンの直径は 100 ミクロンでした。 この生地は 20 ミクロン (つまり、より細かい) 材料として販売されました。 ただし、ファブリックメディアは、大小の穴を持つ交差した繊維の混合物です。 使用されている生地を顕微鏡で観察しました (図 4)。 生地の穴は、ベンダーが報告した公称孔径 20 ミクロンと比較して、はるかに大きかった (直径最大 500 ミクロン)。 水は主に最も抵抗の少ない経路（大きな穴）を通って流れるため、これは重要です。

この知識と経験を武器に、栽培者は新しい満干温室用の水処理を設計していました。 栽培者は、布製フィルターは小さな粒子を除去するのには効果的ですが、葉、泥炭、パーライトですぐに詰まる可能性があることを知っていました。 孔径が細かくなり、水が汚れるほど、より多くの布地が使用されるため、1,000 ガロンあたりの運転コストが増加します。 水が特に汚れていたときは、大きな粒子を取り除くために高価な布地が使用されていました。生産者のアプローチは、2 段階の濾過システムを設置することでした (図 5、スライドショーを参照)。 静的な「弓型」スクリーン フィルターは、葉、基材の大きな粒子、およびプラスチックを除去するための濾過の第 1 段階でした。 このスクリーンフィルターは運用コストが非常に低く (可動部品や消耗品がない)、大きな (400 ミクロン) 孔を持っていました。 2 番目の濾過段階では、水がより目の細かい布製フィルターを通過して、より小さな粒子が除去されます。

干満システムのフィルターには他にも、回転ドラム、砂、ディスク、バッグ、活性炭フィルターなどのオプションがあり、これらはすべて処理システム全体の一部として使用できます。 生産者と話し合って経験を共有し、単一の技術を推進するのではなく、統合された全体的なデザインを提供できる企業と協力します。 水処理に特効薬はありません。

干満灌漑に適したフィルターの選び方

干満灌漑システムに適切なフィルターを選択する際に考慮すべき 9 つの要素を以下に示します。1. 2 レベルの濾過が望ましく、多くの場合、第 1 段階として大きな孔径 (400 ～ 1000 ミクロン) の単純なスクリーンフィルターを使用します。 各濾過段階で、懸濁物質のおよそ半分が除去される可能性があります。3. 多段階ろ過により、運転コストとバックフラッシュサイクルが削減され、効率が向上し、最終的な細孔サイズを小さくすることが可能になります。 干満サイクル中は流量が多いため、リアルタイムで約 100 ミクロン未満まで濾過するのは困難な場合があります。 精密な濾過を行うには、夜間および灌漑サイクルの合間に濾過を行う大型の貯蔵タンクが必要です。 設置コストと運用コストはどちらも多額になる可能性があります。 1,000 ガロンあたりの運用コストが高いフィルターは、最初の濾過レベルにすべきではありません。6. スクリーンフィルターの孔径の計算は非常に簡単ですが、布フィルターや砂フィルターの場合はより複雑になります。 商用設置のテストでは、フィルターは機能しませんでした。7. 化学処理または紫外線処理などの病原体駆除段階を追加する場合、濾過は必須のステップです。濾過を行わないと、駆除を妨げる有機物質が除去されるからです。8. この記事で説明するフィルターは、より大きな粒子に埋め込まれた病原体と微生物のみを除去します。 膜濾過は、病原菌を除去することが研究で証明されている唯一の濾過タイプであり、再生水の流量と生物付着の問題があります。9. 自動洗浄は労力を軽減し、効率を高めるために非常に望ましいものです。 洗浄のために大量のバックフラッシュが必要な砂フィルターの場合は、バックフラッシュされた養液を環境に廃棄する以外にどうするかについて計画を立ててください。

見逃した場合に備えて

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ポール・フィッシャーは、フロリダ大学環境園芸学部の教授兼普及スペシャリストです。 [email protected] まで電子メールを送信できます。 すべての著者のストーリーをここでご覧ください。

Jinsheng Huang は、フロリダ大学環境園芸学部の研究員です。 [email protected] まで電子メールを送信できます。 すべての著者のストーリーをここでご覧ください。