JP2016203115A - 物理濾過装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理対象水の量や質に適応した十分な濾過処理ができる物理濾過装置を提供すること。【解決手段】濾過処理体には、流入路から処理対象水を導入する導入路と、濾過処理水を流出路に導出する導出路と、を接続して、流入路と流出路の間に、導入路及び導出路を介して、複数個の濾過処理体を並列状態に配設し、一方の濾過処理体に接続した導出路の中途部と、他方の濾過処理体に接続した導入路の中途部と、の間には、分岐連通路を介設して、流入路に導入路を介して接続された一方の濾過処理体と、流出路に導出路を介して接続された他方の濾過処理体と、は分岐連通路を介して並列状態から直列状態に接続変更可能とした。【選択図】図４

Description

本発明は、物理濾過装置、詳しくは、フィルターバッグ内蔵の複数個の濾過処理体を並列的にもまた直接的にも接続変更可能とした物理濾過装置に関する。

従来、物理濾過装置の一形態として、特許文献１に開示されたものがある。すなわち、特許文献１には、本体部及び本体部上端の開口を開閉自在に密閉する上蓋部を有したハウジングと、ハウジング内に収容されて、多数の孔が形成された容器と、容器内に収容されるフィルターバッグとを備えた物理濾過装置が開示されている。そして、この物理濾過装置では、内部に導入した処理対象水をフィルターバッグに通して濾過処理するとともに、導出するようにしている。

特開２００３−１５４２１３号公報

ところが、特許文献１に開示された物理濾過装置では、処理対象水の量や質に適応した十分な濾過処理をすることができないという不具合がある。

そこで、本発明は、処理対象水の量や質に適応した十分な濾過処理をすることができる物理濾過装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、
処理対象水が流入される流入路と、流入路に流入された処理対象水を濾過処理するフィルターバッグ内蔵の濾過処理体と、濾過処理体により濾過処理された濾過処理水が流出される流出路と、を備えた物理濾過装置であって、
濾過処理体には、流入路から処理対象水を導入する導入路と、濾過処理水を流出路に導出する導出路と、を接続して、流入路と流出路の間に、導入路及び導出路を介して、複数個の濾過処理体を並列状態に配設し、
流入路に導入路を介して接続された一方の濾過処理体に接続した導出路の中途部と、流出路に導出路を介して接続された他方の濾過処理体に接続した導入路の中途部と、の間には、分岐連通路を介設して、
一方の濾過処理体と、他方の濾過処理体と、は分岐連通路を介して並列状態から直列状態に接続変更可能とした物理濾過装置である。ここでの処理対象水は、濾過処理体により未だ濾過処理されていない未濾過処理水である。

請求項１記載の発明では、流入路と流出路の間に複数個の濾過処理体を介設可能としているため、適宜、処理対象水の量に適応させて濾過処理体の数を増減させることで、効率よく濾過処理を実行することができる。しかも、流入路と流出路との間には、複数個の濾過処理体を並列状態又は直列状態に接続変更可能としているため、処理対象水の量や質に適応した十分な濾過処理ができる。

すなわち、流入路と流出路との間に、複数個の濾過処理体を並列状態に接続変更した場合には、各濾過処理体に、例えば、マイクロメータオーダーの同一レベルの網目を有するフィルターバッグを内蔵させておくことで、同時並列的に濾過処理を実行させることができる。

また、流入路と流出路との間に、複数個の濾過処理体を直列状態に接続変更した場合には、上流側から下流側に向けて配列した各濾過処理体に、例えば、ミリメートルオーダーからマイクロメートルオーダーの範囲で、網目が順次小さくなるように、異なるレベルの網目を有するフィルターバッグを順次内蔵させておくことで、上流側から下流側に向けて段階的に微細な濾過処理を効率良く実行させることができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明であって、
流入路と流出路との間には、複数個の濾過処理体を並列状態から直列状態に接続変更可能とした一つの濾過処理ユニットを形成するとともに、濾過処理ユニットは、複数を並列状態に流体接続した物理濾過装置である。

請求項２記載の発明では、流入路と流出路との間に、複数個の濾過処理体を並列状態から直列状態に接続変更可能とした一つの濾過処理ユニットを形成するとともに、濾過処理ユニットは、複数を並列状態に流体接続しているため、濾過処理具合の設計自由度を大きく確保することができて、短時間にかつ効率良く濾過処理を実行させることができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明であって、
隣接する濾過処理ユニット同士は、分岐連通路を介して並列状態から直列状態に接続変更可能とした物理濾過装置である。

請求項３記載の発明では、流入路と流出路との間に、分岐連通パイプを介して複数の濾過処理ユニットを並列状態から直列状態に接続変更可能に流体接続しているため、直列的に流体接続することで、粗→微細の濾過処理を行う段階を適宜増大させることができる。その結果、濾過精度と濾過効率の向上を両立させることができる。

請求項４記載の発明は、請求項1〜３のいずれか１項記載の発明であって、
導入路の中途部には、導入開閉弁を取り付けるとともに、導出路の中途部には、導出開閉弁を取り付け、
一方の濾過処理体に接続した導出路の導出開閉弁よりも上流側に位置する導出路の中途部には、分岐連通路の基端部を接続し、
他方の濾過処理体に接続した導入路の導入開閉弁よりも下流側に位置する導入路の中途部には、分岐連通路の先端部を接続して、
分岐連通路の中途部には、分岐開閉弁を取り付け、
導入開閉弁及び導出開閉弁は、開弁状態となすとともに、
分岐開閉弁は、閉弁状態となすことで、流入路と流出路との間に複数個の濾過処理体を並列状態に流体接続可能とする一方、
一方の濾過処理体に接続した導入路の導入開閉弁は、開弁状態となすとともに、その濾過処理体に接続した導出路の導出開閉弁は、閉弁状態となし、
他方の濾過処理体に接続した導入路の導入開閉弁は、閉弁状態となすとともに、その濾過処理体に接続した導出路の導出開閉弁は、開弁状態となし、
分岐開閉弁は、開弁状態となすことで、流入路と流出路との間に複数個の濾過処理体を直列状態に流体接続可能とした物理濾過装置である。

請求項４記載の発明では、導入路に取り付けた導入開閉弁と、導出路に取り付けた導出開閉弁と、分岐連通路に取り付けた分岐開閉弁と、を適宜開閉させることで、複数個の濾過処理体を並列状態及び／又は直列状態に流体接続可能としているため、処理対象水の量と質に適応した流体接続形態となすことができて、構造簡易にして堅実な濾過処理を実行させることができる。

本発明によれば、処理対象水の量や質に適応した十分な濾過処理をすることができる物理濾過装置を提供することができる。

閉鎖循環濾過養殖システムの構成概略図。 気液混合水生成装置の構成概略図。 物理濾過装置の正面説明図。 物理濾過装置の平面説明図。 濾過処理体の上部の正面図（ａ）と、濾過処理体の上部の開蓋状態の説明図（ｂ）。 隣接する濾過処理体同士の並列接続状態を示す概念的説明図（ａ）と、隣接する濾過処理体同士の直列接続状態を示す概念的説明図（ｂ）。 制御ブロック図。 隣接する濾過処理体同士を直列接続状態となした隣接する濾過処理ユニット同士を、直列接続状態となした概念的説明図。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。すなわち、図１に示すＳｙは、本実施形態に係る閉鎖循環濾過養殖システムである。ここでの閉鎖循環濾過養殖システムＳｙ（以下、「養殖システムＳｙ」と略称する。）は、蒸発と管理作業による飼育水Ｗ（図２参照）の損失分だけを補給するものから、一日当たりの飼育水Ｗと同量の注水（換水）を行うものまでを含む広い概念であるが、本実施形態の養殖システムＳｙでは、蒸発と管理作業による飼育水Ｗの損失分だけを補給するだけで養殖を行うようにしている。以下では、まず、養殖システムＳｙの構成について概略的に説明し、その後に、養殖システムＳｙに備えた特徴的な構成である物理濾過装置Ｐｆについて詳細に説明する。

［養殖システムの構成の説明］
養殖システムＳｙは、図１に示すように、循環流路Ｒｃに、飼育水槽Ｆａと、沈澱槽Ｄｐと、物理濾過装置Ｐｆと、気液混合水生成装置（以下、「生成装置」と略称する。）Ａと、生物濾過装置Ｂｆと、調温装置Ｔａと、循環ポンプＰｃと、をこの順で配設して構成している。

循環流路Ｒｃは、閉鎖する環状の流路を形成して、循環ポンプＰｃにより飼育水Ｗを循環させるようにしている。ここでの飼育水Ｗは、物理濾過装置Ｐｆにより濾過処理される前の処理対象水と、物理濾過装置Ｐｆにより濾過処理された後の濾過処理水と、濾過処理水と酸素ガスとを混合した後述する気液混合水Ｒｍと、を総称している。

飼育水槽Ｆａは、魚介類を飼育ないしは養殖するために、プラスチックシート等の防水性のシートを上面開口の箱形に張設して形成した水槽であり、循環流路Ｒｃの上流側から流入するようにした飼育水Ｗを貯溜するとともに、その一部を循環流路Ｒｃの下流側に流出させるようにしている。Ｄ１は第１排水路であり、第１排水路Ｄ１を通して、飼育水槽Ｆａの底部を掃除した際の魚介類の糞や残餌や排水等を系外の所定箇所へ排出可能としている。

沈澱槽Ｄｐは、飼育水槽Ｆａから流出される飼育水Ｗを導入して、飼育水Ｗよりも比重の大きい魚類の糞と残餌を沈降させて捕集し、残餌等が捕集・分離された飼育水Ｗ、具体的には、処理対象水を循環流路Ｒｃにおける下流側に配設した物理濾過装置Ｐｆに流入させるようにしている。

物理濾過装置Ｐｆは、本実施形態の特徴的な構成を有するものであり、詳細は後述するが、概略的には、次の通りである。物理濾過装置Ｐｆは、沈澱槽Ｄｐから流出された処理対象水を濾過処理するものであり、図３〜図６に示すように、沈澱槽Ｄｐから流出された処理対象水、つまり、物理濾過装置Ｐｆにより濾過処理される処理対象水が流入される流入路（流入管５）と、流入路（流入管５）に流入された処理対象水を濾過処理するフィルターバッグ２２を内蔵する濾過処理体２０と、濾過処理体２０により濾過処理された濾過処理水が流出される流出路（流出管１０）と、を備えている。Ｄ２は第２排水路であり、第２排水路Ｄ２を通して、物理濾過処理物を系外の所定箇所へ排出可能としている。

生成装置Ａは、物理濾過装置Ｐｆから流出された濾過処理水と、液体酸素ガスボンベや酸素供給装置等の酸素供給源Ｏｘ（図２参照）から導入した酸素ガス（純酸素ないしは大部分が酸素からなるガス）と、を気液混合装置Ｍにより混合して気液混合水Ｒｍを生成するものである。気液混合装置Ｍは、酸素ガスの９０％以上をナノレベルの気泡（外径が１μｍ以下、好ましくは、１００ｎｍ以下の気泡；以下「ナノ気泡」とも言う。）に微細化するとともに、濾過処理水に均一化させて混合可能としている。気液混合装置Ｍとしては、例えば、丸福水産（株）製の「ナノフレッシャー」（商品名）を使用することができる。

生成装置Ａにより生成される気液混合水Ｒｍには、過飽和状態に酸素ガスを溶存させるようにしている。すなわち、気液混合水Ｒｍの溶存酸素飽和度が１００％以上の過飽和状態（例えば、１４０％）となるようにしている。ここでの溶存酸素飽和度は、溶存酸素量を飽和溶存酸素量で除して、その除した値に１００を乗じた値（％）である。生成装置Ａから流出させる際の気液混合水Ｒｍの溶存酸素飽和度は、生成装置Ａへの酸素ガスの導入量を、飼育水槽Ｆａ内で飼育する魚介類の種類や大きさや個体数等に応じて適宜調整することにより調整することができる。

生物濾過装置Ｂｆは、生成装置Ａから流出されるナノ気泡含有の気液混合水Ｒｍを導入して、気液混合水Ｒｍ中に含まれる毒性の高い魚介類の排泄物のアンモニアを、好気性バクテリアである硝化細菌の働きにより、亜硝酸を経由して毒性の低い硝酸に酸化させる生物濾過処理を行うようにしている。硝化細菌の培地としては浸漬型濾材を用いている。生物濾過処理を行う生物濾過装置Ｂｆの容器の大きさおよび必要濾材量は、飼育水槽Ｆａで飼育される魚介類の大きさと個体数により変化するため、アンモニアなどの窒素排泄量と濾材のアンモニア酸化速度に基づいて適宜設計する。また、生物濾過装置Ｂｆで生物濾過処理された後に飼育水槽Ｆａに供給（還流）される気液混合水Ｒｍにも過飽和状態（例えば、１２０％）に酸素ガスが溶存されているようにしている。飼育水槽Ｆａに還流される気液混合水Ｒｍの溶存酸素飽和度の調整は、予め生成装置Ａから生物濾過装置Ｂｆに導入される際の気液混合水Ｒｍの溶存酸素飽和度を、飼育水槽Ｆａ内で飼育する魚介類の種類や大きさや個体数等に応じて適宜調整することにより行うことができる。

調温装置Ｔａは、生物濾過装置Ｂｆから流出される気液混合水Ｒｍを加温ないしは冷却することで、飼育水槽Ｆａに貯溜される気液混合水Ｒｍの水温を一定の範囲（例えば、１５〜２５℃、好ましくは、１６℃）に維持するようにしている。調温装置Ｔａは、系外である井戸等の取水源Ｗｓに接続して、取水源Ｗｓから導入した調温水により熱交換することで気液混合水Ｒｍの水温を適宜調節可能としている。Ｅは取水設備であり、取水設備Ｅは、地下水を取水する取水ポンプや取水を濾過する取水濾過器や取水を殺菌する殺菌装置等を備えている。

飼育水槽Ｆａと生物濾過装置Ｂｆには、それぞれ送気パイプＰａを介して空気を圧送するブロワーポンプ等の送気装置Ａｓを接続している。

このように構成した養殖システムＳｙでは、過飽和状態に酸素ガスを溶存させた気液混合水Ｒｍが生成装置Ａにより生成されて、その気液混合水Ｒｍが生物濾過装置Ｂｆに供給されるようにしているため、生物濾過装置Ｂｆにおける硝化に必要な酸素ガスを十分に供給することができる。この際、酸素ガスは、ナノ気泡となっているため、生物濾過装置Ｂｆ内において殆ど浮上することなく長時間滞留するとともに、気泡内から気液混合水Ｒｍ中に酸素が溶解・拡散される。そのため、生物濾過処理された飼育水Ｗを別途に酸素溶解装置により処理して、飼育水Ｗの溶存酸素量（ＤＯ値）を高める必要がない。つまり、酸素溶解装置が不要となる。そのため、その分のコスト低減が図れる。

物理濾過装置Ｐｆにより処理対象水が濾過処理されて生成された濾過処理水に、生成装置Ａによりナノ気泡となした酸素ガスを混合させるようにしているため、ナノ気泡となした酸素ガスにより循環流路Ｒｃ中の飼育水Ｗに蓄積する炭酸ガスの指標となるｐＨの低下が生じない。そのため、炭酸ガスを除去するための脱気装置を設ける必要性がない。ここで、炭酸ガスを除去する理由は、飼育魚が呼吸によって炭酸ガスを排出し、その濃度が上昇すると飼育水ＷのｐＨの低下や、飼育魚の成長の鈍化などが生じるからである。したがって、本実施形態では、脱気装置を設ける必要性がない分のコスト低減が図れる。

送気装置Ａｓにより飼育水槽Ｆａ内に空気を圧送することにより、飼育水槽Ｆａ内で気液混合水Ｒｍ等の飼育水Ｗを循環させることができる。その結果、魚介類の飼育環境を良好となすことができる。また、送気装置Ａｓにより生物濾過装置Ｂｆに空気を圧送することにより、硝化細菌を活性化させることができる。その結果、硝化効果を高めることができる。

［物理濾過装置の具体的な説明］
本実施形態の特徴的な構成である物理濾過装置Ｐｆは、図３〜図６に示すとおりである。すなわち、物理濾過装置Ｐｆは、処理対象水が流入される流入路を形成する流入管５と、流入管５に流入された処理対象水を濾過処理するフィルターバッグ２２を内蔵する濾過処理体２０と、濾過処理体２０が内蔵するフィルターバッグ２２により処理対象水が濾過処理されて生成された濾過処理水が流出される流出路を形成する流出管１０と、を備えている。濾過処理体２０の上部には、流入管５から処理対象水を導入する導入路を形成する導入パイプ２６の先端部を接続している。一方、濾過処理体２０の下部には、濾過処理水を流出管１０に導出する導出路を形成する導出パイプ２７の基端部を接続している。流入管５には、導入パイプ２６の基端部を接続するとともに、流出管１０には、導出パイプ２７の先端部を接続している。そして、流入管５と流出管１０との間に、複数個（本実施形態では、流入管５に沿わせて配置した４個の濾過処理体２０と、流出管１０に沿わせて配置した４個の濾過処理体２０と、の計８個）の濾過処理体２０を並列状態に介設している。

一方（本実施形態では、流入管５側）の濾過処理体２０に接続した導出パイプ２７の中途部と、他方（本実施形態では、流入管５側）の濾過処理体２０に接続した導入パイプ２６の中途部と、の間には、分岐連通路を形成する分岐連通パイプ２９を介設して、濾過処理ユニットＵを複数個（本実施形態では、４個）形成している。各濾過処理ユニットＵにおいて、流入管５に導入パイプ２６を介して接続された一方の各濾過処理体２０と、流出管１０に導出パイプ２７を介して接続された他方の濾過処理体２０と、は分岐連通パイプ２９を介して並列状態から直列状態に接続変更可能としている。

各導入パイプ２６の中途部には、導入開閉弁９２を取り付けるとともに、各導出パイプ２７の中途部には、導出開閉弁９３を取り付けている。一方の濾過処理体２０に接続した導出パイプ２７の導出開閉弁９３よりも上流側に位置する導出パイプ２７の中途部には、分岐連通パイプ２９の基端部を接続している。他方の濾過処理体２０に接続した導入パイプ２６の導入開閉弁９２よりも下流側に位置する導入パイプ２６の中途部には、分岐連通パイプ２９の先端部を接続している。各分岐連通パイプ２９の中途部には、分岐開閉弁９４を取り付けている。

このように構成して、導入パイプ２６の導入開閉弁９２及び導出パイプ２７の導出開閉弁９３は、開弁状態となすとともに、分岐連通パイプ２９の分岐開閉弁９４は、閉弁状態となすことで、流入管５と流出管１０との間に、複数個の濾過処理体２０を並列状態に流体接続可能としている。つまり、流入管５と流出管１０との間に、各濾過処理ユニットＵの濾過処理体２０が並列状態に流体接続され、各濾過処理ユニットＵが並列状態に流体接続されている結果、全ての濾過処理体２０は並列状態に流体接続される。

また、一方の濾過処理体２０に接続した導入パイプ２６の導入開閉弁９２は、開弁状態となすとともに、その濾過処理体２０に接続した導出パイプ２７の導出開閉弁９３は、閉弁状態となし、他方の濾過処理体２０に接続した導入パイプ２６の導入開閉弁９２は、閉弁状態となすとともに、その濾過処理体２０に接続した導出パイプ２７の導出開閉弁９３は、開弁状態となし、分岐連通パイプ２９の分岐開閉弁９４は、開弁状態となすことで、流入管５と流出管１０との間に、複数個の濾過処理体を直列状態に流体接続可能としている。つまり、流入管５と流出管１０との間に、各濾過処理ユニットＵの濾過処理体２０は直列状態に流体接続されるが、各濾過処理ユニットＵ同士は並列状態に流体接続される。

このように構成した物理濾過装置Ｐｆでは、流入管５と流出管１０との間に、複数個の濾過処理体２０を介設可能としているため、適宜、処理対象水の量に適応させて濾過処理体２０の数を増減させることで、効率よく濾過処理を実行することができる。しかも、流入管５と流出管１０との間には、複数個の濾過処理体２０を並列状態又は直列状態に接続変更可能としているため、処理対象水の量や質に適応した十分な濾過処理ができる。

すなわち、流入管５と流出管１０との間に、各濾過処理ユニットＵにおける複数個の濾過処理体２０を並列状態に接続変更した場合には、各濾過処理体２０に、例えば、マイクロメータオーダーの同一レベルの網目を有するフィルターバッグを内蔵させておくことで、全ての濾過処理体２０を同時並列的に同様に濾過処理させることができる。

また、流入管５と流出管１０との間に、各濾過処理ユニットＵにおける複数個の濾過処理体２０を直列状態に接続変更した場合には、上流側から下流側に向けて配列した各濾過処理体２０に、例えば、ミリメートルオーダーからマイクロメートルオーダーの範囲で、網目が順次小さくなるように、異なるレベルの網目を有するフィルターバッグを順次内蔵させておくことで、上流側から下流側に向けて段階的に微細な濾過処理を効率良く実行させることができる。

このように、流入管５と流出管１０との間に、複数個の濾過処理体２０を並列状態から直列状態に接続変更可能とした一つの濾過処理ユニットＵを形成するとともに、濾過処理ユニットＵは、複数を並列状態に流体接続しているため、濾過処理具合の設計自由度を大きく確保することができて、短時間にかつ効率良く濾過処理を実行させることができる。

［物理濾過装置のより具体的な説明］
物理濾過装置Ｐｆについて、図３〜図７を参照しながら、より具体的に説明する。すなわち、物理濾過装置Ｐｆは、図３〜図７に示すように、直状の流入管５と、直状の流出管１０と、を左右対向状態に並行させて配置し、両管５,１０の間に４つの濾過処理ユニットＵを両管５,１０の軸線方向に一定の間隔をあけて並列状態に流体接続するとともに、各濾過処理ユニットＵを形成する２個の濾過処理体２０を並列状態にそれぞれ流体接続して構成している。

換言すると、物理濾過装置Ｐｆは、両管５,１０の間に、それらの軸線方向に一定の間隔をあけて、８個の濾過処理体２０を並列状態にそれぞれ流体接続して構成しており、これらの濾過処理体２０は、隣接する２個ずつで濾過処理ユニットＵを形成している。

濾過処理体２０は、上下方向に長手状で有底筒状に形成したハウジング２１と、ハウジング２１内に出し入れ自在に収容可能とした有底筒状のフィルターバッグ２２と、フィルターバッグ２２を収容したハウジング２１の上端開口部２３を開閉する開閉蓋２４とから構成している。２５は、開閉蓋２４を閉蓋固定する固定体である。ハウジング２１の上部には、流入管５に基端部を接続した導入パイプ２６の先端部を接続している。ハウジング２１の下部には、流出管１０に先端部を接続した導出パイプ２７の基端部を接続している。フィルターバッグ２２は、ポリプロピレン製の網状に形成して、１μｍ〜５０μｍの濾過精度を有している。２８は、フィルターバッグ２２の上端開口部に取り付けた取り出し用の取っ手であり、取っ手２８を介して、ハウジング２１内に収容したフィルターバッグ２２を取り出し可能としている。そして、濾過処理体２０では、フィルターバッグ２２内に導入パイプ２６を通して処理水が導入され、フィルターバッグ２２を通過して流出することで処理水が濾過処理されて、ハウジング２１内から導出パイプ２７を通して濾過処理水が導出されるようにしている。

濾過処理体２０は、流入管５の延伸方向に沿わせて４個を配置する一方、流出管１０の延伸方向に沿わせて４個を配置している。つまり、計８個の濾過処理体２０は、流入管５と流出管１０の間に、左右に対向する２個ずつを１つの濾過処理ユニットＵとして、前後方向に４つの濾過処理ユニットＵが並列状態に配置されている。

流入管５側の濾過処理体２０に接続された導出パイプ２７の中途部には、分岐連通路を形成する分岐連通パイプ２９の基端部が接続されるとともに、流出管１０側に隣接配置された濾過処理体２０に接続された導入パイプ２６の中途部には、分岐連通パイプ２９の先端部が接続されている。導入パイプ２６の中途部には、導入開閉弁９２を取り付け、導入開閉弁９２よりも下流側に位置する導入パイプ２６の中途部には、分岐連通パイプ２９の先端部を接続している。一方、導出パイプ２７の中途部には、導出開閉弁９３を取り付け、導出開閉弁９３よりも上流側に位置する導出パイプ２７の中途部には、分岐連通パイプ２９の基端部を接続している。そして、分岐連通パイプ２９の中途部には、分岐開閉弁９４を取り付けている。

このように構成して、各濾過処理ユニットＵにおける導入開閉弁９２と導出開閉弁９３は、開弁状態となすとともに、分岐開閉弁９４は閉弁状態となすことで、図５（ａ）に示すように、流入管５と流出管１０に２個の濾過処理体２０をそれぞれ並列に流体接続することができる。４つの濾過処理ユニットＵは、流入管５と流出管１０との間で並列状態に流体接続されている。つまり、８個の全ての濾過処理体２０が流入管５と流出管１０との間で並列状態に流体接続される。

また、各濾過処理ユニットＵにおいて、流入管５側に位置する濾過処理体２０に接続した導入パイプ２６の導入開閉弁９２は、開弁状態となすとともに、その濾過処理体２０に接続した導出パイプ２７の導出開閉弁９３は、閉弁状態となす一方、流出管１０側に位置する濾過処理体２０に接続した導入パイプ２６の導入開閉弁９２は、閉弁状態となすとともに、その濾過処理体２０に接続した導出パイプ２７の導出開閉弁９３は開弁状態となし、かつ、分岐開閉弁９４は開弁状態となすことで、図５（ｂ）に示すように、左右に対向状態に隣接する２個の濾過処理体２０同士を直列に流体接続した状態で、流入管５と流出管１０との間に介設することができる。

この際、４つの濾過処理ユニットＵは、流入管５と流出管１０との間で並列状態に流体接続される。つまり、各濾過処理ユニットＵの２個の濾過処理体２０は、流入管５と流出管１０との間で直列状態に流体接続され、４つの濾過処理ユニットＵは、流入管５と流出管１０との間で並列状態に流体接続される。

ここで、直状の流入管５は、単に、給水機能を有しているだけでなく、流入管５に並列状態に流体接続した４つの導入パイプ２６への処理対象水の流入圧力を等圧にするためのヘッダーとして機能させている。そうすることで、流入管５側に並列状態に配置した４個の濾過処理体２０内に収容しているフィルターバッグ２２に、処理水の流入圧力が等圧に作用するようにして、これらの４個のフィルターバッグ２２が同等に濾過処理機能を発揮するようにしている。

図４に示す３０は、ポンプ配管濾過処理ユニットであり、ポンプ配管ユニット３０は、直状の本管３１と、本管３１からその軸線方向に間隔をあけて分岐状に突設した複数本（本実施形態では３本）の分岐管３２と、各分岐管３２の中途部に取り付けた開閉弁３３と、から形成している。各開閉弁３３の上流側に位置する各分岐管３２の中途部には、吸引ポンプ４０を取り付けて、各吸引ポンプ４０により分岐管３２の先端部に連結した吸引パイプ３４から沈澱槽Ｄｐの処理水を吸引可能としている。５０はポンプ支持パレット、６０は配管ユニット支持台、７０は、電動式の各開閉弁３３,９２,９３,９４や電動式の吸引ポンプ４０等の駆動を操作する操作部としての操作ボックスである。８０は、本管３１の終端部と流入管５の始端部とを中継する中継管である。ここでの流入管５の終端部は、閉塞されている。８５は、流出管１０の始端部に基端部が接続されるとともに、生成装置ＡのタンクＴ（貯留槽）内に先端部が配置された供給管である。ここでの流出管１０の終端部は、閉塞されている。９０は濾過処理支持パレット、９１は支持機枠である。

上記のように構成した物理濾過装置Ｐｆは、図７に示すように、コントローラＣを備えており、コントローラＣは、内部バスにより相互に接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたコンピュータ装置である。ＣＰＵは、タイマを内蔵しており、ＲＯＭに格納された制御プログラムをＲＡＭに読み込み、この制御プログラムにしたがって、各開閉弁３３,９２,９３,９４や吸引ポンプ４０等の駆動制御を実行する。

コントローラＣには、図７に示すように、操作ボックス７０からの操作情報が入力インターフェースを介して入力される一方、操作情報を取得したコントローラＣは、操作情報に基づいて制御プログラムにしたがった制御情報を生成し、生成した制御情報を、出力インターフェースを介して各駆動部に出力する。特に、本実施形態では、操作ボックス７０からの操作に基づいて、コントローラＣにより電動式開閉弁である導入開閉弁９２と導出開閉弁９３と分岐開閉弁９４をそれぞれ開閉弁制御するようにしている。制御プログラムは、複数個の濾過処理体２０の流体接続形態、つまり、並列接続形態、直列接続形態、両接続形態の組み合わせ形態に応じた各開閉弁９２,９３,９４の開閉駆動をＣＰＵに命令すように作成されている。操作ボックス７０では、制御プログラムの選択や実行時間の設定等が行えるようにしている。

このように構成した物理濾過装置Ｐｆでは、沈澱槽Ｄｐにおいて残餌等が捕集・分離された処理水を、吸引ポンプ４０によりポンプ配管ユニット３０中に吸引して、ポンプ配管ユニット３０の本管３１→中継管８０→流入管５→導入パイプ２６→濾過処理体２０に導入されて、導入された処理水がフィルターバッグ２２によりミクロンレベルに濾過処理され、濾過処理された濾過処理水が、→導出パイプ２７→流出管１０→供給管８５→生成装置ＡのタンクＴ（貯留槽）に供給される。このように、８個の濾過処理体２０により並列８系統の濾過処理を行うことで、精度良く濾過処理ができる。その結果、後続の生成装置Ａによる硝化に必要な酸素ガスの十分な供給処理が堅実になされる。

この際、導入開閉弁９２と導出開閉弁９３と分岐開閉弁９４は、前記したように適宜開閉弁操作することで、隣接する２個の濾過処理体２０を、分岐連通パイプ２９を介して直列に接続して、濾過精度の小さいフィルターバッグ２２を収容した先行する濾過処理体２０により粗く濾過した後に、濾過精度の大きいフィルターバッグ２２を収容した後続の濾過処理体２０により微細に濾過するという二段階の並列４系統の濾過処理を行って、効率良く濾過処理することもできる。

［変形例としての物理濾過装置の説明］
図８は、変形例としての物理濾過装置Ｐｆとしての概念図を示している。変形例としての物理濾過装置Ｐｆは、基本的構造を前記した物理濾過装置Ｐｆと同様に構成しているが、隣接する濾過処理ユニットＵ同士を、相互に分岐連通パイプ２９を介して接続している点で異なる。すなわち、相互に隣接する一方の濾過処理ユニットＵの濾過処理体２０に接続した導出パイプ２７の導出開閉弁９３よりも上流側に位置する導出パイプ２７の中途部には、分岐連通パイプ２９の基端部を接続している。相互に隣接する他方の濾過処理ユニットＵの濾過処理体２０に接続した導入パイプ２６の導入開閉弁９２よりも下流側に位置する導入パイプ２６の中途部には、分岐連通パイプ２９の先端部を接続している。相互に隣接する２つの濾過処理ユニットＵ同士間に介設した各分岐連通パイプ２９の中途部には、分岐開閉弁９４を取り付けている。

このように構成した変形例としての物理濾過装置Ｐｆでは、流入管５と流出管１０との間に、複数（本実施形態では、３つ）の濾過処理ユニットＵを介設し、これらの濾過処理ユニットＵを相互に並列状態と直列状態に接続変更可能としている。すなわち、相互に隣接する濾過処理ユニットＵ同士を接続する分岐連通パイプ２９の分岐開閉弁９４を閉弁させることで、流入管５と流出管１０との間に、複数の濾過処理ユニットＵを相互に並列状態に流体接続することができる。また、分岐開閉弁９４を開弁させることで、流入管５と流出管１０との間に、複数の濾過処理ユニットＵを直列状態に流体接続することができる。

この際、開閉弁操作する分岐開閉弁９４を選択することで、複数の濾過処理ユニットＵの内のいくつかの濾過処理ユニットＵを相互に並列状態と直列状態とに接続変更することもできる。また、全ての濾過処理ユニットＵを直列状態に接続することで、全ての濾過処理体２０を直列状態に接続することもできる。つまり、並列状態と直列状態とに接続変更される濾過処理体２０の個数を適宜選択することができる。

換言すると、各濾過処理ユニットＵが有する複数個の濾過処理体２０は直列状態に接続することで、複数段階にわたって段階的に粗→微細の濾過処理を行う濾過処理ユニットＵを複数形成するとともに、複数の濾過処理ユニットＵ同士は並列状態に接続した複数系統となすことで、大量の処理対象水を短時間で濾過処理することができる。また、複数の内のいくつかないしは全ての濾過処理ユニットＵは、分岐連通パイプ２９を介して直列状態に流体接続することで、粗→微細の濾過処理を行う段階を適宜増大させることができる。その結果、濾過精度と濾過効率の向上を両立させることができる。

より具体的に説明すると、図８に示すように、１つの濾過処理ユニットＵにおいて、最上流側に位置する（図８では、最下段に位置する）濾過処理体２０に接続した導入パイプ２６の導入開閉弁９２は開弁させる一方、この濾過処理体２０に接続した導出パイプ２７の導出開閉弁９３は閉弁させる。その直下流側に位置する（図８では、下から２段目に位置する）濾過処理体２０に接続した導入パイプ２６の導入開閉弁９２は閉弁させる一方、この濾過処理体２０に接続した導出パイプ２７の導出開閉弁９３は閉弁させる。そして、最下段の導出パイプ２７と下から２段目の導入パイプ２６との間に介設した分岐連通パイプ２９の分岐開閉弁９４は開弁させる。図８における下から３段目と５段目にそれぞれ位置する濾過処理体２０に接続した各導入パイプ２６の各導入開閉弁９２は、それぞれ閉弁させる。一方、図８における下から４段目に位置する濾過処理体２０に接続した導出パイプ２７の導出開閉弁９３は閉弁させるとともに、図８における下から６段目に位置する濾過処理体２０に接続した導出パイプ２７の導出開閉弁９３は開弁させる。そして、各導出パイプ２７と各導入パイプ２６との間に介設した各分岐連通パイプ２９の各分岐開閉弁９４は、それぞれ開弁させる。このように各開閉弁９２,９３,９４を開閉操作することで、１つの濾過処理ユニットＵにおける６個の濾過処理体２０を、流入管５と流出管１０とに直列状態に流体接続することができる。

このように構成した変形例としての物理濾過装置Ｐｆでは、複数個の濾過処理体２０を並列状態及び／又は直列状態に流体接続可能としているため、適宜、処理対象水の量と質に適応した流体接続形態となすことができて、構造簡易にして堅実な濾過処理を実行させることができる。

上記した複数個の濾過処理体２０を並列状態及び直列状態に流体接続する形態は、複数の濾過処理ユニットＵを並列状態に流体接続するとともに、各濾過処理ユニットＵを形成する各濾過処理体２０を直列状態に流体接続する形態である。また、複数個の濾過処理体２０を並列状態に流体接続する形態は、複数の濾過処理ユニットＵを並列状態に流体接続するとともに、各濾過処理ユニットＵを形成する各濾過処理体２０を並列状態に流体接続する形態である。また、複数個の濾過処理体２０を直列状態に流体接続する形態は、複数の濾過処理ユニットＵを直列状態に流体接続するとともに、各濾過処理ユニットＵを形成する各濾過処理体２０を直列状態に流体接続する形態である。

次に、前記した生成装置Ａを具備する養殖システムＳｙの実施例について説明する。本実施例では、物理濾過装置Ｐｆにより飼育水Ｗとしての海水を濾過処理した。この際、物理濾過装置Ｐｆは、４つの濾過処理ユニットＵを並列接続し、各濾過処理ユニットＵに設けた２個の濾過処理体２０を直列接続した。物理濾過装置Ｐｆにより濾過処理した濾過処理水はタンクＴ内に導入して、タンクＴ内に濾過処理水を満たすとともに、タンクＴ内の濾過処理水中に２台の気液混合装置Ｍを浸漬した。そして、気液混合装置Ｍに酸素供給源Ｏｘである液体酸素ガスボンベから５〜１０Ｌ/分の純酸素を供給して、気液混合装置Ｍとしての丸福水産（株）製の「ナノフレッシャー」（商品名）により濾過処理水と酸素ガスを混合することで、微細化かつ均一化した気液混合水Ｒｍを生成した。その後、気液混合水Ｒｍは生物濾過装置Ｂｆに導出した。この際の海水の温度は約１６℃であり、生物濾過装置ＢｆのＤＯ値は約２０ｍｇ／Ｌ（溶存酸素飽和度は約２００％）になるように気液混合装置Ｍへの純酸素の供給量を調整して設定した。そして、養殖システムＳｙの運転は、毎日、飼育水槽Ｆａの飼育水Ｗの減少分を補給しながら1ヶ月間行った。その時の結果は以下の通りである。

すなわち、生物濾過装置Ｂｆで生物濾過処理されるとともに、調温装置Ｔａにより約１６℃に温度調節された気液混合水Ｒｍが、循環ポンプＰｃにより飼育水槽Ｆａに送水されるときのＤＯ値は、約１０ｍｇ／Ｌ（溶存酸素飽和度が１００％以上の過飽和状態）であった。そして、飼育水槽Ｆａ内おける気液混合水ＲｍのＤＯ値は、飼育水槽Ｆａ内の飼育魚の量によって異なるものの、概ね７〜８ｍｇ／Ｌ（溶存酸素飽和度が１００％以上の過飽和状態）に維持されていた。養殖システムＳｙおける気液混合水ＲｍのｐＨは、７.５〜８に維持され、ｐＨの低下は起きなかった。循環ポンプＰｃの位置では、ｐＨが７.８、気液混合水Ｒｍ中に含まれるアンモニア態窒素が０.３ｍｇ／Ｌ、亜硝酸態窒素が０.１ｍｇ／Ｌ、硝酸態窒素が３０ｍｇ／Ｌであった。沈澱槽Ｄｐ内では、ｐＨが７.８、気液混合水Ｒｍ中に含まれるアンモニア態窒素は０.３ｍｇ／Ｌ、亜硝酸態窒素は０.２ｍｇ／Ｌ、硝酸態窒素は３０ｍｇ／Ｌであった（検査方法；パックテスト）。循環流路Ｒｃ、飼育水槽Ｆａ、沈澱槽Ｄｐ、物理濾過装置Ｐｆ、生成装置Ａ、及び生物濾過装置Ｂｆにおける一般細菌数は３０〜７０個体／ｍＬであった（検査方法；JIS K 0101 63.2(1998)）。

気液混合水Ｒｍ中の一般細菌数が３０〜７０個体／ｍＬということは、気液混合水Ｒｍが清浄な海域の水準（例えば、一般細菌数が２〜９６(CFU/mL)）と同じ水準であると言える。一般細菌数をこの範囲に抑えることができたのは、気液混合水Ｒｍ中の酸素ガスの気泡をナノレベル化していたことに起因すると考えられる。そして、気液混合水Ｒｍは、紫外線殺菌装置等により滅菌処理する必要がないものと判断される。その結果、養殖システムＳｙに紫外線殺菌装置等の滅菌処理装置を設ける必要性がないので、その分の養殖システムの低コスト化が図れる。

飼育水槽Ｆａと配管設備内の汚れが少なく、汚れが付いても清掃が極めて簡単にできた。そのため、酸素ガスの気泡がナノレベル化された気液混合水Ｒｍを循環させることで、長期間にわたって飼育水槽Ｆａを使用し続けることができることが分かった。

飼育水槽Ｆａ内に生じる残餌や斃死魚の腐敗が遅くなった。このことから、酸素ガスの気泡がナノレベル化された気液混合水Ｒｍは、水質悪化を防ぐ効果があることが分かった。

Ｓｙ 養殖システム
Ｐｆ 物理濾過装置
Ｕ 濾過処理ユニット
５ 流入管
１０ 流出管
２０ 濾過処理体、
２６ 導入パイプ
２７ 導出パイプ
２９ 分岐連通パイプ
９２ 導入開閉弁、
９３ 導出開閉弁
９４ 分岐開閉弁

Claims (4)

1. 処理対象水が流入される流入路と、流入路に流入された処理対象水を濾過処理するフィルターバッグ内蔵の濾過処理体と、濾過処理体により濾過処理された濾過処理水が流出される流出路と、を備えた物理濾過装置であって、
   濾過処理体には、流入路から処理対象水を導入する導入路と、濾過処理水を流出路に導出する導出路と、を接続して、流入路と流出路の間に、導入路及び導出路を介して、複数個の濾過処理体を並列状態に配設し、
   流入路に導入路を介して接続された一方の濾過処理体に接続した導出路の中途部と、流出路に導出路を介して接続された他方の濾過処理体に接続した導入路の中途部と、の間には、分岐連通路を介設して、
   一方の濾過処理体と、他方の濾過処理体と、は分岐連通路を介して並列状態から直列状態に接続変更可能とした物理濾過装置。
2. 流入路と流出路との間には、複数個の濾過処理体を並列状態から直列状態に接続変更可能とした一つの濾過処理ユニットを形成するとともに、濾過処理ユニットは、複数を並列状態に流体接続した請求項1記載の物理濾過装置。
3. 隣接する濾過処理ユニット同士は、分岐連通路を介して並列状態から直列状態に接続変更可能とした請求項２記載の物理濾過装置。
4. 導入路の中途部には、導入開閉弁を取り付けるとともに、導出路の中途部には、導出開閉弁を取り付け、
   一方の濾過処理体に接続した導出路の導出開閉弁よりも上流側に位置する導出路の中途部には、分岐連通路の基端部を接続し、
   他方の濾過処理体に接続した導入路の導入開閉弁よりも下流側に位置する導入路の中途部には、分岐連通路の先端部を接続して、
   分岐連通路の中途部には、分岐開閉弁を取り付け、
   導入開閉弁及び導出開閉弁は、開弁状態となすとともに、
   分岐開閉弁は、閉弁状態となすことで、流入路と流出路との間に複数個の濾過処理体を並列状態に流体接続可能とする一方、
   一方の濾過処理体に接続した導入路の導入開閉弁は、開弁状態となすとともに、その濾過処理体に接続した導出路の導出開閉弁は、閉弁状態となし、
   他方の濾過処理体に接続した導入路の導入開閉弁は、閉弁状態となすとともに、その濾過処理体に接続した導出路の導出開閉弁は、開弁状態となし、
   分岐開閉弁は、開弁状態となすことで、流入路と流出路との間に複数個の濾過処理体を直列状態に流体接続可能とした請求項1〜３のいずれか１項記載の物理濾過装置。

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