JP3840245B2 - 閉鎖循環式養殖システム及びｐＨ調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、陸上において、海水（人工海水を含む）を浄化しながら閉鎖系で循環させて再利用しながら、飼育水槽で魚介類を養殖したり一時的に蓄養したりするようにした閉鎖循環式養殖システム及びｐＨ調整装置に関するものである。

海水面から離れた陸上地点で、食用あるいは鑑賞用の魚介類を飼育する閉鎖循環式養殖システムが従来から検討されている。この閉鎖循環式養殖システムでは、飼育魚介類の排泄物や残餌等を飼育水槽から除去する処理を、周辺環境への排出希釈によることなく、システム内で行なう必要がある。

このために、飼育水槽に海水を循環させる浄化用循環経路を接続し、この循環経路に物理的ろ過装置や生物浄化槽を設け、飼育水槽の海水を循環させる間に、魚介類の排泄物や残餌等の固形物を物理的ろ過装置においてろ過して除去し、さらに魚介類の排泄物に起因するアンモニアを生物浄化槽において硝化菌等の微生物で硝化して除去することによって、海水の浄化を行なうようにしている（例えば特許文献１等参照）。

このように魚介類の排泄物に起因する海水中のアンモニアを、硝化菌等の微生物で硝化して除去するようにすると、硝酸成分の生成によって海水のｐＨが低下し、魚介類の飼育環境が悪化する。そこで、ｐＨの低下を防ぐために海水にアルカリ剤を添加してｐＨ調整を行なうようにしている。
特開平１１−２２５６１６号公報

上記のアルカリ剤としては、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カルシウム等が用いられているが、アルカリ剤中のナトリウムやカルシウムが循環閉鎖系の海水中に蓄積され、塩分上昇、海水イオン成分のバランスのくずれが発生し、魚介類の飼育に不調をきたすおそれがあった。このため、循環閉鎖系の海水の交換なしでは、養殖継続は困難になるものであった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、アルカリ剤を用いる必要なくｐＨ調整を行なうことができ、海水の交換をする必要なく魚介類の養殖を行なうことができる閉鎖循環式養殖システムを提供することを目的とするものであり、さらにアルカリ剤を用いる必要なくｐＨ調整を行なうことができるｐＨ調整装置を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係る閉鎖循環式養殖システムは、飼育水槽１の海水を浄化しながら循環させて飼育水槽１内で魚介類を飼育するようにした閉鎖循環式養殖システムにおいて、隔膜２で仕切られた陽極室３と陰極室４とを備え、飼育水槽１から供給される海水を電気分解する電解槽５及び、陽極室３から供給される海水中の活性塩素を炭化剤６で中和する中和槽７と、中和槽７内の海水に空気を噴出して曝気する散気管８と、陰極室４から供給される海水と中和槽７から供給される海水を混合して飼育水槽１に返送する混合槽９とを備えてなるｐＨ調整装置１００を具備して成ることを特徴とするものである。

また請求項２の発明は、請求項１において、電解槽５の隔膜２をカチオン交換膜で形成し、陽極室３を通過する通水量を陰極室４を通過する通水量の１／２０以下に設定して成ることを特徴とするものである。

また請求項３の発明は、請求項１又は２において、中和槽７内の炭化剤６を攪拌する攪拌ポンプ１０を備えて成ることを特徴とするものである。

また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、電解槽５内の隔膜２で仕切られる室の陽極と陰極を切り換える電極切替手段１１と、飼育水槽１から電解槽５の陽極室３と陰極室４とに海水を供給する流路を切り換える流路切替手段１２と、陽極室３と陰極室４から中和槽７と混合槽９に海水を供給する流路を切替える流路切替手段１３とを具備して成ることを特徴とするものである。

本発明の請求項５に係るｐＨ調整装置は、隔膜２で仕切られた陽極室３と陰極室４とを備え、海水を電気分解する電解槽５と、陽極室４から供給される海水中の活性塩素を炭化剤６で中和する中和槽７と、中和槽７内の海水に空気を噴出して曝気する散気管８と、陰極室４から供給される海水と中和槽７から供給される海水を混合する混合槽９とを具備して成ることを特徴とするものである。

電解槽５で海水を電気分解すると、隔膜２で仕切られた陽極室３では海水は酸性に、陰極室４では海水はアルカリ性になり、陽極室３の酸性の海水中の塩素の一部は中和槽７内での散気管８による曝気で海水中から除去され、中和槽７内の海水のｐＨは上昇する。そしてこの中和槽７から供給される海水と電解槽５の陰極室４から供給される海水を混合槽９で混合すると、混合した海水のｐＨは電気分解する前の海水のｐＨより上昇させることができ、ｐＨ調整をすることができるものである。

従って、このように混合槽９で混合してｐＨ調整した海水を飼育水槽１に返送することによって、アルカリ剤を用いるような必要なく、飼育水槽１の海水のｐＨ調整を行なうことができるものであり、海水の交換をする必要なく魚介類の養殖を行なうことが可能になるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、魚介類が飼育される飼育水槽１には浄水用循環経路２０とｐＨ調整用循環経路２１とが接続してある。浄水用循環経路２０には循環ポンプ２２、ろ過槽２３、生物浄化槽２４が水の流れに沿った順に接続してあり、循環ポンプ２２の働きで、飼育水槽１の海水はろ過槽２３と生物浄化槽２４を通過した後に飼育水槽１に返送されるというように、浄化用循環経路２０を通して循環させるようにしてある。そして魚介類の排泄物や残餌等の固形物はろ過槽２３においてろ過して除去し、また魚介類の排泄物に起因するアンモニアは生物浄化槽２４において硝化菌等の微生物で硝化して除去し、飼育水槽１の海水を浄化するようにしてある。

一方、ｐＨ調整用循環経路２１には、流路切替手段１２を構成する電磁式の切替弁１２ａ、電解槽５、流路切替手段１３を構成する電磁式の切替弁１３ａ、中和槽７、混合槽９を水の流れに沿った順に接続して、ｐＨ調整装置１００を形成するようにしてあり、ｐＨ調整用循環経路２１の適所には飼育水槽１の海水を循環させるための循環ポンプ（図示省略）が接続してある。

電解槽５の槽内は隔膜２で仕切って二つの室が形成してあり、各室内にはそれぞれ電極２５ａ，２５ｂが配置してある。そして電極２５ａ，２５ｂには直流電源２８が接続してあり、陽極に設定した電極２５ａが配置された室が陽極室３、陰極に設定した電極２５ｂが配置された室が陰極室４となるものである。切替弁１２ａと電解槽５の間のｐＨ調整用循環経路２１はパラレルな二つの流路２６ａ，２６ｂから形成してあり、一方の流路２６ａを切替弁１２ａと陽極室３の間に、他方の流路２６ｂを切替弁１２ａと陰極室４の間にそれぞれ接続するようにしてある。また電解槽５と切替弁１３ａの間のｐＨ調整用循環経路２１はパラレルな二つの流路２７ａ，２７ｂから形成してあり、一方の流路２７ａを陽極室３と切替弁１３ａの間に、他方の流路２７ｂを陰極室４と切替弁１３ａの間に接続するようにしてある。切替弁１３ａより下流側のｐＨ調整用循環経路２１はパラレルな二つの流路３１ａ，３１ｂに分岐してあり、一方の流路３１ａは中和槽７の上部に接続してある。他方の流路３１ｂは混合槽９に接続してあり、また中和槽７の下部と混合槽９の間にｐＨ調整用循環経路２１の一部をなす流路３２が接続してある。

中和槽７内には陽極室３から海水が供給されるが、この海水中に浸漬される状態で活性炭などの粒状の炭化剤６が入れてある。中和槽７内にはその水面より下側の位置において散気管８が配置してあり、散気管８にはエアポンプ２９が接続してある。エアポンプ２９から供給された空気は散気管８から、中和槽７内の海水中に吐出されるようにしてある。また中和槽７には攪拌ポンプ１０が接続してあり、中和槽７内の海水を汲み出して戻すというように循環させることによって、中和槽７内の海水を攪拌するようにしてある。中和槽７の上部は水面より上の空間が形成されるようになっており、この空間に面して開放口３０が設けてある。

上記のものにあって、飼育水槽１の海水は切替弁１２ａを通して電解槽５に供給されるが、海水は切替弁１２ａで流路２６ａ，２６ｂに分岐されて陽極室３と陰極室４を通過し、この際に電気分解される。このように電気分解を行なうことによって、陽極室３を通過する海水は酸性に、陰極室４を通過する海水はアルカリ性に調整されるものであり、陽極室３では陽極反応によって、海水中の食塩から次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）や塩素（Ｃｌ_２）などの活性塩素が生成される。ここで、切替弁１２ａ内の水路の径の設定によって、切替弁１２ａから流路２６ａを通過して陽極室３に流される海水の通水量が、切替弁１２ａから流路２６ｂを通過して陰極室４に流される海水の通水量の１／２０以下になるようにしてある。このように陽極室３の通水量を少なくすることによって、陽極室３で生成される酸性水のｐＨを４以下にすることができる。陰極室４に流される海水の通水量に対する陽極室３に流される海水の通水量の下限は特に設定されないが、１／１００程度が装置の実用上の限界である。

ここで、電解槽５の陽極室３と陰極室４を仕切る隔膜２としては、カチオン交換膜を用いるのが好ましい。海水を電気分解することによって陽極室３に生成される次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）や塩素（Ｃｌ_２）などの活性塩素は魚毒作用があるが、陰極室４を通過する海水は後述のように飼育水槽１に返送されるので、陰極室４を通過する海水にこの活性塩素が混入すると飼育水槽１中の魚介類に悪影響を及ぼすおそれがある。カチオン交換膜はこのような活性塩素を通過させないので、陽極室３で生成された活性塩素が陰極室４の海水に混入することを防いで、飼育水槽１中の魚介類に悪影響を及ぼすことを未然に防止することができるものである。

上記のように電解槽５で電解された陽極室３の酸性の海水は流路２７ａから切替弁１３ａを通過し、さらに流路３１ａから中和槽７に供給される。また陰極室４のアルカリ性の海水は流路２７ｂから切替弁１３ａを通過し、さらに流路３１ｂから混合槽９に供給される。

そして陽極室３から酸性の海水が中和槽７に供給されると、中和槽７内の活性炭などの炭化剤６によって、海水中の次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）や塩素（Ｃｌ_２）などの活性塩素が還元中和され、魚毒作用を有するこれらの活性塩素は、魚毒性のない塩酸（ＨＣｌ）に変換される。このとき、海水を炭化剤６に接触させ活性塩素を塩酸に変換させる還元中和反応は、海水のｐＨが４以下であるときに効果的に行なわれる。このために、上記のように陽極室３の通水量を少なくして海水のｐＨが４以下になるようにしているのである。また陽極室３の電気分解で、海水中に微量含まれる臭素から臭素酸（ＨＢｒＯ_３）が生成されており、この臭素酸も魚毒作用を有するが、ｐＨ４以下で海水を炭化剤６に接触させることによって、この臭素酸を魚毒性のない臭化水素（ＨＢｒ）に中和して変換することができるものである。海水のｐＨが４を超えて大きいと、有機塩素化物や臭素化物ができ易くなるものである。さらにこのようにｐＨが低く酸性度が高いと、中和槽７内での微生物の繁殖を抑制することができ、中和槽７が微生物の繁殖による生物膜で詰まるというようなこともなくなるものである。

ここで上記のように、中和槽７に攪拌ポンプ１０を接続して、中和槽７内の海水を汲み出して戻すというように循環させることによって、中和槽７内の海水を攪拌するようにしてある。このように中和槽７内の海水を攪拌することによって、海水中で炭化剤６を攪拌することができるものであり、海水と炭化剤６との接触効率を高めて上記の中和反応を効率良く行なうことができ、炭化剤６の使用量を低減することができると共に中和槽７内の海水の滞留時間を短くして、中和槽７を小型化することができるものである。

また上記のように、中和槽７内では、エアポンプ２９から供給された空気が散気管８から、中和槽７内の海水中に吐出するようにしてあり、この空気で海水を曝気するようにしてある。このように中和槽７内の海水を曝気することによって、海水中に溶解して含まれる塩素（Ｃｌ_２）の一部をガスとして海水中から追い出して、海水中から除去することができるものである。このように海水中の塩素の一部を除去することによって、海水を炭化剤６に接触させて海水中の塩素（Ｃｌ_２）を塩酸（ＨＣｌ）に変換させる際の塩酸の生成量は少なくなる。従って、この塩酸の生成量の低下に伴って、中和槽７内の海水のｐＨは上昇する。このとき、上記のように流路３１ａを中和槽７の上部に接続して、海水が中和槽７内に流れ落ちるようにすることによって、この流入の際の曝気効果で海水中の塩素の一部を放出することができ、海水中のからの塩素の除去効果を高めることができるものである。流路３１ａから海水が中和槽７内に流れ落ちるようにするにあたっては、中和槽７の槽内壁に沿って海水を流下させるようにしても、中和槽７の水面より上の空間部を落下させて海水を滴下させるようにしてもいずれでもよい。

そして電解槽５の陽極室３で電解された酸性の海水はこのように中和槽７で処理された後、流路３２を通して混合槽９に供給される。混合槽９には上記のように陰極室４で電解されたアルカリ性の海水が供給されているので、混合槽９内でこのアルカリ性の海水に酸性の海水が混合される。このとき、陽極室３で電解された酸性の海水は上記のように中和槽７内で塩素の一部が除去され、ｐＨが高められている。従って、混合槽９内で混合した海水のｐＨは、飼育水槽１から電解槽５に送られる電気分解前の海水のｐＨよりも高くなり、ｐＨを高めた状態で混合槽９から飼育水槽１に返送されるものである。

このようにして、飼育水槽１の海水を、ｐＨを高めた状態で混合槽９から飼育水槽１に返送するようにｐＨ調整循環経路２１で循環させることによって、飼育水槽１内の海水のｐＨが低下することを防ぐｐＨ調整を行なうことができるものである。中和槽７内での海水のｐＨ上昇は散気管８による曝気量や曝気時間によって調整することができるものであり、この曝気量や曝気時間の調整によって、飼育水槽１内の海水のｐＨ調整を正確に行なうことが可能である。そしてｐＨ調整はこのように電気分解で行なうことができ、アルカリ剤の添加をする必要がないので、アルカリ剤中に含まれるナトリウムやカルシウムが海水中に蓄積されて、塩分上昇や海水のイオン成分のバランスのくずれが発生するようなことがなく、海水を交換するような必要がなくなるものである。

ここで、上記のように電解槽５で海水を電気分解すると、陰極に水酸化マグネシウムなどが析出し、このまま放置すると電極が析出物で覆われ、電流値が低下して電気分解の効率が低下し、場合によっては電解槽５内が閉塞されることもある。そこで、電解槽５に設けられる電極２５ａ，２５ｂはタイマー付き切替えスイッチなどで形成される電極切替手段１１を介して直流電源２８に接続してあり、所定時間毎あるいは所定通水流量毎に電極２５ａ，２５ｂの陽極と陰極が切替えられるようにしてある。図１の実施の形態では、電極２５ａを陽極、電極２５ｂを陰極に設定して、陽極室３と陰極室４が形成されるようにしてあるが、電極２５ａを陰極、電極２５ｂを陽極に切替えると、室３が陰極室に、室４が陽極室となる。

そしてこのように電極切替手段１１で陽極と陰極を切替えると、これに連動して、流路切替手段１２の切替弁１２ａと流路切替手段１３の切替弁１３が切り替わり、室３と室４への通水流量が上記と逆になり、また陽極室となる室４から中和槽７に海水が供給されると共に陰極室となる室３から混合槽９に海水が供給されるようになる。このようにして上記と同様にして海水の電解分解によるｐＨ調整を行なうことができるものであり、電極の陰陽の切り替えによって電極の表面に析出した水酸化マグネシウムを海水に溶解させ、電極が析出物で被覆されることを防ぐことができるものである。

尚、上記のように本実施形態においては、ｐＨ調整装置１００を備えた閉鎖循環式養殖システムを例示しているが、ｐＨ調整装置１００は、閉鎖循環式養殖システムの飼育水槽１からの海水に限らず、所望の海水に対してアルカリ剤を用いずにｐＨ調整を行なうことができるものである。

本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。

符号の説明

１ 飼育水槽
２ 隔膜
３ 陽極室
４ 陰極室
５ 電解槽
６ 炭化剤
７ 中和槽
８ 散気管
９ 混合槽
１０ 攪拌ポンプ
１１ 電極切替手段
１２ 流路切替手段
１３ 流路切替手段
１００ ｐＨ調整装置

Claims (5)

1. 飼育水槽の海水を浄化しながら循環させて飼育水槽内で魚介類を飼育するようにした閉鎖循環式養殖システムにおいて、隔膜で仕切られた陽極室と陰極室とを備え、飼育水槽から供給される海水を電気分解する電解槽及び、陽極室から供給される海水中の活性塩素を炭化剤で中和する中和槽と、中和槽内の海水に空気を噴出して曝気する散気管と、陰極室から供給される海水と中和槽から供給される海水を混合して飼育水槽に返送する混合槽とを備えてなるｐＨ調整装置を具備して成ることを特徴とする閉鎖循環式養殖システム。
2. 電解槽の隔膜をカチオン交換膜で形成し、陽極室を通過する通水量を陰極室を通過する通水量の１／２０以下に設定して成ることを特徴とする請求項１に記載の閉鎖循環式養殖システム。
3. 中和槽の炭化剤を攪拌する攪拌ポンプを備えて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の閉鎖循環式養殖システム。
4. 電解槽内の隔膜で仕切られる室の陽極と陰極を切り換える電極切替手段と、飼育水槽から電解槽の陽極室と陰極室とに海水を供給する流路を切り換える流路切替手段と、陽極室と陰極室から中和槽と混合槽に海水を供給する流路を切替える流路切替手段とを具備して成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の閉鎖循環式養殖システム。
5. 隔膜で仕切られた陽極室と陰極室とを備え、海水を電気分解する電解槽と、陽極室から供給される海水中の活性塩素を炭化剤で中和する中和槽と、中和槽内の海水に空気を噴出して曝気する散気管と、陰極室から供給される海水と中和槽から供給される海水を混合する混合槽とを具備して成ることを特徴とするｐＨ調整装置。

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