JP3213501U - 微細気泡発生装置及びそれを用いた液槽システム - Google Patents

Abstract

【課題】液体中に微細気泡を効率よく発生し、液体が養殖水槽の水の場合、水中酸素濃度を高め、水生生物の活性化をはかると共に、水生生物の排泄するアンモニア及び亜硝酸成分のろ過を行う微生物の活性化もはかる液槽システムを提供する。【解決手段】液中に散気管３３を配置し、送気ポンプにより送られてくる気体（空気）を導くため、散気管３３に送気管を接続する。散気管３３より液中に放出された液中気泡３４が液中ポンプ３５の気泡吸込口３６から取り込まれ易いように、散気管３３の位置を気泡吸込口３６より低い位置に配置する。また、散気管３３から放出される液中気泡３４の拡散を防ぎ、効率よく気泡吸込み口３６に導くために適宜気泡飛散防止壁３８を設ける。液中ポンプ３５は液槽内の液体と吸込んだ気泡３４とをその内部で攪拌して微細気泡を発生させる。【選択図】図１

Description

本発明は液中に微細な気泡を発生する装置に関する。
また、本発明を水生生物の養殖に応用した場合の水槽および養殖に使用する水をろ過する装置に関する。

そして、海水の給水と排水の手間を極力減らすために、養殖用水をろ過し、循環して使うための方法として、微生物によるろ過が有効であるが、本発明は更に、微生物の定着と活性化を考慮した養殖水槽の構造と微生物の活性化の方法に関する。

都市から離れた山間地や離島では地域に根ざした産業を維持したり、新たに起こしたりするのが難しく、それが若者の育った土地から離れる原因になり、過疎化を招き、人口の高齢化が進む。
従来多くの島で地域の産業として中心をなしてきた漁業に於いては、海洋汚染や国内外の大型漁船による商業漁業の影響、自然環境保護等の問題により島民が海上において水生生物（海洋生物）を捕獲するのが困難になってきている。その対策として沿岸に生簀を作り養殖をすることも良く行われるが、これは実施できる場所が限定されているうえに、この方法では海洋汚染による影響は解消されないので、十分な解決策になっていない。

本願特許の出願人は一貫して、海洋汚染に影響されない水生生物の陸上での養殖を指向し、それを事業化する事により過疎化の問題を解決する一助になることを願って研究開発を行ってきた。
この発明はそのような背景から生まれてきたものであるが、特に過疎化の進んだ山間部や離島に於いて水生生物の養殖を行う中でなされた発明である。

なお、文中で使用している「微細気泡」とは一般に使用されている、マイクロバブル、マイクロナノバブル、ナノバブルの総称である。
マイクロバブルとは、一般に気泡の直径が１０マイクロメートル（１／１００ｍｍ）〜数十マイクロメートル以下の微細な気泡のことをいい、マイクロナノバブルとは、直径が数百ナノメートル〜１０マイクロメートル（１／１００ｍｍ）以下の気泡のことを言う。
さらにナノバブルとは気泡の直径が数百気泡の直径を言うが、短時間で水中に溶解し、水中の気体濃度を高める働きがある。

マイクロバブルは時間の経過と共にマイクロナノバブル化するとされ、このサイズになると収縮速度が速くなり、急激に小さくなる。ナノバブルはこの過程で生じたものが多い。
バブルの大きさに関する定義は他にもあるが、本願書類の中ではこの定義に従う。

液体が養殖水槽の水の場合、マイクロバブルは水中酸素濃度を高め、水生生物の活性化をはかると共に、水生生物の排泄するアンモニア及び亜硝酸成分のろ過を行う微生物の活性化もはかる。これを多量に発生させる方法として、従来から、加圧減圧法（気体を加圧し大量に液体中に溶解させた後減圧により再気泡化する方法）や気液せん断法（気体を液中に導入し、ファンを毎秒数百回転させ、気体を切断・粉砕させ発生させる手法）や、微細な孔を有するフィルムなどに高圧の空気を通して微細気泡を発生させる微細気孔加圧法等が知られている。

特開２０１４−０６９１６０ 加圧減圧法 特許５０９９６１２ 気液せん断法 特開２００９−１１９４００ 微細気孔加圧法

先行技術文献記事で微細気泡を発生させる方法の例は記述したが、しかしこれらはいずれも大掛かりな装置が必要で、小規模な水槽にはなかなか適応できない。そして、高い圧力や高速な回転を必要とするためにどうしても振動や騒音が発生してしまう。

また、省スペースで養殖水槽を実現するために水槽を２段に重ねる場合は、養殖用水を上部水槽と下部水槽それぞれの中で循環させるだけではなく、上部水槽と下部水槽間でも循環させるために、更に送水ポンプを追加して水槽内に設置することが必要になる。
養殖水槽に多くの、強力なポンプを使用するとその振動、騒音のため養殖生物の食欲に影響し、その成長が著しく遅くなったり、場合によっては死滅したりする。
さらに、装置が大きくなり、電力消費量が増え水槽の温度が上昇して、この面からも飼育している生物の環境に影響を与える。

解決手段

送気ポンプと、前記送気ポンプに接続された送気管と、前記送気管に接続され、液中に配置された散気管と、液中ポンプとを有し、前記送気ポンプから前記送気管を経由して送られた気体を前記散気管によって液中に気泡として放出し、前記液中ポンプは、前記散気管より放出された気泡を気泡吸い込み口から取り込み液中で攪拌して微細気泡を発生させる。

前記液中ポンプを液中ポンプ設置台に載せ、前記液中ポンプの気泡吸込口を前記散気管の位置より高い位置に配置する

この装置は海や河川の中に設置して用いることが可能だが、陸上で養殖用の水槽に用いることも出来る。その場合この装置を養殖水槽内に設置して使用する。

前記液槽を上下に複数段に重ね、相対的に下部に位置する下部液槽内に前記微細気泡発生装置を配置し、前記微細気泡発生装置で発生した微細気泡を下部液槽内に放出するとともに相対的に上部に位置する上部液槽にも送出するため、送泡パイプを設け、前期送泡パイプの先端である上部微細気泡放出口を前記上部液槽内に配置する。
養殖水槽とし使用する場合は水槽内に微生物ろ過装置を配して水の液槽浄化を行う。養殖水槽とし使用する場合は、液体が水であり、気体の主成分が空気である。

発明の効果

本発明の微細気泡装置を用いて高濃度の微細気泡を液（水）中に発生することによりさまざまな効果を利用することが出来る。
視認しやすいものとしては、その気泡が液中の異物に付着して浮き上がらせる事により、異物の排除しやすくなるという効果がある。

最も中心的な効果は、微細気泡を液体の中の物質に放出し、溶融させることにより水中の酸素濃度を高めることによる効果である。
微生物を培養において、乳酸菌と糖化菌の共生培養ではそれぞれ単独で培養した場合に比べて１０倍以上促進されると言われているが、本装置を用いると更に１０倍促進されるというデータもある。この方法により微生物の大量培養が可能になる。

更に本発明の技術を、微生物ろ過を使用した水生生物の養殖に用い、養殖水の酸素濃度を高めることにより、養殖生物の生長を促すのみでなく、ろ過に用いる微生物を活性化し、養殖用水の交換頻度を少なくする事ができる。
また、微生物によるろ過性能も高くなり、酸素濃度も高くなるため、狭い水槽中でも養殖生物を高密度に生育することができる。これは大きな、産業上の効果である。

また、本願特許発明者の経験によると、鮑の稚貝の輸送時に空港で１日以上予定にない指し止めをされて仮死状態で届いた事があった。このまま通常の水槽で飼育した場合、全滅の可能性があったがこのときに本願発明の水槽で養生した事により個体の６０％以上再生したという実績がある。

また本願発明の装置の特徴は、散気管から放出されてすでに気泡となっている空気を水中ポンプで更に微細気泡化するという、二段階処理のために、それぞれの段階では装置に高圧や高回転が要求されず、振動や騒音が低い装置を実現できる点にある。

水生生物の養殖に限らず養殖される生物は一般に環境により生育状況が大きく影響される。振動が加えられると食欲が急激に衰え、成長が止まるのみでなく、死滅することもある。本願発明の技術を用いれば、振動の少ない微細気泡発生装置で水の循環をするために、水生生物にとって良好な生育環境を提供可能で、その生育を促すことができる。

このように、振動、騒音の少ない微細気泡発生装置を、一般に市場で入手できる最小の部品点数で実現可能にする。
このように簡単な装置により陸上養殖を実施できる。

また水槽での養殖に使うばかりではなく、液体中に多量の気体を溶解させる必要がある用途に本願技術を応用すると、小型軽量な装置ができる。

本願発明は水生生物の養殖に応用するためになされたものであるが、これに限るものではなく、他の産業にも応用できる。 微細気泡が液中で圧壊するときに生じる微細振動（超音波など）による作用がある。これは洗浄、肌の刺激による美容作用などへも応用が考えられる。
たとえば、微細気泡を使った洗浄に好適に用いることが可能であり、その場合は例えば、水に換えて洗浄用オイルに使用することも同じ技術範囲で容易に考えられる。また空気に換えて、その処理に必用な気体を用いる事も可能である。

微細気泡発生装置の構成図 微細気泡発生装置を応用した水生生物養殖水槽 ２段水槽への応用例 ２段水槽構成図

図１に実施例１を示す。
なおこの項では液体を一般化した名称で記載しているが、特に水槽に関する場合の名称を（ ）のカッコ内に記した。
液体の中に液中ポンプ設置台３０（水中ポンプ設置台）を配する。液中ポンプ３５（水中ポンプ）を液中ポンプ設置台３０（水中ポンプ設置台）に載置する。

液中に散気管３３を配置し、送気ポンプにより送られてくる気体（空気）を導くため、散気管３３に送気管３１を接続する。
散気管３３より液中に放出された液中気泡３４が液中ポンプ３５（水中ポンプ）の気泡吸込口３６から取り込まれ易いように、散気管３３の位置を気泡吸込口３６より低い位置に配置する。散気管３３は液槽１（水槽）の床面に配置しても良いが、気泡吸込口３６との位置関係を安定化するために液中ポンプ設置台３０（水中ポンプ設置台）に棚（図示せず）を取付けてその上に設置しても良い。

また、散気管３３から放出される液中気泡３４の拡散を防ぎ、効率よく気泡吸込み口３６に導くために適宜気泡飛散防止壁３８を設ける。

液中ポンプ３５は液槽１（水槽）内の液体（水）と吸込んだ気泡３４とをその内部で攪拌して微細気泡９を発生させる。
微細気泡９は液中ポンプ３５（水中ポンプ）の微細気泡放出口３７から放出され、液槽１（水槽）内に拡散される。

図２に本願発明の微細気泡発生装置を、微生物ろ過装置を用いた水生生物養殖装置に応用した例を示す。

この例では水槽１の床を傾斜させてあり、その低部に微細気泡発生装置３が設置されている。
これは液槽１（水槽）内の水生生物の排泄物や残滓のうち斜面に沿って下降して来たものに対して微細気泡がそれに付着して浮揚しやすくするためである。

水槽１内に養殖用水２と微生物ろ過装置４とオーバーフローパイプ５を設置する。
オーバーフローパイプ５は垂直に配置し、その下端は水槽１を貫通させてある。そして上端は水槽１内の最高水位の高さにあわせ、それ以上水位が上がらない様にする。
微細気泡が付着した排泄物や残滓は養殖用水の表面に浮き上がり、オーバーフローパイプへ養殖水とともに流れ込む。流れ込んだ水は適宜濾し布などで排泄物や残滓を濾しとられた後下部水槽へ流れ込む。
しかし、オーバーフローパイプ５は必ずしも水槽１を貫通しなくてもよく、オーバーフロー水の排出口の高さをオーバーフローパイプ５全体の最下端に位置すればよい事になる。

水槽１内に養殖する水生生物６を入れる。
微細気泡発生装置３により発生した微細気泡９は水槽内に拡散され、養殖水の酸素濃度を上げ、養殖生物のみではなく、微生物ろ過装置４の微生物、特に好気性微生物を活性化して水中のアンモニア及び亜硝酸を硝化する能力を著しく高める。
この微生物ろ過装置４は多孔質の石材に硝化菌を定着させたものを用いることが多いが多孔質のものならたとえば活性炭やカーボン繊維など他のものも使用可能である。

図３に実施例２を示す。これは水槽を２段に重ね、建屋内のスペースを効率的に使うことと、コンパクトになるので養殖時の作業の手間を省くために有効である。
養殖生物６は上部水槽と下部水槽に入れることができる。もちろんそのいずれか片方でも可能である。

微生物ろ過装置４は下段に設置する。
また微細気泡発生装置３も下部水槽内に設置する。 それにより発生した微細気泡９によって上部水槽内４１及び下部水槽４２内の養殖水２」を循環させるとともに微生物ろ過装置４内の微生物に酸素を供給して活性化する役割を果たす。

また、微細気泡９は送泡パイプ４０を通して上部水槽にも送られる。このとき気泡とともに水も上昇し、上下の水槽内で循環する。このように上昇水流が発生するために、本発明を実施すれば別途上部水槽４１に送水するためのポンプを用いなくても良いので、省エネルギー（ポンプの消費する電力）と低騒音化と低振動化を実現できる。

図４に２段水槽の全体概念図を示す。左下は下部水槽４２の平面図である。
水槽の形状によりまた養殖する生物の種類によって適宜仕切り板４６を挿入する。仕切り板４６はろ過部水採り入れ口４８を要し、そこから微細気泡を含んだ水を通し、水槽内の水の流れを規制する効果がある。 養殖する水生生物によっては使用しないばあいもある。

上部水槽に設けたオーバーフローパイプより流れ出す水は途中で残滓フィルター４５を通し排泄物や残滓を濾し取った後下部水槽に流入させる。

１ 水槽
２ 養殖用水
３ 微細気泡発生装置
４ 微生物ろ過装置
５ オーバーフローパイプ
６ 養殖生物
７ 浮遊または浮揚している排泄物や残渣
８ 除去された排出物や残渣
９ 微細気泡
３０ 液中ポンプ設置台
３１ 送気管
３２ 送気ポンプ
３３ 散気管
３４ 液中気泡
３５ 液中ポンプ
３６ 気泡吸込口
３７ 微細気泡放出口
３８ 気泡飛散防止壁
３９ 液槽床
４０ 送泡パイプ
４１ 上部水槽
４２ 下部水槽
４３ 下部飼育水槽部
４４ 下部ろ過水槽部
４５ 残滓フィルター
４６ 仕切り板
４７ 上部水槽微細気泡放出口
４８ ろ過部水取入れ口

Claims (5)

1. 送気ポンプと、前記送気ポンプに接続された送気管と、前記送気管に接続され、液中に配置された散気管と、液中ポンプとを有し、前記送気ポンプから前記送気管を経由して送られた気体を前記散気管によって液中に気泡として放出し、前記液中ポンプは、前記散気管より放出された気泡を気泡吸い込み口から取り込み液中で攪拌して微細気泡を発生させることを特徴とした微細気泡発生装置。
2. 前記液中ポンプを載せ、前記液中ポンプの気泡吸込口を前記散気管の位置より高い位置に配置することを可能とした液中ポンプ設置台を有する請求項１に記載の微細気泡発生装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の微細気泡発生装置と、液体を蓄えることが可能な液槽とを有する液槽システム。
4. 前記液槽を上下に複数段に重ね、相対的に下部に位置する下部液槽内に前記微細気泡発生装置を配置し、前記微細気泡発生装置で発生した微細気泡を相対的に上部に位置する上部液槽に送出する送泡パイプを設け、前期送泡パイプの先端である微細気泡放出口を前記上部液槽内に配した液槽システム。
5. 前記液槽が水槽であり、前記液体の主成分が水であり、前記気体の主成分が空気である、請求項３乃至請求項５のいずれかまたは複数の請求項に記載の液槽システムに於いて、前記水槽内に微生物ろ過装置を配した液槽システム。

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