JP2017176046A - 閉鎖循環型陸上養殖システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】飼育水槽の飼育水中のアンモニアを分解処理する際に、飼育水槽内の養殖水に水位変動を抑制しつつ効果的にアンモニアを分解処理とともにオキシダントの発生を抑制することができる閉鎖循環型陸上養殖システム及びその制御方法を提供する。
【解決手段】魚介類を飼育する飼育水槽２とアンモニア処理部４とを有し、前記飼育水槽２と前記アンモニア処理部４との間で連続的に養殖水を循環させて前記養殖水中のアンモニアを分解処理する閉鎖型陸上養殖システム１において、前記アンモニア処理部４は複数のアンモニア処理ユニットを並列配置して構成され、前記養殖水中のアンモニア濃度に応じて並列配置された前記アンモニア処理ユニットのうち、アンモニアを分解処理するアンモニア処理ユニットの数を増減させる閉鎖型陸上養殖システム１とその制御方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、魚介類を飼育する養殖水中に含まれるアンモニアを連続式処理により分解処理する閉鎖循環型陸上養殖システム及びその制御方法に関する。

養殖場、蓄養場や水族館の養殖水では、魚介類から出た排泄物中に含まれるアンモニアや残餌などが水中で微生物により分解されることで水中にアンモニアが残留し、このアンモニアは時間の経過とともに蓄積する。アンモニアは生物毒性が高く魚介類には有害であるため、この対策として、例えば、微生物を利用した生物分解による除去方法によってアンモニアを除去することが知られている。しかし、このような生物処理を用いてアンモニアを除去する養殖方法では、生物処理槽として広い敷地が必要であったり、曝気用ポンプの動力が大きくなってコスト増につながったり、アンモニア分解処理性能が温度や負荷量の影響を受けて不安定であるなどの問題がある。

そのため、近年では効率よく養殖水中のアンモニアを分解処理する方法として、オゾンを用いた方法が提案されている。オゾンを用いた分解処理では、分解処理を行うに従いオキシダントと呼ばれる魚介類に有害な酸化性物質が発生し易くなるため、このオキシダントの発生を抑制したり、オキシダントを除去したりしながらアンモニアを分解除去する処理方法が必要となる。

本発明者等は、オゾンを用いて養殖水中のアンモニアを分解処理するに当たり、魚介類に有害なオキシダントの発生を抑制しつつ効果的にアンモニアを分解することができる分解処理方法の実用化に向け、様々な検討及び実験を行ってきた。

その結果、養殖水中のアンモニアをオゾン処理する過程には、養殖水に含まれる有機物が主に分解される「有機物分解ステージ」、有機物の分解が完了した後に専らアンモニアが分解される「アンモニア分解ステージ」、及びアンモニアの分解が完了した後に臭素酸が発生する「臭素酸生成ステージ」の３段階が存在すること、アンモニアの分解処理がこれらステージのどの段階であるのかは、オゾン処理される養殖水のＯＲＰ値の変化を示すＯＲＰ曲線から読み取ることができることの知見を得た。

これらの知見に基づき、本発明者等は、養殖水の少なくとも一部に対してオゾン処理を行ってＯＲＰ値の変化を測定し、「臭素酸生成段階ステージ」が始まる時点でのＯＲＰを求める第１ステップと、養殖水の少なくとも一部に対し、ＯＲＰが第１ステップで求めた値に上昇するまでオゾン処理を行うとともに、「臭素酸発生ステージ」に移行する以前にオゾン処理を停止することにより、臭素酸の発生を回避することができるアンモニアの除去方法等（以下、単に「ＯＲＰ制御法という。」）を提案している（特許文献１）。

このＯＲＰ制御法では、飼育水槽から養殖水の一部を抜き出し、抜出した養殖水毎にオゾン処理時の養殖水中のアンモニアの分解状況をＯＲＰ値の変化から把握し、養殖水のＯＲＰ値が臭素酸の発生が始まる値に達する前にオゾン供給を停止して飼育水槽に返送するバッチ式（回分式）処理を行うので、アンモニアが略分解処理され、かつ魚介類にとって有害な臭素酸等のオキシダントを含まない安全な養殖水を飼育水槽に返送することができ、このバッチ処理を繰り返すことによって飼育水槽内の養殖水中のアンモニアを順次分解除去していくことができる。

また、実際に使用する装置又は同一構成の装置において、オゾナイザや次亜塩素酸供給器の能力、オゾン又は次亜塩素酸の混合方法、処理ユニットの容積等の処理部の装置要件が一定であれば、オゾン又は次亜塩素酸によるアンモニアの分解能力が影響を受けることないとの知見を得た。

この知見に基づき、本発明者等は、予め養殖水をオゾン又は次亜塩素酸により処理するときのアンモニア分解速度を求め、分解処理後の目標アンモニア残存量を設定する第１ステップ、養殖水中のアンモニア量を求め、目標アンモニア残存量への低減までに必要な処理時間をアンモニア分解速度から演算する第２ステップ、第２ステップで演算した処理時間で養殖水をオゾン又は次亜塩素酸により処理して養殖水中のアンモニアを分解処理する第３ステップ、第３ステップで分解処理した養殖水を養殖槽に戻す第４ステップを有する循環型養殖方法（以下、単に「時間制御法」という。）を提案している（特許文献２）。

この時間制御法では、飼育水槽から養殖水の一部を抜き出し、予め求めておいたた殖水をオゾン又は次亜塩素酸により処理するときのアンモニア分解速度を基づいて、抜出した養殖水毎に目標アンモニア残存量への低減までに必要な処理時間だけオゾン又は次亜塩素酸により処理して養殖水中のアンモニアを分解処理した後、飼育水槽に返送するバッチ式（回分式）処理を行うので、アンモニアが略分解処理され、かつ魚介類にとって有害な臭素酸等のオキシダントを含まない安全な養殖水を飼育水槽に返送することができ、このバッチ処理を繰り返すことにより、飼育水槽内の養殖水中のアンモニアを順次分解除去していくことができる。

特開２０１５−１９６４７号公報 特許第５８２２９７２号公報

特許文献１に記載されたＯＲＰ制御法によっても、特許文献２に記載された時間制御法によっても、飼育水槽から養殖水の一部を抜き出し、抜出した養殖水毎にオゾン処理するバッチ式処理により、養殖水中のアンモニアを略完全に分解処理することができるとともに、魚介類にとって有害な臭素酸等のオキシダントの発生を防止することができる。

しかしながら、飼育水槽の養殖水をバッチ式により処理すると、飼育水槽から養殖水の一部を抜き出した際に飼育水槽内の貯水量が一時的に減少するとともに飼育水槽の水面が下がり、処理後の養殖水を飼育水槽に戻すと飼育水槽の水面が上がって養殖水を抜き出す前の状態に復する。このように、飼育水槽内の貯水量が一時的に減少すると、水槽内の魚の飼育密度が高くなり、魚同士が接触し易くなるとともに、飼育水槽の水面が上下すると、水面が上下する範囲の飼育槽内側の壁面に水垢や生物由来の有機物が付着するなどの飼育上の不具合が発生するため、これらの改善が求められていた。

本発明は、上記の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、飼育水槽の飼育水中のアンモニアを分解処理する際に、飼育水槽内の養殖水に水位変動を抑制しつつ効果的にアンモニアを分解処理とともにオキシダントの発生を抑制することができる閉鎖循環型陸上養殖システム及びその制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、魚介類を飼育する飼育水槽とアンモニア処理部とを有し、前記飼育水槽と前記アンモニア処理部との間で連続的に養殖水を循環させて前記養殖水中のアンモニアを分解処理する閉鎖型陸上養殖システムにおいて、前記アンモニア処理部は複数のアンモニア処理ユニットを並列配置して構成され、前記養殖水中のアンモニア濃度に応じて並列配置された前記アンモニア処理ユニットのうち、アンモニアを分解処理するアンモニア処理ユニットの数を増減させる閉鎖型陸上養殖システムである。

請求項２に係る発明は、前記飼育水槽と前記アンモニア処理部との間で、常に略一定量の養殖水を循環させる請求項１に記載の閉鎖循環型陸上養殖システムである。

請求項３に係る発明は、前記アンモニア処理ユニットのオゾン出力をアンモニア分解モードと脱色殺菌モードに切り替える閉鎖循環型陸上養殖システムである。

請求項４に係る発明は、前記アンモニア処理ユニットでのオゾン出力がアンモニア分解モード又は脱色殺菌モードの何れの場合においても、常に略一定量の養殖水を前記アンモニア処理ユニットに通水させる閉鎖循環型陸上養殖システムである。

請求項５に係る発明は、前記養殖水が前記アンモニア処理部を通過した後であって、かつ前記飼育水槽に戻る前の位置にアンモニア計測器を配し、そのアンモニア計測器でアンモニア処理後の養殖水中のアンモニア濃度を測定する閉鎖循環型陸上養殖システムである。

請求項６に係る発明は、魚介類を飼育する飼育水槽とアンモニア処理部とを有し、前記飼育水槽と前記アンモニア処理部との間で連続的に養殖水を循環させて養殖水中のアンモニアを分解処理する閉鎖型陸上養殖システムの制御方法であって、循環する養殖水中のアンモニア濃度に応じ、複数のアンモニア処理ユニットを並列配置して構成されたアンモニア処理部において、並列配置された前記アンモニア処理ユニットのうち、アンモニアを分解処理するアンモニア処理ユニットの数を増減させてアンモニア処理能力を調節する閉鎖型陸上養殖システムの制御方法である。

請求項７に係る発明は、予め、前記アンモニア処理ユニット毎に脱色殺菌モードからアンモニア分解モードに移行する養殖水中のアンモニア濃度、及びアンモニア分解モードから脱色殺菌モードに移行する養殖水中のアンモニア濃度を設定しておき、循環する前記養殖水中のアンモニア濃度に応じて、前記アンモニア処理ユニットのオゾン出力をアンモニア分解モード又は脱色殺菌モードに切り替える閉鎖循環型陸上養殖システムの制御方法である。

請求項８に係る発明は、前記養殖水が前記アンモニア処理部を通過した後、かつ前記飼育水槽に戻る前にアンモニア計測器で前記養殖水中のアンモニア濃度を測定し、その測定値により前記アンモニア処理ユニットのオゾン出力をアンモニア分解モード又は脱色殺菌モードに切り替える閉鎖循環型陸上養殖システムの制御方法である。

請求項１に係る発明によると、複数のアンモニア処理ユニットを並列配置してアンモニア処理部を構成しているので、アンモニア処理ユニット毎のアンモニア処理能力を高くする必要がない。そのため、単一のアンモニア処理ユニットで全ての処理をまかなおうとした場合に比べて、オゾン供給量の微調整が可能となり、その結果、処理すべきアンモニア量に応じた適正なオゾン供給を行うことが可能となる。

また、養殖水中のアンモニア濃度に応じて、並列配置されてアンモニア処理部を構成しているアンモニア処理ユニットうち、アンモニアの分解処理を行うアンモニア処理ユニットの数を増減させるので、アンモニア処理部のアンモニア処理能力を簡単に変化させることができる。

本発明では、アンモニア処理部でアンモニアを分解処理しながら飼育水槽とアンモニア処理部との間で連続的に養殖水を循環させているので（連続式）、一度に多量の養殖水を飼育水槽から抜出す必要がなく、飼育水槽内の水位変動を抑制することができる。また、バッチ式処理の場合、飼育水槽から一定量の養殖水を抜き出し、それを飼育水槽に戻す度に送水や排水、それらのためのバルブ開閉いった時間を要するが、本発明のような連続式処理の場合、常に一定量の養殖水を循環させているため、その様な時間を省略することができ、結果として時間当たりの処理水量を増加させることができる。さらに、前述のように、連続式処理の場合、飼育水槽内の水位変動を抑制することができるので、飼育水槽の貯水レベルを常時監視する必要がなく、レベルセンサー等の設置を省略できる他、バッチ式処理のような送排水のための大容量ポンプを用いる必要がないなど、機機の省力化を図ることもできる。

請求項２に係る発明によると、飼育水槽とアンモニア処理部との間で常に略一定量の養殖水を循環させて養殖水中のアンモニアの分解処理等を行っているので、飼育水槽内の養殖水の保有水量が略一定に保たれ、飼育水槽内の水面が上下することがない。

請求項３に係る発明によると、アンモニア処理ユニットのオゾン出力をアンモニア分解モードと脱色殺菌モードに切り替えるので、アンモニア分解モードでは、アンモニアを分解処理するために必要な量のオゾンを供給してアンモニア処理ユニットを通過する養殖水に含まれるアンモニアを分解処理することができ、脱色殺菌モードでは、アンモニア分解を目的としない程度の少量のオゾンを供給してアンモニア処理ユニットを通過する養殖水の殺菌と脱色殺菌をすることができる。

請求項４に係る発明によると、アンモニア処理ユニットでのオゾン出力がアンモニア分解モード又は脱色殺菌モードの何れの場合においても、常に略一定量の養殖水を前記アンモニア処理ユニットに通水させているので、複数のアンモニア処理ユニットを並列配置して構成したアンモニア処理部を通過する養殖水が常に略一定量となるため、飼育水槽内の養殖水の保有水量が略一定に保たれ、飼育水槽内の水面が上下することがない。

また、脱色殺菌モードのアンモニア処理ユニットにも常に略一定量の養殖水を通水させているので、養殖水の殺菌と脱色殺菌を継続的に行って、養殖水の水質を維持することができる。

請求項５に係る発明によると、養殖水がアンモニア処理部を通過した後であって、かつ飼育水槽に戻る前の位置にアンモニア計測器を配して養殖水中のアンモニア濃度を測定しているので、オゾンによるアンモニアの分解処理が行われた直後に養殖水中のアンモニア濃度をアンモニア計測器で測定することができるため、養殖水中に含まれているとアンモニア計測器の測定結果に影響を与えることがある還元剤の影響を排してアンモニア濃度を測定することができる。

請求項６に係る発明によると、養殖水中のアンモニア濃度に応じ、並列配置されてアンモニア処理部を構成しているアンモニア処理ユニットうち、アンモニアの分解処理を行うアンモニア処理ユニットの数を増減させるので、アンモニア処理部のアンモニア処理能力の増減を簡単に制御することができる。

請求項７に係る発明によると、予め、アンモニア処理ユニット毎に脱色殺菌モードからアンモニア分解モードに移行する養殖水中のアンモニア濃度、及びアンモニア分解モードから脱色殺菌モードに移行する養殖水中のアンモニア濃度を設定しておき、循環する養殖水中のアンモニア濃度に応じて、アンモニア処理ユニットのオゾン出力をアンモニア分解モード又は脱色殺菌モードに切り替えるので、養殖水中のアンモニア濃度を計測するだけで、アンモニア濃度が高い場合にはアンモニア処理部のアンモニア処理能力を高め、アンモニア濃度が低い場合には養殖水の殺菌、脱色殺菌に切り替える制御を簡単に行うことができる。

請求項８に係る発明によると、養殖水がアンモニア処理部を通過した後であって、かつ飼育水槽に戻る前の位置にアンモニア計測器を配して養殖水中のアンモニア濃度を測定し、アンモニア処理ユニットのオゾン出力をアンモニア分解モード又は脱色殺菌モードに切り替えているので、オゾンによるアンモニアの分解処理が行われた直後に養殖水中のアンモニア濃度をアンモニア計測器で測定することができるため、養殖水中に含まれているとアンモニア計測器の測定結果に影響を与えることがある還元剤の影響を排してアンモニア濃度を測定し、正確な測定値に基づいてアンモニア処理ユニットのモード切り替えを制御することができる。

本発明による閉鎖循環型陸上養殖システムの一実施例を示す模式図である。 図１の閉鎖循環型陸上養殖システムのアンモニア処理部の構成を説明する模式図である。 アンモニア分解ユニットの構成を説明する模式図である。 図１の閉鎖循環型陸上養殖システムの制御方法を説明する図であり、（ａ)はアンモニア処理部を循環する養殖水のアンモニア濃度の変化を示す図であり、（ｂ）はその時の各アンモニア分解ユニットの動作モードを説明する図である。

以下に、本発明における閉鎖循環型陸上養殖システムの一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、閉鎖循環型陸上養殖システムの一実施形態の模式図を示している。図１に示すように、閉鎖循環型陸上養殖システム１は、魚介類を養殖する飼育水槽２と、飼育水槽２から連続的に流出する養殖水を受け止める受水槽３と、養殖水をオゾン処理してアンモニアを分解除去するアンモニア処理部４と、アンモニア処理部４等の動作を制御する制御装置５を備えるとともに、飼育水槽２と受水槽３の間は管路６で、受水槽３とアンモニア処理部３との間は管路７で、アンモニア処理部３と飼育水槽２との間は管路８で連結されており、また、管路７には受水槽３に受け止めた養殖水をアンモニア処理部３に送水するための循環ポンプ９が設けられ、管路８には養殖水中のアンモニア濃度を計測するアンモニア計１０と紫外線ランプ（ＵＶ）１１が設けられており、所謂ワンパス式に構成されている。

飼育水槽２は、本実施例では、槽内の養殖水の水位が一定値を超えると養殖水がオーバーフローする様に構成されており、またこのオーバーフローした養殖水を集める図示しない集水部と、この集水部に集めた養殖水を集水部から取り出すための図示しない取出口が設けられている。なお、飼育水槽２からの養殖水の取出しは、本実施例のオーバーフロー方式に限れることなく、飼育水槽の底に取出し口を設けて取り出す方式とすることもできる。

飼育水槽２の集水部に設けた図示しない前記取出口と受水槽３との間は管路６で連結されており、飼育水槽２と受水槽３は高低差を設けて設置されているので、飼育水槽２からオーバーフローした養殖水を重力により動力を用いることなく受水槽３に落とし込むことができる。

受水槽３の上部にはドラムフィルタ１２を設け、管路６と受水槽３をこのドラムフィルタ１２を介して接続し、このドラムフィルタ１２により、飼育水槽２から管路６を通って受水槽３に落とし込まれてくる養殖水に含まれているゴミを除去している。

アンモニア処理部４は、図２に示すように、複数のアンモニア処理ユニット１４を並列配置して構成するが、本実施例の場合、４本のアンモニア処理ユニット１４を並列配置してアンモニア処理部４を構成している。管路７と連結孔１５を介して接続されたアンモニア処理部４の内部配管１６は、並列配置した４つのアンモニア処理ユニット１４に等しく養殖水を供給するため、分岐点１７で分岐配管１６ａ、分岐配管１６ｂ、分岐配管１６ｃ、分岐配管１６ｄの４系統に分岐した後、夫々がアンモニア処理ユニット１４に接続され、並列配置したアンモニア処理ユニット１４、１４，１４、１４に養殖水を供給している。分岐配管１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは、並列配置したアンモニア処理ユニット１４、１４、１４、１４の２次側の合流点１８で再び合流して内部配管１５となった後、連結孔１９を介してアンモニア処理部４と受水槽３とを連結する管路８に接続されている。

なお、並列配置したアンモニア処理ユニット１４、１４、１４、１４には等しい流量の養殖水を供給する必要があるが、分岐点１７で配管１６を分岐させただけでは分岐配管１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの流量が略等しくならない場合には、分岐配管１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄに図示しない流量計と流量調整弁を設け、この流量調整弁により分岐配管１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを流れる養殖水の流量が略等しくなるように調整することもできる。

アンモニア処理ユニット１４は、養殖水をオゾン処理する際のオゾン出力をアンモニア分解モード又は脱色殺菌モードに切り替えることができる。図３に示すように、アンモニア処理ユニット１４は、オゾン散気筒２１と、オゾナイザ２２と、ＯＲＰ計２３と、活性炭槽２４とを備え、これらを流路２５で連結している。また、流路２５には活性炭槽２４をバイパスするバイパス流路２６が形成されており、バイパス流路２６はバルブ２７、２８、流路２５の活性炭槽２４の１次側にはバルブ２９、流路２５の活性炭槽２４の２次側にはバルブ３０が設けられている。

オゾン散気筒２１は、オゾナイザ２２から供給されるオゾンを養殖水と接触させ、養殖水中のアンモニアの分解処理（除去）、細菌及びウイルスの殺菌、並びに有機物の分解を行う。養殖水中の有機物が分解されることにより、脱色されて養殖水の濁りが透明になるとともに、養殖水中に溶解している餌に含まれている還元剤（例えばアスコルビン酸）等が分解される。

養殖水とオゾンとの接触は、オゾン散気筒２１内に下部から流入した養殖水が上部から流出する間に行われる。養殖水と接触してもアンモニアの分解処理等に使用されなかったオゾンはオゾン散気筒２１の上部からは排出されるが、オゾンをそのまま排出することを避けるため、オゾン散気筒２１の上部に排出されるオゾンを分解する熱触媒を設けることが好ましい。

オゾナイザ２２は原料ガス（空気、酸素）からオゾンを発生させてオゾン散気筒２１にオゾンを供給するが、この際、オゾナイザ２２は制御装置５の制御を受け、アンモニア分解モード又は脱色殺菌モードに切り替えてオゾンを供給する。

アンモニア分解モードは、養殖水中のアンモニアを分解処理するために必要な量のオゾンをオゾン散気筒２１に供給する動作モードであり、養殖水中のアンモニアの分解処理、細菌及びウイルスの殺菌、有機物の分解が行われる。なお、アンモニア分解モードにおける魚介類に有毒なオキシダントの発生を極力抑制するため、オゾン供給量は控え目に設定することが好ましい。

脱色殺菌モードは、養殖水中のアンモニアを殆んど分解処理されない程度の量のオゾンをオゾン散気筒２１に供給する動作モードであり、養殖水中の細菌及びウイルスの殺菌、並びに有機物の分解が行われる。

アンモニア分解モードと脱色殺菌モードの違いは、散気筒２１へのオゾン供給量の違いであり、オゾン注入量（ｇ／ｈｒ）を変化させて切り替えている。なお、アンモニア分解モードと脱色殺菌モードにおけるオゾン注入量の設定は、実際に使用する養殖システムを使用して設定すればよい。

ＯＲＰ計２３は、オゾン散気筒２１でオゾン処理した後の養殖水のＯＰＲ値を測定し、
測定データを連続的に制御装置５に送っている。このＯＲＰ計２３で測定したオゾン処理後の養殖水のＯＲＰ値が所定の値（例えば、６００ｍＶ）を超えていた場合には、オゾナイザ２２のオゾン供給量に何らかの問題が生じたと判断し、オゾンの供給を止めることができる。

活性炭槽２４は、アンモニア分解モードで養殖水をオゾン処理した際に、少量発生する可能性があるオキシダントを除去するものである。このため、殆んどアンモニアが分解処理されないためにオキシダントが発生するおそれがない脱色殺菌モードでは、オゾン処理後の養殖水が活性炭槽２４を通過させる必要がないので、バイパス流路２６を設け、活性炭槽２４を迂回させている。

アンモニア分解モードで処理した養殖水を活性炭槽２４を通過させる場合には、バイパス流路２６を設けたバルブ２７、２８を閉止するとともに、活性炭槽２４の１次側のバルブ２９と２次側のバルブ３０を開放すると。また、脱色殺菌モードで処理した養殖水を活性炭槽２４を迂回させる場合には、活性炭槽２４の１次側のバルブ２９と２次側のバルブ３０を閉止するとともに、バイパス流路２６を設けたバルブ２７、２８を開放する。これらバルブ２７、２８、２９、３０の動作は、アンモニア処理ユニット１４の動作モードに対応して、制御装置５により制御される。

アンモニア処理部４は、以上の様に構成されているアンモニア処理ユニット１４を並列配置して構成しているので、アンモニア分解モードで動作するアンモニア処理ユニット１４の数を増減させることにより、アンモニア処理部４のアンモニア処理能力を簡単に変化させることができる。

また、養殖水中のアンモニア濃度が低いため、アンモニア分解モードで動作していないアンモニア処理ユニット１４であっても、脱色殺菌モードで動作して連続的に養殖水を通過させてオゾン処理しているため、養殖水中の細菌、ウイルスを殺菌することができるとともに、養殖水中の有機物を分解して養殖水を脱色することができるので、養殖水を浄化することができる。

アンモニア計１０は、アンモニア処理部４を通過した後であって、かつ飼育水槽２に戻る前の養殖水アンモニア濃度を常時、一定時間間隔（例えば１０分間隔）で測定し、測定値を制御装置５に送っている。このように、アンモニア計１０を養殖水がアンモニア処理部４を通過した後であって、かつ飼育水槽２に戻る前の位置に設置した理由は次のとおりである。

本発明者等は、養殖水中に還元剤が含まれているとアンモニア計による計測値に影響を受ける場合があることが明らかにしたが、前述したように飼育水槽２で飼育中の魚介類に与える餌には保存剤としてアスコルビン酸が含まれており、このアスコルビン酸は還元剤であるため、飼育水槽２内の養殖水中のアンモニア濃度を計測すると、アスコルビン酸の影響により計測誤差が生じる可能性がある。さらに、この計測誤差がアンモニア濃度を過大に示す方向に発生すると、実際には略アンモニアの分解処理が完了しているにも係わらず、オゾン処理を継続し、養殖水中に臭素酸等の有害なオキシダントを発生させるおそれがある。

その一方で、養殖水がアンモニア処理部４を通過した後であって、かつ飼育水槽２に戻る前の位置にアンモニア計１０を設置すれば、養殖水に含まれていた還元剤はアンモニア処理部４におけるオゾン処理により分解されているため、アンモニア計の測定値が還元剤の影響を受けることがなく、より正確にアンモニア濃度を測定することができる。
従って、養殖水中のアンモニア濃度をできるだけ正確に測定するためには、アンモニア処理部４を通過した後のように、還元剤の影響が少ない位置にアンモニア計を設置することが好ましい。

紫外線ランプ１１は、アンモニア処理部４を通過した養殖水に紫外線を照射して残留するオゾンを分解除去する他、養殖水を殺菌するなどして、飼育水槽２内の魚介類にとって安全な養殖水とするためのものである。

制御装置５は、アンモニア処理ユニット１４のＯＲＰ計２３、アンモニア計１０から送られてくる測定値に基づいて、アンモニア処理ユニット１４の動作モードの切り替えを制御する。また、管路７に設けた循環ポンプ９のＯＮ／ＯＦＦも制御し、閉鎖循環型陸上養殖システム１の動作を制御する。制御装置５内の記憶部には、予め、アンモニア処理部４に並列配置されたアンモニア処理ユニット毎に、脱色殺菌モードからアンモニア分解モードへ、またアンモニア分解モードから脱色殺菌モードへ切り替える養殖水中のアンモニア濃度が記憶されており、この記憶データとアンモニア計１０から送られてくる養殖水中のアンモニア濃度の測定値に基づいて、アンモニア処理ユニット毎に動作モードの制御を行う。

循環ポンプ９は、飼育水槽２から連続的に流出して受水槽３が受け止めた養殖水をアンモニア処理部４に連続的に送水するポンプであり、制御装置５により制御される。この循環ポンプ９により、飼育水槽２の養殖水は連続的に飼育水槽２とアンモニア処理部４との間を循環し、アンモニアを分解処理することができる。

以上のように構成された閉鎖循環型陸上養殖システム１の動作を説明する。
先ず、制御装置５により循環ポンプ９をＯＮにすると、受水槽３内に貯留されている養殖水が管路７によりアンモニア処理部４に送水される。アンモニア処理部４内に送水された養殖水は、内部配管１５の分岐点１７で分岐配管１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの４系統に分岐した後、並列配置された４つのアンモニア処理ユニット１４、１４、１４、１４に流入する。

この時点では、各アンモニア処理ユニット１４の動作モードは初期状態の脱色殺菌モードであるので、全てのアンモニア処理ユニットでは養殖水の脱色と殺菌が行われ、各アンモニア処理ユニット１４を通過した養殖水は合流点１８で合流してアンモニア処理部４から流出する。アンモニア処理部４から流出した養殖水は、アンモニア計１０によりアンモニア濃度が測定され、紫外線ランプ１１を経由して飼育水槽２に返送される。

飼育水槽２に養殖水が返送されると、飼育水槽２内に存在していた養殖水がオーバーフローして受水槽３に落とし込まれるが、このとき、循環ポンプ９は連続的に運転されているので、飼育水槽２には連続して養殖水が返送され、飼育水槽２内の養殖水が連続的にオーバーフローして受水槽３に落とし込まれる。このため、受水槽３からアンモニア処理部４に送水される養殖水は、育水槽２から連続的にオーバーフローしてくるアンモニア濃度が高い養殖水に切替わっていく。

アンモニア処理部４に送水される養殖水がアンモニア濃度の高い養殖水に切替わっても、当初、各アンモニア処理ユニット１４は初期状態である脱色殺菌モードで動作しているため、アンモニア処理ユニット１４を通過してもアンモニアの分解処理は行われない。この結果、アンモニア処理部４を通過後にアンモニア計１０で測定した養殖水中のアンモニア濃度は高い値のままとなる。

この高いアンモニア濃度の測定値を検知した制御装置５は、予め設定しておいた基準に従い、所定の数のアンモニア処理ユニット１４の動作モードを脱色殺菌モードからアンモニア処理モードに切り替える。

所定の数のアンモニア処理ユニット１４の動作モードがアンモニア処理モードに切替わったことにより、アンモニア処理部４のアンモニア処理能力が増加するため、アンモニア処理部４を通過した養殖水のアンモニア濃度は低下する。養殖水は連続的に飼育水槽２とアンモニア処理部４との間を循環しながらアンモニアを分解処理されるので、アンモニア処理部４を通過する度に飼育水槽２内の養殖水のアンモニア濃度は徐々に低下する。

アンモニア処理部４を通過した後にアンモニア計１０で測定する養殖水中のアンモニア濃度が所定の値を下回ると、制御装置５は予め設定しておいた基準に従い、所定の数のアンモニア処理ユニット１４の動作モードをアンモニア処理モードから脱色殺菌モードに切り替える。

このように制御装置５により制御されることにより、養殖水中のアンモニア濃度が分解処理不要のレベルまで低下すると、制御装置５は全てのアンモニア処理ユニット１４の動作モードを脱色殺菌モードに切り替える。全てのアンモニア処理ユニット１４の動作モードが脱色殺菌モードに切り替えられても、循環ポンプ９は受水槽３からアンモニア処理部４へ養殖水を連続的に送水しているため、アンモニア処理ユニット１４では、アンモニアがほとんど分解されない程度にオゾンを供給して養殖水中の細菌、ウイルスの殺菌と養殖水の脱色を行い、養殖水の浄化を継続する。

その後、飼育水槽２内の魚介類に給餌する等して養殖水中のアンモニア濃度が再び上昇すると、飼育水槽２からオーバーフローして受水槽３に落とし込まれる養殖水中のアンモニア濃度も上昇するため、以上のループが繰り返されてアンモニア処理部４で分解処理されるので、飼育水槽２内の養殖水中のアンモニア濃度は、一定の濃度を超えることがなく、かつ養殖水は継続的に浄化される。

以上のように構成された閉鎖循環型陸上養殖システム１は、飼育水槽２とアンモニア処理部４との間で連続的に養殖水を循環させる連続式処理により養殖水中のアンモニアを分解処理しているので、飼育水槽２内で養殖水の水面が上下することが極めて少ない。また、アンモニア処理ユニット１４を並列配置してアンモニア処理部４を構成しているので、アンモニア処理部４のアンモニア処理能力はアンモニアユニット１４のアンモニア処理能力の合計となり、アンモニア処理ユニット１４毎のアンモニア処理能力を高く設定する必要がないため、アンモニア処理ユニット１４へのオゾン供給量を控え、アンモニアの分解に伴うオキシダントの発生を抑制することができるとともに、養殖水中のアンモニア濃度に応じてアンモニア処理を行うアンモニア処理ユニット１４の数を増減するだけでアンモニア処理部１４のアンモニア処理能力を変化させることができる。

次に、本発明における閉鎖循環型陸上養殖システムの制御方法について説明する。
本発明における閉鎖循環型陸上養殖システムの制御方法は、循環する養殖水中のアンモニア濃度に応じ、複数のアンモニア処理ユニット１４を並列配置して構成されたアンモニア処理部４において、アンモニアを分解処理するアンモニア処理ユニット１４の数を増減させ、養殖水中のアンモニアを分解処理している。

また、アンモニア処理部４においてアンモニアを分解処理するアンモニア処理ユニット１４の数の増減は、予め、アンモニア処理ユニット１４毎に脱色殺菌モードからアンモニア分解モードに、またアンモニア分解モードから脱色殺菌モードに移行する養殖水中のアンモニア濃度を設定しておき、養殖水がアンモニア処理部４を通過した後、かつ飼育水槽２に戻る前に位置に設置したアンモニア計測器１０で養殖水中のアンモニア濃度を測定し、循環する養殖水中のアンモニア濃度に応じて、アンモニア処理ユニット１４でのオゾン出力を制御し、アンモニア処理ユニット１４の動作モードをアンモニア分解モード又は脱色殺菌モードに切り替えることにより行っている。

この制御方法による閉鎖循環型陸上養殖システムの制御概要を図４に基づいて説明する。図４では、４つのアンモニア処理ユニットを並列配置してアンモニア処理部を構成した場合の各アンモニア処理ユニットの動作モードを示しているので、４つのアンモニア処理ユニットを区別するため、アンモニア処理ユニットを１号、２号、３号、４号で区別している（以下同じ。）。

予め、４つのアンモニア処理ユニット毎に、脱色殺菌モードからアンモニア処理モードに、またアンモニア処理モードから脱色殺菌モードに動作モードの切り替えを行うアンモニア濃度（ｍｇ−ＮＨ_３／Ｌ）を設定し、制御装置に入力する。このアンモニア処理ユニットの動作モードを切り替えるアンモニア濃度（以下、単に「切り替え濃度」という。）は、アンモニア処理部のアンモニア処理能力を段階的に増減させるため、アンモニア処理ユニット毎に差を設け、段階的に設定することが好ましい。

図４で説明する制御方法では、１号アンモニア処理ユニットの切り替え濃度を１．０（ｍｇ−ＮＨ_３／Ｌ）（以下、アンモニア濃度の単位を省略する。）、２号アンモニア処理ユニットの切り替え濃度を１．２に、３号アンモニア処理ユニットの切り替え濃度を１．４に、４号アンモニア処理ユニットの切り替え濃度を１．６に設定している。

図４（ａ）は、アンモニア計が測定した養殖水中のアンモニア濃度の変化を示し、図４（ｂ）は、養殖水中のアンモニア濃度が図４（ａ）に示すように変化した場合において、上記のとおりに切り替え濃度を設定した各アンモニア処理ユニットの動作モードを示しており、実線はアンモニア分解モードで、破線は脱色殺菌モードで動作していることを示す。

図４（ａ）において、当初は養殖水中のアンモニア濃度は０．８であるため、全てのアンモニア処理ユニットが脱色殺菌モードで動作している。運転開始から１時間経過後、養殖水中のアンモニア濃度が１．０に増加すると、事前の設定に従って１号アンモニア処理ユニットの動作モードがアンモニア処理モードに切替わるが、他のアンモニア処理ユニットは脱色殺菌モードのままである。

運転開始から２時間経過後、養殖水中のアンモニア濃度が１．２に増加すると、２号アンモニア処理ユニットの動作モードがアンモニア処理モードに切替わり、１号と２号アンモニア処理ユニットがアンモニア処理モードで動作するが、３号と４号アンモニア処理ユニットは脱色殺菌モードのままである。

運転開始から３時間経過後、養殖水中のアンモニア濃度が１．４に増加すると、３号アンモニア処理ユニットの動作モードがアンモニア処理モードに切替わり、１号、２号、３号アンモニア処理ユニットがアンモニア処理モードで動作するが、４号アンモニア処理ユニットは脱色殺菌モードのままである。

運転開始から４時間経過後、養殖水中のアンモニア濃度が１．６に増加すると、４号アンモニア処理ユニットの動作モードもアンモニア処理モードに切替わり、全てのアンモニア処理ユニットがアンモニア処理モードで動作して養殖水中のアンモニアを分解する。

運転開始から５時間経過後、養殖水中のアンモニア濃度がさらに増加し、１．８になると、全てのアンモニア処理ユニットがアンモニア処理モードでの動作を継続して、養殖水中のアンモニアの分解を継続する。

運転開始から７時間経過後、養殖水中のアンモニア濃度が１．２に低下すると、３号、４号アンモニア処理ユニットの動作モードが脱色殺菌モードに切替わり、１号、２号アンモニア処理ユニットはアンモニア処理モードで動作を続ける。

運転開始から８時間経過後、養殖水中のアンモニア濃度が１．０に低下すると、２号アンモニア処理ユニットの動作モードも脱色殺菌モードに切替わり、１号アンモニア処理ユニットのみがアンモニア処理モードで動作を続ける。

運転開始から９時間経過後、養殖水中のアンモニア濃度が再び１．６に上昇すると、２号、３号アンモニア処理ユニットの動作モードがアンモニア処理モードに切替わり、４号アンモニア処理ユニットのみが脱色殺菌モードで動作を続ける。

運転開始から１０時間経過後、養殖水中のアンモニア濃度が再び１．４に減少しても、１号、２号、３号アンモニア処理ユニットはアンモニア処理モードでの動作を継続し、４号アンモニア処理ユニットは脱色殺菌モードで動作を続ける。

運転開始から１１時間経過後、養殖水中のアンモニア濃度が０．８以下に減少すると、全てのアンモニア処理ユニットの動作モードが脱色殺菌モードに切替わり、養殖水を殺菌脱色して浄化する。

以上は、アンモニア計が測定した養殖水中のアンモニア濃度によってアンモニア処理ユニットの動作モードを切り替える制御方法について説明したが、この制御方法の他に、他のアンモニア処理ユニットの動作モード及び動作時間に基づき、アンモニア処理ユニットの動作モードの切り替えを制御する（時間制御）こともできる。

時間制御では、例えば、１号アンモニア処理ユニットの動作モード切り替え濃度を１．０に設定する。このように、設定することで養殖水中のアンモニア濃度が所定の値に上昇すると、直ちにアンモニア処理部においてアンモニアの分解処理を開始することができる。１号アンモニア処理ユニットがアンモニア分解モードで動作してもさらに養殖水中のアンモニア濃度が上昇する場合に備え、２号アンモニア処理ユニットの動作モード切り替え条件を１号アンモニア処理ユニットの動作モードが３０分以内に脱色殺菌モードに切替わらない場合にアンモニア分解モードに切替わるように設定する。さらに、３号アンモニア処理ユニットの動作モード切り替え条件を２号アンモニア処理ユニットの動作モードが３０分以内に脱色殺菌モードに切替わらない場合にアンモニア分解モードに切替わるように、４号アンモニア処理ユニットの動作モード切り替え条件を３号アンモニア処理ユニットの動作モードが３０分以内に脱色殺菌モードに切替わらない場合にアンモニア分解モードに切替わるように設定する。

このように各アンモニア処理ユニットの動作モードを切り替える条件を他のアンモニア処理ユニットの動作モード及び動作時間で設定することによっても、循環する養殖水中のアンモニア濃度の増減に応じてアンモニア処理部のアモニア処理能力を変化させて対応することができる。

以上のとおり、本発明における閉鎖循環型陸上養殖システム及びその制御方法では、飼育水槽とアンモニア処理部との間で連続的に養殖水を循環させる連続式処理により養殖水中のアンモニアを分解処理するので、飼育水槽内で養殖水の水面が上下することがない。また、アンモニア処理ユニットを並列配置してアンモニア処理部を構成しているので、アンモニア処理ユニット毎のアンモニア処理能力を高く設定する必要がないため、アンモニア処理ユニットへのオゾン供給量を控え、アンモニアの分解に伴うオキシダントの発生を抑制することができるとともに、養殖水中のアンモニア濃度に応じてアンモニアの分解処理を行うアンモニア処理ユニットの数を増減させてアンモニア処理能力を変化させることができる。

１ 閉鎖循環型陸上養殖システム
２ 飼育水槽
３ 受水槽
４ アンモニア処理部
５ 制御装置
６ 循環ポンプ
１０ アンモニア計
１４ アンモニア処理ユニット
２１ 散気筒
２２ オゾナイザ
２３ ＯＲＰ計
２４ 活性炭槽

Claims (8)

1. 魚介類を飼育する飼育水槽とアンモニア処理部とを有し、前記飼育水槽と前記アンモニア処理部との間で連続的に養殖水を循環させて前記養殖水中のアンモニアを分解処理する閉鎖型陸上養殖システムにおいて、前記アンモニア処理部は複数のアンモニア処理ユニットを並列配置して構成され、前記養殖水中のアンモニア濃度に応じて並列配置された前記アンモニア処理ユニットのうち、アンモニアを分解処理するアンモニア処理ユニットの数を増減させる閉鎖型陸上養殖システム。
2. 前記飼育水槽と前記アンモニア処理部との間で、常に略一定量の養殖水を循環させる請求項１に記載の閉鎖型陸上養殖システム。
3. 前記アンモニア処理ユニットのオゾン出力をアンモニア分解モードと脱色殺菌モードに切り替える請求項１又は２に記載の閉鎖型陸上養殖システム。
4. 前記アンモニア処理ユニットでのオゾン出力がアンモニア分解モード又は脱色殺菌モードの何れの場合においても、常に略一定量の養殖水を前記アンモニア処理ユニットに通水させる請求項１乃至３の何れか１項に記載の閉鎖型陸上養殖システム。
5. 前記養殖水が前記アンモニア処理部を通過した後であって、かつ前記飼育水槽に戻る前の位置にアンモニア計測器を配し、そのアンモニア計測器でアンモニア処理後の養殖水中のアンモニア濃度を測定する請求項１乃至４の何れか１項に記載の閉鎖型陸上養殖システム。
6. 魚介類を飼育する飼育水槽とアンモニア処理部とを有し、前記飼育水槽と前記アンモニア処理部との間で連続的に養殖水を循環させて養殖水中のアンモニアを分解処理する閉鎖型陸上養殖システムの制御方法であって、循環する養殖水中のアンモニア濃度に応じ、複数のアンモニア処理ユニットを並列配置して構成されたアンモニア処理部において、並列配置された前記アンモニア処理ユニットのうち、アンモニアを分解処理するアンモニア処理ユニットの数を増減させてアンモニア処理能力を調節する閉鎖型陸上養殖システムの制御方法。
7. 予め、前記アンモニア処理ユニット毎に脱色殺菌モードからアンモニア分解モードに移行する養殖水中のアンモニア濃度、及びアンモニア分解モードから脱色殺菌モードに移行する養殖水中のアンモニア濃度を設定しておき、循環する前記養殖水中のアンモニア濃度に応じて、前記アンモニア処理ユニットのオゾン出力をアンモニア分解モード又は脱色殺菌モードに切り替える請求項６に記載の閉鎖型陸上養殖システムの制御方法。
8. 前記養殖水が前記アンモニア処理部を通過した後、かつ前記飼育水槽に戻る前にアンモニア計測器で前記養殖水中のアンモニア濃度を測定し、その測定値により前記アンモニア処理ユニットのオゾン出力をアンモニア分解モード又は脱色殺菌モードに切り替える請求項６又は７に記載の閉鎖型陸上養殖システムの制御方法。

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