JP2001157527A

JP2001157527A - 水棲生物飼育水浄化システム

Info

Publication number: JP2001157527A
Application number: JP34350499A
Authority: JP
Inventors: Naoki Ogawa; 尚樹小川; Hiroshi Nakamura; 宏中村; Koichi Ichikawa; 公一市川; Tetsuro Higuchi; 哲朗樋口
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-12-02
Filing date: 1999-12-02
Publication date: 2001-06-12
Anticipated expiration: 2019-12-02
Also published as: JP3316487B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、水棲生物に悪影響を与えずに、飼育
水中のアンモニア態窒素並びに硝酸態窒素及び亜硝酸態
窒素を含む酸化態窒素を除去することができ、サイズが
小さく、且つ濾過槽の逆洗が不要な水棲生物飼育水浄化
システムを提供する。【解決手段】前記課題を解決するために、本発明は、水
棲生物に悪影響を与え得る還元剤を添加せずに飼育水か
ら硝酸態窒素を除去し得るバイオエレクトロ脱窒槽と、
逆洗装置が不要な泡沫分離装置を備えた浄化システムを
提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水族館、養殖場、
実験施設における水棲生物の飼育水を浄化するためのシ
ステムに関する。より具体的には、水棲生物に影響を与
えずに、前記飼育水中の硝酸態窒素を除去する手段を備
え、且つアンモニア除去能力、有機物分解能力に優れ、
サイズが小さな浄化システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】水棲生物の飼育水には、餌の食べ残し、
水棲生物の老廃物（剥離したウロコ等）や排泄物を含む
有機物や魚の排泄物として発生するアンモニア等の有害
物質が絶えず大量に放出されるので、水族館の水槽等の
閉鎖された空間で水棲生物を飼育するためには、飼育水
を清浄に保つための浄化システムが不可欠である。

【０００３】このような浄化システムとして最も一般的
に用いられているのは、砂濾過槽を備えた浄化システム
である。該浄化システムにおいて、濾過槽は飼育水中の
ss(suspended solid；自然水中に懸濁している固形物)
を除去する機能を有し、かつ砂表面に棲息した硝化菌に
よって水棲生物に対して極めて強い毒性を示すアンモニ
ア態窒素及び亜硝酸態窒素を酸化して硝酸態窒素に変換
する機能を有している。

【０００４】しかしながら、かかる浄化システムでは、
アンモニア態窒素と亜硝酸態窒素を除去することはでき
るが、アンモニア及び亜硝酸の酸化によって生じた硝酸
態窒素を全く除去し得ない。硝酸態窒素は、アンモニア
態窒素や亜硝酸態窒素のような強い毒性は有していない
が、硝酸態窒素は強酸性であるために、水槽中に100〜2
00ppm以上の高い濃度で蓄積すると飼育水のpHの低下は
無視できないものとなる。

【０００５】このため、一般的な浄化システムを用いる
と、飼育水中に硝酸態窒素が蓄積するため飼育水の交換
が必要となり、大量の水交換という多大な労力を要する
操作が不可欠であるのみならず、水資源の浪費も避けら
れない。

【０００６】従来技術に存するかかる欠点を解消するに
は、飼育水から硝酸態窒素を除去するために、硝化槽に
加えて、硝酸態窒素を窒素分子に還元するための脱窒槽
を配設することが考えられる。

【０００７】しかしながら、現在、産業廃水処理等で用
いられている脱窒法では、硝酸イオン等に電子を供与す
る還元剤としてメタノールやグルコース、及びその代謝
物（乳酸等）を添加しなければならないので、運転コス
トが高くなるのみならず、水棲生物に悪影響を及ぼすこ
とが不可避となる。

【０００８】このため、脱窒槽を備えた水棲生物飼育水
浄化システムは、現在知られていない。

【０００９】また、従来の浄化システムにおいては、濾
過槽として砂濾過槽又は圧力濾過槽を用いているため、
システムのメンテナンスとして、濾過槽の逆洗を行う必
要がある。さらに、砂濾過槽又は圧力濾過槽を用いる
と、逆洗工程用の装置を浄化システムに備えることが必
要となるので、システムのサイズが大型化するという欠
点も有している。

【００１０】加えて、従来の浄化システムには、有機物
分解能力、及び低温でのアンモニア分解能力にも改良す
べき点が存していた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に
存する前記課題を解決するためになされたものであり、
逆洗工程が不要な濾過槽、水棲生物に悪影響を与えずに
脱窒反応を行い得る脱窒槽とを備えた水棲生物飼育水浄
化システムを提供することを目的とする。

【００１２】本発明は、このような濾過槽及び脱窒槽に
加えて、低温での硝化能力に優れた硝化菌が収容された
硝化槽、及び飼育水中の有機物を分解するためのオゾン
発生器を備えた水棲生物飼育水浄化システムを提供する
ことも目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、飼育槽中の飼育水に含まれる有機物及び
ssを除去するための泡沫分離装置と、前記飼育水中のア
ンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換するための硝化槽
と、バイオエレクトロ脱窒法によって、前記飼育水に含
まれる硝酸態窒素を除去するための脱窒槽と、を備えた
ことを特徴とする水棲生物飼育水浄化システムを提供す
る。

【００１４】ここで、「泡沫分離装置」とは、飼育水と
気泡を激しく接触させることにより発生した微細な泡沫
に汚物やタンパク質などを付着せしめることにより液体
中の汚物及び有機物を除去する装置を意味する。

【００１５】また、「バイオエレクトロ脱窒法」とは、
陰極用材料又は該材料と電気的に接続された導電性材料
に細菌等の生体触媒が固定化された電極を通電すること
により、前記生体触媒に電子又は電子供与体（例えば、
水素）を供給し、水中に存在する酸化態窒素を還元処理
する方法を意味する。

【００１６】「泡沫分離装置」及び「バイオエレクトロ
脱窒法」自体は公知である。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明は、飼育槽中の水棲生物に
悪影響を与えずに脱窒反応を行い得る脱窒槽と、逆洗が
不要な濾過槽である泡沫分離装置を備えた水棲生物飼育
水浄化システムを提供する。

【００１８】本発明は、このような濾過槽及び脱窒槽に
加えて、低温での硝化能力に優れた硝化菌が収容された
硝化槽、及び飼育水中の有機物を分解するためのオゾン
発生器を備えた水棲生物飼育水浄化システムも提供す
る。

【００１９】本発明の浄化システムは、バイオエレクト
ロ法（以下BE法と称する）によって脱窒を行い得る脱窒
槽を備えているため、飼育水中の有機物のみで脱窒が可
能となり、還元剤を添加する必要がないか、添加するに
してもごく少量で良い。

【００２０】以下、実施例によって本発明を詳細に説明
するが、これらの実施例は、いかなる意味においても本
発明の範囲を限定することを意図するものではない。

【００２１】［実施例１］本実施例では、泡沫分離装
置、BE法による脱窒を行い得る脱窒槽（以下BE脱窒槽と
称する）、及び低温硝化菌が収容された硝化槽を具備す
る浄化システムについて記載する。

【００２２】以下、図１を参照しながら、本実施例の装
置を説明する。

【００２３】本実施例の装置は、浄化すべき飼育水が貯
溜されている飼育水槽１と、飼育水槽１の下流に配置さ
れ水位調節を行うためのバッファータンク２と、前記飼
育水を浄化システムの各部に送液するためのポンプ３
と、該ポンプの後段に配設された泡沫分離装置４と、該
泡沫分離装置４の後段に並列配置された硝化槽５及びBE
脱窒槽６と、硝化槽５の中に収容された、硝化菌を固相
するための担体７と、BE脱窒槽６の前段及び後段に配置
され、BE脱窒槽６への間欠通水を可能とする電磁弁８
と、BE脱窒槽６の中に収容された、脱窒菌を固相するた
めの担体９と、担体９に固相されている脱窒菌に電子又
は電子供与体を供給するための陽極１０及び陰極１１
と、殺菌装置１２と、循環ライン１３とを具備する。

【００２４】本実施例の装置によって浄化し得る水は、
水族館、養殖場、釣り堀、宇宙実験用施設を含む実験施
設、生け簀等に貯溜されている水棲生物の飼育水であり
得る。これらの飼育水は、ポンプ３の吸引作用によっ
て、循環ライン１３を通じて、飼育水槽１からバッファ
ータンク２を経て泡沫分離装置４に送液される。

【００２５】ポンプ３は、浄化システム中を循環させる
べき飼育水の流量に応じて、市販されている任意のポン
プを使用し得る。ポンプ３の設置位置及び個数は図１に
示されている位置に限定されない。

【００２６】泡沫分離装置４は、水の中に含まれる水棲
生物の排泄物や老廃物（剥離したウロコ等）、プランク
トンの死骸、及び残餌等の有機物、並びにss等の巨大物
質を濾過するための濾過槽の一種である。

【００２７】泡沫分離装置４を用いれば、濾過槽自体を
洗浄するためのいわゆる逆洗工程が不要であり、逆洗工
程を行うための装置を省くことによって浄化システムを
小型化することができる。

【００２８】前述のように、泡沫分離装置自体は当業者
に周知であり、ブロワー、コンプレッサー、エアレータ
ー等によって発生された気泡のフローテーション効果に
より、水中に溶存している有機物等を槽外へ排出するシ
ステムである。泡沫分離装置には、泡沫発生源や汚染物
質を分散含有した泡沫の排出態様等が異なる様々な種類
が公知であるが、本発明の浄化システムには、所望の濾
過能力に応じて、任意の種類の泡沫分離装置を使用する
ことができる。

【００２９】泡沫濾過装置４は、有機物やssを効果的に
除去し得るので、飼育水槽１に貯溜された水が大量の有
機物やssを含有している場合には、本実施例のごとく、
硝化槽５とBE脱窒槽６の前段に濾過槽を設置して、まず
これらの汚染物質を除去してから硝化槽５とBE脱窒槽６
に水を移送するのが好適であろう。

【００３０】本実施例では、濾過槽として泡沫分離装置
を用いているが、濾過槽としては、泡沫分離装置に代え
て、又は泡沫分離装置と共に、フィルター、スキマー、
砂濾過槽、圧力濾過槽のような当業者に周知の濾過槽を
使用し得るが、濾過槽自体を洗浄するための逆洗工程が
不要であり、浄化システムを小型化し得るので、泡沫分
離装置を用いることが好ましい。

【００３１】硝化槽５は、生物学的硝化法によって、よ
り具体的には硝化菌の作用によって、アンモニア態窒素
を硝酸態窒素に酸化せしめる。硝化菌には、ニトロソモ
ナス属(Nitrosomonas sp.)を含む亜硝酸菌とニトロバク
ター属(Nitrobacter sp.)を含む硝酸菌が含まれ、前者
はアンモニア態窒素を亜硝酸態窒素に酸化し、後者は亜
硝酸態窒素を硝酸態窒素に酸化する細菌である。

【００３２】硝化菌は、槽内に固着又は分散含有された
担体７に固相することが好ましく、効率的な硝化を達成
するためには、槽内に担体を分散充填するのが好まし
い。担体を分散充填する場合には、該担体を攪拌するた
めの攪拌手段を取り付けてもよい。多数の細菌を固定す
るために、担体には、孔径が約数十〜数百μmで、サイ
ズが約数mm〜1cm程度の多孔質担体を用いることが好ま
しいが、孔径及びサイズともに、これらに限定されな
い。担体としては、ガラスビーズ、多孔質セルロース等
を用いることができるが、これに限定されない。担体に
細菌を固定化する方法は、当業者に周知であり、担体結
合法、包括法を含む任意の技術を使用し得る。担体の形
状は、球状、板状、紐状等任意の形状であり得る。

【００３３】硝化菌は、環境条件の変化に比較的敏感で
あるため、飼育水槽１で飼育されている水棲生物に適し
た飼育水の条件、例えば温度やpHに応じて、適切な細菌
を選択することが好ましい。とりわけ、水温は水棲生物
の飼育のために低温（約10〜18℃）にされる場合が少な
くないため、低温でも硝化能力を有する硝化菌を使用す
ることが好ましい。低温でも優れた硝化能力を発揮し得
る硝化菌としては、１９９１年１０月４日付けで工業技
術院生命工学工業技術研究所に寄託されたNitrosomonas
属に属する亜硝酸菌（FERM P-12555）及びNitrobacter
属に属する硝酸菌（FERM P-12556）を挙げることができ
る。従って、該菌株を用いれば、低温下における硝化反
応速度の低下を抑制して、優れたアンモニア除去能力を
維持することが可能である。

【００３４】本実施例の浄化システムでは、硝化槽５で
産生された硝酸態窒素は、硝化槽５から排出され、浄化
システム中を何度も循環する間にBE脱窒槽６において分
子状窒素に変換された後、最終的には水中から除去され
る。

【００３５】脱窒槽６には、Paracoccus denitrifican
s, Pseudomonas denitrificans, Micrococcus denitrif
icans等の脱窒菌が固定されている。脱窒菌は、硝酸イ
オン又は亜硝酸イオンを分子状窒素にまで還元し得る細
菌である。また、脱窒菌の採取源としては、下水処理場
由来の活性汚泥等を挙げることができる。

【００３６】このように、脱窒反応は、硝酸態窒素を還
元する反応なので、反応系に電子供与体が存在すること
が必須である。循環水流中に含まれる有機物も電子供与
体になり得るが、十分な脱窒反応を達成するためには、
水流中の有機物だけでは不十分である。このため、排水
処理装置等では、汚濁水にメタノールや乳酸等の還元剤
を添加することが行われているが、前述したように、か
かる方法は、生物に悪影響を及ぼすため、生物の飼育水
を浄化するためのシステムに適用することは極めて困難
であり、通常不可能である。

【００３７】そこで、本発明の浄化システムでは、BE脱
窒法なる脱窒法により、脱窒反応を行っている。ここ
で、BE脱窒法とは、陰極用材料又は該材料と電気的に接
続された導電性材料に細菌等の生体触媒が固定化された
電極を通電することにより、前記生体触媒に電子又は電
子供与体（例えば、水素）を供給し、水中に存在する酸
化態窒素を還元処理する方法を意味する。BE脱窒法自体
は公知である。BE脱窒法の詳細については、特公平6-10
4230を参照されたい。

【００３８】本実施例の浄化システムにおいては、陽極
１０と陰極１１の作用により脱窒菌に電子又は電子供与
体を供給している。陽極１０には黒鉛等の炭素電極、白
金電極、ニッケル電池等を含む任意の電極を使用し得
る。陰極１１には脱窒菌が固定されるので、導電性、耐
久性が高く、且つ表面に脱窒菌を固定し易いもの、具体
的には黒鉛等の炭素質材料が好適である。

【００３９】電極の形態も特定されないが、棒状、板
状、フィルム状等を例示し得る。

【００４０】電極への固定化は、被処理水中の毒性物質
によって脱窒菌の活性が低下しないように包括固定する
ことが好ましいが、これ以外の固定法も使用し得る。

【００４１】両電極間に印加される電流量は、脱窒反応
の効率等に応じて適宜選択し得るが、0.001mA〜数Aが実
用的である。

【００４２】陽極１０では、酸素が発生する可能性があ
り、これが還元雰囲気に影響を与える可能性も絶無では
ないが、電流値が低いこと、及び二酸化炭素の方が発生
し易いことから、このような影響は無視し得るものであ
る。酸素の影響を可及的に除去したいときには、機械的
攪拌により槽内の被処理水を均一化できる槽（完全混合
槽）以外の槽を使用すればよいであろう。

【００４３】脱窒菌を固相すべき担体９は、脱窒菌に電
子を供与し得るように、導電性の良好な材質で作成する
ことが好ましい。

【００４４】このようにしてBE脱窒槽６で分子状窒素に
転換された窒素は、循環ライン１３を通じて、殺菌装置
１２を経て飼育水槽１に送られた後、飼育水槽１におい
て気相中に放出される。

【００４５】本実施例の浄化システムでは、硝化槽４と
脱窒槽５が並列に配置され、脱窒槽５の前段及び後段に
は電磁弁８が取り付けられている。電磁弁８は、タイマ
ーにより一定時間毎に開閉が制御されているので、硝化
槽５には常時通水されるが、BE脱窒槽６への通水は間欠
的に行われることになる。このような間欠的な通水によ
って、BE脱窒槽６が嫌気状態に保たれ、還元雰囲気が達
成される。

【００４６】飼育水には水棲生物に不可欠な酸素が大量
に溶存しているため、BE脱窒槽の前、又は後ろ、好まし
くは前後に一以上の弁、好ましくは電磁弁を設置すれ
ば、脱窒反応の効率を向上させ得る。電磁弁に代えて、
又は電磁弁に加えて手動の弁を備えてもよい。

【００４７】なお、BE脱窒槽６への間欠的な通水を可能
とするために、硝化槽５とBE脱窒槽６は、本実施例のよ
うに並列して配設するのが好ましいが、硝化槽５とBE脱
窒槽６の配置は並列配置に限られず、直列配置にしても
よい。

【００４８】また、硝化槽５とBE脱窒槽６は、それぞれ
一以上の任意の個数を配置し得るので、さらに複雑な配
置、例えば直列配置と並列配置の併用も可能であり、各
槽の配置順序も任意に選択し得る。

【００４９】本実施例の浄化システムには、硝化槽５と
BE脱窒槽６の後段に殺菌装置１２が取り付けられている
が、殺菌装置１２は必須ではない。殺菌装置を取り付け
る場合には、このような浄化システムにおいて一般的に
用いられている殺菌装置を使用し得る。

【００５０】［実施例２］以下、図２を参照しながら、
本実施例の浄化システムを説明する。

【００５１】実施例１の浄化システムにおいては、並列
配置された硝化槽５とBE脱窒槽６の前段に位置する循環
ライン１３の分岐部の前に泡沫分離装置４が配置されて
いるのに対して、本実施例の浄化システムでは、前記循
環ライン１３の分岐部の後段に泡沫分離装置が配置され
ている。

【００５２】有機物は脱窒反応における電子供与体とな
り得るので、BE脱窒槽６に有機物を供給し、電子供与体
として使用したい場合には、本実施例の浄化システムが
適している。

【００５３】他方、飼育水を泡沫分離装置で処理せずに
BE脱窒槽６に供給すると、BE脱窒槽６が過度に汚染され
る場合もある。

【００５４】従って、実施例１の構成と本実施例の構成
は、飼育すべき水棲生物の種類、飼育水中の有機物の
量、必要とされる脱窒速度、脱窒槽洗浄のコスト等に応
じて適宜選択することが望ましい。

【００５５】［実施例３］本実施例の浄化システムは、
図３に示されているように、実施例２の浄化システムの
泡沫分離装置中にオゾン発生器１４を配設したシステム
である。

【００５６】オゾンは有機物を酸化し得るので、飼育水
中にオゾンを発生させると有機物の分解が促進され、水
質の向上を図ることができる。

【００５７】オゾン発生器自体は公知であり、空中放電
方式のオゾナイザー及び電気分解式のオゾン発生器等が
市販されている。

【００５８】オゾン発生器としては、任意の種類のオゾ
ン発生器を使用し得るが、電気分解式のオゾン発生器を
用いると、気相中に放出されたオゾンの廃棄処理装置が
不要となるため、システムのサイズを小さくすることが
可能である。従って、オゾン発生器としては、電気分解
式のオゾン発生器を用いることが好ましい。

【００５９】電気分解式オゾン発生器は、典型的には、
希硫酸中で水を電気分解する装置であり、H₂O＋O₂→O₃
↑＋2H⁺＋2e^-の反応によってオゾンを発生し得る。

【００６０】オゾン発生器は、発生させるべきオゾンの
量に応じて一以上の任意の個数を備え付けることができ
る。

【００６１】なお、本実施例のごとく、本発明の浄化シ
ステムにオゾン発生器を使用する場合には、実施例２の
浄化システム以外の構成に対しても使用し得る。

【００６２】

【発明の効果】本発明の浄化システムは、バイオエレク
トロ脱窒槽を備えているので、水棲生物に悪影響を与え
ずに、飼育水中の硝酸態窒素を除去し得る。

【００６３】また、本発明の浄化システムは、濾過槽と
して泡沫分離装置を用いることにより、砂濾過槽や濾過
槽自体の逆洗工程が不要で、且つシステム全体のサイズ
を小さくすることができる。

【００６４】本発明の浄化システムは、低温での硝化能
力に優れた低温硝化菌が収容された硝化槽を備えること
により、水温の低い飼育水を浄化するためにも使用し得
る。

【００６５】さらに、本発明の浄化システムは、オゾン
発生器を備えることにより、有機物の除去能力が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の浄化システムを示す図。

【図２】実施例２の浄化システムを示す図。

【図３】実施例３の浄化システムを示す図。

【符号の説明】

１：飼育水槽１、２：バッファータンク、３：ポンプ、
４：泡沫分離装置、５：硝化槽、６：バイオエレクトロ
脱窒槽、７：担体、８：電磁弁、９：担体、１０：陽
極、１１：陰極、１２：殺菌装置、１３：循環ライン、
１４：オゾン発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者市川公一兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者樋口哲朗山口県下関市彦島江の浦町六丁目16番１号三菱重工業株式会社下関造船所内Ｆターム(参考） 2B104 CA01 CA04 ED01 EF01 EF09 EF13 4D037 AA09 AB02 AB12 BA03 BB05 CA04 CA07 CA12 CA16 4D040 AA01 AA61 BB02 BB12 DD03 DD14 4D050 AA08 AB07 BB02 BC10 BD06 CA04 CA10 CA12 CA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】飼育槽中の飼育水に含まれる有機物及び
ssを除去するための泡沫分離装置と、前記飼育水中のアンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換す
るための硝化槽と、バイオエレクトロ脱窒法によって、前記飼育水に含まれ
る硝酸態窒素を除去するための脱窒槽と、を備えたこと
を特徴とする水棲生物飼育水浄化システム。
【請求項２】飼育槽中の飼育水に含まれる有機物及び
ssを除去するための濾過槽と、低温での硝化能力に優れた低温硝化菌が収容された、前
記飼育水中のアンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換する
ための硝化槽と、バイオエレクトロ脱窒法によって前記飼育水に含まれる
硝酸態窒素を除去するための脱窒槽と、を備えた水棲生
物飼育水浄化システム。
【請求項３】飼育槽中の飼育水に含まれる有機物及び
ssを除去するための濾過槽と、該濾過槽に収容された一以上のオゾン発生器と、前記飼育水中のアンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換す
るための硝化槽と、バイオエレクトロ脱窒法によって前記飼育水に含まれる
硝酸態窒素を除去するための脱窒槽と、を備えた水棲生
物飼育水浄化システム。
【請求項４】前記濾過槽が泡沫分離装置であることを
特徴とする請求項２に記載の水棲生物飼育水浄化システ
ム。
【請求項５】前記濾過槽が泡沫分離装置であることを
特徴とする請求項３に記載の水棲生物飼育水浄化システ
ム。
【請求項６】前記泡沫分離装置の中に一以上のオゾン
発生器が収容されていることを特徴とする請求項４に記
載の水棲生物飼育水浄化システム。
【請求項７】前記硝化槽と前記脱窒槽が並列配置され
ており、前記飼育槽から取り出した前記飼育水を分岐さ
せて、前記硝化槽と前記脱窒槽に並列に供給することを
特徴とする請求項１〜６の何れか1項に記載の水棲生物
飼育水浄化システム。
【請求項８】並列配置された前記硝化槽及び前記脱窒
槽に前記飼育水を分岐させて供給するための分岐部と前
記硝化槽との間に前記濾過槽又は前記泡沫分離装置が配
置されていることを特徴とする請求項１〜７に記載の水
棲生物飼育水浄化システム。