JP2011000530A - 水質改善装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
水中に溶解した硝酸態窒素イオン、リンイオン並びに水中の浮遊固体を水生植物によって吸収、吸着除去する装置を提供すること。
【解決手段】
水生植物から水質浄化に適したスジアオノリを選定、その繁殖能力を最大限に活用して繁茂させた着床板を幾層にも重ねてバイオフィルターを構成した。これにより、従来、不安定な嫌気性バクテリア群の活動に頼る方法しかなかった硝酸態窒素イオンの除去を安定して行うことができるとともに、水中の浮遊固体の吸着除去を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水生植物を用いた水質改善装置に関するものである。

従来、水質改善装置の生物的濾過は微生物に頼る方法が一般的である。すなわち、水中に投与された飼料ならびに糞などは好気性バクテリアによってアンモニア態窒素イオンや亜硝酸態窒素イオンに変換され、最終形態としての硝酸態窒素イオン（ＮＯ３−）は、嫌気性バクテリアにより窒素固定が行われ、気体の窒素として空中に放出される事が知られている。

嫌気性バクテリアを培養し、水質の改善を行う目的で商品化されたものも多いが、自然界の条件の中でバクテリアを人間がコントロールすることは一般的に困難であり、培養されたバクテリアが真に人間が要求する結果を生み出しているのか疑問である。

一方、水環境における人間の活動の活発化は滞留した水中の硝酸態窒素イオン濃度を増加させ、その場に有効な嫌気性バクテリアが存在しない環境では蓄積するのみである。蓄積した硝酸態窒素イオンは、水生生物を死滅させるだけでなく、悪臭など人間の生活環境に及ぼす影響が大きい。

特に、人為的にタンパク質含有量の多い飼料を投与する魚介類養殖施設では、硝酸態窒素イオンがもたらす影響は著しい。

嫌気性バクテリアが脱窒に有効であることに異論はないが、それは、顕微鏡的世界で成立する話であって、人間の管理に限界があることもまた論を待たない。

一方、植物の水質浄化作用を利用して池、湖沼等の富栄養化を防止するための窒素やリンの吸収、除去及び水質の改善を行う、植栽水質浄化方法と呼ばれる手法が知られている。

植栽水質浄化方法では、ヨシ、アシ、ホテイアオイなどの水生植物を用いることにより水中の窒素、リン等を除去することは可能であるものの、使用する植物の耐寒性、耐塩性及び生長力に問題があった。

特公平７−５５１１６号 特開２０００−２０２４９１号

日本は周りを海に囲まれている海洋国である。沿岸、沖合などで漁業を営んで来たが、人口の増加、漁法の発達に伴う漁獲量の増大から年々海の生産量は減少し、日本国領海以外の遠洋にまでその漁場を求めている。

近年は漁獲量の減少を補うべく、「獲る漁業」から「育てる漁業」への関心も高く、波浪の穏やかな内海で大規模な養殖業が営まれる様になり、各種の魚介類が食卓を賑わす様になった。

しかし、対流のない内海での養殖は海底へのヘドロの堆積をもたらし、生産物だけでなく内海に暮らす生物への影響も顕著である。また、多くの窒素酸化物から発生する有害気体による環境への影響も深刻さを増しつつある。

他方、海面養殖は漁業権を取得し難いことや、台風や病気被害の影響を受け易い等の不利な面があるため、漁業権を取得する必要がなく、海象条件や海洋環境に左右されることが少ない陸上養殖も行われている。

陸上養殖では、飼育魚介類の排泄物や残餌等を飼育水槽から除去する処理を、周辺環境への排出希釈によることなくシステム内で行なう閉鎖循環式養殖システムが従来から検討されているが、経済性等運営に伴うさまざまな問題が派生し、産業的発展にまでは至っていないのが現状である。

およそ国の内外を問わず、閉鎖的に陸封された条件下で魚介類の養殖を行う為には、飼育に要する水浄化の問題の解決が絶対条件である。飼育に要する水浄化の問題の解決は水中から安定的かつ迅速に硝酸態窒素イオンを除去するという困難を伴うが、この困難の解決なくして完全な閉鎖的陸上養殖は成り立ち得ないのである。

本件発明は、こうした養殖事業に伴って発生する負の側面である所の飼育水中に溶解した硝酸態窒素イオンの人為的回収を行い、持続可能な「育てる漁業」に資するものである。

飼育水の水質の浄化を、生物学的バランスを保つことが困難な微生物に依存することなく、水質浄化に最適な水生植物を工業的に安定管理、繁殖させ、もって可視的範疇において管理可能な硝酸態窒素イオンの除去を可能にする技術開発である。

一口に水生植物と言っても、淡水、汽水、海水域に多種多様の種が存在し、その生活様式の多彩さは人間を陵駕するほどである。発明者は植物の選定にあたり、水質の浄化が緊急の課題である魚介類養殖現場に求められる条件を次項の通り整理した。

大量の飼育水を使用し、日々大量の飼料が投与され、多種多様の魚介類が飼育される魚介類養殖現場において、水質浄化に適する水生植物とは次の各項の要求に適うものでなければならない。
（１）植物が、種子あるいは胞子によって冬眠ないしは夏眠する冬季ないし夏季においても、植物の一部ないしは全部が光合成を行うこと。
（２）窒素固定能力が高いことに加えて、浮遊固体の吸着力も高く、物理的濾過ができること。
（３）仮根の着床力が強く、養殖施設の流速に負けず停留できること。
（４）成長が速く、また回収が容易であること。
（５）繁殖力にすぐれ、種子、胞子などが保存できること。
（６）海水及び淡水中において繁殖能力を有すること。

かかる条件を満たす植物を選定するために、本発明者は淡水、汽水、海水の各水域に生息する多種多様の植物について検討を加え、その結果スジアオノリのみがその要求に適うものである事を知見するに至った。

スジアオノリ（学名 Entermorpha prolifera）は緑藻綱 アオサ目 アオノリ属に属し、日本各地の潮間帯中部〜下部の主に淡水が混じる河口の汽水域に生息する。一般には、乾燥処理を行った後、加工食品、和菓子などの原料として利用されているが、上記の水質浄化の要求にも大いに効果を発揮する。

スジアオノリは、下記の各項に掲げるように、魚介類養殖現場において水質浄化に用いる水生植物としての適性を有している。
（１）自然環境下においても温度変化に強い。厳冬期の２月であっても川底の底石に付着し、また夏季にあっても日射量を調節すれば繁殖を続けることができる。
（２）窒素固定能力が高く、水中の硝酸態窒素が多くなると比例的に成長し、１日に５０ｍｍも伸びるほどである。
（３）着床力が強く、一度被吸着物に吸着すると剥がすことが困難なほどである。
（４）成長が早い。長さだけでなく幅も拡張し、また本体部から枝別れして成長する。
（５）一般には胞子で増えるが、強制的に切断しても発芽、成長するなどその増殖は著しい。また胞子、切断片を冷凍保存することも可能である。
（６）海水のみならず淡水においてもわずかなナトリウムがあれば成長し、適応範囲が広い。

本発明者は前項の特性を有するスジアオノリを、大量の飼育水を使用し、日々大量の飼料が投与され、多種多様の魚介類が飼育される魚介類養殖現場における水質浄化装置に用いる方法を考案した。

本件発明は、水中に溶解した硝酸態窒素を除去し、水質を安定的に保持するものである。例えば本件発明を魚介類の陸上養殖に用いた場合、飼育に要する海水、淡水の腐敗を防止し、過硝酸態窒素から起こる魚介類の成長不振、低ｐＨ時（ｐＨ６．４以下）に起こる硝酸態窒素の亜硝酸態窒素、アンモニア態窒素への逆変換から魚介類の突然大量死を防ぐ効果を有するものである。

は、「スジアオノリバイオフィルター」の正面図である。 は、「スジアオノリバイオフィルター」の側面図である。 は、「スジアオノリバイオフィルター」の応用図である。

名称を「スジアオノリバイオフィルター」と称する。スジアオノリの繁殖は塩化ビニル、ポリエステルなど光を透過する透明、半透明の着床板において行う。着床版は用途に応じて何層にも重ねられ、１から濾過を要する水が注がれ、２に集められ、３より回収される。

着床板にはスジアオノリの胞子体が着床し易い様に凹凸を付ける。また、下段の着床板上のスジアオノリにも充分な光が届く様にｄ部を流れる水量及びｃ−ｄ間の高さを定める。着床板は木材、金属などで固定し、水や風によって撓み、脱落などが生じることを防止する。３は円柱、角柱などの形状で作られ、片方に４を付けて着床版を強制洗浄する際の汚水の取り出し口とし、洗浄時に２から汚水が流入しないように３の位置を４より高い所に取り付ける。

上記装置は使用目的に応じて大小形状の施設が構築されるが基本形は同様である。

発明者の実験では、スジアオノリの胞子を撒布後約一週間で胞子体が着床し、発芽後約二週間を経過すると着床板は緑色のスジアオノリで覆われた。硝酸態窒素イオン２００ｐｐｍ濃度の汚水を循環させたところ約１１日間で硝酸態窒素イオン濃度が０となり、この間スジアオノリは１日あたり５ｃｍも伸長し、魚介類が生息不可能であった水が生息可能な水質となっただけでなく、多くのスジアオノリを回収することができた。

図３は、魚介類の養殖において「スジアオノリバイオフィルター」を使用した実施例である。Ａは魚介類の養殖部で角状、円形状などの飼育槽が置かれ、魚種に応じて透明ビニル、黒色ビニル（夜行性の魚類）などが施されている。Ｂは「スジアオノリバイオフィルター」本体であり、６によって５への電源供給を行う。日照時はスジアオノリの光合成活動によって二酸化炭素、硝酸態窒素、リンなどの溶解物が吸収されると同時に浮遊固体、泡沫油分などが吸着され、同時に光合成作用によって生成された酸素がＡの水槽内に供給される為、養殖魚類の酸欠による被害を防ぐだけでなく、酸素を添加するコストの軽減に大いに資する事となる。

夜間には全生物が酸素呼吸となる為、エアレーションは別途必要となるが、着床板へＬＥＤ等の光源を照射することにより解決可能である。

本件発明を導入することにより、養殖施設の巨大化に伴う生産設備の高額化、それに伴う運転コストの上昇、事業の採算性の低下など、現在の商業的魚介類養殖事業が内含している問題を解決する。

本件発明は、海岸に恵まれない山間地域において陸上養殖事業を可能にし、海岸があっても内海がなく、台風などの自然災害が多い養殖不適地においても養殖事業を可能にする。
また、陸上において養殖事業が営まれる為、海面養殖事業に伴う投餌、捕獲時の危険性は極端に軽減され、幅広い層の人間が参画できる事業となるであろう。

また、河川・沼池の水質改善等、他部門への応用によって水資源を対象とする環境保護技術にも資するであろう。

１ 注入管
２ 中央集水管
３ 注水管
４ 汚水分離バルブ
５ ポンプ
６ 支柱
７ 太陽電池パネル
ａ スジアオノリ着床板
ｂ スジアオノリ着床板
ｃ 着床板凸部
ｄ 着床板凹部
Ａ 魚介類の養殖部
Ｂ 「スジアオノリバイオフィルター」本体

Claims (2)

1. スジアオノリを効率的に繁茂させる装置。
2. 濾過装置の一部にスジアオノリを用いて、その繁茂力を活用、人工並びに自然に停留する淡水、海水の水質改善施設、魚介類養殖場、施設における水質改善を行う装置。