JP6112692B1

JP6112692B1 - 成形ろ過材、生物ろ過装置及び循環飼育システム

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Publication number: JP6112692B1
Application number: JP2016159661A
Authority: JP
Inventors: 光宏岡本
Original assignee: NIHON SHISETSU CO., LTD; Yukigaya Kagaku Kogyo KK
Current assignee: NIHON SHISETSU CO., LTD; Yukigaya Kagaku Kogyo KK
Priority date: 2016-08-16
Filing date: 2016-08-16
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2036-08-16
Also published as: JP2018027032A

Abstract

【課題】かさ体積当たりのろ過効率に優れる成形ろ過材、その成形ろ過材を用いた生物ろ過装置及び循環飼育システムを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の成形ろ過材１は、ポリビニルアルコールにより形成される成形ろ過材１であって、気孔率が９０％以上９５％以下、平均セル径が１２００μｍ以上１９００μｍ以下、比表面積が３０００ｍ２／ｍ３以上５０００ｍ２／ｍ３以下であり、硝化細菌が定着している表面を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、成形ろ過材、生物ろ過装置及び循環飼育システムに関するものである。

従来から、魚介類の循環飼育において、サンゴ片、カキ殻、親水性セラミック、発泡性ガラス質等、様々な種類のろ過材が用いられている。
しかしながら、ろ過材の閉塞（目詰まり）時には取り出して洗浄する必要があるため、密度が大きいろ過材を用いる場合、ろ過材がろ過装置の底に留まることに起因して、洗浄コストが嵩む等、メンテナンスが困難となるとともに、ろ過材を収容するろ過装置の構造を堅剛なものにする必要があった。
また、従来のろ過材を用いた循環飼育において、ろ過材のかさ体積は、一般に、飼育水槽の容量に対して約３０％から４０％必要であり、ろ過材のかさ体積を確保するために、比較的大きな容量を有するろ過装置を設計する必要があった。
特許文献１に開示された魚介類の循環濾過養殖装置は、高密度で養殖を行う装置を提供することを目的とするものであるが、使用する具体的なろ過材については示されていない。

特許第３７６９６８０号公報

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであって、魚介類の循環飼育に適し、密度が比較的小さく、かつ、飼育水槽の容量に対して比較的小さなかさ体積でろ過の効果が得られる、かさ体積当たりのろ過効率に優れる成形ろ過材、その成形ろ過材を用いた生物ろ過装置及び循環飼育システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明の成形ろ過材は、ポリビニルアルコールにより形成される成形ろ過材において、気孔率が９０％以上９５％以下、平均セル径が１２００μｍ以上１９００μｍ以下、比表面積が３０００ｍ^２／ｍ^３以上５０００ｍ^２／ｍ^３以下であり、硝化細菌が定着している表面を有する。

（２）上記（１）の構成において、前記成形ろ過材は、ポリビニルアルコール原料の重量に対して、ゼオライトを５重量％〜１５重量％含む。

（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記成形ろ過材は、ポリビニルアルコール原料の重量に対して、炭素繊維、炭素微粉末または竹炭微粉末を１０重量％以上含まない。

（４）上記（１）から（３）のいずれかの構成において、前記成形ろ過材の密度は、硝化細菌が表面に定着している状態で、１．０ｇ／ｃｍ^３よりも小さい。

（５）上記（１）から（４）のいずれかの構成における成形ろ過材を備える生物ろ過装置であって、前記成形ろ過材を収容するろ過材収容容器と、前記ろ過材収容容器内に被ろ過水を給水する流入管と、前記ろ過材収容容器内からろ過後に得られるろ過水を排水する流出管と、を有する。

（６）上記（５）の構成における生物ろ過装置を備える循環飼育システムにおいて、飼育水槽と、前記飼育水槽に対して前記流入管及び前記流出管を介して連通する前記生物ろ過装置と、を備える循環飼育システムであって、前記生物ろ過装置は、前記ろ過材収容容器内に、前記飼育水槽の容量の５％以上１５％以下のかさ体積の前記成形ろ過材を有する。

本発明によれば、かさ体積当たりのろ過効率に優れる成形ろ過材、その成形ろ過材を用いた生物ろ過装置及び循環飼育システムを提供できる。

循環飼育システムの全体図である。（ａ）は成形ろ過材を収容した生物ろ過装置の使用形態を示す断面図であり、（ｂ）は目皿板の平面図である。飼育水槽内の飼育水の、アンモニア態窒素、亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素の濃度（ｍｇ／Ｌ）の測定データを示す。横軸を測定日、縦軸をアンモニア態窒素濃度（ｍｇ／Ｌ）としたときの折れ線グラフを示す（実施例１、実施例２、実施例３、比較例１及び比較例２）。横軸を測定日、縦軸を亜硝酸態窒素濃度（ｍｇ／Ｌ）としたときの折れ線グラフを示す（実施例１、実施例２、実施例３、比較例１及び比較例２）。横軸を測定日、縦軸を硝酸態窒素濃度（ｍｇ／Ｌ）としたときの折れ線グラフを示す（実施例１、実施例２、実施例３、比較例１及び比較例２）。横軸を測定日、縦軸をアンモニア態窒素濃度（ｍｇ／Ｌ）としたときの折れ線グラフを示す（実施例４、実施例５及び実施例６）。横軸を測定日、縦軸を亜硝酸態窒素濃度（ｍｇ／Ｌ）としたときの折れ線グラフを示す（実施例４、実施例５及び実施例６）。横軸を測定日、縦軸を硝酸態窒素濃度（ｍｇ／Ｌ）としたときの折れ線グラフを示す（実施例４、実施例５及び実施例６）。

（実施形態）
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。
なお、以下では、本発明の生物ろ過装置１００を循環飼育システムＳの環水路に適用する例を説明する。

（循環飼育システム）
図１は、循環飼育システムＳの全体図である。
図１に示すように、循環飼育システムＳは、主に、魚介類等の水生生物を飼育するための飼育水槽２００と、飼育水槽２００から排水された流水（被ろ過水、飼育水）を一度受けて小型粒子を含む懸濁物を除去するための泡沫分離装置３００と、泡沫分離装置３００から排水された流水からアンモニア硝化を行う生物ろ過装置１００と、生物ろ過装置１００から排水された流水を殺菌し、飼育水槽２００に排水する流水殺菌装置４００と、環水路に設けられて流水を循環させる動力を供給するポンプＰと、を備え、循環路内で流水を循環させるものである。

このように、循環飼育システムＳは、少なくとも、飼育水槽２００と、飼育水槽２００に対して後述する流入管１２及び流出管１３を介して連通する生物ろ過装置１００と、泡沫分離装置３００を備える。

なお、循環飼育システムＳに通水される被ろ過水は、海水であっても淡水であってもよい。ただし、泡沫分離装置３００は、被ろ過水が海水の場合に適用される。また、流水殺菌装置４００は、オプションであり、循環飼育システムＳにおいて、流水殺菌装置４００がなくてもよい。なお、循環飼育は、飼育水の浄化システムを設置して飼育水を再利用して飼育する手法であって、閉鎖循環飼育（蒸発等以外の飼育水の補充を行わないもの）と半循環飼育（飼育水の一部を再利用する手法で、若干の換水を伴うもの）の２つに分類されるものであり、循環飼育システムＳは、閉鎖循環飼育と半循環飼育の両方を含む概念である。

（生物ろ過装置）
次に、循環飼育システムＳの環水路に適用される生物ろ過装置１００を説明する。
図２（ａ）は、本実施形態に係る成形ろ過材を収容した生物ろ過装置１００の使用形態を示す断面図であり、図２（ｂ）は目皿板１４の平面図である。

図２（ａ）に示すように、生物ろ過装置１００は、成形ろ過材１を収容するろ過材収容容器１１と、ろ過材収容容器１１内に被ろ過水を給水する流入管１２と、ろ過材収容容器１１内からろ過後に得られるろ過水を排水する流出管１３と、を有する。
また、生物ろ過装置１００は、開口上部を覆蓋する上蓋１６を有する。

流入管１２は、生物ろ過装置１００の天井面近傍に設けられ、流出管１３は、底面近傍に設けられる。これらの配管は、生物ろ過装置１００の外部における飼育水槽２００と接続され、飼育水槽２００内の被ろ過水を生物ろ過装置１００の内部へと流入させ、ろ過後に得られたろ過水を生物ろ過装置１００の外部へと流出させる機能を有する。

ろ過材収容容器１１内における成形ろ過材１の収容量、及び流入管１２及び流出管１３における流水速度は、例えば、ろ過材収容容器１１内を通過する被ろ過水の空間速度を基準にして、適宜調節される。空間速度は、一般に「ＳＶ」と略称されることもある。なお、ＳＶは、単位時間当たりにおいて、ろ過材収容容器１１内に収容される成形ろ過材１のかさ体積に対し、ろ過される被ろ過水の体積の割合を示す数値である。ＳＶ１００以下で使用することで最も効果を得られる。

そして、生物ろ過装置１００は、ろ過材収容容器１１内に、飼育水槽２００の容量の５％以上１５％以下の総かさ体積の複数の成形ろ過材１を有する。

生物ろ過装置１００は、生物ろ過装置１００内の天井面近傍であって、流入管１２及び生物ろ過装置１００における水面３よりも下方に、目皿板１４が設けられる。
そして、図２（ｂ）で示されるように、目皿板１４には、被ろ過水を通すことはできるが、成形ろ過材１を通すことはできない大きさの通水孔１４Ａが設けられる。

目皿板１４によって、成形ろ過材１は上方への移動がせき止められる。一方、被ろ過水は、目皿板１４における通水孔１４Ａを通り、目皿板１４よりも通水方向下流側に設けられた流出管１３へと到る。

目皿板１４の底面と、ろ過材収容容器１１の内壁面の一部から中心方向に向かって突出し、しかも内壁面を一巡するように形成された目皿板固定部１１Ｂの上面とが当接することにより、目皿板１４がろ過材収容容器１１内の下方に落下しないようになっている。
また、目皿板１４には、例えば図２（ｂ）に示されるように、四箇所の切り欠き部１４Ｃが設けられる。これら四箇所の切り欠き部１４Ｃの切り欠き位置は、目皿板１４の中心と各切り欠き部１４Ｃとを結ぶ半径線が互いに直交するように、設計される。

一方、ろ過材収容容器１１の内周面であって、目皿板固定部１１Ｂが設けられている位置から目皿板１４の厚みよりも大きな寸法間隔で離れた位置に、内周面から突出するように４個の突起部１１Ｃが、設けられる。この４個の突起部１１Ｃの配設位置は、突起部１１Ｃとろ過材収容容器１１の中心軸線とを結ぶ半径線が互いに直交するように、設計される。

この目皿板１４をろ過材収容容器１１に設置するには、目皿板１４をろ過材収容容器１１の上方の開口部からろ過材収容容器１１の内部に装入し、切り欠き部１４Ｃと突起部１１Ｃとが一致するように目皿板１４の位置合わせをし、そのまま目皿板１４を更にろ過材収容容器１１中に装入することにより、目皿板１４を突起部１１Ｃと目皿板固定部１１Ｂとの間に位置するように目皿板固定部１１Ｂの上に載置し、次いで目皿板１４をその中心軸線を中心にして回転させて切り欠き部１４Ｃの位置と突起部１１Ｃの位置とが食い違うようにする。その結果、目皿板１４は、目皿板固定部１１Ｂと突起部１１Ｃとの間に位置した状態となり、ろ過材収容容器１１を天地逆転させても、目皿板１４がろ過材収容容器１１から脱落することがなくなる。

なお、目皿板１４の上面には、把手部１４Ｂが上方向へと突出して設けられる。目皿板１４をろ過材収容容器１１内に脱着する際には、把手部１４Ｂを手で握ることにより、目皿板１４が操作される。

なお、流出管１３よりも底面に近いろ過材収容容器１１の側面には、排水管３０Ａが設けられる。また、排水管３０Ａに設けられた弁３０Ｂの開閉により、排水管３０Ａの通水状態が制御される。排水管３０Ａは、流入管１２と流出管１３とに通水が行われるろ過作業中においては、弁３０Ｂにより閉じられる。一方で、ろ過材収容容器１１の内部を洗浄する際には、弁３０Ｂは開状態とされ、排水管３０Ａから洗浄水が排水される。ろ過材収容容器１１の内部の洗浄時には、流出管１３の内部が汚水によって汚染されることを防止するため、流出管１３に設けられた図示しない弁を閉状態にする等して、流出管１３に洗浄水が通水されないようにすることが好ましい。また、流出管１３と排水管３０Ａとの間におけるろ過材収容容器１１の内部には、トラップ板１５が設けられる。トラップ板１５には、目皿板１４と同様に、被ろ過水を通すことはできるが、成形ろ過材１を通すことはできない大きさの通水孔が設けられ、排水管３０Ａから成形ろ過材１が流出することが防止される。

（成形ろ過材）
成形ろ過材１は、塊状の形状を有し、より具体的には１辺が約２．５ｃｍ以上３．５ｃｍ以下の略立方体形状を有する。そして、複数の成形ろ過材１が、生物ろ過装置１００のろ過材収容容器１１内に収容される。

成形ろ過材１は、ポリビニルアルコール（以下、「ＰＶＡ」と呼ぶ場合がある。）により形成されるものであり、水中に生育する雑菌類及びＳＳ（ＳｕｓｐｅｎｄｅｄＳｏｌｉｄｓ、水中の粉塵）等の吸着能力が高く、水のろ過機能に優れるものである。なお、成形ろ過材１は、ポリビニルアルコールを主成分とするものであり、物理ろ過及び硝化細菌による生物ろ過を阻害しない範囲で、不純物が含まれてもよい。

成形ろ過材１は、ポリビニルアルコール原料の重量に対して、ゼオライトを５重量％〜１５重量％含むことが好ましい。これにより、ＰＶＡ原料を単体で形成した成形ろ過材１に比べて、成形ろ過材１の表面に定着した硝化細菌によるアンモニア態窒素から亜硝酸態窒素を経て硝酸態窒素までの硝化が速くなる。５重量％未満であると、硝化が速くなる効果が明白でなくなり、１５重量％超であると、目詰まりが生じたり洗浄が困難となったりする場合がある。

また、成形ろ過材１は、ポリビニルアルコール原料の重量に対して、炭素繊維、炭素微粉末または竹炭微粉末を１０重量％以上含まないことが好ましい。これにより、ＰＶＡ原料を単体で形成した成形ろ過材１やＰＶＡ原料にゼオライトを含有させた成形ろ過材１に比べて、成形ろ過材１の表面に定着した硝化細菌による亜硝酸態窒素濃度の低下（亜硝酸態窒素から硝酸態窒素への硝化）が遅くならない。炭素繊維、炭素微粉末または竹炭微粉末が１０重量％〜３０重量％であると、硝化細菌が表面に定着することを阻害して、成形ろ過材１の表面に定着した硝化細菌による亜硝酸態窒素から硝酸態窒素への硝化が遅くなる。

成形ろ過材１は、多孔質に形成される。成形ろ過材１が多孔質であることによって、重量当たりの表面積の割合を上昇させることができ、成形ろ過材１におけるかさ体積及び重量当たりのろ過処理能を向上させることができる。成形ろ過材１の内部及び表面には、気孔としてセルが形成される。成形ろ過材１の気孔率は、９０％以上９５％以下である。この範囲であれば、硝化細菌が定着しやすいとともに、通水速度を確保できる。成形ろ過材１の気孔率が９５％よりも大きくなると、被ろ過水のろ過中に、成形ろ過材１の気孔が目詰まりを起こし、通水速度が低下してしまうことがあるので好ましくない。また、成形ろ過材１の気孔率が９０％よりも小さいと、かさ体積当たりの表面積の割合が十分ではなく、硝化細菌の定着が促進されず、成形ろ過材１のろ過処理能が効果的に発揮されないことがある。成形ろ過材１の気孔率の測定方法は特に制限されないが、例えば、アルキメデス法を用いて測定することができる。

また、成形ろ過材１におけるセルの平均径（以下、「平均セル径」と称することがある。）は、１２００μｍ以上１９００μｍ以下であることが好ましい。成形ろ過材１におけるセルの平均径が１２００μｍよりも小さいと、９０％以上の気孔率を達成することが難しいことがある。成形ろ過材１におけるセルの平均径が１９００μｍよりも大きくなると、被ろ過水のろ過中に、成形ろ過材１の気孔が目詰まりを起こし、通水速度が低下してしまうことがあるので好ましくない。成形ろ過材１におけるセルの平均径の測定方法は特に制限されない。例えば、成形ろ過材１を任意の面で切断することにより現れる切断面において、約２０ｍｍ^２の領域を電子顕微鏡等で観察し、観察視野内に存在する各セルにおける開口部の最大長さを測定し、測定された最大長さを相加平均して得られた平均値を、セルの平均径とすることができる。

成形ろ過材１は、その単位体積あたりの表面積である比表面積（単位：ｍ^２／ｍ^３）が３０００ｍ^２／ｍ^３以上５０００ｍ^２／ｍ^３以下であることが好ましい。成形ろ過材１の比表面積が３０００ｍ^２／ｍ^３よりも小さいと、物理ろ過のための表面積が小さくなり、硝化細菌が定着する面積も小さくなるので、被ろ過水をろ過した際に、物理ろ過と生物ろ過とを合わせた総合的なろ過処理能が効果的に発揮されないことがある。また、成形ろ過材１の比表面積が５０００ｍ^２／ｍ^３よりも大きいと、成形ろ過材１の気孔が目詰まりを起こしやすくなることがある。成形ろ過材１の被表面積の測定方法は、特に制限されず、市販されている比表面積測定装置を用いて成形ろ過材１の比表面積を測定することができる。

成形ろ過材１は、その密度が１．０ｇ／ｃｍ^３よりも小さいことが好ましい。成形ろ過材１の密度が１．０ｇ／ｃｍ^３以上であると、成形ろ過材１を収容したろ過材収容容器１１に被ろ過水を通水させる際に、成形ろ過材１は水中で浮上することなく、ろ過材収容容器１１の底部に堆積される。一方で成形ろ過材１の密度が１．０ｇ／ｃｍ^３よりも小さいと、成形ろ過材１が水中を浮上し、水面近傍に集中して存在することにより、水中の雑菌類及びＳＳと、成形ろ過材１の表面との接触効率が高くなり、ろ過処理能が向上する。よって、成形ろ過材１の密度を１．０ｇ／ｃｍ^３よりも小さくすることにより、通水時における成形ろ過材のろ過処理能を高めることができる。また、密度が１．０ｇ／ｃｍ^３よりも小さい成形ろ過材１は、体積当たりの重量が軽く、取扱いに優れる。成形ろ過材１の密度の下限値は特に制限されないが、成形ろ過材１の密度は０．０１ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。成形ろ過材１の密度の測定方法は特に制限されず、例えば、成形ろ過材１の質量及び体積を測定し、質量／体積を計算することによって密度が求められる。

また、成形ろ過材１は、硝化細菌が表面に定着している状態で、その密度が１．０ｇ／ｃｍ^３よりも小さいことがより好ましい。硝化細菌が表面に定着している状態での成形ろ過材１の密度が１．０ｇ／ｃｍ^３よりも小さいと、成形ろ過材１が水中を浮上し、水面近傍に集中して存在する期間が長くなることにより、被ろ過水中の雑菌類及びＳＳ等並びにアンモニア態窒素と、成形ろ過材１の表面との接触効率が高くなり、物理ろ過と生物ろ過とを合わせた総合的なろ過処理能が向上する。よって、硝化細菌が表面に定着している状態で、成形ろ過材１の密度を１．０ｇ／ｃｍ^３よりも小さくすることにより、通水時における成形ろ過材１のろ過処理能を、長期にわたり格段に高めることができる。また、成形ろ過材１が水中を浮上し、水面近傍に集中して存在するので、取り出しやすく、洗浄・清掃等のメンテナンスがしやすい。

なお、成形ろ過材１の形状及び大きさは、特に制限されない。成形ろ過材１は、通常、片手で使用可能な程度の大きさを有する塊状体である。成形ろ過材１の形状の具体例としては、球形状、円柱形状、多角柱形状、円錐台形状、及び多角錐台形状、円錐形状、多角錐形状等が挙げられる。成形ろ過材１の形状としては、球形状又は多角柱形状であることが特に好ましく、立方体形状であることが最も好ましい。成形ろ過材１の形状が立方体形状であると、複数の成形ろ過材１の隙間を少なくし、生物ろ過装置１００において成形ろ過材１を高密度に収容できる。立方体形状である成形ろ過材１の大きさは、立方体の一辺が２．５ｃｍ以上３．５ｃｍ以下であることが特に好ましい。また、球形状である成形ろ過材１の大きさは、球の直径が２．５ｃｍ以上３．５ｃｍ以下であることが特に好ましい。球の直径又は立方体の一片が２．５ｃｍよりも小さいと、成形ろ過材１を充填した際に、成形ろ過材１同士の隙間が小さくなりすぎることにより、被ろ過水を通水した際に目詰まりを起こしやすくなることがある。また、球の直径又は立方体の一片が３．５ｃｍよりも大きいと、複数の成形ろ過材１を収容した際に、成形ろ過材１同士の隙間が大きくなり、成形ろ過材１同士の隙間を短時間で被ろ過水を通過させる場合において、被ろ過水と成形ろ過材１表面との接触効率が低下することがある。

成形ろ過材１は、網袋２に収容しておくことが好ましい。網袋２には、水を通すが、成形ろ過材１を通さない大きさの網目が形成される。網袋２に複数の成形ろ過材１を収容し、この網袋２を生物ろ過装置１００内に設けることにより、成形ろ過材１を生物ろ過装置１００から取り出す際に、成形ろ過材１がばらばらに飛散してしまうことを防止でき、取出し作業が容易になる。

（実施例１）
図２で示される生物ろ過装置１００を用いて、試験を行った。
具体的には、成形ろ過材１を生物ろ過装置１００のろ過材収容容器１１内に収容した後、流入管１２から被ろ過水として飼育水槽２００からの排水をろ過材収容容器１１内に流入させ、成形ろ過材１との接触後に得られたろ過水を流出管１３から飼育水槽２００に環水し、閉鎖循環飼育システムＳを構築した。
また、飼育水槽２００には、約１ｍ^３（１０００リットル）の容量の海水を貯め、ハタ科の魚を数十匹、２０ｋｇ分放ち、定量の餌を定期的に与えて、閉鎖循環飼育した。
成形ろ過材１としては、ＰＶＡにより形成され、一辺の長さが３．０ｃｍの立方体形状であり、気孔率が９０％以上９５％以下であり、比表面積が３０００ｍ^２／ｍ^３以上５０００ｍ^２／ｍ^３以下であり、平均セル径が１２００μｍ以上１９００μｍ以下である、「Ｙ−ＣＵＢＥＧ３」（雪ヶ谷化学工業株式会社製、以下、「Ｇ３」と呼ぶ場合がある。）を使用した。
成形ろ過材１は、ろ過材収容容器１１内にかさ体積で約９０Ｌ（リットル）収容し、飼育水槽２００の容量に対する成形ろ過材１のかさ体積の割合は、９％とした。
流量は、約６０〜９０Ｌ／ｍｉｎ（ＳＶ２５〜ＳＶ６０）となるように、ろ過材収容容器１１内に被ろ過水として海水を通水した。
そして、閉鎖循環飼育において、毒性が問題となるアンモニア態窒素に着目し、所定の日数を空けて、飼育水槽２００内の水を採取し、アンモニア態窒素、亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素の各濃度（ｍｇ／Ｌ）を測定した。

（実施例２）
成形ろ過材１を、ろ過材収容容器１１内にかさ体積で約１４０Ｌ収容し、飼育水槽２００の容量に対する成形ろ過材１のかさ体積の割合を、１４％としたこと以外は、実施例１と同様に実施した。

（実施例３）
実施例１で用いた成形ろ過材１（「Ｙ−ＣＵＢＥＧ３」）に、ゼオライトの微粉末をＰＶＡの原料に対して１０重量％含有したもの（以下、「Ｇ３Ｚ」と呼ぶ場合がある。）を使用したこと以外は、実施例１と同様に実施した。

（比較例１及び比較例２）
循環飼育ではなく、成形ろ過材１及び生物ろ過装置１００を用いずに、飼育水槽２００を用いた掛け流し飼育（飼育水を再利用せず、常に換水）としたこと以外は、実施例１と同様に実施した。なお、比較例１と比較例２とは、ハタ科の魚の個体の重さ（大きさ）が異なるだけである。

実施例１、実施例２、実施例３、比較例１及び比較例２の試験結果を、図３から図６に示す。なお、すべての実施例において、飼育水槽２００内のハタ科の魚は生存しており、給餌量も同等であった。
図３は、飼育水槽２００内の飼育水の、アンモニア態窒素、亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素の濃度（ｍｇ／Ｌ）の測定データを示す。図４は、横軸を測定日、縦軸をアンモニア態窒素濃度（ｍｇ／Ｌ）としたときの折れ線グラフを示す。図５は、横軸を測定日、縦軸を亜硝酸態窒素濃度（ｍｇ／Ｌ）としたときの折れ線グラフを示す。図６は、横軸を測定日、縦軸を硝酸態窒素濃度（ｍｇ／Ｌ）としたときの折れ線グラフを示す。

図４からわかるように、実施例１から実施例３のすべての実施例において、アンモニア態窒素濃度は一時的に（５月２６日の時点）上昇するものの、その後（５月３０日の時点）、測定開始時（５月１３日の時点）のレベルまで低下した。
図５からわかるように、実施例１から実施例３のすべての実施例において、亜硝酸態窒素濃度は一時的に（５月２０日から５月２６日の時点）上昇するものの、その後（５月３０日の時点）、測定開始時（５月１３日の時点）のレベルまで低下した。特に、実施例３（「Ｇ３Ｚ」）は、亜硝酸態窒素の生成がほとんどない。
図６からわかるように、実施例１から実施例３のすべての実施例において、硝酸態窒素濃度は一定のペースで上昇した。

これらの結果により、成形ろ過材１に硝化細菌であるアンモニア酸化細菌が定着し、アンモニア酸化細菌により飼育水槽２００内の飼育水のアンモニア態窒素が亜硝酸窒素に酸化され、さらに、硝化細菌である亜硝酸酸化細菌が定着し、亜硝酸酸化細菌により飼育水槽２００内の飼育水の亜硝酸態窒素が硝酸に酸化されることで、アンモニア態窒素の硝化がなされたことが示された。

また、試験後に生物ろ過装置１００のろ過材収容容器１１内に収容した成形ろ過材１を観察したところ、成形ろ過材１には硝化細菌が定着し、硝化細菌が定着した成形ろ過材１は水底に沈むことなく水面近傍に浮遊して存在しており、成形ろ過材１の密度が、硝化細菌が表面に定着している状態で、１．０ｇ／ｃｍ^３よりも小さいことが示された。

また、飼育水槽２００の容量の９％（実施例１及び実施例３）及び１４％（実施例２）のかさ体積の成形ろ過材１を用いた場合において、早期にアンモニア態窒素の硝化が確認できたことから、生物ろ過装置１００は、ろ過材収容容器１１内に、飼育水槽２００の容量の５％以上１５％以下のかさ体積の成形ろ過材１を有することで、アンモニア態窒素の硝化の効果が得られることが示された。

さらに、成形ろ過材１にゼオライトを含む実施例３は、成形ろ過材１にゼオライトを含まない実施例１及び実施例２に比べて、亜硝酸態窒素の生成がほとんどない（図５参照）が硝酸態窒素の生成は同程度である（図６参照）ので、アンモニア態窒素から亜硝酸態窒素を経て硝酸態窒素までの硝化が速く、効果的であることが示された。

このように、ゼオライトを含む成形ろ過材１（実施例３）も、ゼオライトを含まない成形ろ過材１（実施例１及び実施例２）も、共に、アンモニア態窒素の硝化が有効であることが確認できた。

（実施例４）
次に、図２で示される生物ろ過装置１００を用いて、魚を使わない代わりに、魚には猛毒となる塩化アンモニウムを用いて試験を行った。
具体的には、成形ろ過材１を生物ろ過装置１００のろ過材収容容器１１内に収容した後、流入管１２から被ろ過水として飼育水槽２００からの排水をろ過材収容容器１１内に流入させ、成形ろ過材１との接触後に得られたろ過水を流出管１３から飼育水槽２００に環水し、閉鎖循環飼育システムＳを構築した。
また、飼育水槽２００には、約１ｍ^３（１０００リットル）の容量の海水を貯め、魚を入れず、その代わりに、濃度が約２０ｍｇ／Ｌとなるように塩化アンモニウムを投入し、閉鎖循環した。
成形ろ過材１としては、実施例１と同様のもの（「Ｇ３」）を使用した。
成形ろ過材１は、ろ過材収容容器１１内にかさ体積で約６０Ｌ（リットル）収容し、飼育水槽２００の容量に対する成形ろ過材１のかさ体積の割合は、６％とした。
ＳＶ（単位時間当たりにおいて、ろ過材収容容器１１内に収容される成形ろ過材１のかさ体積に対し、ろ過される被ろ過水の体積の割合）は９０となるように、流量を設定し、ろ過材収容容器１１内に被ろ過水として海水を通水した。
そして、閉鎖循環飼育において、毒性が問題となるアンモニア態窒素に着目し、所定の日数を空けて、飼育水槽２００内の水を採取し、アンモニア態窒素、亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素の各濃度（ｍｇ／Ｌ）を測定した。

（実施例５）
実施例４で用いた成形ろ過材１（「Ｇ３」）に、微粉末竹炭をＰＶＡの原料に対して１０重量％から３０重量％含有したもの（以下、「Ｇ３Ｔ」と呼ぶ場合がある。）を使用したこと以外は、実施例４と同様に実施した。

（実施例６）
実施例４で用いた成形ろ過材１（「Ｇ３」）に、ゼオライトの微粉末をＰＶＡの原料に対して１０重量％含有したもの（以下、「Ｇ３Ｚ」と呼ぶ場合がある。）を使用したこと以外は、実施例４と同様に実施した。

実施例４、実施例５及び実施例６の試験結果を、図７から図９に示す。
図７は、横軸を測定日、縦軸をアンモニア態窒素濃度（ｍｇ／Ｌ）としたときの折れ線グラフを示す。図８は、横軸を測定日、縦軸を亜硝酸態窒素濃度（ｍｇ／Ｌ）としたときの折れ線グラフを示す。図９は、横軸を測定日、縦軸を硝酸態窒素濃度（ｍｇ／Ｌ）としたときの折れ線グラフを示す。

図７からわかるように、実施例４から実施例６のすべての実施例において、アンモニア態窒素濃度は１週間程度でほとんどゼロになるまで低下した。
図８からわかるように、実施例４から実施例６のすべての実施例において、亜硝酸態窒素濃度は一時的に上昇するものの、その後低下した。
図９からわかるように、実施例４から実施例６のすべての実施例において、硝酸態窒素濃度は上昇し、少しずつ低下した。

特に、図７及び図８からわかるように、実施例４（「Ｇ３」）が最もアンモニア態窒素濃度及び亜硝酸態窒素濃度の低下が早い。
また、図８からわかるように、実施例５（「Ｇ３Ｔ」）が最も亜硝酸態窒素濃度の低下（亜硝酸態窒素から硝酸態窒素への硝化）が遅い。
よって、ＰＶＡで形成された成形ろ過材１に微粉末竹炭を１０重量％〜３０重量％含有させたもの（実施例５「Ｇ３Ｔ」）は、ＰＶＡで形成された成形ろ過材１をそのまま使用したもの実施例４「Ｇ３」）やＰＶＡで形成された成形ろ過材１にゼオライトを含有させたもの（実施例６「Ｇ３Ｚ」）に比べて、硝化の効果が低いことがわかった。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明に係る成形ろ過材、その成形ろ過材を用いた生物ろ過装置及び循環飼育システムは上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変化が可能である。

本発明によれば、ポリビニルアルコールにより形成される成形ろ過材が、気孔率が９０％以上９５％以下、平均セル径が１２００μｍ以上１９００μｍ以下、比表面積が３０００ｍ^２／ｍ^３以上５０００ｍ^２／ｍ^３以下であり、硝化細菌が定着している表面を有するので、魚介類の循環飼育において、雑菌類及びＳＳ等の物理ろ過ができるとともに、硝化細菌による生物ろ過によって、発生する有害なアンモニア態窒素を効果的に硝化して低濃度化でき、物理ろ過と生物ろ過の相乗効果により、循環飼育の環境下においても、掛け流し飼育の場合と同様に、魚介類を死滅させることなく飼育できる。

本発明によれば、硝化細菌が定着している表面を有し、ポリビニルアルコールにより形成される成形ろ過材が、ゼオライトを５重量％〜１５重量％含むので、アンモニア態窒素を硝酸態窒素まで速く硝化できる。

本発明によれば、硝化細菌が定着している表面を有し、ポリビニルアルコールにより形成される成形ろ過材は、炭素繊維、炭素微粉末または竹炭微粉末を１０重量％以上含まないので、亜硝酸態窒素濃度の低下が速くなり、アンモニア態窒素を硝酸態窒素まで速く硝化できる。

本発明によれば、成形ろ過材の密度が、硝化細菌が表面に定着している状態で、１．０ｇ／ｃｍ^３よりも小さいので、成形ろ過材が水中を浮上し、水面近傍に集中して存在することにより、水中の雑菌類及びＳＳ等並びにアンモニア態窒素と、成形ろ過材の表面との接触効率が高くなり、物理ろ過及び生物ろ過によるろ過処理能が向上する。また、硝化細菌が表面に定着しても、成形ろ過材が水中を浮上し、水面近傍に集中して存在するので、取り出しやすく、洗浄・清掃等のメンテナンスがしやすい。

本発明によれば、生物ろ過装置が、硝化細菌が定着している表面を有する特定の成形ろ過材を収容するろ過材収容容器と、ろ過材収容容器内に被ろ過水を給水する流入管と、生物ろ過装置内からろ過後に得られるろ過水を排水する流出管と、を有するので、循環飼育システムに生物ろ過装置を組み込むことで、物理ろ過及び生物ろ過によるアンモニア態窒素の硝化を効率的にできる。

本発明によれば、循環飼育システムが、飼育水槽と、飼育水槽に対して流入管及び流出管を介して連通する生物ろ過装置と、を備え、生物ろ過装置は、ろ過材収容容器内に、飼育水槽の容量の５％以上１５％以下のかさ体積の硝化細菌が定着している表面を有する特定の成形ろ過材を有するので、循環飼育システムにおいて飼育水槽の容量の３０％から４０％程度必要であった従来のろ過材に比べて少ないかさ体積で被ろ過水をろ過でき、ろ過材のかさ体積当たりのろ過効率に優れ、ろ過材収容容器の構造を堅剛なものとする必要がなく、大きさをコンパクトにできる。

Ｓ循環飼育システム（閉鎖循環飼育システム）
１成形ろ過材
２網袋
３水面
１１ろ過材収容容器
１１Ｂ目皿板固定部
１１Ｃ突起部
１２流入管
１３流出管
１４目皿板
１４Ａ通水孔
１４Ｂ把手部
１４Ｃ切り欠き部
１５トラップ板
１６上蓋
３０Ａ排水管
３０Ｂ弁
１００生物ろ過装置
２００飼育水槽
３００泡沫分離装置
４００流水殺菌装置

Claims

ポリビニルアルコールにより形成される成形ろ過材において、
気孔率が９０％以上９５％以下、
平均セル径が１２００μｍ以上１９００μｍ以下、
比表面積が３０００ｍ^２／ｍ^３以上５０００ｍ^２／ｍ^３以下であり、
硝化細菌が定着している表面を有する
ことを特徴とする成形ろ過材。
前記成形ろ過材は、ポリビニルアルコール原料の重量に対して、ゼオライトを５重量％〜１５重量％含む
ことを特徴とする請求項１に記載の成形ろ過材。
前記成形ろ過材は、ポリビニルアルコール原料の重量に対して、炭素繊維、炭素微粉末または竹炭微粉末を１０重量％以上含まない
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の成形ろ過材。
前記成形ろ過材の密度は、硝化細菌が表面に定着している状態で、１．０ｇ／ｃｍ^３よりも小さい
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の成形ろ過材。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の成形ろ過材を備える生物ろ過装置であって、
前記成形ろ過材を収容するろ過材収容容器と、
前記ろ過材収容容器内に被ろ過水を給水する流入管と、
前記ろ過材収容容器内からろ過後に得られるろ過水を排水する流出管と、を有する
ことを特徴とする生物ろ過装置。
請求項５に記載の生物ろ過装置を備える循環飼育システムにおいて、
飼育水槽と、
前記飼育水槽に対して前記流入管及び前記流出管を介して連通する前記生物ろ過装置と、を備える循環飼育システムであって、
前記生物ろ過装置は、前記ろ過材収容容器内に、前記飼育水槽の容量の５％以上１５％以下のかさ体積の前記成形ろ過材を有する
ことを特徴とする循環飼育システム。