JP2019154383A - 循環型飼育栽培装置 - Google Patents

Abstract

【課題】土等の培地を用いた栽培が可能であるとともに、より場所を有効活用できる循環型飼育栽培装置を提供する。【解決手段】本発明に係る循環型飼育栽培装置は、水生動物を飼育する飼育槽と、二酸化珪素を含む粘土を焼結し一部がガラス化した焼土を充填した焼土充填槽と、前記飼育槽から前記焼土充填槽に前記飼育槽内の水を送る第一の配管と、前記焼土充填槽から前記飼育槽に水を送る第二の配管と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、循環型の飼育栽培装置に関する。より具体的には、水生動物の飼育と植物の栽培を循環型で行う装置に関する。

従来、水生動物を飼育する場合、その水生動物により排出される糞尿処理が必要であり、それを取り除く、又は、専用に処理する設備が必要である。

また一方で、植物を栽培する場合、植物を栽培する土壌等の培地に植物の育成によって減少する栄養分を供給しなければならないといった課題がある。

これに対し、飼育と栽培の両立を図ろうとする技術が、例えば下記特許文献１に開示されている。

特開２０１４−４２４９２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は水耕栽培に特化したものであって、土等の培地を用いたものではなく、また浄化部も十分に活用できていないといった課題がある。

そこで、本発明は上記課題に鑑み、土等の培地を用いた栽培が可能であるとともに、より場所を有効活用できる循環型飼育栽培装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一観点に係る循環型飼育栽培装置は、水生動物を飼育する飼育槽と、粘土と二酸化珪素の混合物を焼結し一部がガラス化した焼土を充填した焼土充填槽と、飼育槽から焼土充填槽に飼育槽内の水を送る第一の配管と、焼土充填槽から飼育槽に水を送る第二の配管と、を備えたものである。

以上、本発明によって、土等の培地を用いた栽培が可能であるとともに、より場所を有効活用できる循環型飼育栽培装置を提供することができる。

実施形態１に係る循環型飼育栽培装置の例について示す図である。 実施形態１に係る循環型飼育栽培装置の焼土充填槽に栽培鉢を設けた例について示す図である。 実施形態２に係る循環型飼育栽培装置の例について示す図である。 実施形態３に係る循環型飼育栽培装置の例について示す図である。 実施形態４に係る循環型飼育栽培装置の例について示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例に記載の例示にのみ限定されるわけではない。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る循環型飼育栽培装置（以下「本装置」という。）１の概略を示す図である。本図で示すように、本装置１は、水生動物を飼育する飼育槽２と、粘土と二酸化珪素の混合物を焼結し一部がガラス化した焼土を充填した焼土充填槽３と、飼育槽２から焼土充填槽３に飼育槽内の水を送る第一の配管４と、焼土充填槽３から飼育槽２に水を送る第二の配管５と、を備えたものである。また、本装置１では、第二の配管５の中間位置に、水を貯留するための貯留槽６を備えている。

本装置１における飼育槽２は、上記の通り水生動物を飼育するものである。ここで水生動物とは、水中で生活することができる動物をいい、限定されるわけではないが、コイやフグ等の魚類はもちろん、エビやカニ等の甲殻類、アワビやサザエ等の貝類、カメ等の爬虫類、カエルなどの両生類等を例示することができるが、餌を取り込みフンなどの有機物やアンモニア等を排出するものである限りにおいて限定されない。また、水生動物は淡水中に生息可能なものであるだけでなく、上記の例示から明らかなように、海水中において生息可能なものであってもよい。海水の場合、植物を育成する場合海水塩分を通常の４分の１程度（０．９％以下）とすることが好ましい。

飼育槽２の構造は、水生動物を飼育するための水を保持できるものである限りにおいて限定されるわけではないが、例えば底部とこの底部の周縁を覆う壁面となる板状部とを備えた一般的な水槽を例示することができるがこれに限定されない。

また、飼育槽２の底部には、粘土と二酸化珪素の混合物を焼結し一部がガラス化した焼土を充填している。

焼土の充填量は、飼育する水生動物の排出する有機物やアンモニア等の想定量によって適宜調整可能であるが、例えば底部からの想定水面高さを１００とした場合、１以上２０以下であることが好ましい。例えば、底部からの想定水面高さを５０ｃｍとした場合、０．５ｃｍ以上１０ｃｍ以下であることが好ましい。

本装置１の焼土の平均粒径は、限定されるわけではないが、２０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５ｍｍ以下、更に好ましくは３ｍｍ以下、特に好ましくは２ｍｍ以下である。ここで平均粒径とは、所定重量中における数平均によって求められる粒径の平均をいい、例えば１００ｇの焼土における粒径の数平均を取ることで求めることができる。

また本装置１において用いられる焼土は、下記によって製造されることによりその比表面積が大きいことが特徴である。この比表面積が大きいことは、細孔が多いことでもあり、細孔はナノメートルオーダーからマイクロメートルオーダーまでのものが存在する。そして、ナノメートルオーダーの細孔部分には酸素、リン酸、アンモニア、亜硝酸、硝酸等の物質が吸着され、マイクロメートルオーダーの細孔や表面部分には微生物が定着可能である。この結果、酸素、リン酸、アンモニア、亜硝酸、硝酸等の吸着及び微生物による酸化、分解、脱窒処理等が効果的になると考えられる。

さらに、本装置１において用いられる焼土は、焼結工程を経たものであるため、溶けだしてしまうおそれが少ない。この結果、水質を汚す虞が少なくなり、好適な環境を提供することができる。

ところで、本装置１における焼土は二酸化珪素を含む粘土を焼結し一部がガラス化した焼土であって、この限りにおいて限定されるわけではないことは言うまでもないが、例えば特許第５７１９４６４号に記載の焼土を使用することが好ましい。具体的には、原料粘土に二酸化珪素を含むものを使用し、その原料粘土に微粉末土を混合して団粒構造の土とする団粒化工程と、団粒土を造粒・乾燥装置に熱風を送り込んで造粒・乾燥して二酸化珪素の一部をガラス化するとともに大きさが二以上のサイズの粒状土にする造粒・乾燥工程と、粒上の土を調粒機で調粒する調粒工程と、調粒された土を篩にかけて二以上のサイズ別に選別する篩工程、を経ることによって製造することが可能である。

また、本装置１における焼土充填槽３は、上記焼土を充填してなるものである。焼土充填槽は、上記水槽と同様、底部とこの底部周辺を取り囲む壁部とを備えた槽と、この槽に充填される焼土とを備えている。

槽の大きさ及び焼土の量は、飼育槽において飼育する水生動物が排出する有機物やアンモニア等の量に応じて適宜調整可能であり限定されるわけではないが、飼育槽と同様の大きさ程度あるのが好ましい。すなわち、飼育槽における標準的な水の容積以上の容積を備えているのが好ましい。

また、本装置１では、焼土充填槽３には、更に、焼土が充填された栽培鉢が備えられている構成も可能である。焼土充填槽３は、焼土が充填されており、直接植物等を栽培することが可能である。しかしながら、植物が育つに従い根を張ることにより焼土槽に入りこんでしまうことで隙間を生じさせ、焼土による浄化作用に悪影響を与えてしまうおそれがある。また、ニンジンやダイコン等根菜類等の場合、根が土中深く成長することにより、焼土充填槽の底面にぶつかり、その後の成長に影響を及ぼしてしまう場合がある。また、トマトや果樹等は、根を大きく伸張することにより、焼土充填槽３内に配置される配管などの部材に絡みつく等、装置全体の機能に影響を与えてしまう場合もある。これに対し、栽培鉢を別途設けることで、上記浄化作用に影響を与えることなく安定的に植物を育成することが可能となる。本装置の構成のイメージを図２に示しておく。また、本装置１において「栽培鉢」とは、焼土が充填され植物の育成が可能な容器である限りにおいて様々な表現で用いられているものを含み、例えば不織布等を用いたポットの形態も含まれるものである。

なお、焼土充填槽３においては、上記の記載から明らかであるが植物を育成するのに好適なものである。ここで育成する植物としては、花や果実を実らせる植物であることが好ましい。リン酸は花や実を実らせるために有用な物質である一方、後の実施形態で記述する水耕栽培に適した植物においては花や実が結実してしまうことはあまり好ましくない。そのため、この焼土充填槽３においては、ミカン、レモン、キンカン等の果樹、ナスタチウムやビオラ、ラベンダー等の花植物やトマト、ピーマン等の果菜を植えることが好ましい。

また、本装置１においては、上記の通り、飼育槽２から焼土充填槽３に飼育槽内の水を送る第一の配管４を備えている。第一の配管４の構造は特に限定されず、その長さも特に制限はされない。ただし、飼育槽２内に送水部材を設けない場合は、飼育槽２とその焼土充填槽３間の高さの差を利用した水の自然の流れを利用する構成とすることが好ましい。具体的には、図１で示すように、飼育槽２内に張られる底部から水面の中間に吸入口を、水面の高さと同じ高さとなるように設置される排出口とを備えた配管としておくことで、飼育槽２から焼土充填槽３に自然な流れを作り出すことができる。なお、配管については前段の槽における水面を調整する観点から大気圧に触れる状態（開放状態）となっていることが好ましい。なお、これは後述の第二の配管において同様である。

また、本装置１においては、焼土充填槽３から飼育槽２に水を送る第二の配管５を備えている。第二の配管５は、焼土充填槽３から飼育槽２に水を戻すためのものである限りにおいて限定されず、途中に様々な槽、部材を配置することが可能である。本装置１においては、第二の配管５の中間位置に水を貯留するための貯留槽６を備えており、第二の配管５は二つ、すなわち前段部分５１及び後段部分５２に分けられている。

第二の配管５の構造は特に限定されるものではないが、上記飼育槽２から焼土充填槽３に水を送る第一の配管４と同様の構造を採用することができるが、吸入口は焼土充填槽３の底部近傍にできるだけ近く配置することが好ましく、配管の少なくとも一部、好ましくは排出部が、焼土充填槽３の充填された土表面より低い位置に設置されていることが好ましい。このようにすることで、十分に焼土充填槽を透過した水を外部に排出することができるようになるとともに、排出口を底面より高く、土表面よりも下とすることで焼土充填槽内に貯留される水の水面を土表面よりも下で一定量確保することができるようになる。特に、土表面よりも下とすることで、藻の発生を抑えることができるようになる。この水面の高さとしては限定されるわけではないが、例えば土表面から２ｃｍ以上１０ｃｍ以下の範囲としておくことが好ましい。

ところで、焼土充填槽３の最下層には焼土が充填されていない領域を形成し、この領域に第二の配管の吸入口を配置しておくことが好ましい。吸入口は水の勢いが比較的強く、そのため、このように焼土が充填されていない領域を形成することで、これにより焼土が吸入口の周囲に付着することによる水流の悪化を防ぐことができる。この方策としては、例えば焼土よりも十分に小さな孔が形成された板材を弾性部材等のスペーサーを介して配置する方法等を例示することができるがこれに限定されない。

また本装置１における貯留槽６は、上記焼土充填槽によって浄化された水を貯留するとともに、送水部材を配置し、安定的に飼育槽２に水を戻すために用いられる調整用途に主に用いられる槽である。貯留槽自体は調整に好適なものであるため、場合によっては省略することが可能である。

送水部材は一般に機械器具であり、その動作時においてはモーター等の動力音が発生する。この動力音は水生動物に対するストレスとなりうる場合が少なくない。そのため本装置１では、送水部材を貯留槽内に設けておくことで、水生動物に対するストレスを低減させることができ、低負荷環境を提供することができるようになる。

貯留槽６の構造は、所定量の水を貯留することができる限りにおいて限定されず、上記飼育槽と同様の構成とすることができる。特に貯留槽６自体は観賞が目的ではないため、周囲が不透明な部材であってもよい。

また、貯留槽６には、送水部材が設けられていることが好ましい。ここで送水部材とは、水に対して流れを形成すること、より具体的には水を押し出す流れを形成することができるものであって、例えば送水ポンプを例示することができる。送水部材を設けることで、貯留槽６を低い位置に設けた場合においても、安定的に飼育槽２内に水を送ることが可能となる。なおこの送水部材によって送られる水は、第二の配管の後段部分５２を通じて飼育槽に戻される。また、送水部材は、一般には貯留槽６等の槽内に配置して槽内の水を送り出すものが一般的であるが、槽を必要としないいわゆるインラインポンプ等を採用することもできる。

また、飼育槽から再び飼育槽に戻る水の流れの途中において、ナノバブルを発生させる構成を採用することが好ましく、より具体的には、第二の配管によって飼育槽に戻る水の流れの途中にナノバブル発生装置を設けておくことが好ましい。これにより水中の酸素濃度を高い状態で安定的に確保できるといった効果がある。

ここで、本装置１の浄水作用・動作について説明する。

まず、飼育槽の底部には焼土を敷き広げておくことが好ましく、その後水を充填し、水中に水生動物を入れ、飼育する。また、焼土充填槽には焼土を充填し、所定の高さまで水を加えておく。なお、水面が飼育槽の排水口の高さに達した場合、第一の配管を介して土充填槽に排出されるよう二つの槽の高さ調整が行われるようにしておく。

まず、飼育槽では水生動物が活動することでフンなどの有機物やアンモニア等が排出される。この有機物は水中の微生物によってリン酸及びアンモニア等の無機物に分解される。分解されたリン酸やアンモニアは水の流れとともに飼育槽下部に敷きつめられた焼土に接触する。

リン酸やアンモニアは焼土に接触するとまず焼土の細孔に吸着され、焼土の細孔や表面に付着した好気性の微生物によってアンモニアは亜硝酸及び硝酸塩に変換される。そしてさらに、飼育槽の焼土のうち更に底部に近い側は嫌気性状態となっており、嫌気性状態の部分においては焼土に付着する嫌気性の微生物によって硝酸が窒素に変換される。すなわち、飼育槽内において発生するリン酸及びアンモニアの一部は、吸着又は窒素に還元される。なお、後段において植物の育成に必要となるカリウムは随時充填される水、水生動物のフン中や餌中に含まれており、通常の操作によって常時十分な量が供給、循環される。

一方、飼育槽内の焼土によっても処理できない過剰なリン酸、アンモニア、亜硝酸、硝酸、カリウム、有機物等については次の焼土充填槽に送られる。

焼土充填槽に送られる残ったリン酸、アンモニア、亜硝酸、硝酸、カリウム、有機物等は、上記焼土の作用と同様、分解、酸化、吸着又は窒素に還元される。一方、焼土充填槽には植物が植えられており、植物によって余剰のリン酸塩、硝酸塩、アンモニア及び窒素、カリウム等は吸収される。この結果、リン酸塩、窒素化合物及びカリウムは十分に低減される。

また、焼土充填槽には焼土を充填し、その焼土充填槽からの水は、底部から土表面の下にある高さの排出口等を介して貯留槽に送られる。

そして、上記成分が十分に低減された水は貯留槽に貯留され、ポンプ等の送水部材によって再び飼育槽に戻される。

すなわち、以上の構成によって、土等の培地を用いた栽培が可能であるとともに、より場所を有効活用できる循環型飼育栽培装置となる。

なお、本実施形態においては、飼育槽２の底部に焼土を敷き広げた例を示しているが、十分に焼土充填槽によって浄化が可能である場合、この飼育槽２の底部に焼土を敷き広げない場合も可能である。

（実施形態２）
図３は、本実施形態に係る飼育装置（以下「本装置」という。）１の概略を示す図である。本飼育装置の各要素は、上記実施形態１と同様であるが、第二の配管５の中間位置に水耕栽培槽７を設けている点が異なる。なお水耕栽培槽７の後段には上記貯留槽６が設けられている。

本装置１における水耕栽培槽７は、植物の水耕栽培を行うことができる槽であり、水を充填させることができる限りにおいて限定されず、上記栽培槽と同様の構成を採用することができる。

本装置１では、焼土により植物を栽培可能とするとともに、水耕栽培槽において水耕栽培が可能でなる。具体的に説明すると、焼土部分においては花、実を結ぶ植物を主として栽培可能であり、水耕栽培部分においては上記花や実を主としない植物、例えば葉物野菜を主として栽培可能である。これは、焼土充填槽（焼土部分）においては、花や実の結実に重要であるリン酸が多量に存在するため花や実を結実する植物を好適に栽培することができる。一方、水耕栽培槽（水耕栽培部分）では、既に十分焼土部分においてリン酸が消費又は吸着されているため、水耕栽培において藻の発生を抑えることができるようになっているとともに不必要な結実を抑え、より効率的に葉物野菜等を栽培することができる。この植物としては特に限定されるわけではないが、例えばレタス、ミント、ルッコラ、パセリ等を例示することができる。

また、本装置１における水耕栽培槽７の底部には、上記飼育槽と同様、焼土が敷き詰められていることが好ましい。このようにすることで、更に残ったアンモニアやリン酸等を吸着させることが可能となる。

（実施形態３）
図４は、本実施形態に係る飼育装置（以下「本装置」という。）１の概略を示す図である。本飼育装置の各要素は、上記実施形態２と同様であるが、第二の配管５の途中に貯留槽を設け、その後さらに多段に複数の水耕栽培槽を設けている点が異なる。このようにすることで、飼育槽及び焼土充填槽を少なくする一方、水耕飼育槽を多数設けることが可能となる。特に、貯留槽を設けることで、多数の水耕栽培槽に供給する水の水質などを安定的に管理することが可能となる。

（実施形態４）
図５は、本実施形態に係る飼育装置（以下「本装置」という。）１の概略を示す図である。本飼育装置の各要素は、上記実施形態３とほぼ同様であるが、貯留槽と水耕栽培槽の位置が逆となっている点のみが異なる。このようにすることで、上記実施形態３と同様、飼育槽及び焼土充填槽を少なくする一方、水耕飼育槽を多数設けることが可能となる。

ここで、上記実施形態に係る飼育装置について実際に作製し、その効果を確認した。以下具体的に説明する。

まず、幅６０ｃｍ、奥行３０ｃｍ、高さ４０ｃｍのガラス製の水槽を３槽用意し、一つ目の槽には５ｃｍほど一部がガラス化した平均粒径約１．５ｍｍの焼土（ルーセントＣ（株））を敷きつめ、水を３０ｃｍ程充填し、飼育槽とした。二つ目の槽には、第二の配管の吸入口を下部に配置し、その周囲に弾性部材を配置した上で、上記焼土を槽の上端まで充填し、土充填槽とした。三つ目の槽には３ｃｍ程上記焼土を敷きつめ、上端近傍まで水を充填直径３ｃｍ程の多数の孔が形成された発布スチロールパネルを浮かせて配置し、水耕栽培槽とした。さらに、貯留槽として、幅３０ｃｍ、奥行き３０ｃｍ、高さ３０ｃｍ程のプラスチック製の器を貯留槽として用いた。なお、飼育槽と土充填槽の間には、第一の配管を配置した。また、焼土充填槽と水耕栽培槽の間、水耕栽培槽と貯留槽の間、貯留槽と飼育槽のそれぞれの間に配管（第二の配管）を接続し、循環経路が形成されるようにした。なお、第一の配管は、第一の槽（飼育槽）の下部に吸入口が、上端より少し下の位置に排出口が来るよう配置した。また焼土充填槽と水耕栽培は、上記のように焼土充填槽の下部から、上端より少し下の位置に排出口が来るよう配置した。また、水耕栽培槽においては、水面近傍の位置に吸引口を配置し、これら三槽よりも下の位置にある貯留槽に排出されるよう構成した。また、貯留槽内には水中ポンプを配置し、再び飼育槽に水が供給されるよう構成した。

そして、上記構成に基づき、ホンモロコ１２匹を飼育槽で飼育するともに、キンカン及びビオラを焼土充填槽で栽培し、水耕栽培槽でミント、ルッコラを栽培した。

そして、上記から６カ月経過した後も、水替え及び焼土においても不都合はなく、特に焼土充填槽及び水耕栽培槽において藻の発生はほとんど見られず、省スペースにて水生動物の飼育、土壌による植物栽培、水耕栽培を一つのシステムで行うことができるのを確認した。

本発明は、循環型の飼育栽培装置として産業上の利用可能性がある。

Claims (6)

1. 水生動物を飼育する飼育槽と、
   二酸化珪素を含む粘土を焼結し一部がガラス化した焼土を充填した焼土充填槽と、
   前記飼育槽から前記焼土充填槽に前記飼育槽内の水を送る第一の配管と、
   前記焼土充填槽から前記飼育槽に水を送る第二の配管と、を備えた循環型飼育栽培装置。
2. 前記飼育槽は、前記焼土が底に敷き広げられてなる請求項１記載の循環型飼育栽培装置。
3. 前記第二の配管の中間位置に、水を貯留するための貯留槽を備えている請求項１記載の循環型飼育栽培装置。
4. 前記第二の配管の中間位置に、更に、水耕栽培を行うための水耕栽培槽を備えている請求項１記載の循環型飼育栽培装置。
5. 前記焼土充填槽には、更に、前記焼土が充填された栽培鉢が備えられてなる請求項１記載の循環型飼育栽培装置。
6. 送水部材が、前記貯留槽内に設けられている請求項１記載の循環型飼育栽培装置。