JP6047749B1 - アクアポニックスシステムとそれを使用した魚介類飼育方法及び植物栽培方法 - Google Patents

Abstract

【課題】魚介類飼育装置と水耕栽培装置を統合させたアクアポニックスシステムと、そのシステムを使用した魚介類飼育方法及び植物栽培方法を提供する。【解決手段】飼育システムの飼育槽１と栽培システムの栽培ベッド２を備え、栽培システムは栽培ベッドを鉛直方向に二段以上配置し、飼育槽内の液体を栽培ベッドの夫々に供給し、夫々の栽培ベッド内の液体を飼育槽に戻して、飼育槽−栽培ベッド−飼育槽と循環する飼育栽培循環系を備え、循環径路を循環する液体により、飼育槽内において魚介類を飼育でき、栽培ベッドにおいて植物を栽培できるようにした。貯水槽−栽培ベッド−貯水槽と循環する栽培循環系と、飼育槽−貯水槽−飼育槽と循環する飼育循環系の双方を設けることもできる。【選択図】図１

Description

本発明は、魚介類飼育装置と水耕栽培装置を統合させたアクアポニックスシステムと、そのシステムを使用した魚介類飼育方法及び植物栽培方法に関する。

アクアポニックスシステムは、魚介類の養殖（飼育）と植物栽培との双方を平行して行うことができることから脚光を浴び、実用化されはじめている。

アクアポニックスシステムは、植物栽培するグローベッドと、魚介類飼育槽（以下「飼育槽」という。）を備えており、飼育槽内の液体をポンプによりグローベッドに供給し、グローベッドの液体を飼育槽内に循環させて、飼育槽での魚介類の飼育とグローベッドでの植物栽培を平行して行うことができるシステムである。

従来、アクアポニックスシステムとして特許文献１〜５に示すシステムがある。

特許文献１には、モジュール式アクアポニックス組立品が開示されている。また、ベルサイフォン及び多層トレイを有するアクアポニックスシステムも開示されている。しかし、特許文献１には、液体をベルサイフォンで落下させて、落下する水流で水槽内の液体をエアレーションさせることは開示されていない。

特許文献２には、水槽モジュールからの排水を園芸用モジュールに流し、その水で植物栽培して、その水の一部をろ過することが開示されている。また、ベルサイフォンを使用することも開示されている。しかし、この発明の園芸用モジュールは、水槽モジュールの水位よりも低い位置に設置されているため、ベルサイフォンから落下する排水で飼育用水槽に適切なエアレーションを付与することも開示されていない。

特許文献３には、縦型アクアポニック菜園システムが開示されている。しかし、このシステムには多層のグローベッドも、ベルサイフォンを利用した排水システムも開示されていない。また、水槽内に液体に十分なエアレーションを提供することも開示されていない。

特許文献４には、水生動物のための水槽、植物育成装置、バイオフィルター及び生物学的な廃棄物消化ユニットを含むアクアポニックスシステム及び方法が開示されている。しかし、このシステムは、多層の栽培グローベッドからの排水を、ベルサイフォンで魚飼育用水槽に落下させて、エアレーションすることは開示されていない。

特許文献５には、縦型アクアポニックスシステムが開示され、ベルサイフォンも開示されている。しかし、このシステムは魚飼育用水槽ではなく、既存の池または湖の生態系から水を引くシステムである。また、ベルサイフォンは魚飼育用水槽に排水して魚飼育用水槽にエアレーションを起こすものでもない。
ている。

米国特許出願公開第２０１３／００４７５０８号明細書 米国特許出願公開第２０１４／００４１５９４号明細書 米国特許出願公開第２０１３／０１６０３６３号明細書 米国特許出願公開第２０１４／００４７７６７号明細書 米国特許出願公開第２０１３／００９８３０３号明細書

本発明の課題は、栽培ベッドを二段以上にし、液体循環中に魚介類の飼育と植物栽培を行う。植物栽培システムを閉鎖型にする。飼育槽内の液体、貯水槽内の液体を循環させ、水質管理して飼育環境及び植物栽培環境を向上させる。

［アクアポニックスシステム１］
本発明のアクアポニックスシステムは、飼育システムと栽培システムを統合したアクアポニックスシステムにおいて、飼育システムの飼育槽と栽培システムの栽培ベッドを備え、栽培ベッドを鉛直方向に二段以上配置し、飼育槽内の液体を二段以上の多段の栽培ベッドに供給し、栽培ベッド内の液体を飼育槽に戻して、飼育槽−栽培ベッド−飼育槽の飼育栽培循環系で循環し、前記循環する液体で、飼育槽内において魚介類を飼育でき、栽培ベッドおいて植物を栽培できるものである。

［アクアポニックスシステム２］
本発明のアクアポニックスシステムは、貯水槽の液体を貯水槽−栽培ベッド−貯水槽と循環する栽培循環系と、飼育槽の液体を飼育槽−貯水槽−飼育槽と循環する飼育循環系を備え、両循環系での液体循環で同時に行って、栽培循環径路を循環する液体により植物栽培を行い、同時に、飼育循環系を循環する液体で魚介類の飼育を行うものであってもよい。

［アクアポニックスシステム３］
本発明のアクアポニックスシステムは、前記１、２のアクアポニックスシステムにおいて、栽培システムを閉鎖循環式（屋内式）栽培システムとすることができる。この場合は、前記栽培システムに照明具を設けて、この照明具から栽培ベッドで栽培される植物に光を当てて光合成を促進可能としたものであってもよい。

［アクアポニックスシステム４］
本発明のアクアポニックスシステムは、前記の１〜３のいずれかのアクアポニックスシステムであり、飼育槽内の液体を水質管理する水質管理装置と植物栽培環境を改善する環境改善装置の双方又はいずれか一方を設けることができる。

［アクアポニックスシステム５］
本発明のアクアポニックスシステムは、飼育槽又は貯水槽内の液体をエアレーションする気体供給装置を設けることができる。気体供給装置は栽培ベッドに取り付けたベルサイフォン又は他の気体供給器等であってもよい。

［アクアポニックスシステム６］
本発明のアクアポニックスシステムは、飼育栽培循環系又は飼育循環系に、物理濾過装置と生物濾過装置の双方又はいずれか一方を設けることができる。この場合、殺菌装置を付加することもできる。物理濾過装置は飼育槽又は貯水槽内の固形物を濾過する濾過装置であり、生物濾過装置は飼育槽又は貯水槽内の液体内の少なくともアンモニア成分を亜硝酸塩に変え、亜硝酸塩から硝酸塩に変える硝化作用をする濾過装置である。

［魚介類飼育方法と植物栽培方法１］
本発明の魚介類飼育方法及び植物栽培方法は、前記１〜６のアクアポニックスシステムのいずれかを使用して、飼育槽内で魚介類を飼育し、多段の栽培ベッドで植物を栽培する方法である。

［魚介類飼育方法と植物栽培方法２］
本発明の魚介類飼育方法及び植物栽培方法は、前記２のアクアポニックスシステムを使用し、液体を栽培循環系で循環させて栽培ベッドで植物を栽培し、更に、飼育循環系でも循環させて飼育槽内で魚介類を飼育する方法であってもよい。

［魚介類飼育方法と植物栽培方法３］
本発明の魚介類飼育方法及び植物栽培方法は、栽培システムが閉鎖循環式（屋内式）栽培システムの場合は、栽培ベッドでの栽培中の植物に照明具から光を当てて光合成を促進する方法であってもよい。

［魚介類飼育方法と植物栽培方法４］
本発明の魚介類飼育方法及び植物栽培方法は、飼育槽又は貯水槽の液体を水質管理し、管理した液体で魚介類の飼育、植物栽培をする方法でもよい。

［魚介類飼育方法と植物栽培方法５］
本発明の魚介類飼育方法及び植物栽培方法は、飼育槽又は貯水槽の液体をエアレーションして気体を含ませた液体で魚介類の飼育、植物栽培をする方法でもよい。この場合、各段の栽培ベッド内の液体をベルサイフォンにより飼育槽又は貯水槽内の液体に落下させて当該液体を撹拌してエアレーションする方法でもよく、気体供給器で飼育槽又は貯水槽内の液体を発泡させて、当該液体をエアレーションすることもできる。

［魚介類飼育方法と植物栽培方法６］
本発明の魚介類飼育方法及び植物栽培方法では、飼育栽培循環系での循環中に、又は、飼育循環系での循環中に、液体内の固形物を除去（濾過）し、少なくとも液体内のアンモニア成分を硝酸塩に変える硝化作用を生物濾過の双方又はいずれか一方の濾過を行うこともできる。必要であれば、循環中の液体を殺菌することもできる。

本発明のアクアポニックスシステムは次の効果がある。
（１）栽培ベッドを鉛直方向に多段に設けたので、狭い場所でも植物栽培面積が広くなる。
（２）植物栽培で浄化された液体が飼育槽に循環するので魚介類の飼育に適した液体を飼育槽に循環させることができる。
（３）水質管理装置を設けたので、魚介類の飼育、植物の栽培に好ましい環境を作ることができる。
（４）栽培システムを閉鎖循環式（屋内式）水耕栽培システムとしたので、外気温の影響、病害虫の害を受けにくくなる。
（５）栽培システムに照明具を設けて、栽培ベッドで栽培される植物に光を当てて光合成を促進させることができるので、植物の生育を促進させることができる。
（６）気体供給装置を備えているので、飼育槽内の液体をエアレーションして、液体内の溶存酸素を高めることができ、魚介類の飼育、植物栽培に好ましい酸素供給ができる。
（７）循環系に物理濾過装置と生物濾過装置の双方又はいずれか一方を設けたので、飼育槽内の固形物が濾過され、アンモニアが植物栽培に必要な亜硝酸に硝化されるので、飼育槽内の液体であっても植物栽培に適した液体にして、栽培ベッドに供給できる。
（８）殺菌装置を付加した場合は、循環する液体が殺菌されるので、魚介類の飼育、植物栽培に衛生的な、液体を供給することができる。

本発明のアクアポニックスシステムによる魚介類飼育方法と植物栽培方法は次の効果がある。
前記アクアポニックスシステムのいずれかを利用するので、前記アクアポニックスシステムが備える効果を得ることができる。

本発明のアクアポニックスシステムの一例を示す正面図。 本発明のアクアポニックスシステムの他例を示す正面図。 本発明のアクアポニックスシステムにおけるベルサイフォンの説明図。 ベルサイフォンの分解説明図。 （ａ）〜（ｄ）はベルサイフォンによる液体排出説明図。

本発明のアクアポニックスシステムと、そのシステムを利用した魚介類飼育方法及び植物栽培方法（以下「飼育・栽培方法」という。）の実施形態を以下に説明する。

（アクアポニックスシステムの実施形態１）
本発明のアクアポニックスシステムの一例として図１に示すものは、魚介類飼育用の飼育槽１と、鉛直方向に間隔をあけて多段に配置された植物栽培用の栽培ベッド２と、飼育槽１内の液体を汲み上げて各段の栽培ベッド２に給水する給水ポンプ３と、給水ポンプ３で汲み上げた飼育槽１内の液体を栽培ベッド２へ供給する給水管４と、各段の栽培ベッド２の液体を排出するベルサイフォン５と、ベルサイフォン５から排出された排水を合流させて飼育槽１に落下させる排水管６を備えている。

［飼育槽］
前記飼育槽１は従来の閉鎖循環式陸上養殖システムの飼育槽と同じもの或いは新規な構造、材質、形状の飼育槽を使用することができる。その大きさは魚介類の飼育に適する大きさ（容量）であり、多段の栽培ベッド２に供給できる液体を貯留できる大きさと深さである。軽量化の面からは樹脂製が適する。図１では飼育槽１を最下段の栽培ベッド２よりも低い位置に設置してあるが、栽培ベッド２からの排液を落下できる位置であれば他の位置でもよく、例えば地中に埋設するとか、室内或いは屋外に設けることもできる。

［給水ポンプ］
飼育槽１内の液体は給水ポンプ３で汲み上げて、給水管４を通して前記栽培ベッド２に供給する。給水ポンプ３は従来の閉鎖循環式陸上養殖システムで使用されていた循環ポンプと同じもの或いは新規な構造、機能のポンプを使用することができる。汲み上げ馬力、汲み上げ容量等は植物栽培に必要な液体を多段の栽培ベッド２に供給できるものとする。

［給水管］
給水管４は給水ポンプ３に連結してあり、給水ポンプ３で汲み上げた飼育槽１内の液体を、各段の栽培ベッド２に給水できるように分配管７を設けてある。給水管４には樹脂製或いは金属製のパイプを使用することができる。

［栽培ベッド］
栽培ベッド２は従来の閉鎖循環式水耕栽培システムに使用されていた栽培ベッドと同じもの或いは新規な構造、材質、形状の栽培ベッドを使用することができる。その大きさは植物栽培に適する大きさ、深さ、長さ、横幅とする。材質は軽量化の面からは樹脂製が適する。栽培ベッド２の底には植物栽培用土壌、例えばハイドロトン、ブラックシンダー、バーミキュライト、パーライト、ロックウール、ココピート、ベークライト、その他の培土、もしくはそれらの組み合わせを敷設してもよく、敷設しなくてもよい。栽培ベッド２の段数は植物の栽培量、栽培管理可能な規模になるように選択する。多段の栽培ベッド２は棚８に固定することも、出し入れ可能に設置することもできる。

栽培ベッド２は屋外に設置することもできるが、太陽光を採光できない屋内に設置して閉鎖循環式栽培システムとすることもできる。閉鎖循環式栽培システムは太陽光を殆ど又は全く採光できない屋内に栽培システムを設置し、植物に人工光を当てて植物栽培する汎用のシステムである。栽培ベッド２で行う植物栽培は、ＮＦＴ（Nutrient Film Technique)と呼ばれる薄膜水耕、ＤＷＣ（Deep Water Culture）と呼ばれる湛液型水耕、Ｅｂｂ＆Ｆｌｏｗと呼ばれる礫耕栽培、その他の栽培方法のいずれでもよい。排水にベルサイフォン５を使用するのは通常礫耕栽培（湛液型水耕でも可）で、他の方法は単純にオーバーフローを排水する。本発明はイチゴ栽培等にはよく使われる点滴換水方式を使用することも、その他のいずれの方式でも使用することができる。

［照明具］
閉鎖循環式栽培システムを採用した場合は、本発明では、栽培ベッド２或いは棚８に照明具（図示しない）を取り付けて、当該照明具からの照明で栽培植物の光合成を促進させることができるようにする必要がある。照明具はＬＥＤ、電球、蛍光灯、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ、プラズマライト等の各種発光具を使用することができる。照明具は栽培中の植物に万遍なく照射できるように設ける。全ての段又は任意の段の栽培ベッド２に設けることができる。

［ベルサイフォン］
ベルサイフォン５は各段の栽培ベッド２の底面２ａに取り付けられており、栽培ベッド２内の液体（栽培液）を集水して外部に排出するものであり、図１ではベルサイフォン５を各段の栽培ベッド２に連結し、各段のベルサイフォン５を排水管６に連結して、それら各段のベルサイフォン５から排出される液体が、排水管６を通して飼育槽１内に落下するようにしてある。この排液落下により飼育槽１内の液体がエアレーションされ（液体が撹拌されてその液体に酸素が供給（給気）されて溶存酸素が多くなる）ようにしてある。

一例として図３に示すベルサイフォン５は、栽培ベッド２の底面２ａに貫通固定した支持パイプ９（図４）と、支持パイプ９に上方から差し込んで栽培ベッド２内に突設した導入パイプ１０と、支持パイプ９に下方から差し込んで栽培ベッド２の外に突設した流出パイプ１１と、導入パイプ１０の外周に被せたスタンドパイプ１３ａと、スタンドパイプ１３ａの上に被せたキャップ１３ｂを備える。本発明ではスタンドパイプ１３ａとキャップ１３ｂでベル１２が構成される。栽培ベッド２内の液体Ｗの水面Ｈよりも上まで突出させてある。スタンドパイプ１３ａの周壁の下端側には流入口１４が開口されており、栽培ベッド２内の液体Ｗが流入するようにしてある。流入口１４は溝、孔といった任意形状とすることができ、それら溝や孔の数も排水量に合わせて任意に設計でき、開口位置もスタンドパイプ１３ａの軸方向任意箇所とすることができる。ベルサイフォン５の排水量は栽培ベッド２の排水量に合わせて設計する。

［ベルサイフォンによる排水］
スタンドパイプ１３ａの流入口１４からスタンドパイプ１３ａ内に流入した栽培ベッド２内の液体Ｗ（図５（ａ））は、スタンドパイプ１３ａ内に溜まり、導入パイプ１０の上端面（入口）１０ａより高い位置までたまると（図５（ｂ））、過剰な水は自動的に入口１０ａから導入パイプ１０内に流れ込み、流出パイプ１１から排水管６に排出される（図５（ｄ））。栽培ベッド２に液体を間欠供給する場合は、図５（ｄ）に示すように過剰な水が排出されるとスタンドパイプ１３ａ内の水位は低下するが、栽培ベッド２に液体を連続供給する場合は、排水されても図５（ｃ）に示すようにスタンドパイプ１３ａ内の水位は導入パイプ１０の入口１０ａより高い位置に維持される。

［排水管］
排水管６には既存の樹脂製或いは金属製のパイプを使用することができる。排水管６は各段のベルサイフォン５から排出される液体を合流して飼育槽１に落下させるものである。図１では最下段の栽培ベッド２に設けたベルサイフォン５は排水管６に連結せずに、直に、飼育槽１に落下されるようにしてあり、下から二段目以上の栽培ベッド２に設けたベルサイフォン５を排水管６に連結して、排水管６で合流して飼育槽１に落下するようにしてある。

［物理濾過装置、生物濾過装置］
飼育槽１の液体には、飼育中の魚介類からの排泄物、餌の食べ残し（残渣）、その他の固形物、アンモニア等が含まれる。排泄物や食べ残しの餌等の固形物は物理濾過装置で濾過し、アンモニアは生物濾過装置（Bio Reactor）で、アンモニア（ＮＨ_３）を亜硝酸塩（ＮＯ_２）→硝酸塩（ＮＯ_３）に硝化するのが望ましい。硝酸塩（ＮＯ_３）は植物の生育に大切な要素である。

〈物理濾過装置〉
物理濾過装置には渦巻き式フィルタ（Swirl Filter）、輻射式フィルタ（Radial Filter）、スクリーンフィルター、スポンジ等を単独で又はそれら二以上を組み合わせて使用することができる。その設置箇所は飼育槽１内、又は飼育槽１内の液体が、飼育槽１−栽培ベッド２−飼育槽１と循環する飼育栽培循環系のいずれの箇所であってもよい。

〈生物濾過装置〉
生物濾過装置には既存の生物濾過装置を使用することができる。その設置箇所は飼育槽１内、又は飼育槽１内の液体が、飼育槽１−栽培ベッド２−飼育槽１と循環する飼育栽培循環系のいずれの箇所であってもよい。

［水質管理装置］
魚介類の飼育、植物の栽培に適した液体を使用するのが望ましい。液体は魚介類の飼育、植物栽培によりｐＨ値、ＥＣ（電気伝導度）、液温、溶存酸素等が変化する。本発明では飼育槽１内の液体の水質を管理するための水質管理装置１５（図１）を設けることができる。水質管理装置は、例えば、試薬やセンサー等でｐＨ、ＥＣ、液内成分等を測定し、それらを調整するものである。水質管理装置１５は加温装置、殺菌装置、気体供給装置等を含むものであってもよい。図１では水質管理装置１５を飼育槽１内に設けてあるが、水質管理装置１５の設置箇所は、飼育槽１内の液体を管理できる箇所であれば他の箇所であってもよい。

［ｐＨ調整装置］
ｐＨ調整装置は飼育槽1内の液体のｐＨ値を調整するものである。ｐＨ調整装置には飼育槽1内の液体のｐＨ値をセンサーで検知して、魚介類の飼育、植物栽培に適するｐＨ値に調整できるｐＨ調整器を使用することができる。

［ＥＣ調整装置］
ＥＣ調整は、既存のＥＣ測定装置で液体のＥＣを測定し、その測定結果を所定に基づいて、ＥＣが所定の値になるように自動で或いは人為的に調整する。ＥＣ測定には既存のＥＣ測定器を使用することができる。

［加温装置］
加温装置は液体温度が低い場合に液体を加温するものであり、液体温度の測定に温度測定器を、液体の加熱に投げ込み式ヒーターとか他の加熱器等を使用可能である。この場合は、測定温度に基づいて加温装置の駆動制御や設定温度の調節をする制御装置や温度調節装置等を設けることができる。

［殺菌装置］
殺菌装置は飼育槽１内の液体の細菌、ウイルス、藻類等を殺菌するものであり、例えば、紫外線殺菌装置、オゾン殺菌装置、その他の殺菌装置を使用することができる。その配置箇所も、飼育槽１内又は前記循環系のいずれでもよい。

［気体供給装置］
前記液体が溶存酸素不足の場合は、気体供給装置から空気を供給して酸素を補給することができる。気体供給装置は飼育槽１内の液体中の溶存酸素を維持或いは増加させるものであり、液体を撹拌して外気中の酸素を供給する（エアレーションする）できるものである。エアーポンプ、ナノバブル発生装置を使用することができ、液体撹拌は栽培ベッド２の排液を飼育槽１内の液体に落下させるなどして行うことができる。

［環境改善装置］
本発明では前記装置の他に、二酸化炭素発生装置、気流発生装置といった飼育環境及び植物栽培環境を改善する各種の環境改善装置を設けることもできる。

〈二酸化炭素発生装置〉
二酸化炭素発生装置は二酸化炭素（ＣＯ_２）を発生させて、それを栽培ベッド２の周囲の空気中に供給して光合成を促進するものである。

〈気流発生装置〉
気流発生装置は風を発生させるものであり、ファンやエアコン等を使用することができる。発生する風を栽培ベッド２の周囲の風通しを良くするものである。併せて、室内の温度や湿度の調整も行うことができる。

前記二酸化炭素発生装置や気流発生装置等の環境改善装置は植物を栽培する室内や屋外に設置することができる。植物栽培環境の風通しを良くし、室内の温度や湿度を調整することにより、病害虫の発生を抑制することもできる。

植物栽培用の液体は、三大要素である窒素、リン酸、カリウムを中心にカルシウム、マグネシウムなどの他の必須元素とナトリウム、ケイ素等の有用元素を植物の種類によって配合されている液体を使用することができる。その液体としては、例えば、大塚ハウス、ハイポニカ等の化学液肥を使用することができる。化学液肥を使用しない有機栽培のアクアポニックスの場合、飼育槽１の液体の硝化作用によって十分な窒素（硝酸塩）が供給されるが、リン酸、カリウム等が不足がちになるため、有機サプリメント等でそれを補うのが望ましい。

図１のアクアポニックスシステムでは、図１に仮想線で示すようにバイパス路ＢＰを設け、そのバイパス路ＢＰ中に、物理濾過装置、生物濾過装置、殺菌装置、水質管理装置１５等を設けることもできる。

［図１のシステムによる飼育・栽培方法］
図１に示すアクアポニックスシステムを使用して飼育槽１内で魚介類を飼育し、栽培ベッド２で植物を栽培するには次のようにする。飼育槽１内の液体を給水ポンプ３で汲み上げて給水管４に送り、給水管４から分配管５に分流して各段の栽培ベッド２に給水する。また、栽培ベッド２内の液体をベルサイフォン５で集水して排水管６に送り、排水管６を通して飼育槽１に落下せる。このとき、最下段の栽培ベッド２内の液体は、その栽培ベッド２に取り付けられているベルサイフォン５から直接、飼育槽１に落下させる。これら排液の落下により飼育槽１内の液体が撹拌されて、当該液体に外気中の酸素が供給される（エアレーションされる）。この場合、各段の栽培ベッド２からの液体を排水管６に合流させて飼育槽１に落下させるため、その排液は比較的強い水流になり、飼育槽１内の液体を十分にエアレーションすることができる。飼育槽1内の液体を給水ポンプ３で汲み上げて、給水管４−栽培ベッド２−ベルサイフォン５−排水管６−飼育槽１の系で循環させて、魚介類の飼育及び植物の栽培を行う。この間、飼育槽１内の液体の水質管理、必要な量の液体補給、汚れた液体の交換等を行うのが望ましい。給水ポンプ３での汲み上げは連続して行うことも、タイマーで時間制御して間欠的に行うこともできる。

（アクアポニックスシステムの実施形態２）
本発明のアクアポニックスシステムの他例として図２に示すものは、図１に示す実施形態１と同様に、飼育槽１、多段の栽培ベッド２、給水ポンプ３、給水管４、ベルサイフォン５、排水管６を備える。この他に、貯水槽１６、循環ポンプ１７、送り路１８、物理濾過装置１９、生物濾過装置２０、殺菌装置２１、戻り路２２を備える。

前記飼育槽１、栽培ベッド２、給水ポンプ３、給水管４、ベルサイフォン５、排水管６には図１のそれらと同じものを使用することができる。

前記循環ポンプ１７は飼育槽1内の液体を、送り路１８を通して貯水槽１６に送り込むものであり、汎用の水中ポンプとか陸上設置型の汲み上げポンプ等を使用することができる。

図２では貯水槽１６の液体を給水ポンプ３−栽培ベッド２−貯水槽１６の栽培循環系で循環させることができる。同時に飼育槽1内の液体を循環ポンプ１７−送り路１８−物理濾過装置１９−生物濾過装置２０−殺菌装置２１−貯水槽１６−給水ポンプ３−戻り路２２の飼育循環系で循環させることもできる。この場合、給水ポンプ３で汲み上げられた液体は、戻り路２２と給水管４の双方に送られるため、戻り路２２と給水管４の分岐部に調節弁２３（図２）を設けて、その調節弁２３で戻り路２２と給水管４への給水量を調節できるようにしてある。戻り路２２への戻しは、給水ポンプ３とは別の戻し専用のポンプ（戻しポンプ）を使用することもできる。

図２では貯水槽１６を最下段の栽培ベッド２の下方に設けて、多段の栽培ベッド２の液体をベルサイフォン５、排水管６を通して当該貯水槽１６内に落下させて、貯水槽１６内の液体をエアレーションできるようにしてある。この場合、最下段の栽培ベッド２の排液は排水管６を通さずに、ベルサイフォン５から直に貯水槽１６に落下させてある。

送り路１８の途中には、物理濾過装置１９と生物濾過装置２０が配置されている。図２では物理濾過装置１９を循環ポンプ１７側（送り方向手前側）に、生物濾過装置２０を物理濾過装置１９よりも貯水槽１６側（送り方向先方側）に配置してあるが、物理濾過装置１９と生物濾過装置２０の配置は逆であってもよい。十分な濾過ができれば、物理濾過装置１９と生物濾過装置２０の一方だけを配置してもよい。物理濾過装置１９、生物濾過装置２０は実施形態１のそれらと同じものである。

［照明具］
図２のアクアポニックスシステムの場合も、閉鎖循環式栽培システムにし、照明具を取り付けて、当該照明具からの照明で栽培植物の光合成を促進させることができる。この場合の照明具も実施形態１の場合と同様にすることができる。

［物理濾過装置、生物濾過装置、水質管理装置、環境改善装置］
図２のアクアポニックスシステムの場合も、実施形態１のアクアポニックスシステムの場合と同様に、物理濾過装置、生物濾過装置、水質管理装置、環境改善装置を設けることができる。

［図２のシステムによる飼育・栽培方法］
図２に示すアクアポニックスシステムを使用して魚介類の飼育と植物の栽培を行うことは、図１のアクアポニックスシステムを使用する場合と同様である。図２では貯水槽１６内の液体を給水ポンプ３で汲み上げて供給管４に送り、供給管４から各段の栽培ベッド２に供給して、栽培ベッド２で植物を栽培する。栽培ベッド２内の液体をベルサイフォン５から排水管６を通して貯水槽１６に落下させる。最下段の栽培ベッド２内の液体は当該栽培ベッド２に取り付けられているベルサイフォン５から直接、貯水槽１６に落下させることができる。これら液体の落下により貯水槽１６内の液体をエアレーションする。エアレーションにより溶存酸素が多くなった液体を給水ポンプ３で汲み上げて戻し路２２に送り、戻し路２２から飼育槽１に供給して、飼育槽１内で魚介類を飼育する。飼育槽１内の液体は循環ポンプ１７で送り路１８に送り、物理濾過装置１９−生物濾過装置２０−殺菌装置２１−貯水槽１６に送る。この間に、実施形態１の場合と同様に水質管理され、植物栽培環境が整えられる。

［液体補給］
図２の場合も、飼育槽１内の液体の補給、入れ替え等を行うのが望ましい。貯水槽１６からの液体の循環及び飼育槽１からの液体の循環は常時行うこともできるし、予め設定してあるタイミングで定期的（間欠的）に行うこともできる。

（アクアポニックスシステムの実施形態３）
本発明のアクアポニックスシステムは、図１、図２に示すもの以外であってもよい。栽培ベッド２の段数は図示した以外の任意の段数とすることもできる。栽培ベッド２はサイズや形状の異なるものを多段に積層することもできる。飼育槽１、貯水槽１６も二以上設けることもできる。この場合、サイズ、形状の異なるものであってもよい。水質管理装置は前記した機器や装置を含むものであってもよく、それらの一部を備えないものであってもよい。例えば、物理濾過装置１９、生物濾過装置２０の双方又はいずれか一方を二段にすることもできる。貯水槽１５は地中に埋設することもできる。

（アクアポニックスシステムの実施形態４）
図１に示すアクアポニックスシステムでは飼育槽１を栽培ベッド２の下に、図２に示すアクアポニックスシステムでは飼育槽１と栽培ベッド２を同じ高さにしてあるが、飼育槽１は栽培ベッド２よりも上方にあってもよい。この場合は、飼育槽１内の液体を栽培ベッド２に自然落下させて給水し、栽培ベッド２からの排水をポンプで飼育槽に循環させることになる。

（アクアポニックスシステムの実施形態５）
本発明のアクアポニックスシステムは、図１又は図２に示すアクアポニックスシステムを基本ユニットとし、その基本ユニットを横方向或いは前後方向に配置して、飼育システム、栽培システムの規模を拡大することもできる。この場合、棚８に栽培ベッド２を設けた栽培システムを基本ユニットとし、その栽培システムを横方向或いは前後方向に配置し、飼育槽１や貯水槽１６は増設した栽培システムに合わせて大容量のものを使用することもできる。前記いずれの場合も、横方向或いは前後方向に配置した栽培システムの少なくとも棚８は互いに連結することができる。可能であれば、各ユニットの栽培ベッド２も横方向或いは前後方向に連結可能な構造のものにして、栽培ベッド２も連結することもできる。

１ 飼育槽
２ 栽培ベッド
２ａ （栽培ベッドの）底面
３ 給水ポンプ
４ 給水管
５ ベルサイフォン
６ 排水管
７ 分配管
８ 棚
９ 支持パイプ
１０ 導入パイプ
１０ａ （導入パイプの）上端面（入口）
１１ 流出パイプ
１２ ベル
１３ａ スタンドパイプ
１３ｂ キャップ
１４ （スタンドパイプの）流入口
１５ 水質管理装置
１６ 貯水槽
１７ 循環ポンプ
１８ 送り路
１９ 物理濾過装置
２０ 生物濾過装置
２１ 殺菌装置
２２ 戻り路
２３ 調節弁
ＢＰ バイパス路
Ｈ 水面
Ｗ 液体

Claims (14)

1. 飼育システムと栽培システムを統合したアクアポニックスシステムにおいて、
   飼育システムの飼育槽と栽培システムの栽培ベッドを備え、
   栽培ベッドは鉛直方向に二段以上配置され、
   前記飼育槽は、前記二段以上の栽培ベッドに供給する液体を貯留できる大きさ及び深さを備え、
   前記飼育槽と前記栽培ベッドの間に給水管が配管され、
   前記給水管から各段の栽培ベッドに分配管が配管され、
   前記給水管にポンプが連結されて、当該ポンプにより飼育槽から給水管に供給される液体を夫々の分配管を通して各段の栽培ベッドに供給できるようにしてあり、
   夫々の栽培ベッドにベルサイフォンが設けられ、
   前記夫々の栽培ベッドのベルサイフォンの出口が排水管に連結され、
   前記排水管は、前記ベルサイフォンから当該排水管に集合した液体を飼育槽に落下させて当該飼育槽内の液体をエアレーションすることができるように、下端が飼育槽内の液面よりも上方に配置され、
   前記構成により、飼育槽−ポンプ−給水管−分配管−栽培ベッド−ベルサイフォン−排水管−飼育槽と循環する飼育栽培循環系が形成され、
   前記飼育栽培循環系に物理濾過装置と生物濾過装置の双方又はいずれか一方を備え、
   前記飼育栽培循環系を循環する液体により、飼育槽内において魚介類を飼育でき、栽培ベッドにおいて植物を栽培できる、
   ことを特徴とするアクアポニックスシステム。
2. 請求項１記載のアクアポニックスシステムにおいて、
   一部の栽培ベッドのベルサイフォンの出口が排水管に連結され、排水管に連結されない栽培ベッドのベルサイフォンの出口は飼育槽の上方に配置され、
   前記排水管とベルサイフォンから液体を飼育槽に落下させて、当該飼育槽内の液体をエアレーションすることができる、
   ことを特徴とするアクアポニックスシステム。
3. 請求項１記載のアクアポニックスシステムにおいて、
   全ての栽培ベッドのベルサイフォンの出口が排水管に連結され、
   前記排水管から液体を飼育槽に落下させて、当該飼育槽内の液体をエアレーションすることができる、
   ことを特徴とするアクアポニックスシステム。
4. 飼育システムと栽培システムを統合したアクアポニックスシステムにおいて、
   飼育システムの飼育槽と栽培システムの栽培ベッドと貯水槽を備え、
   栽培ベッドは鉛直方向に二段以上配置され、
   前記飼育槽及び貯水槽は、前記二段以上の栽培ベッドに供給する液体を貯留できる大きさ及び深さを備え、
   前記貯水槽と前記栽培ベッドの間に給水管が配管され、
   前記給水管から各段の栽培ベッドに分配管が配管され、
   前記給水管にポンプが連結されて、当該ポンプにより飼育槽から給水管に供給される液体を夫々の分配管を通して各段の栽培ベッドに供給できるようにしてあり、
   夫々の栽培ベッドにベルサイフォンが設けられ、
   前記夫々の栽培ベッドのベルサイフォンの出口が排水管に連結され、
   前記排水管は、前記ベルサイフォンから当該排水管に集合した液体を貯水槽に落下させて当該貯水槽内の液体をエアレーションすることができるように、下端が飼育槽内の液面よりも上方に配置され、
   前記構成により、貯水槽−ポンプ−給水管−分配管−栽培ベッド−ベルサイフォン−排水管−貯水槽と循環する栽培循環系が形成され、
   前記貯水槽内の液体が飼育槽に送られ、飼育槽内の液体が貯水槽に戻されて、飼育槽−貯水槽−飼育槽と循環する飼育循環系も形成され、
   前記栽培循環系と飼育循環系の双方又はいずれか一方に、物理濾過装置と生物濾過装置の双方又はいずれか一方を備え、
   前記栽培循環系を循環する液体により、栽培ベッドにおいて植物を栽培でき、
   前記飼育循環系を循環する液体により、飼育槽内において魚介類を飼育できる、
   ことを特徴とするアクアポニックスシステム。
5. 請求項４記載のアクアポニックスシステムにおいて、
   一部の栽培ベッドのベルサイフォンの出口が排水管に連結され、排水管に連結されない栽培ベッドのベルサイフォンの出口は貯水槽の上方に配置され、
   前記排水管とベルサイフォンから液体を貯水槽に落下させて、当該貯水槽内の液体をエアレーションすることができる、
   ことを特徴とするアクアポニックスシステム。
6. 請求項４記載のアクアポニックスシステムにおいて、
   全ての栽培ベッドのベルサイフォンの出口が排水管に連結され、
   前記排水管から液体を貯水槽に落下させて、当該貯水槽内の液体をエアレーションすることができる、
   ことを特徴とするアクアポニックスシステム。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のアクアポニックスシステムにおいて、
   飼育槽又は貯水槽の液体を水質管理する水質管理装置を備えた、
   ことを特徴とするアクアポニックスシステム。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のアクアポニックスシステムにおいて、
   飼育槽内又は貯水槽内の液体をエアレーションする気体供給装置を備えた、
   ことを特徴とするアクアポニックスシステム。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のアクアポニックスシステムにおいて、
   少なくとも二段以上の栽培ベッドが屋内に設置された閉鎖循環式栽培システムであり、
   前記栽培システムが照明具を備え、照明具から栽培ベッドで栽培される植物に光を当てて光合成を促進させることができる、
   ことを特徴とするアクアポニックスシステム。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のアクアポニックスシステムにおいて、
    栽培システムの少なくとも二段以上の栽培ベッドを基本の栽培ユニットとし、この栽培ユニットを横方向と前後方向の双方又はいずれか一方に配置して増設可能である、
    ことを特徴とするアクアポニックスシステム。
11. 飼育槽内で魚介類を飼育し、二段以上の栽培ベッドで植物を栽培するアクアポニックスシステムによる魚介類飼育方法及び植物栽培方法において、
    アクアポニックスシステムが、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアクアポニックスシステムであり、
    前記アクアポニックスシステムにおける飼育槽−ポンプ−給水管−分配管−栽培ベッド−ベルサイフォン−排水管−飼育槽の飼育栽培循環系を循環する液体により、前記飼育槽内で魚介類を飼育し、栽培ベッドで植物を栽培する、
    ことを特徴とするアクアポニックスシステムによる魚介類飼育方法及び植物栽培方法。
12. 飼育槽内で魚介類を飼育し、二段以上の栽培ベッドで植物を栽培するアクアポニックスシステムによる魚介類飼育方法及び植物栽培方法において、
    アクアポニックスシステムが、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のアクアポニックスシステムであり、
    前記アクアポニックスシステムにおける貯水槽−ポンプ−給水管−分配管−栽培ベッド−ベルサイフォン−排水管−貯水槽の栽培循環系を循環する液体により栽培ベッドで植物栽培し、飼育槽−貯水槽−飼育槽の飼育循環系を循環する液体により、飼育槽内で魚介類を飼育する、
    ことを特徴とするアクアポニックスシステムによる魚介類飼育方法及び植物栽培方法。
13. 請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載のアクアポニックスシステムによる魚介類飼育方法及び植物栽培方法において、
    飼育槽内の液体が、飼育槽−ポンプ−給水管−分配管−栽培ベッド−ベルサイフォン−排水管−飼育槽と循環する飼育栽培循環系、又は、飼育槽−貯水槽−飼育槽と循環する飼育循環系を循環する間に、当該液体の物理濾過と生物濾過の双方又はいずれか一方を行う、
    ことを特徴とするアクアポニックスシステムによる魚介類飼育方法及び植物栽培方法。
14. 請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載のアクアポニックスシステムによる魚介類飼育方法及び植物栽培方法において、
    飼育槽内の液体が、飼育槽−ポンプ−給水管−分配管−栽培ベッド−ベルサイフォン−排水管−飼育槽と循環する飼育栽培循環系、又は、飼育槽−貯水槽−飼育槽と循環する飼育循環系を循環する間に、当該液体の水質管理と液体の補給の双方又はいずれか一方を行う、
    ことを特徴とするアクアポニックスシステムによる魚介類飼育方法及び植物栽培方法。

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