JP4960182B2 - 飼育水処理方法、飼育水処理装置、および飼育システム - Google Patents

Description

本発明は飼育水処理方法、飼育水処理装置、および飼育システムに関するもので、より詳細には、魚や海獣などの飼育に適した飼育水の処理方法および処理装置、並びに魚や海獣などの飼育システムに関するものである。

飼育水を懸濁物除去処理するとともに、好気性の微生物により硝化処理する飼育水処理方法としては、従来、特許文献１に記載のものが知られている。この従来例において、魚介類を飼育する飼育水槽内の水は、飼育水槽から沈殿槽、泡沫分離槽、硝化槽を順次経由して再び飼育水槽に戻る閉鎖的な循環経路を循環して浄化処理される。

上記沈殿槽は、槽内に一定時間飼育水を滞留させて水中の残餌や糞などを沈殿させ、水から分離する。また、上記泡沫分離槽は、エアレーションすることによって、気泡表面に浮遊物質を付着させたり、泡立てによって溶解性有機物の発泡を促進させて有機物を泡沫として水から分離する。さらに、上記硝化槽は、該硝化槽内に充填してある粒状の濾過材に付着する微生物としての好気性の硝化菌の硝化作用によって、水中のアンモニアを分解する。

また、上記沈殿槽等のそれぞれの槽からは、上述した循環経路に加えてそれぞれの槽での浄化処理に伴って発生する汚泥を水とともに固液分離手段に取り出すための取り出し経路が設けられ、この固液分離手段で汚泥と分離された水は戻し経路によって沈殿槽に返送されて浄化処理に伴う水の減少が防止される。循環経路に流れる水量の例えば１／２から１／１０までの程度の水量が固液分離手段に取り出される。
特開２００２-２２３６６７号公報

しかしながら、上記従来例は、飼育水の処理のための設備が大型化、あるいは複雑化してしまうという欠点がある。

すなわち、上記従来例における硝化槽のような好気性の微生物による硝化処理は、一般に、処理効率があまり良好ではないために設備、すなわち硝化槽が大型化してしまうという問題がある。このような低い処理効率は酸素供給量不足による微生物の非活性化が大きな原因とされており、このために例えば従来においては、攪拌装置等を槽内に別途設置し、濾材表面を流れる飼育水の流速を速めて微生物への酸素の供給を良好にするなどの対応が取られる場合があるが、この場合には攪拌装置の設置により設備がより複雑化してしまうという新たな問題が生じてしまう。

本発明は以上の欠点を解消すべくなされたものであって、設備をより小型化、単純化することができる飼育水処理方法、飼育水処理装置、および飼育システムの提供を目的とする。

本発明によれば上記目的は、
飼育水１を懸濁物除去処理するとともに、好気性の微生物により硝化処理する飼育水処理方法であって、
前記微生物を収容する生物濾過槽２に流入された飼育水１を泡沫分離装置３に引き込み、泡沫分離処理により懸濁物４を除去するとともに溶存酸素量を高めた後、前記生物濾過槽２に戻して好気性の微生物の硝化作用を促進させ、
かつ、前記泡沫分離処理は、発生する泡沫７によって、生物濾過槽２に形成された排出口５に流れ込む生物濾過槽２からの排出流よりも強い水流を生じさせて飼育水１を前記排出口５に比べて優先的に泡沫分離装置３に引き込むことによりなされる飼育水処理方法を提供することにより達成される。
また、本発明によれば、
飼育水１を懸濁物除去処理するとともに、好気性の微生物により硝化処理する飼育水処理方法であって、
前記微生物を収容する生物濾過槽２に流入された飼育水１を泡沫分離装置３に引き込み、泡沫分離処理により懸濁物４を除去するとともに溶存酸素量を高めた後、前記生物濾過槽２に戻して好気性の微生物の硝化作用を促進させる飼育水処理方法を提供することも可能である。

本発明によれば、生物濾過槽２に流入された飼育水１は泡沫分離装置３に引き込まれて泡沫分離処理された後、再度生物濾過槽２に戻される。泡沫分離処理における泡沫の発生、すなわち飼育水１中への空気の供給は、懸濁物４の除去と同時に溶存酸素量を増大させ、泡沫分離処理を経由した飼育水１が生物濾過槽２に帰還されることにより、生物濾過槽２内の飼育水１の溶存酸素量を増大させることができ、好気性の微生物の処理効率を向上させることができる。

生物濾過槽２と泡沫分離装置３との間での飼育水１の循環は、生物濾過槽２内の飼育水１の全量をそのまま泡沫分離装置３に導入し、泡沫分離処理後の飼育水１の全量をそのまま生物濾過槽２に戻して行う、すなわち生物濾過槽２、泡沫分離装置３にそれぞれ飼育水１を一度ずつのみ通すなどして処理させることも可能であるが、生物濾過処理と泡沫分離処理のそれぞれに必要な処理時間の違いを利用すれば、生物濾過槽２内の飼育水１の全量のうちの一部の適量を泡沫分離装置３に順次引き込み、生物濾過処理に比して泡沫分離処理の処理回数を増やして実質的に全量に対して泡沫分離処理をさせることも可能で、この場合には、泡沫分離装置３をより小型化することができる上に、泡沫分離処理の繰り返しによって溶存酸素量をより増大させることができる。上記処理回数は、浄化すべき水質を考慮して適宜実験により決定することができる。

また、上述した従来例のように飼育水１を生物濾過槽２を介して循環させたときには、泡沫分離装置３から帰還する水量により生物濾過槽２の導入水量が増えることによって、生物濾過槽２内の流速を速めて微生物への酸素供給の機会を増大させることができる。

したがって本発明によれば、酸素供給量の増大により、生物濾過処理時における好気性の微生物による硝化処理効率を向上させることができ、水質浄化性能を維持して、生物濾過槽２をより小型化、単純化することができる。また、上述したように飼育水１を循環処理する場合において、処理水量の増大を生物濾過処理に限れば、泡沫分離処理のためなどの他の設備について大型化を招くことはない。

このような飼育水処理方法を用いた閉鎖循環式の飼育水処理によって高効率な飼育水１の浄化を行えば、水族館における海獣等の飼育のほか、早期に大きく育てるために多量に餌を与えることによる残餌や、このような餌の大量摂取に伴って多量に排泄される糞や尿が発生するような養殖魚等の飼育であってもより簡易に、かつ良好に飼育水１の水質を維持することができる。また、水質の良好な維持により、新しい水の補充による病原菌の混入のおそれを低減させて安定して良好に飼育、養殖を行うことができる。さらに、養殖の休閑期などの場合には、飼育水１を生物濾過処理と泡沫分離処理との間でのみ循環させれば、良好に経費を節減しつつ微生物を維持させることができる。さらに、万一疾病が発生したときには、泡沫分離処理設備を利用して空気の代わりにオゾンを飼育水１に供給し、殺菌処理することも可能である。

また、以上の飼育水処理は、
飼育水１に含まれた懸濁物４を通過させる間隙８を形成する濾材６によって好気性の微生物を保持し、流入された飼育水１を微生物により硝化処理する生物濾過槽２と、
該生物濾過槽２から飼育水１を引き込み、エアレータ９からのエアレーションにより懸濁物除去処理するとともに溶存酸素量を高めて前記生物濾過槽２に帰還させる泡沫分離装置３とを有し、
かつ、前記泡沫分離装置３は、エアレーションによって、生物濾過槽２に形成された排出口５に流れ込む生物濾過槽２からの排出流よりも強い水流を生じさせて生物濾過槽２から飼育水１を排出口５に比べて優先的に引き込む飼育水処理装置を用いて行うことができる。
また、本発明によれば、
飼育水１に含まれた懸濁物４を通過させる間隙８を形成する濾材６によって好気性の微生物を保持し、流入された飼育水１を微生物により硝化処理する生物濾過槽２と、
該生物濾過槽２から飼育水１を引き込み、エアレータ９からのエアレーションにより懸濁物除去処理するとともに溶存酸素量を高めて前記生物濾過槽２に帰還させる泡沫分離装置３とを有する飼育水処理装置を提供することも可能である。

生物濾過槽２は、懸濁物４が除去される前の飼育水１の流入によって懸濁物４が蓄積されてしまうことを防ぐことができるように、懸濁物４を通過させる間隙８を形成する濾材６によって硝化作用のある微生物を保持する。懸濁物４を通過させる間隙８を形成するには、例えば、濾材６を多数の粒状体で構成する場合には、粒状体の粒径や形状などを調節すれば足り、この粒径等については、飼育水１に含まれる懸濁物４のサイズ、すなわち飼育する水棲生物の糞の大きさなどを考慮して適宜実験により決定することが可能である。

また、生物濾過槽２から泡沫分離装置３への飼育水１の導入には、泡沫分離装置３のエアレータ９によって生じる泡沫７の浮上による水流が利用される。このようにエアレータ９を泡沫７の発生のみならず水流を起こすためのポンプのように機能させる、いわゆるエアリフト方式を採用すれば、泡沫分離装置３に飼育水１を導入するための独立の動力を必要としないことから、より設備を簡略化することができる。

この場合において、上述した閉鎖循環式の水処理として構成し、エアレータ９によって生じる水流を生物濾過槽２の排出口５から排出される、すなわち飼育水槽１４に繋がる循環水路１３に流れ出る水流よりも強く設定し、泡沫分離装置３への導入水量を排出口５からの排出水量よりも大きくすれば、飼育水１から懸濁物４を良好に除去して閉鎖循環させることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、飼育水の処理に要する設備をより小型化、単純化することができ、コストを抑えて飼育水の水質を良好に維持することができる。また、水質の良好な維持によって閉鎖循環式で処理される飼育水の補充による病原菌の混入のおそれを低減させて良好に飼育を行うことができる。

図１および図２に本発明の実施の形態を示す。この実施の形態はタイやヒラメ、フグといった魚の養殖を目的とする飼育システムを構築したもので、魚を飼育する飼育水槽１４内の飼育水１を浄化処理するために、飼育水槽１４には循環水路１３を用いた水処理装置、すなわち閉鎖循環式の飼育水１の処理装置が接続される。

飼育水１の処理装置は、生物濾過槽２と、懸濁物除去装置（泡沫分離装置３）と、温度調節装置２０と、殺菌装置２１とを有し、飼育水槽１４内の飼育水１の適量を循環水路１３を介してこれらを経由して処理された浄化処理水と常時入れ替えることにより、飼育水槽１４内の飼育水１を清浄化した状態に維持する。

上記生物濾過槽２は硝化処理、すなわち、主に魚が飼育水１中に排泄する毒性の強いアンモニアを微生物（硝化微生物）によって酸化させて亜硝酸、硝酸へと変える処理をするためのもので、硝化作用を有する好気性の微生物が付着する多数の粒状体からなる濾材６を槽２内部に収容する。図２に示すように、この濾材６は適宜メッシュサイズの網２２に保持あるいは規制されて生物濾過槽２からの流出を防止され、飼育水１の通過により、飼育水１に溶存する酸素の供給を受けた微生物によって硝化処理を施す。

また、上記懸濁物除去装置３は、エアレータ９によって飼育水１中に微細な泡沫７を生じさせる空気を供給し、浮上する泡沫７に飼育水１中を浮遊する懸濁物４を付着させて水面に浮上した泡沫７とともに懸濁物４をスカムとして飼育水１から分離、回収する泡沫分離装置３であり、この実施の形態においては、エアレータ９によるエアレーションによって生じる水流により装置３内部の中空部２３に処理対象水となる飼育水１を導入し、また該中空部２３から処理済水としての飼育水１を排出させる、すなわちエアレーションによって循環水流を生じさせるいわゆるエアリフト方式の泡沫分離装置３が使用される。図２に示すように、エアリフトで循環させるために、上記中空部２３の底部にはエアレータ９の散気部８ａに隣接して飼育水１を導入する取水部１２が、装置３上部には飼育水１を排出する排水部１１が設けられ、装置３天井部には、飼育水１中の懸濁物４を付着した泡沫７が溢れ出やすいように漏斗状にすぼめられた開口部３ａが設けられる。懸濁物４を付着させて開口部３ａから溢れ出た泡７は、廃棄槽２４に蓄積され、この後、適宜固液分離などして処分される。

上記温度調節装置２０は、飼育水槽１４内の飼育水１を温度管理するもので、図示しない制御機構に従ってボイラーや冷凍機により加熱、冷却したチューブ内に飼育水１を通し、飼育水槽１４内の飼育水１を飼育対象の魚に適した水温に制御する。また、上記殺菌装置２１は、導入された飼育水１に紫外線を照射し、ウィルスや大腸菌などの殺菌処理を施す。

以上の飼育水処理装置の循環水路１３は、図１に示すように、飼育水槽１４から生物濾過槽２、温度調節装置２０、殺菌装置２１を順番に経由して飼育水槽１４に戻る循環経路を形成する。循環経路上には、生物濾過槽２から循環水路１３へと流れる流速、流量を調整しやすいように、送水用のポンプ２５が生物濾過槽２と温度調節装置２０とを接続する循環水路１３上に設けられ、これにより飼育水１が循環経路内をほぼ一定の流速で流される。飼育水槽１４からの飼育水１の引き出しは、沈殿する糞等を取り込みやすいように、例えば、飼育水槽１４の底部から行われる。

また、上述した循環水路１３が直接接続されない泡沫分離装置３は、生物濾過槽２との間で飼育水１を交換することで飼育水１に懸濁物除去処理を施す。図２に示すように、上述した生物濾過槽２には、濾材６を挟む流路を形成するようにして流入口１０と排出口５が設けられ、循環水路１３を介して飼育水槽１４から流れてきた飼育水１は、生物濾過槽２に流入口１０から流入されて排出口５から排出する過程で濾材６を通過する。

生物濾過槽２の上方への開放部を流入口１０として活用するこの実施の形態において、生物濾過槽２には、底部を連通させて生物濾過槽２を２つの区画に仕切る縦方向の仕切り２６が設けられ、この仕切り２６で仕切られたより広い一方の区画の上方への開放部が流入口１０として機能し、他方の区画の上部に上述した排出口５が形成される。濾材６は、泡沫分離装置３による懸濁物除去処理前の飼育水１の流入を考慮し、飼育水１中の懸濁物４が通過できる間隙８を形成するサイズの粒状体の多数で構成され、上記一方の区画内を水平方向に塞ぐようにして配置されて網２２で支持され、生物濾過槽２の高さ方向中間部に保持される。これにより飼育水１は、生物濾過槽２の一方の区画に上方から流入されると、濾材６を通過して下方に移動し、仕切り２６を越えて他方の区画側に移動した後、今度は上方に移動して排出口５から排出される。

上述した生物濾過槽２と飼育水１を交換する泡沫分離装置３は、取水部１２によって上記濾材６の下方、すなわち濾材６を既に通過した飼育水１を生物濾過槽２から中空部２３の底部に取り込み、この中空部２３内で泡沫分離処理してから排水部１１によって濾材６の上方、すなわち流入口１０から生物濾過槽２内に流入されて濾材６を通過する前の飼育水１に加えるようにして処理済水を生物濾過槽２に帰還させる。上記中空部２３は有底の略円筒形状に形成され、取水部１２は、略水平に延びて生物濾過槽２の低い位置とエアレータ９の散気部８ａに隣接する泡沫分離装置３の中空部２３の低い位置とを接続し、また、排水部１１は、略水平に延びて生物濾過槽２の高い位置と泡沫分離装置３の中空部２３の高い位置を接続する。

また、上記泡沫分離装置３として上述した生物濾過槽２による生物濾過処理に比べて処理能力の低い小型のものを用いるこの実施の形態において、生物濾過処理と泡沫分離処理のそれぞれの処理時間の違いを考慮した上で、上述したポンプ２５とエアレータ９によるエアリフトのそれぞれの送水力が適宜調整される。すなわち、生物濾過槽２から排出口５を通って飼育水槽１４に戻される飼育水１について、単に一度泡沫分離処理が施されたものよりも水質を良好にし、溶存酸素量を高めるには、排出口５を通る単位時間当たりの水量よりも、取水部１２によって泡沫分離装置３に引き込まれる単位時間当たりの水量が多ければ足りる。この実施の形態においては、生物濾過槽２よりも比較的処理能力が低く、かつ、処理時間が短い泡沫分離装置３に取水部１２によって生物濾過槽２の排出口５から排出されるよりも速い流速で飼育水１を引き込むことにより、単位時間当たりで生物濾過処理される水量よりも泡沫分離処理される水量を増大させ、生物濾過槽２から排出口５を通って飼育水槽１４に戻る飼育水１に対して実質的に十分な泡沫分離処理を確保する。

したがって飼育水処理装置は、飼育水１を飼育水槽１４と生物濾過槽２等との間で循環させる主循環系２７と、この主循環系２７内の生物濾過槽２に対して泡沫分離装置３との間での飼育水１を循環させる副循環系２８とを有し、副循環系２８によって主循環系２７を循環する飼育水１に生物濾過処理工程と同時に懸濁物除去処理工程を行い、飼育水槽１４から汚れた飼育水１を常時取り込むと同時に、浄化された飼育水１を継続供給する。また、副循環系２８が主循環系２７よりも循環流の流速、流量を高く設定され、生物濾過処理される濾過処理対象水は、副循環系２８を循環する泡沫分離処理済水によって溶存酸素量が増大されるとともに流速が速められ、かつ、懸濁物４の含有量が低減され、これによって濾材６に付着する微生物への酸素供給量を増大させて硝化処理効率が高められる。

なお、以上においては飼育水槽１４から懸濁物４を除去することなく生物濾過槽２に直接飼育水１を導入し、生物濾過槽２を経由して泡沫分離装置３によって飼育水１に懸濁物除去処理を施す場合を示したが、飼育水１を滞留させるなどすれば、例えば、泡沫分離装置３を経由して生物濾過槽２に飼育水１を導入し、生物濾過槽２と泡沫分離装置３との間で飼育水１の交換を繰り返した後、泡沫分離装置３から循環させることなども可能である。また、生物濾過槽２内の濾材６を通過し、あるいは濾材６を通過する前の飼育水１を泡沫分離装置３との間で交換するに際しては、泡沫分離装置３の取水部１２、排水部１１によって生物濾過槽２自体に対して直接取水、排水するほか、例えば、生物濾過槽２の上流、下流の循環水路１３に取水部１２、排水部１１を接続して行うことも可能である。

飼育水の処理手順を示すフローチャートである。 生物濾過処理と泡沫分離処理の流れを示す図である。

符号の説明

１ 飼育水
２ 生物濾過槽
３ 泡沫分離装置
４ 懸濁物
５ 排出口
６ 濾材
７ 泡沫
８ 間隙
９ エアレータ
１０ 流入口
１１ 排水部
１２ 取水部
１３ 循環水路
１４ 飼育水槽

Claims (3)

1. 飼育水を懸濁物除去処理するとともに、好気性の微生物により硝化処理する飼育水処理方法であって、
   前記微生物を収容する生物濾過槽に流入された飼育水を泡沫分離装置に引き込み、泡沫分離処理により懸濁物を除去するとともに溶存酸素量を高めた後、前記生物濾過槽に戻して好気性の微生物の硝化作用を促進させ、
   かつ、前記泡沫分離処理は、発生する泡沫によって、生物濾過槽に形成された排出口に流れ込む生物濾過槽からの排出流よりも強い水流を生じさせて飼育水を前記排出口に比べて優先的に泡沫分離装置に引き込むことによりなされる飼育水処理方法。
2. 飼育水に含まれた懸濁物を通過させる間隙を形成する濾材によって好気性の微生物を保持し、流入された飼育水を微生物により硝化処理する生物濾過槽と、
   該生物濾過槽から飼育水を引き込み、エアレータからのエアレーションにより懸濁物除去処理するとともに溶存酸素量を高めて前記生物濾過槽に帰還させる泡沫分離装置とを有し、
   かつ、前記泡沫分離装置は、エアレーションによって、生物濾過槽に形成された排出口に流れ込む生物濾過槽からの排出流よりも強い水流を生じさせて生物濾過槽から飼育水を排出口に比べて優先的に引き込む飼育水処理装置。
3. 請求項２記載の飼育水処理装置の生物濾過槽に循環水路を介して接続され、循環処理により収容する飼育水の水質が浄化管理された飼育水槽を備える閉鎖循環式の飼育システム。

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