JP4535438B2 - 懸濁液濃度維持装置 - Google Patents

Description

本発明は、水槽内の懸濁液の濃度を維持する懸濁液濃度維持装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、懸濁液の濃度が水生生物に与える影響を調べるのに適した懸濁液濃度維持装置に関するものである。

魚等の水生生物に与える環境の影響を研究することは重要である。水生生物に与える環境の影響として、水生生物が生息する川、海、湖などの水質汚染の影響については研究されているが、水質汚染の影響だけではなく、砂等による水の懸濁の影響についての研究も必要である。この研究では、研究施設内の水槽に懸濁液を溜め、その懸濁液中で水生生物を飼育する必要があり、その際、水生生物を飼育する懸濁液を一定の濃度に維持する必要がある。従来、この分野の研究は進んでいなかったので、懸濁液中で水生生物を飼育するような研究は行われておらず、したがって、水生生物を飼育する懸濁液を一定の濃度に維持する装置類は無かった。

水槽中の懸濁液は放っておくと沈殿するので、そのままでは懸濁の濃度を一定に保つことができない。このため、試行錯誤を繰り返し、懸濁液濃度維持装置の開発を試みた。開発の過程で、エアレーションによって濃度維持を図る懸濁液濃度維持装置や、撹拌子によって濃度維持を図る懸濁液濃度維持装置等を案出した。

エアレーションによる懸濁液濃度維持装置を図５に示す。この懸濁液濃度維持装置は、水槽１０１の底１０１ａに長手方向の中央が高くなる山形の案内板１０２を設置し、両端の低い部分で曝気を行う。曝気によって水槽１０１内の懸濁液１０３を撹拌し、その濃度維持を図る。なお、図５中符号１０４で示す部材は、飼育かごである。

また、撹拌子による懸濁液濃度維持装置は、水槽下の磁石回転装置の回転磁石によって水槽内に沈めた撹拌子を磁気吸着しながら回転させるものである。撹拌子の回転によって水槽内の懸濁液を撹拌し、その濃度維持を図る。

なお、懸濁物溶解装置として特開平１０−１６０６４９号公報に開示されたものがある。これは、溶解用酸液を使用して、キャリア液中の試料を溶解させるものである。また、懸濁液の製造装置として特開平８−３１９４８５号公報に開示されたものがある。これは、ミキサー内の撹拌翼とバイブレータによって粉体を水に分散させるものである。

特開平１０−１６０６４９号 特開平８−３１９４８５号

しかしながら、上述のエアレーションによる懸濁液濃度維持装置では、曝気によって水槽内の懸濁液を均一に撹拌することは困難であり、局所的な澱みができて懸濁液の濃度を均一に維持することが難しかった。また、撹拌子による懸濁液濃度維持装置では、撹拌子の回転によって水流が発生し、魚を強制的に泳がせることになるので、懸濁液の濃度が水生生物に与える影響のみを調べる研究には採用することができかった。

なお、特開平１０−１６０６４９号、特開平８−３１９４８５号に記載された技術は、いずれも懸濁液の濃度を一定に維持するものではない。しかも、特開平１０−１６０６４９号の懸濁物溶解装置は溶解用酸液を使用しているので、その性質上水生生物の飼育には採用することができない。また、特開平８−３１９４８５号公報に開示された懸濁液の製造装置は撹拌翼の回転によって水流が発生し、且つバイブレータの振動が水生生物に与える影響もあるので、やはり水生生物の飼育には採用することはできない。

本発明は、試行錯誤の繰り返しによって開発されたもので、水生生物を強制的に泳がせるような水流を発生させずに懸濁液の濃度を均一に且つ一定に維持できる懸濁液濃度維持装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、請求項１記載の懸濁液濃度維持装置は、水生生物を飼育する懸濁液を溜め、底面が下方に向けて傾斜して最も低い部分に流出口を有する水槽と、水槽内に溜められた懸濁液の液面の上から水槽内の懸濁液と同じ濃度の懸濁液を散水し続ける散水機構を備え、水槽の底面は懸濁液の沈殿を流出口に導き、散水機構による散水量と同じ流量の水槽内懸濁液を流出口から流出させるものである。

したがって、水槽内の懸濁液によって水生生物を飼育することができる。水槽内の懸濁液は放っておくと沈殿するが、この沈殿は懸濁液とともに傾斜した底面によって流出口に導かれて水槽の外に排出される。排出分を補う懸濁液が散水機構によって水槽内の懸濁液の上から散水されるので、水槽内の液面の水位は変化しない。また、散水機構によって散水される懸濁液の濃度は水槽内の懸濁液の濃度と同じであり、水槽内の懸濁液の濃度は一定に保たれる。

また、請求項２記載の懸濁液濃度維持装置は、流出口から流出した懸濁液を散水機構によって散水するものである。したがって、水槽内の懸濁液を循環させて使用することができる。

また、請求項３記載の懸濁液濃度維持装置は、流出口を水槽の底面の中央に設けたものである。したがって、懸濁液やその沈殿の流出口への回収を、水槽全体でより均一に行うことができる。

さらに、請求項４記載の懸濁液濃度維持装置は、水槽内に飼育かごを設け、飼育かご内で水生生物を飼育するものである。したがって、水槽から飼育かごを引き上げることで、水生生物を水槽から取り出すことができる。また、飼育かごによって水生生物の行動範囲を制限することができる。

しかして、請求項１記載の懸濁液濃度維持装置では、水生生物を飼育する懸濁液を溜め、底面が下方に向けて傾斜して最も低い部分に流出口を有する水槽と、水槽内に溜められた懸濁液の液面の上から水槽内の懸濁液と同じ濃度の懸濁液を散水し続ける散水機構を備え、水槽の底面は懸濁液の沈殿を流出口に導き、散水機構による散水量と同じ流量の水槽内懸濁液を流出口から流出させるようにしているので、水槽内の懸濁液の濃度を全体的に均一にすることができると共に、水槽内の懸濁液の濃度を一定に維持することができる。また、魚等が泳ぐ習性のある水平方向の水流を発生させることがないので、飼育している魚等を疲労させることがない。このため、懸濁液の濃度が水生生物に与える影響を調べる研究に使用する場合には、懸濁液の濃度による影響を正しく研究することができる。

また、散水機構により特別なエアレーション装置を用いることなく、装置内の懸濁液の溶存酸素濃度を飽和に近い状態に維持することが出来る。

また、請求項２記載の懸濁液濃度維持装置では、流出口から流出した懸濁液を散水機構によって散水するようにしているので、水槽内の懸濁液を循環させて使用することができ、懸濁液の使用量を少なくすることができる。また、散水機構による散水量と流出口から流出させる流出量とを一致させるのが容易である。

また、請求項３記載の懸濁液濃度維持装置では、流出口を水槽の底面の中央に設けているので、懸濁液やその沈殿の流出口への回収を水槽全体でより均一に行うことができ、水槽内における懸濁液の澱みの発生をより一層良好に防止することができる。

さらに、請求項４記載の懸濁液濃度維持装置では、水槽内に飼育かごを設け、飼育かご内で水生生物を飼育するので、水槽から飼育かごを引き上げることで水生生物を水槽から簡単に取り出すことができる。また、飼育かごによって水生生物の行動範囲を制限することができ、例えば水生生物が流出口に向かうのを防止することができる。

以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２に本発明の懸濁液濃度維持装置の実施形態の一例を示す。本実施形態では、懸濁液の濃度が水生生物に与える影響を調べる飼育実験装置として使用する場合を例に説明する。ただし、懸濁液濃度維持装置は、飼育実験装置としての使用に限るものではないことは勿論であり、例えば、鑑賞目的、養殖目的等で懸濁液中で水生生物を飼育する水槽装置等として使用しても良い。

懸濁液濃度維持装置は、水生生物を飼育する懸濁液１を溜め、底面２ａが下方に向けて傾斜して最も低い部分に流出口３を有する水槽２と、水槽２内に溜められた懸濁液１の液面１ａの上から水槽２内の懸濁液１と同じ濃度の懸濁液を散水し続ける散水機構４を備え、水槽２の底面２ａは懸濁液１の沈殿を流出口３に導き、散水機構４による散水量と同じ流量の水槽２内懸濁液１を流出口３から流出させるものである。

水槽２は、例えば透明なプラスチック製の板又はガラス製の板によって構成されており、例えば平面形状が矩形状を成している。水槽２の底面２ａは四方から中央に向けて傾斜する４枚の三角形状の板５から構成されており、底面２ａの中央には流出口３が設けられている。底面２ａには懸濁液１の沈殿を懸濁液１とともに流出口３に良好に導くことができる角度、例えば５５度の傾斜がつけられている。ただし、水槽２の底面２ａの傾斜角度はこれに限るものではなく、懸濁液１中に澱みを発生させずに沈殿を懸濁液１とともに流出口３に導くことができる角度であれば良い。

散水機構４は、水槽２の側壁の内面に取り付けられた散水管６と、散水管６に水槽２内の懸濁液１と同じ濃度の懸濁液を供給するポンプ７と、ポンプ７の吐出口と散水管６とを接続するチューブ８を備えている。散水管６には多数の小孔６ａが設けられている。散水管６は水槽２内の懸濁液１の液面１ａよりも高い位置に取り付けられている。このため、懸濁液１の液面１ａの上から懸濁液をまくことができ、水生生物の飼育に必要な酸素を空気中から供給することができると共に、水槽２内の懸濁液１中に水流が発生するのを抑えることができる。ポンプ７は例えば電導ポンプで、吐出水量を調整することができ且つ調整した吐出水量を維持することができる。

本実施形態では、流出口３とポンプ７の吸込口とをパイプ９によって直接的に接続し、流出口３から流出した懸濁液１を散水機構４によって散水するようにしている。即ち、水槽２内から流出した懸濁液１をポンプ７等によって撹拌して水槽２内に戻し、懸濁液１を循環させて使用している。この循環によって水槽２内では懸濁液１が上から下に向けて循環することになるが、水平方向の水流が発生する訳ではないので魚等を強制的に泳がすことにはならない。しかも、水槽２の容積はポンプ７の吐出水量に比べて大きく、水槽２内における懸濁液１の循環速度は極めて遅い。このことからも魚等を強制的に泳がすことにはならない。なお、図１において、懸濁液１の循環を矢印で示す。

ポンプ７の吐出水量、換言すると流出口３からの流出水量は、例えば水槽２内に溜められた懸濁液１の水量が５０リットルの場合で１０リットル／分である。ただし、ポンプ７の吐出水量はこれに限るものではなく、懸濁液１の濃度を一定に維持することができる水量であれば良く、懸濁液１の濃度や懸濁物の種類等に応じて適宜選択可能である。

使用する懸濁液１は、例えば飼育する水生生物が生息する環境を模して決定する。川砂による水の濁りがその川に生息する淡水魚に与える影響を調べる場合には、川の水や砂を模して懸濁液１を決定し、例えば水に粘土鉱物を懸濁させたものを使用する。また、海水の濁りが海水魚に与える影響を調べる場合には、例えば海水に粘土鉱物を懸濁させたものを使用する。

また、本実施形態では、水槽２内に飼育かご１０を設け、飼育かご１０内で水生生物を飼育するようにしている。飼育かご１０は、例えば樹脂製のものであり、飼育する水生生物の大きさよりも細かい目を有している。飼育かご１０は、傾斜している底面２ａの上部に載せられている。ただし、飼育かご１０を上から吊すようにしても良い。

この懸濁液濃度維持装置は、散水機構４によって懸濁液を散水させながら使用する。水槽２内の懸濁液１は放っておくと沈殿するが、この沈殿は懸濁液１とともに傾斜した底面２ａによって流出口３に導かれて水槽２の外に排出される。この排出（流出）水量と散水管６からの散水量（ポンプ７の吐出水量）とは一致しているので、水槽２内の懸濁液１の液面１ａの高さは変化しない。このため、通常の水槽に懸濁液１を溜めた場合と同様に一定量の懸濁液１中で水生生物を飼育することができる。

本実施形態では、流出口３から流出した懸濁液１を散水機構４によって再び水槽２内に循環させているので、特別の調整作業を行わなくても、流出口３からの流出水量と散水管６からの散水水量（ポンプ７の吐出水量）とを一致させることができる。また、飼育に使用する懸濁液１の量を少なくすることができる。

水槽２の底面２ａは流出口３に向けて傾斜しており、水槽２内の全ての部分において澱みを生じさせずに懸濁液１やその沈殿を流出口３へと導く。このため、懸濁液１の濃度を全ての部分において均一に維持することができる。特に、底面２ａの中央に流出口３を設けているので、澱みの発生をより一層防止することができ、懸濁液１の濃度の均一化をより高いレベルで達成することができる。また、散水管６からまかれる懸濁液の濃度は水槽２内の懸濁液１の濃度と同じであり、水槽２内の懸濁液１の濃度を一定に維持することができる。

飼育している水生生物を水槽２から取り出す場合には、飼育かご１０を引き上げれば良い。飼育かご１０の引き上げによって水生生物を取り出すことができるので、その作業が容易である。特に、魚等の泳ぎ回る生物を多数飼育する場合には、取り出し作業の容易性が顕著になる。

懸濁液１の濃度が水生生物に与える影響を調べる飼育実験では、例えば懸濁液１の濃度を所定値に維持した状態で水生生物を飼育し観察する。水生生物の生存の有無や活動状態を観察することで、懸濁液１の濃度が水生生物に与える影響を調べることができる。懸濁液濃度維持装置では、魚が泳ぐ習性のある水平方向の水流を発生させることがないので、飼育している魚を疲労させることがなく、懸濁液１の濃度による影響を正しく調べることができる。

なお、１台の懸濁液濃度維持装置を使用して飼育実験を行っても良いが、複数の懸濁液濃度維持装置を同時に使用して実験を行っても良い。つまり、複数の懸濁液濃度維持装置を準備し、懸濁液１の濃度を１台ずつ変えておき、水生生物の活動の変化を比較しながら実験を行うようにしても良い。

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば上述の説明では、流出口３から流出した懸濁液１を散水機構４によって散水する方法として、流出口３とポンプ７の吸込口とをパイプ９によって直接的に接続していたが、この構成に限るものではない。例えば、流出口３から流出した懸濁液１を図示しないタンクに導き、タンク内で撹拌装置等を使用して撹拌した後、ポンプ７から散水管６に供給するようにしても良い。

また、必ずしも流出口３から流出した懸濁液１を散水機構４によって散水するようにしなくても良く、流出口３から流出した懸濁液１とは別の新しい懸濁液を散水機構４によって散水するようにしても良い。この場合には、流出口３の流路面積の調節とポンプ７の出力調節によって流出口３からの流出水量とポンプ７の吐出水量を一致させることができる。

また、上述の説明では、水槽２の底面２ａの中央に流出口３を設けていたが、流出口３を設ける位置は底面２ａの中央に限るものではなく、水槽２内に懸濁液１の澱みを発生させることがない位置であれば良い。

また、上述の説明では、水槽２として平面形状が矩形状をなすものを使用していたが、この形状の水槽２に限るものではなく、例えば平面形状が円形状をなす水槽等を使用しても良い。

また、上述の説明では、飼育かご１０を使用していたが、飼育かご１０を使用しなくても良いことは勿論である。

さらに、上述の説明では、散水管６を水槽２の側壁に取り付けていたが、側壁以外の場所に取り付けても良い。例えば、支持部材を設けてこれに散水管６を取り付けても良い。この支持部材を設ける場合には、散水管６を水槽２の真上に配置することが可能となり、真上から懸濁液をまくことができる。

また、多数の小孔６ａを一列に並べた散水管６に代えて、例えばシャワーヘッドのように多数の小孔を縦横に並べた散水器具を使用しても良い。

本発明の懸濁液濃度維持装置で、懸濁液１の濃度を一定に維持できることを確認するための実験を行った。実験は３回行った。実験の条件は以下の通りである。即ち、水槽２の大きさ：４０×４０×３０ｃｍ、水槽２の底面２ａの傾斜角度：５５度、ポンプ７の吐出水量：１０リットル／分、懸濁液１：海水５０リットルに粘土鉱物（スメクタイト標準品）を懸濁させたもの、である。

なお、比較のために、図５に示すエアレーション方式の懸濁液濃度維持装置を使用した実験も行った。実験の条件は以下の通りである。即ち、水槽の大きさ：４１×２１×２６ｃｍ、水槽の側面：ガラス製、水槽の底の案内板１０２：樹脂製、水槽の底の案内板１０２の傾斜角度：１５度、曝気量：３リットル／分、懸濁液：海水２０リットルに粘土鉱物（スメクタイト標準品）を懸濁させたもの、である。

本発明についての実験結果を図３に、比較実験としてエアレーション方式の結果を図４に示す。図３及び図４は、粘土鉱物の初期の添加濃度と９６時間後の懸濁濃度との関係を示している。図３において、グラフ上に記載されているデータは、３回の実験の懸濁濃度の平均値（ｎ＝３）である。また、エラーバーは３回の実験の最大値と最小値の範囲を示している。一方、図４において、グラフ上に記載されているデータは、１回行った実験の懸濁濃度である。

エアレーションによる懸濁液濃度維持装置では、いずれの添加濃度でも、９６時間後に懸濁している粘土鉱物の濃度は添加濃度の１０％以下であったのに対し、本発明の懸濁液濃度維持装置では、１０００００ｍｇ／Ｌという高濃度でも懸濁している粘土鉱物の濃度は添加濃度の８０％以上であった。この結果、エアレーションによる懸濁液濃度維持装置に比べて、本発明の懸濁液濃度維持装置では懸濁状態を良好に維持できることが確認できた。なお、添加濃度が、図３では３１６００ｍｇ／Ｌ以下の場合で、添加濃度＜懸濁濃度となっているが、これは、きわめて高濃度の海水中の懸濁物質を測定する場合に生じる塩分等による測定誤差によるものである。

本発明の懸濁液濃度維持装置の実施形態の一例を示す縦断面図である。 図１のII−II線に沿う水槽の横断面図である。 本発明の懸濁液濃度維持装置を使用した実験結果を示し、粘土鉱物の添加濃度と懸濁濃度との関係を示す図である。括弧内の数値は添加濃度に対する懸濁濃度の割合である。 エアレーションによる懸濁液濃度維持装置を使用した比較実験の結果を示し、粘土鉱物の添加濃度と懸濁濃度との関係を示す図である。 エアレーション方式の懸濁液濃度維持装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 懸濁液
２ 水槽
２ａ 水槽の底面
３ 流出口
４ 散水機構
１０ 飼育かご

Claims (4)

1. 水生生物を飼育する懸濁液を溜め、底面が下方に向けて傾斜して最も低い部分に流出口を有する水槽と、前記水槽内に溜められた懸濁液の液面の上から前記水槽内の懸濁液と同じ濃度の懸濁液を散水し続ける散水機構を備え、前記水槽の底面は懸濁液の沈殿を前記流出口に導き、前記散水機構による散水量と同じ流量の水槽内懸濁液を前記流出口から流出させることを特徴とする懸濁液濃度維持装置。
2. 前記流出口から流出した懸濁液を前記散水機構によって散水することを特徴とする請求項１記載の懸濁液濃度維持装置。
3. 前記流出口は前記水槽の底面の中央に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の懸濁液濃度維持装置。
4. 前記水槽内に飼育かごを設け、前記飼育かご内で前記水生生物を飼育することを特徴とする請求項１から３の何れか１つに記載の懸濁液濃度維持装置。