JP2015116554A - 自動脱窒システム - Google Patents

Abstract

【課題】魚介飼育水に蓄積される硝酸を、連続して、硫化水素が蓄積することなく窒素まで還元し、魚介類飼育水より効率よく除去する。【解決手段】魚介類飼育水中の硝酸を除去する脱窒装置において、飼育水を取り込むための脱窒槽と、飼育水を脱窒槽に送り込む送水手段と、脱窒槽内の酸化還元電位を検知する酸化還元電位検知手段と、脱窒槽内に配設される嫌気性細菌を保持するための細菌保持材で構成され、酸化還元電位検知手段により脱窒槽内の水が還元状態にならないように制御することで、魚介類飼育海水に硫化水素を蓄積することなく、効率よく硝酸を窒素まで還元する。【選択図】図１

Description

本発明は、魚介類飼育水に蓄積する硝酸を窒素まで還元し、かつ魚介類飼育水に硫化水素が蓄積することがないように制御を行う、自動脱窒システムに関するものである。

水中の硝酸を除去する装置として、細胞形成の炭素源に有機物が必要な従属栄養細菌による生物学的脱窒を用いた装置が知られている。構成としては、水を貯留する脱窒槽と脱窒槽の中に従属栄養細菌を保持するろ材と有機物からなる。有機物としては、生分解性プラスチック、メタノールなどが用いられている。

硝酸を含んだ水は、脱窒槽に配設されている給水口より脱窒槽内に送られ、脱窒槽内で硝酸は従属栄養細菌により窒素ガスまで還元され、脱窒槽に配設されている排水口より硝酸が除去された水が排水される。送水方法として、連続して脱窒槽に送られる連続式処理と、脱窒槽が満水になったら送水を止め、脱窒槽内の水を循環させて水中の硝酸を窒素ガスに還元し、硝酸が除去されたら脱窒槽内の水を排水する回分式処理がある。

特開２０１０−８８３０７号 特開２０１２−３５２０５号

従属栄養細菌による脱窒で、有機物にメタノールを用いる場合は、硝酸濃度に応じてメタノール添加量を変える必要があり、都度硝酸濃度の分析とメタノール添加量の調整が必要になる。有機物に生分解性プラスチックを用いる場合は、添加量の調整は必要ないが、処理効率が低く装置が大きくなる。

従属栄養細菌による脱窒は、脱窒槽内の水を無酸素にする必要があり、管理を間違えると硫化水素が発生し、飼育魚介類が斃死する。回分式処理の場合、飼育水槽とは分離した独立系で硝酸が窒素ガスまで還元されるため、脱窒槽で硫化水素が発生しても飼育水に硫化水素が行くことはない。しかし、回分式は連続式と比較して処理量が少なくなるため、装置が大きくなり、イニシャル及びランニングコストが増加する。さらに、硝酸を窒素ガスまで還元するのに無酸素が必要な脱窒装置で、高い酸素濃度が必要な飼育水中の硝酸を除去するには、酸素除去と酸素回復という工程が必要であり、装置が大きく、イニシャルコストが高くなっていた。

本発明者らは、細胞形成に炭酸などの無機炭酸を利用する独立栄養細菌は溶存酸素存在下においても硝酸の除去が行われる点に着目し、魚介類に対する毒性が高い硫化水素の発生を、酸化還元電位検知手段を用いて脱窒槽内の水が還元状態にならないように制御することで、連続処理でも硫化水素発生による魚介類斃死の危険性を排除できる事を見いだした。

また、硫化水素は曝気することにより水中から除去できる点に着目し、脱窒装置処理水を直接飼育水槽に送水せず、絶えず装置内に大量の空気を供給している泡沫分離装置経由で飼育水槽に送水することにより、脱窒装置で硫化水素が発生しても飼育水槽の魚介類斃死の危険性を排除できる事を見いだし、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、以下の装置及び方法に関する。
［１］魚介類飼育水中の硝酸を除去する脱窒装置において、飼育水を取り込むための脱窒 槽と、飼育水を脱窒槽に送り込む送水手段と、脱窒槽内の酸化還元電位を検知する 酸化還元電位検知手段と、脱窒槽内に配設される嫌気性細菌を保持するための細菌 保持材で構成され、脱窒槽内の水の酸化還元電位が還元状態にならないように、脱 窒槽に送水する水量を制御することを特徴とする脱窒システム
［２］魚介類飼育水中の硝酸を除去する脱窒装置において、飼育水を取り込むための脱窒 槽と、飼育水を脱窒槽に送り込む送水手段と、脱窒槽に空気を送り込む送気手段と 、脱窒槽内の酸化還元電位を検知する酸化還元電位検知手段と、脱窒槽内に配設さ れる嫌気性細菌を保持するための細菌保持材で構成され、脱窒槽内の水の酸化還元 電位が還元状態にならないように、送気手段により脱窒槽に空気を送り込むことを 特徴とする脱窒システム
［３］脱窒槽内の水を直接飼育水槽に送らず、泡沫分離装置に送り、泡沫分離装置の脱気 作用で水中の硫化水素を除去することで、飼育水槽に硫化水素を送り込まないこと を特徴とする脱窒システム
［４］嫌気性細菌が独立栄養細菌で、嫌気性細菌を保持するための細菌保持材が少なくて も硫黄を含有している保持材であることを特徴とする脱窒システム

本発明に係わる自動脱窒システムによれば次の効果を奏する。魚介類飼育に適した硝酸濃度に維持することができ、連続処理で魚介類飼育水を処理しても硫化水素が発生しないように制御することができ、システム全体を小型化することができ、イニシャルコストが低減される。さらに、酸化還元電位検知手段の管理不良により制御ができないような状況に於いても、脱窒装置処理水を泡沫分離装置に送水することで、硫化水素による魚介類の斃死の危険性がなくなる。また、脱窒槽内の水に酸素が存在していても硝酸の除去が可能なため、管理が容易で、ランニングコストが低減される。

本発明の一実施形態に係わる脱窒システムを示した概略構成図 本発明システムで用いる脱窒槽を説明する模式的断面図 本発明の他の実施形態に係わる脱窒システムを示した概略構成図 本発明の別の実施形態に係わる脱窒システムを示した概略構成図

本発明の脱窒システムは、魚介類飼育水を取り込み、この取り込んだ水に含まれる硝酸を窒素まで還元するための脱窒槽と、魚介類飼育水を脱窒槽に送り込む送水手段と、窒素まで還元された脱窒処理水を排出するための排出口を有している。
また、脱窒槽内には、脱窒槽内の酸化還元電位を検知する酸化還元電位検知手段と、脱窒槽内に嫌気性細菌を保持するための細菌保持材が配設されており、脱窒槽内の水の酸化還元電位が還元状態にならないように制御する制御機構に接続されている。

硫化水素の発生を抑制するための制御の例としては、酸化還元電位検知手段により脱窒槽内の酸化還元電位の変化の度合いを計測して、循環ポンプに送水量の増減の指令を出して、脱窒槽に流入する高濃度酸素を含んだ飼育水の量を変化させることで、脱窒槽内の水が還元状態にならないよう調整することで、硫化水素の発生を防止する。

また、硫化水素の発生を抑制するための制御の例として、酸化還元電位検知手段により、脱窒槽内の水の酸化還元電位が還元状態に近づいた時、ブロワーの運転を開始して脱窒槽内に空気を送り込み、脱窒槽内酸化還元電位を上昇させ、脱窒槽内の水が還元状態にならないよう調整することで、硫化水素の発生を防止する。

硫化水素を飼育水槽に送水しないための例として、脱窒槽内の水を直接飼育水槽に送水せず、絶えず装置内に気泡を供給している泡沫分離装置に経由で飼育水槽に送水することで、泡沫分離装置を通過する際に、泡沫分離装置で硫化水素を含んだ水が曝気されることで、水中より硫化水素が除去され、飼育水槽に硫化水素が送り込まれるのを防止する。

脱窒槽に配設される細菌保持材は、脱窒槽内の水に酸素が存在していても硝酸を窒素ガスまで酸化することができる、独立栄養細菌の繁殖が可能な保持材で、保持材に独立栄養細菌の餌である硫黄を含有している保持材を用いることで、脱窒槽内の水を無酸素にすることなく硝酸を窒素ガスまで還元できるので、管理が容易で、酸素除去と酸素回復という工程が必要としないため装置が小さくなり、イニシャル及びランニングコストが低い脱窒システムが可能になる。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の構成を説明する。
実施例１
図１は発明の一実施形態に係わる脱窒システムを示した概略構成図で、図２は本発明システムで用いる脱窒槽を説明する模式的断面図である。魚介類飼育水１０１はポンプ２により脱窒槽３に送水される。送水手段は、ポンプ２を用いず水位の差を利用したオーバーフローでも構わない。

脱窒槽３に送水された魚介類飼育水１０１は、脱窒槽３を通過する過程で、脱窒槽に配設された細菌保持材６に繁殖している嫌気性細菌により、水中の硝酸は窒素ガスまで還元される。窒素ガスまで還元され硝酸が除去された水は、脱窒槽処理水口３０２より排水される。脱窒槽３に送水される魚介類飼育水１０１の量が少なくなると、脱窒槽３内の酸化還元電位は低下し、還元状態となり、硫化水素が発生する。

脱窒槽３に取り付けられた酸化還元電位計４により、連続して脱窒槽３内の酸化還元電位を測定し、脱窒槽３内の水の酸化還元電位が還元状態に近づいた時、脱窒槽３に送水する水量を増やし、脱窒槽３内の酸化還元電位を上昇させて、硫化水素の発生を防止する。

脱窒槽３に送水する水量は、酸化還元電位計４により酸化還元電位の変化の度合いを計測して、ポンプ２に送水量の増減の指令を出すことで調整する。ポンプ２の送水量の増減は、酸化還元電位計４からの指令に対応してポンプ２のモーターの回転数を変化させることで行う。ここで、ポンプ２の送水量を増減させる手段は、脱窒槽３に送水する水量の増減を自動で変化せせる手段であれば何でも良い。

また、脱窒槽３に送水する水量を増減させる手段は、脱窒槽給水口３０２と循環ポンプ２の間の配管に自動バルブを配設し、バルブの開度を調整する方法や、脱窒槽給水口３０２とポンプ２の間の配管にバルブを複数配設し、バルブ開閉する個数を変化させる方法や、複数個のポンプを用いて送水し、ポンプ運転台数を変化させ方法など、脱窒槽３に送水する水量の増減を自動で変化せせる手段であれば何でも良い。さらに、ポンプ２の運転を、酸化還元電位計６の値により運転、停止を切り替えるＯＮ−ＯＦＦ制御でも良い。

実施例２
図３は本発明の他の実施形態に係わる脱窒システムを示した概略構成図である。魚介類飼育水１０１はポンプ２により脱窒槽３に送水される。送水手段は、ポンプ２を用いず水位の差を利用したオーバーフローでも構わない。脱窒槽３に送水された魚介類飼育水１０１は、脱窒槽３を通過する過程で、脱窒槽３に配設されている細菌保持材６に繁殖している嫌気性細菌により、水中の硝酸は窒素ガスまで還元される。窒素ガスまで還元され硝酸が除去された水は、脱窒槽処理水口３０３より排水される。脱窒槽３に送水される魚介類飼育水１の量が少なくなると、脱窒槽３内の水の酸化還元電位は低下し、還元状態となり、硫化水素が発生する。

脱窒槽３に配設された酸化還元電位計４により、脱窒槽３内の水の酸化還元電位が還元状態に近づいた時、ブロワー７の運転を開始し、空気供給口３０４より脱窒槽３内に空気を送り込むことで、脱窒槽３内酸化還元電位を上昇させることで、硫化水素の発生を防止する。酸化還元電位が正常な値に戻ったら、ブロワー７の運転を停止する。送り込む気体は、脱窒槽３内の酸化還元電位を上昇させることができる気体であれば何でも良い。

実施例３
図４は本発明の別の実施形態に係わる脱窒システムを示した概略構成図である。魚介類飼育水１０１はポンプ２により脱窒槽３に送水される。脱窒槽３に送水された魚介類飼育水１０１は、脱窒槽３を通過する過程で、脱窒槽３に配設されている細菌保持材６に繁殖している嫌気性細菌により、水中の硝酸は窒素ガスまで還元される。窒素ガスまで還元され硝酸が除去された水は、脱窒槽処理水口３０２より排水される。

脱窒槽３より排水された脱窒装置処理水３０１は、飼育水槽１に送水せず、飼育水槽１の前段に設置されている泡沫分離装置８に送水する。泡沫分離装置８に送水された脱窒装置処理水３０１中に、酸化還元電位計６などの不良により硫化水素が含まれていても、泡沫分離装置８を脱窒装置処理水３０１が通過する際に、泡沫分離槽８０１に配設されているエアレーター８０２から供給される大量の空気により脱気され、泡沫分離装置８に送水された脱窒装置処理水３０１中の硫化水素は水中より追い出され、泡沫分離装置排泡口８０３より系外に排気される。水中より硫化水素が除去された泡沫分離装置処理水８０４は、飼育水槽１に送水される。

本発明の脱窒装置によれば、硫化水素による影響を考慮することなく水中の硝酸を連続して処理することを可能としているので、硝酸濃度が高くなる可能性のある魚介類飼育全般に適用可能である。

符合の説明

１ 飼育水槽
２ ポンプ
３ 脱窒槽
４ 酸化還元電位計
５ 制御盤
６ 細菌保持材
７ ブロワー
８ 泡沫分離装置
８０１ 泡沫分離槽
８０２ エアレーター

Claims (4)

1. 魚介類飼育水中の硝酸を除去する脱窒装置において、飼育水を取り込むための脱窒槽と、飼育水を脱窒槽に送り込む送水手段と、脱窒槽内の酸化還元電位を検知する酸化還元電位検知手段と、脱窒槽内に配設される嫌気性細菌を保持するための細菌保持材で構成され、脱窒槽内の水の酸化還元電位が還元状態にならないように、脱窒槽に送水する水量を制御することを特徴とする自動脱窒システム
2. 魚介類飼育水中の硝酸を除去する脱窒装置において、飼育水を取り込むための脱窒槽と、飼育水を脱窒槽に送り込む送水手段と、脱窒槽に空気を送り込む送気手段と、脱窒槽内の酸化還元電位を検知する酸化還元電位検知手段と、脱窒槽内に配設される嫌気性細菌を保持するための細菌保持材で構成され、脱窒槽内の水の酸化還元電位が還元状態にならないように、送気手段により脱窒槽に空気を送り込むことを特徴とする自動脱窒システム
3. 脱窒槽内の水を直接飼育水槽に送らず、泡沫分離装置に送り、泡沫分離装置の脱気作用で水中の硫化水素を除去することで、飼育水槽に硫化水素を送り込まないことを特徴とする請求項１、２記載の自動脱窒システム
4. 嫌気性細菌が独立栄養細菌で、嫌気性細菌を保持するための細菌保持材が少なくても硫黄を含有している保持材であることを特徴とする請求項１〜３記載の自動脱窒システム

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