JP3102141U

JP3102141U - 養殖用高効率脱窒素フィルター

Info

Publication number: JP3102141U
Application number: JP2003270449U
Authority: JP
Inventors: 信彦政田
Original assignee: 信彦政田
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2009-07-02

Abstract

【課題】主に陸上など閉鎖的環境での養殖など、魚類を飼育する際に最終的に飼育水中に蓄積していく硝酸態窒素の極めて安価かつ効率的な除去を可能にする構造の脱窒素フィルターにより、完全陸上養殖を可能にする。
【解決手段】ポンプ1でフィルター内にのみ循環を加える。ただし、これによって出口3、入口4の内部までは循環しない。フィルター内は嫌気性を保った上に、チャネル現象が生じず、しかも全体は均一化され、有機炭素投入口2から細菌の栄養分も充分行き渡る構造とした。すなわち、脱窒素フィルター内に循環を加え、内部を均一化することにより、内部の水循環の偏りを解消し、さらにろ過器内部に有機炭素源としてブドウ糖を添加し脱窒素細菌を効率よく働かせる。またろ過器に注水・排水する水にはそれぞれの濾材を装填した別ろ過器を通過させる。これにより濾過機内に入る水の酸素濃度を下げて内部の脱窒素細菌の活動に適した環境を作り実質的な脱窒素作用を得た。
【選択図】図1

Description

考案の詳細な説明

本考案は、水生生物の完全陸上養殖を可能にするための養殖・飼育技術に関するものである

従来の技術では、次亜塩素酸など、化学的に反応させて水中の窒素を取り除く方法の場合があり、なんらかの特別な物質が科学物質が必要であるとともに、飼育生体に対し、危険な場合が多かった。また細菌を使用するものは極端に効果が低いものが多く、また効率を上げるために細菌のエネルギー源として有機炭素源を添加しても構造的な問題で有効に使用することが出来ず、またコスト的な問題からいずれにして大規模養殖では使用が困難なものが多かった。
例：特許文献１特許庁特許電子図鑑ページより（特開２０００−１５７１００号発明の名称魚類等の種苗生産及び飼育用の水処理装置及び方法）より

考案が解決しようとする課題

１．脱窒素細菌を使用したフィルターは、嫌気的な環境が必要であり、実現するためには、密閉された容器が必要であるが、これも大規模の養殖などで建造・使用する際には極めてコストがかかる。
２．既存の水生生物飼育用脱窒素フィルターは、大きく分けて二種に分けることが出来、それぞれに課題が見受けられる。
一つは脱窒素細菌を使用して脱窒素を行うというもの、もう一つは次亜塩素酸などの特殊な物質を使用して化学的に窒素を排出するというものである。前者には細菌のエネルギー源として有機炭素を使用するもの、また使用しないものがあるが、いずれの場合も細菌を使用する場合は内部を細菌の活動のために嫌気的にするため、循環させる水の量を極少にしていた。そのため必然と比較的体積の大きなろ過器内部のごく一部しか細菌活動が発生せず、結果的に効果が皆無になってしまうものが多かった。また、有機炭素源を使用しない場合は、構造の如何にかかわらず、脱窒素効果は皆無であった。
また後者は濾過器の構造・コスト的に当発明比較すれば大規模養殖には向かず、使用する物質がもともと生体に危険である
ゆえに、細菌を利用して効率の極めて高い脱窒素を起こさせることが必要である。
３．内部で大量に使用する濾材に特殊なものを使用する場合が多いため、この点もコストがかかるため、低コストで性能の良い濾材が必要である。

課題を解決するための手段

通常は密閉された容器を用いてろ過器とするが、大規模な養殖などの設備に実施する場合は、一般的な水槽に、発泡スチロール等、水に浮かぶ比重をもったものを浮かべる構造にする。それにより、嫌気性細菌である脱窒素細菌が充分に活動できる程度の嫌気性を実現できる密閉状態になった還元濾過器内で、飼育装置の主となる水の循環とは別に、濾過器内部だけの水流、または循環源を持たせ、濾過機内の嫌気性を保持したまま内部に多量の循環を与えることで、内部の不均一性を解消し効率化を計っている、さらに細菌慮床として使用する濾材には汎用性の高いスポンジを用い、濾過機内全体に浮遊また不動状態で使用している。

以下添付図面に添って説明する。説明上、図の解説順番が前後するが、まず図２に添って説明する。１飼育水槽、２好気フィルター、３脱窒素フィルター（還元フィルター）、とし、その水を循環させる４ポンプを配管、５オーバーフローパイプとからなり、海水は２の底面から１と３に分配されその必要量をそれぞれに供給する。そして３からオーバーフローした海水が配管により２に流れ込む構造である。２は一般的な生物濾過用で、好気フィルターは底面に一般的な生物濾過材を置いてフィルターとし、その大きさは約６０Ｌの容量とした。
図面１に添って脱窒素フィルターの構造の詳細について説明する。
これは本考案の主体であるフィルターである。６ポンプでフィルター内にのみ水流および循環を加えるが、１０出口、１１入口の内部はそれによる循環の影響はない。細菌の活動の場である９濾材には各所にスポンジ片を用いてあり、フィルター内は嫌気性を保った上に、チャネル現象（一水回路）が生じず、しかも１０，１１内部以外の濾材は水流によって水質が均一化され、７有機炭素投入口から細菌の栄養分も充分行き渡る構造となっている。また、８は発泡スチロールなど水より比重が軽く、かつ水質に変化を与えないもので、これの使用により、大面積にわたる嫌気的な容器を用意することを可能にしている。
以上の飼育設備を測定のための実施例の実験区とし、及びこの設備から脱窒素フィルターのみを欠いた設備を対称区とし、実験区、対象区の双方の水中の硝酸塩の濃度、およびｐＨの変動を計時的に測定した。また、実験区のみにある脱窒素フィルターの作動に添加する細菌の栄養源の有機炭素源にはブドウ糖は、水溶液とし、測定開始日より終了の３０日目まで、合計４ｇを連続的に投入した。
このようにして測定・実験した飼育装置を実験区とし、また、その他の飼育条件は下記に示すとおりである。
測定期間：３０日間
初期硝酸塩濃度：５０ｐｐｍ
飼育水槽：９０ｃｍ×４５ｃｍ×４５ｃｍの規制のアクリル製約１６０Ｌ
ポンプ：実質循環量：２０Ｌ／毎分（脱窒素フィルターへは毎分約０．１Ｌ循環）
脱窒素フィルター内ポンプ：水中ポンプ実質循環量：１０Ｌ／毎分
水温：２８±１（ヒーター、気化熱利用ファンで調整。）
海水の比重：１．０２０〜１．０２２
使用人工海水：レッドシーファーム社製レッドシーソルト
照明（蛍光灯）：３０ｗ×２灯を１日に１２時間照射
脱窒素（嫌気）用濾材：ウレタンスポンジ約２０Ｌ
（脱窒素フィルターの詳細は図２参照）
好気的濾過用濾材：サンゴ砂（粒計３〜５ｍｍ）
また、好気的ろ過の細菌を予め繁殖させるため、測定期間以前の３ヶ月間に渡り魚類を数匹飼育し、それにより硝酸塩を５０ｐｐｍに調整した。その間、脱窒素フィルターにはブドウ糖の添加を行っていない。そのため、脱窒素細菌が繁殖を実用的な数になるほどに開始したのは、添加を開始した測定期間からと考えられる。
以上の条件で飼育を行ったところ、実験区、対象区で異なる結果を得た。
ここからの説明は、図３、及び図４に添って説明する。
図３に示すように、対象区では初期硝酸塩濃度に変化無く、実験区は３０日程度で約１ｐｐｍにまで減少した。また、ｐＨの値も、実験区では最終的に天然海水と同様の値である８．２にまで上昇したが、対象区では初期の値のままであった。なお、還元の作用によって発生する途中生成物であり、生体に有害な亜硝酸は終始発生を見られなかった。
ただし、測定期間の３０日間は水質の変動を正確に把握するため、給餌等の必要になるため魚類等の飼育は行っておらず、測定終了後、参考的にスズメダイ・ゴンベ・ハナダイ・チョウチョウウオ類などの水質に対し敏感な魚種を同条件で３ヶ月間以上飼育し、生体に対する安全を確認した。この間３〜５ｃｍの魚類を常に５〜１０匹飼育を行ったが、硝酸塩濃度は１０ｐｐｍ以内、ｐＨは７．８〜８の値を維持した。

考案の効果

大面積の容器などでも、極めて安価に、脱窒素細菌が活動できる程度の嫌気状態を実現でき、また濾過器内部の水の流れの偏りをほぼ完全に解消している。また、濾材を浮遊させることでさらに脱窒素細菌の活動の効率を上昇させている。そして使用する各素材が、どれも極めて汎用的なものであるため、専用の一般素材を使用するときに比較し、遥かに安いコストで水中に蓄積する最終的な窒素生成物である硝酸塩を取り除くことが出来できる。
これらにより、これまでの技術に比較し遥かに低コストでありながら生物を飼育する飼育水を基本的に交換する必要がなく、完全陸上養殖を可能にする。

考案の利用可能性

脱窒素フィルターを詳細に示した断面図である。実施例の装置全体を示した図である。脱窒素フィルターを設置した実施例と、脱窒素フィルターを設置せずに対象実験としたものの水中の硝酸塩濃度を測定したグラフである。脱窒素フィルターを設置した実施例と、脱窒素フィルターを設置せずに対象実験としたものの水中のｐｈの変動を測定したグラフである。

符号の説明

１飼育水槽
２好気的生物フィルター
３発布スチロールなど、水より比重が軽く、蓋の役割を果たすもの
４主循環ポンプ
５オーバーフローパイプ
６脱窒素フィルター内循環ポンプ
７有機炭素（ここではブドウ糖）添加用配管
８発泡スチロール製の蓋
９スポンジ片（濾材）
１０脱窒素フィルターから排水する水を通過させるろ過器
１１脱窒素フィルターに注水する水を通過させるろ過器

Claims

完全またはほぼ密閉状態になった脱窒素濾過器内で、飼育装置の主となる水の循環とは別に、濾過器内部だけの水の循環を持っている。
脱窒素フィルターの水の入出口に、さらに別のフィルターを持っている。
濾材に汎用性の高いスポンジ片を用い、浮遊または不動状態で使用する構造を採用している。
脱窒素のための細菌のエネルギー源として糖、アルコールなどの有機炭素を用いる。
密閉状態の容器を構成するため、容器の水面に蓋状の物体を浮かべて使用している。