JPH04500032A - 水浄化システム及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ２８、請求項２０の養魚池において、 上記ポンプ手段は、リフトポンプである。

２９、請求項２０の養魚池において、 避難所、上記タンク上に位置された人口的照明手段、沈澱物を除去する手段、水 の塩分濃度を制御する手段、水のｐＨを制御する手段、水の温度を制御する手段 、タンク内に潮の干満を生成する手段、タンク内の水生生物の餌をタンクに導入 する手段の内の少なくとも１つを更に含む。

３０、請求項２０の養魚池において、 上記タンクの上方に位置された人工的な照明手段を更に含み、この照明手段は夜 明け、夕暮れの光の強さの変化をシュミレートする。

３１、請求項３０の養魚池において、 上記照明手段は、複数の照明及びこの複数の照明を一度に１つ周期的にオンオフ するタイマを含む。

３２、請求項２０の養魚池において、 ｐＨ制御手段を更に含む。

３３、請求項３２の養魚池において、 上記ｐＨ制御手段は、上記タンクに流路が接続されたポンプ手段と、酸の貯留部 と、水貯留手段とを含み、上記ポンプ手段は上記水及び酸を貯留部から所定の比 率で上記タンクへ輸送し、タンク内の水のｐＨを所望のｐＨにする。。

３４、請求項３３の養魚池において、 上記酸貯留部は、硝酸態窒素と燐酸態燐のモル比率が１５：１の酸を含む。

明細書 この発明は、水質制御及び浄化システムに関するものであり、特に家庭、学校、 オフィスまたは実験室の養魚池ｃ魚だけでなく水生生物一般を生育させるもの） に特に有効な調和のとれた小規模海水または水圏生態システムを構築する水浄化 システム及び装置に関する。

長年にわたって、人類は水中環境の小さな一部分を再現することを試みてきた。

しかし、これは非常に難しいことだということが証明されている。特に海水環境 については非常に難しい。海の生物を生きた状態で閉じ込められた環境中におく ことの難しさは、「若干の科学をミックスした魔法」であると言われている。

淡水の生物は環境の変化により適応し昌いため、過去の淡水環境における経験は 海水のそれと比べ一般的に成功した場合が多い。しかしながら、この場合もかな りの困難を伴っている。

過去において、養魚池や循環路システムに閉じ込めた場合における問題点は、水 （特に海水）及びそのを機組成物の不安定さにあると言われている。また、海や より狭い水環境に生きる生物が環境の変化に適応する能力に欠けていることも問 題であると言われている。正しい環境のためには、次のことを満足することが必 要であると言われている。すなわち、水システムが化学的に不活性であること、 水の体積当りの動物のｊ（少ないこと、バクテリヤをコントロールすること、余 分な代謝生産物を除去すること。

さらに、養魚池は繰り返し利用する決まった量の水を保有するので、その生態は くずれ昌く微妙であり、相互に密接関連する物理的、化学的、生物学的な多数の 因子に依存する。これらの因子は、酸素−二酸化炭素サイクル、窒素及び燐のサ イクル、ある種の物質のバランスなどを含んでいる。バランスについて言えば、 養育の対象である水生生物である水生スベシメン（ｓｐｅｃｉｍｅｎ）によって 排出されへまたは植物や動物の細胞をバクテリヤが分解することによって形成さ れた溶解性及び非溶解性の有機物や無機物からなる汚物を水環境から除去しなけ ればならない。溶解性有機物などの特定のものはバクテリヤの作用によって二酸 化炭素や溶解性の栄養物に変換される。システムはアンモニア、二酸化炭素及び 栄養物がオーバーロードになってはならなずまた酸素がなくなってはいけない。

このために一定量の水の中における代謝生産物の濃度は十分バランスするように 維持しなければならない。

養魚池における水環境、特に家庭、学校、オフィスまたは実験室における養魚池 での複雑な水環境を得るためには、自然の環境を真似て再現することが必要であ る。水環境の全ての物理的化学的構成物が用意されなければならない。そして、 植物及び動物のバランスやこれらの生物の量が水の量に対し正しいものに調整さ れなければならない。家庭における養魚池程度のスケールにおける従来の試みは 、十分満足できる結果を得ていない。

従来からの家庭の養魚池は単に自然環境の一部分を改造しているだけである。

水質は例えば次のような方法でメンテナンスされていた。すなわち、機械的なフ ィルターによる沈殿物の除去、動物の一次排出物であるアンモニアを分解する生 物学的フィルターや酸素を供給するために水中に気泡を送るシステムなどによっ て水質を管理していた。光の照射は、本質的に高い栄養素レベルを引き起す藻類 の繁茂を避けるために最小限に抑えられるのが一般的である。

このような従来のものには、非常に多くの不適当な点がある。生物学的フィルタ ーはある種の有機物及びアンモニアを除去するが、システムに反応性の栄養物が 高濃度の状態でシステムに残留される。さらに、生物学的フィルターは酸素を消 費し二酸化炭素を生成する。二酸化炭素は水をより酸性としｐＨを下げるという 好ましくない影響を与える。また、有機沈殿物をコントロールするために用いる 機械的なフィルターはプランクトンも除去してしまう。このプランクトンは海生 及び水生生態システム（エコシステム）にとって存在が必要なものである。また 、単純な照明のオン及びオフは、生態システムにおける最もストレスの大きい時 間である夜明及び日暮の時間を季節に再現していない。最後に、光の強さのレベ ルが小さいことは、完全で複雑な生態システムを維持するのに必要なエネルギー を十分供給しないことを意味する。結論として、上述の従来のシステムは本質的 に不安定である。また、これらのシステムにおける生物は健康的でなく病気にか かり易い傾向がある。従って、養魚池の管理が成功しているものは特定の魚及び いくつかの無を推動物に限られている。

また、従来の機械的及び生物的濾過に他の濾過システムを付は加えることによっ て養魚池の濾過システムを改善することが行われている。例えばカーラによる米 国特許３，９２９，１０１、ガーバーによる米国特許３，８４８，５６７、ダン トニーによる米国特許３，５５７．７５３などがあり、これらにおいては、通常 の細菌のフィルターに藻類のフィルターを組み合すことが示されている。また、 通常の細菌のフィルターに生物化学的フィルターを付は加えｐＨを制御すること も提案されている。これには、ケリーの米国特許３，３８７，５８７がある。こ れらのシステムは水圏生態システムの数多くの構成物の１つに位置付けられる。

しかしながらこれらのシステムは家庭における養魚池にそのまま適用することは できない。　さらに、パンペルの米国特許３，１５５，６０９には、水浄化の他 の試みが示されている。この特許には、配管と槽の組み合わされたシステムが示 されており、水の拡散、カルシウム処理、水汚染の生物学的源となる栄養素の豊 かな水を浄化するために各種の限定された周波数帯域の光を照射する処理を含ん でいる。この光処理は各種の光化学反応及びシステムの一部において利用されて いる光合成反応を含むと見られている。発明者はクローズド（閉鎖）水システム の小宇宙的コントロールであると主張しているが、ここには本当の生態システム に関連する自然のエネルギー源を利用することが全くなされていない。また、光 合成の効率を上昇することについても何ら配慮がなされていない。さらに、この 浄化ユニットは生物的な浄化ユニットから分離されている。このようにパンベル のシステムは特に小さなスケールにおける海または淡水の形態システムを提供す る統合されたシステムではない。

水質制御の新しい方法は水中の窒素をバクテリアの力によって気体窒素に変換す る脱窒作用を利用している。しかしながら、この方法は効率が悪くまた燐や二酸 化炭素の処理を行うことはできない。

養魚池や海水形態システムについての大きな進歩としては、藻類を利用したスク ラバー（浄化器）についての発明がある。このスクラバーはアディによる米国特 許４，３３３，２６３に示されている。なお、この特許については本出願におい て参照例として引用している。このプロセスは比較的高い効率の光合成を提供し ている。そして、この光合成は水環境の制御可能な形での水浄化に利用される。

この藻類ターフ（繁茂している場所）スクラバーは水底に生息する微細な藻類（ マイクロアルジー）の密集したマットを利用する。そして、これに光を照ａｔす ると共に波発生器によって水に波打ち移動（往復する流れを含む）を起させる。

これによって代謝による細胞質の循環を引き起し、二酸化炭素、溶解性栄養物、 溶解性有機物、様々な汚染物を自然水や汚水から除去する。藻類ターフスクラバ ーは、また水環境に酸素を供給する。この発明において重要なことは、波打ち動 作を起させて水媒体（メディア）と藻類細胞との間における代謝による転換（細 胞の合成及び細胞の二酸化炭素、水等への酸化）を促進することである。この波 打ち動作を強化し、継続的に藻類を刈り取ることによって藻類を若く、成長速度 の早い状態におき、藻類の光合成効率を高くすることができる。

このような藻類ターフスクラバーは大規模人工馬生態システムにおいて適用され ている。例えばＷ、　Ｈ，アデイの「ザ　マイクロコズム：研究のための新しい ツール」コーラルリーフ（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ　１９８３）、Ｉ） 。

１９３〜２０１にその記載がある。これは大規模（１８００ガロン）の海生態シ ステムの再現が初めて行われたものである。ここにおいては、細菌フィルター、 化学コンディショニングまたは曝気を伴うの藻類ターフスクラバーの使用におい ては、適当な強さの照明（日光と同等のもの）を利用することができる。この照 明によって、多量で多種多様な生物を含む複合生態システムのメンテナンスのた めの自然のエネルギーを十分供給することができる。

しかしながら、従来のものは小さなスケールの完全な生態システムを得ることは できなかった。すなわち、家庭、学校、オフィス、実験室における養魚池（約４ ０〜１５０ガロンの水（容量）を含むもの）に適したものではながった。これは 、従来の方式においては、小さなスケールにおいて効率力叶分てなく１．家庭や オフィスで使用できるようなコンパクト化した場合における適応性が十分でなか ったからである。

発明の概要 まず、本発明の目的は、閉鎖された小さなスケールの海または淡水生態システム 、特に家庭の養魚池として有効なものを提供することにある。

本発明の他の目的は改良された藻類ターフスクラバーを提供することにある。

本発明の他の目的は、水中の栄養物及び余分なものを除去し、かつ水中に酸素を 供給する方法を提供することにある。

本発明の他の目的は水を浄化する装置を提供することにある。

本発明の他の目的及び’１１点は以下の記載及び添付図面により明らかにされる 。

図面には、本発明の好適な実施例が記載されており、本明細書の一部を構成して いる。

本発明は、小さなスケールの海水または真水生態システム、特に家庭、学校、オ フィス、実験室の養魚池に有効なものを提供する。好適な実施例によれば、この システムは養魚用タンク、改良された藻類ターフスクラバー、このスクラバー及 び養魚タンクのための照明システム、水をタンクからスクラバーに移送するポン プシステムを含む。改良された藻類ターフスクラバーは水を波立たせる作用と藻 類ターフスクラバーの２つの別々の機能を複合したのである。本発明は最小のス ペースで淡水及び海水生態システムに要求される環境因子を満足する。そして、 このシステムは濾過、栄養物、塩分濃度、蒸発量、ｐＨ，温度コントロール及び 適当な周波数及び強さの光、必要なプランクトンを殺すことなく流れ及び波を作 ること、潮の満ち引きの生成機構及び栄養供給の機構を含む。

運転において、養魚タンクからの水は藻類ターフスクラバーに循環される。この スクラバーは移動可能に設置されたスクリーンと、実質的に平坦で水平方向に位 置され、トレイ形状であり、支持機構に揺動自在に取り付けられた受容器（レセ プタクル）を含んでいる。微細な藻類（マイクロアルジー、　ｍｉ（ｒｏａｌｇ ａｅ）またはそれより小さなマイクロアルジーのコロニー（集落）はスクリーン の上に付着し、ここに生育する。人工の照明はこのスクリーンの上方に設置され ている。受容器に水が満たされるに従って、受容器の重心は受容器が取り付けら れているピボットの軸を横切って移動していく。このとき、実質的に水が満たさ れた受容器はそのピボットを中心に回転し、容器内の水に乱れを生じさせる。す なわち、受容器内の水によるスクラバーの表面を横切る波立ち作用（表面上を通 過する流れ）が生じる。水はタンクに戻り、実質的に空となった受容器は重力に よって元の水平位置に復帰する。継続的で周期的な受容器への水の供給及びここ からの排出は、凛順に水を接触させる周期的な波を生成する。この枝豆たせ作用 、人工的照明、生物的な代謝作用を行う藻類によって二酸化炭素、溶解性栄養物 及び有機物、汚染物が水中から高効率で除去される。また、酸素は水中に供給さ れる。成長した藻類ターフは周期的に刈り取られヘマイクロアルジーの量が多く なり過ぎるのを防止する。

本発明は、水から各種の有機物や無機物の汚染物を除去する装置及び方法であっ て、小さなスケールの運転を効率的に行える装置及び方法を提供する。汚染され た水は貯留部からポンプアップされ改良された藻類ターフスクラバーに供給さね 、その後貯留部に戻る。十分な循環回数の経過により、スクラバーの光合成作用 によって溶解している栄養物やその他の汚染物のほとんど全ては細胞に変換され る。浄化された水は他の貯留部に移送される（又は浄化処理後の水が放流される ）。

図面の簡単な説明 第１図は本発明に係る養魚池及び藻類ターフスクラバーの正面断面図である。

第２図は第１図の養魚池のカバーを外した状態における上部構成を示す平面図で ある。

第３図は移動可能であって実質的に水平でトレイ形状をしたマイクロアルジーを 保持する受容器を示す第２図の■−■断面図である。

第４図は第３図と同様の断面図であって受容器が内容物を排出する位置を示した 図である。

好適な実施例の説明 第１図は本発明の好適な実施例に係る養魚池５０の正面断面を示している。この 実施例においては、１２０ガロン（米ガロン）の養魚タンク５６を採用している 。なお、システムは適当なサイズ、例えば７０ガロンのタンクや４０ガロンのタ ンクにスケールアップまたはスケールダウンすることができる。また他の種類の 水の浄化にも適用できる。

タンクトップユニット３０は照明機構３１、コントロールユニット３４、このコ ントロールユニットのカバー３６を含んでいる。人工的タンク照明３２は、深く 照明機構３１内に収められており、人工的なスクラバー照明１８は、カバー３６ 内に収められている。藻類ターフスクラバー２０はコントロールユニット３４内 に収められている。移動可能で、実質的に水平で、トレイ（上方開放箱形）形状 の受容器２１はピボット２４に枢支されている。このピボット２４はスクラバー ２０の側壁２９の構造物によって支持され、これに取り付けられている。

第１の導管６８からの水は藻類ターフスクラバースクリーン１０上に注がれる。

このスクリーン１０は受容器２１の底面上に取り付けられまたは載置されている 。

図３及び４に基づいて後述するように受容器２１が揺動し水がスクリーン１０か ら流れ落ちると、この水はスクラバー２０の底部傾斜面７５上に至り、第２の導 管７６を介しタンク５６に戻される。そして、これによってタンク５６内に波が 生じる。

図２には、タンクトップユニット３０の平面図が示されており、このタンクトッ プユニット３０によって、本発明による閉鎖系であり、小さなスケールの海水ま たは淡水生態システム、特に家庭、学校、オフィス、実験室に養魚池に適したも のが得られる。図２において、タンク照明部３１はタンクトップユニット３０の 図における下方に位置している。タンクトップユニット３０の図における中間部 分は、図２に示すようにコントロールユニット３４が設けられている。このコン トロールユニット３４はポンプ手段４０、避難所５１、及び藻類ターフスクラバ ー２０を含んでいる。図２における上部には、コントロールユニット３４の力ｌ ＜−３６か配置されている。このカバー３６はスクラバー用のライト１８と避難 所５１用の水銀灯６２、タイマ６５及び７４、レベルコントローラ６３、内部配 線８８を有している。タイマ６５は、スクラバーライト１８を制御し、タイマ７ ４はタンクライト３２を制御する。

好適な実施例において、高出力の蛍光灯３２がタンク照明部３１内に収容されて いる。タイマ６５はライト３２を真暗な状態から明るい状態へ変化しまたその反 対に変化するシーケンスを繰り返すようにライト３２をオンオフする。そして、 この暗い状態から明るい状態または明るい状態から暗い状態への変化は明方及び 夕暮をシュミレーションするように徐々に行われる。ここで、この明方及び夕暮 の時間は生態システムにおいて最も大きなストレスを与える時間である。タンク ライト３２がオンである時間は、シュミレーションしようとしている現実の生態 システムによる。例えば、コーラルリーフ（珊瑚礁）システムによれば、この照 明は１２〜１４時間行われる。好適な実施例においては、タンク照明部３１の土 壁には、冷却穴が設けられ、これによってライト３２からの熱が放散される。な お、この冷却穴に代えて、送風機などを冷却手段として用いても良い。

浄化されるべき水は、養魚タンク５６（図１）からポンプ手段４０（図２）によ ってポンプアップさね、第３の導管６６を介しタンクトップユニット３０に供給 される。この実施例においては２つの第３の導管６６が採用されている。第１図 に示すように、第３の導管６６の１つは、タンク５６の水面５８の直下にまで延 び、他の１つはタンク５６の水面の十分下方にまで延びている。このように、タ ンク５６の離れた２つの点から吸引することは、タンク５６内に澱んだ領域（デ ッドスペース）が生じるのを防止する。

穴７２は、第３の導管６６の水面５８の直下に設けられている。これによって、 システムから水が外部へ流出した場合に、これを停止することができる。すなわ ち、水面レベル５８が穴７２の下方にまで下がった場合には、この穴７２から空 気が第３の導管６６に入り、水の吸い上げが止り、系外への流出がストップする 。

ポンプ４０は、養魚タンク５６から水を吸い上げ輸送することが必要である。ポ ンプ４０は、リフトポンプ、ベローズポンプ、アルキメデススクリューなどが用 いられる。また、他のポンプであって、水中に多量に含まれるプランクトンやそ の他の生物を破壊しないものであれば好適に利用できる。

この実施例においては、２つのポンプ４０が並列して用いられている。そして、 これらのポンプはそれぞれ別の第３の導管６６に接続されているため、一方のポ ンプ４０が故障した場合にバックアップすることができる。水は、ポンプ４０か ら２つの第４の導管６４を介し排出され避難所５１内に圧送される。この避難所 ５１は、昆虫の幼虫やより小さな無を椎動物などこの生態システムにおけるより 小さな生物を食物連鎖から守る安全な場所として機能する。避難所５１はこの内 部の生物を観察することが可能なように透明なプラスチックカバーによって上方 が覆われる。避難所５１は気密にシールされており、これによってポンプ４０か らの圧力は第４の導管６４を介し避難所５１に伝達さ担究極的にはこの水圧が第 １の導管６８に伝達される。これについては以下に詳述する。そして、水はポン プ４０の水圧によって第１の導管６８を介し藻類ターフスクラバー２０に流入さ れる。

避難所５１はタンクポンプユニット３０とは別に清掃または監視てきるように除 去しても良い。避難所５１が除去された場合には、水の流れを維持するために第 ４の導管６４と第１の導管６８をＹ字状のホースによって接続すると良い。避難 所５１は、この実施例に示すようにスクラバー２０とシリーズに接続する必要は なく、スクラバー２０とは全く別のシステムとして構成しても良い。

図２に示すように、藻類ターフスクラバースクリーン１０は、移動可能でトレイ 形状をした受容器２１の底部表面２８の実質的に全体をカバーするように位置さ れている。受容器２１は、図３及び４に示すように、実質的に平坦で長方形状の 底部２８を有している。そして、この底部２８には、これに垂直な背部壁８３及 び前部壁またはリップ２３及び背部壁７３より実質的に短い２つの側壁８５が設 けられており、全体として台形容器状（トレイ状）をなしている。このため、第 １の導管６８から排出され受容器２１に入る水は１．藻類ターフスクラバースク リーン１０に降りかかる。スクリーン１０はマイクロアルジーの成長のために例 えば０．　５〜５ｍｍメツシュ程度となるようにその穴部のサイズ及びワイヤー のサイズが決定される。本実施例においてはスクリーン１０は着脱可能となって いる。また、このスクリーンの表面は、溝を形成したプラスチックやその他藻類 の成長に適した表面を有するものが採用される。このような表面を有するものと して、綿、ガーゼ、糸ガラスまたは類似の材料が用いられる。

また他の実施例として、トレイ形状をした受容器２１の底面２８を藻類が成長す るのに適したものとしても良い。このような場合、この底面２８が溝が形成され たものとしたり、その他マイクロアルジーが付着し易いような表面とするのが好 適である。

スクリーン１０上には藻類ターフ（藻類の繁茂層）か成育する。ここにおいて、 「藻類ターフ」及びこれに由来する言葉は、スクリーンに付着したマイクロアル ジーのコロニー及びまたはこれより小さなマイクロアルジー及びまたはこれらの 胞子または生殖細胞またはより小さなマイクロアルジーを意味する。また、「マ イクロアルジー」という言葉は、高さまたは長さが２ｃｍ以下の藻類を示す。こ のような藻類については上述のアディによる米国特許４，３３３，２６３に示さ れている。暖い水のシステムにおいては次のような藻類がを効である。

また低温の水についてのシステムにおいては次のような藻類が存効である。

また、「より小さなマイクロアルジー」という言葉は、高さまたは長さにおいて 、約２０ｃｍ以下の藻類を示している。例えば、このような藻類として、グラシ ラリア（Ｇｒａｃｉｌａｒｉａ　（Ａ　Ｒｅｄ　Ａｌｇａｅ））、エンテロモル フｙ　（Ｅｎｔｅｒｏｍｏｒｐｈａ　（Ａ　Ｇｒｅｅｎ　Ａｌｇａｅ））、ディ クチョータ（Ｄｉｃｔｙｏｔａ（Ａ　Ｂｒｏｗｎ　Ａｌｇａｅ））がある。水底 に住むマイクロアルジーまたはこのような藻類に優先するコロニーが好ましい。

しかしながら、ある種の生態システムにおいては、コロニーの大部分か上述の藻 類てあってもより小さな（スモーラ）マイクロアルジーが望ましい場合もある。

一般的に、ターフにおけるマイクロアルジーの過成長を防止しなければならない 。これによってシステムの効率が大きく落ちるからである。

養魚池の運転の初期において、マイクロアルジーまたはスモーラマイクロアルジ ーの胞子をスクリーン１０に付着させるのか好ましい。このような胞子は、タン クの水との接触及び照明、によってスクリーンに付着する藻類ターフに成長する 。

さらに、運転においてその他の微生物、例えばマイクログレイザー（ｍｉｃｒｏ ｇｒａｚｅｒｓ、藻類を消費する微生物）がスクリーン上またはトレイ形状の受 容器２１内に存在しても良い。しかしながら、所定の藻類や好ましいマイクロア ルジーが複合環境の中で優先的に存続し続けることが必要であり、これによって 藻類ターフスクラバーの浄化効率が十分なものに維持される。

スクリーン１０上のマイクロアルジーの一部分は、周期的にスクリーン１０から 掻き落される。これによって、マイクロアルジーが必要量以上成長することを防 止する。このような掻き落しく刈り取り）の後でも、ある程度のマイクロアルジ ーはスクリーン上に成育し続けるため、藻類がここにまた成長する。マイクログ レイザー（ｍｉｃｒｏｇｒａｚｅｒｓ）は、掻き落しによって同時に除去される 。これによって、マイクログレイザーが優先種となり、処理効率が低下するのを 防止することができる。

水が受容器に満たされた場合には、この水は受容器２１の表面上に位置され、ま たは取り付けられたスクリーン上に流下する。スクリーン上０は、受容器２１の 底面２８の上方に位置されへまたはその他の好適な表面上に位置される。そして このスクリーンは以下に詳述するような水の浄化のための細胞転換の代謝を行う 。

第２図に示すように、受容器２１は、壁２９のピボット２４に取り付けられてい る。ピボット２４の軸は、図２．３．４において符号２５によって示されている 。受容器２１は上述のように構成されているため、水が空の場合には、受容器２ １の重心が図２．３．４においてＡで示された側に位置している。本実施例にお いて、カウンタウェイト２７が受容器２１のＡ側に位置されている。ここで、二 〇カウンタウェイト２７は鉛によって形成されている。ウェイト２７は、システ ムを汚染することがないようにプラスチックのケースによって完全にカバーされ ている。受容器２１が水によって満たされた時には、受容器２１の重心は軸２５ のＡ側からＢ側に移動する。なお、摩擦が小さく腐蝕のない材料、例えばテフロ ン（商品名）のようなものがピボット２４に利用される。

図３は、受容器２１内に水が供給されている状態を示している。従って、この受 容器２１はまだ水で満たされていない。このため、受容器２１の重心は、軸２５ のＡ側にあり、受容器２１はピボット２４を中心にまだ揺動していない。

図４は、受容器２１が排出している位置を示している。受容器２１の中心は、軸 ２５のＡ側からＢ側に移動し、受容器２１はピボット２４を中心に回動している 。水は、藻類タフスクラバースクリーン１０及び藻類ターフ１４のリップ２３か ら流れ落ちる。スクラバー２０の底面７５によって受け止められた水は、第２の 導管７６を介し排出さねヘタンク５６に戻る。この第２の導管７６から排出され た水は、タンク５６内の水の表面５８上に流下する。タンク５６への周期的な水 の流下は、タンク５６に波を起こさせる。そして、この波は、湖や海における波 をシュミレイトする。このような動作は、タンク５６内に浄化され酸素が供給さ れた水を拡散するのに役立つ。この第２の導管７６は、例えば凹面を有する形状 とすることができる。このようにすることによって、タンク５６の特定の領域に 浄化された水を返送し枝豆たせることができる。このようにすることは例えば実 際の運転において、必要な場合や美的な理由によって行われる。例えば、第２の 導管７６はその先端をノズルとすることができ、壁に向って付けるように吹き出 すようにしても良い。また、波が必要でない場合には、第２の導管７６は、広い スロット状とすることもてき、これによって浄化された水のタンク５６への流入 による波発生を減少することができる。

図２において、コントロールユニット３４のカバー３６は、ヒンジ３８を介し開 けられている。人工的な照明１８は、スクラバー１０の上方に位置されている。

人工的な照明１８は、小さなスケールの養魚池において、所定の自然生態システ ムにおける日光と実質的に同等な周波数範囲及び強さの光を供給する。この生態 システムは、珊瑚礁、入江、熱帯雨林の川、淡水湖を含む。照明は、実質的に自 然光の全ての波長を含み、自然光の５０〜１１０％の出力とされる。高出力の蛍 光灯がこの照明として好ましい。また、ある場合には、金属／）ロゲンランブか 用いられる。このようなランプは、その供給するエネルギーが約３００〜１２０ ０ｕＥ／ｍ２／ｓｅｃ程度であり自然環境における日光のエネルギーをシュミレ ートする。本実施例において、光合成の効率は、２〜６％程度であった。ここで 、「光合成効率」及びこれに由来する言葉は、マイクロアインシュタイン（ｍｉ ｃｒｏｅｉｎｓｔｅｉｎｓ）で計測された光エネルギーの藻類細胞（バイオマス ）への変換効率を言う。また、バイオマスのエネルギーは従来から知られている 方法によって行う。例えば、浄化運転によって得られた藻類をカロリーメーター 中に収容し、こにおいて藻類を燃焼させこの熱を計測することによってバイオマ スのエネルギーを計測する。人工的な照明１８は好適には夜間においてオンされ る。

そこで、タンクの照明は当初オフされている。１２〜１４時間が一般的に好まし い。この時間は藻類の生成量及び生態システムの要求によって決定されまた調整 される。実施例においては、カバーの上部には冷却穴が複数設けられており、照 明１８から発生する熱を放散するために利用される。しかし、この冷却穴に代え て送風機などを冷却の手段として用いても良い。

また、図２において、水銀またはハロゲンランプ６２は、カバー３６上に配置し ても良い。これによって、カバー３６を閉じた時にランプ６２が避難所５１上に 位置することとなる。ランプ６２は、タイマ６］によって制御さね、避難所５１ 内における生物に必要な光を供給する。

このようにして、上記実施例の運転において、タンク５６内の水はリフトポンプ ４０によって藻類ターフスクラバー２０に移送される。そして、スクリーン１０ 上に繁茂する藻類ターフ１４上に水が供給される。この藻類ターフ１４には人工 的な照明１８からの光が供給されており、また受容器２１の傾き、復帰の繰り返 しによって、周期的な波が起される。これによって、水中の二酸化炭素、溶解性 の栄養物及び有機物その他品種の汚染物を水から除去し、藻類の細胞に変換する 代謝作用が行われる。スクリーン上の藻類は水中へ酸素を放出する。導管６８． ７６．６６及び６４、ポンプ４０、避難所５１、スクラバー２０及び受容器２１ は、流量及び受容器の傾く時間が水の浄化に適したものとなるように設計され大 きさが決められる。例えば、受容器２１が５〜３０秒毎に傾くように設計される 。

さらに好適には、受容器は５〜１５（最も好ましくは約１０秒毎）に傾く。また 、ポンプ４０は５ガロン／分の流量とし、スクリーン１０は１０Ｘ３６インチと すると良い。

他の実施例においては、７０ガロンのタンクを有し、ポンプ４０は３ガロン／分 の流量とし、スクリーン１０は６×１０インチとし、５〜１５秒毎に受容器２１ が傾くようにすると良い。さらに他の実施例においては、４０ガロンのタンクと し、ポンプ４０は約２〜３ガロン／分の流量とし、スクリーン１０は６インチ× １２インチとし、受容器２１を５〜１５秒毎に傾かせると良い。

水が蒸発するため運転の継続によって塩分が上昇する。そこでタンク５６内の水 の量を一定に維持することによって、水の塩分濃度を一定に保持すると良い。

水位センサ８２が好適な実施例におい°Ｃは設けられており、この例では赤外線 式水位センサが用いられている。そして、これによって水位５８をモニタしてい る。

水位５８が低くなり過ぎた場合には、センサ８２がポンプ６７にトリガをかける 。

これによってポンプ６７は真水をリザーバから供給する。

酸性の環境が必要な場合には、　（例えば熱帯雨林の川をシニミレートする生態 システム）ｐＨコントロール手段が塩分コントロール手段に組み合される。ポン プ６７は、２つの異なるリザーバからの液体を輸送する。１つは真水であり、他 の１つは酸性液を収容している。この酸性溶液は、硝酸体窒素と燐酸体窒素をモ ル比１５対１て含んでいる。ポンプ６７は各リザーバから予め設定された比率で 液体を輸送し、タンク５６内の水のｐＨを所望のものに維持すると共に、塩分濃 度を所望のものに調整する。このポンプとしては、マスターフレックス（商品名 ）ポンプなどが用いら娠チューブによってタンク５６に接続されると共に、２つ のリザーバからの液体を輸送するために２つのチューブが用いられる。マイクロ アルジーは、窒素と燐を１５対１の比率で摂取するため、硝酸及び燐酸は生物体 に変換され、生態システムから除去される。このようにして酸性度は、化学的な 物質を特別に添加することなく自然の方法によって維持される。もし、特別の化 学物質を添加した場合には、これが水中に残留してしまう。このため、これを別 の特別な手段によって除去１．なければならなくなってしまう。

さらに、図２にはその他の構成が示されている。すなわち、このシステムは、潮 の干満の発生器、温度コントローラ８４、自動栄養供給器８６、ライトの安定器 などを含んでいる。

好ましくは、構成部材としてプラスチック材料を用いると良い、このプラスチッ ク材料を用いることによって、金属による水の汚染や腐蝕を避けることができる 。

本発明は上述のような養魚池に限らず、各種の水の浄化、処理に効率的に適用す ることができる。例えば、下水の処理や、その他の汚水処理に用いることができ 、また井戸水、水道水、水泳プールの水などの浄化にも用いることができる。

このような装置は、適当な支持構造物と本発明による改良された藻類スクラバー と、このスクラバーのための人工的な照明と、汚染された水をスクラバーの受容 器に循環するためのポンプ及びパイプを含む。そして、貯留タンク内の汚水はト レイ形状をした受容器に輸送され、ここにおいて受容器は実質的に水で満たされ 、高向き、水を放出する。そして、これによって水の波打ち作用が起さね−これ によって水中の汚染物の生物体への転換が促進される。汚水は、所望のレベルの 浄化が達成されるまで十分な回数循環される。そして、所望のレベルまでの浄化 が達成された場合には、浄化処理水は貯留タンクから排出され、新たな汚染水が この貯留タンクに流入さ振土述の浄化が再び行われる。このように、処理はバッ ジ処理によって行われる。

上述の明細書の記載及び図面の記載は、好適な実施例を示したものであり、本発 明はこれに限定されるものではない。本発明の思想を利用する変形は本発明の範 囲内である。

ＦＩＧ、　１ 国際調査報告

Claims (34)

【特許請求の範囲】
1. １．移動可能であって、水と接触することによって藻類が付着生育する実質的に 平坦な表面と、 この表面に付着生育する藻類と、 水と接触する時に、上記表面を移動させ、水に藻類中を横切る波立たせ作用を起 す移動手段と、 を含むことを特徴とする藻類ターフスクラバー。
2. ２．請求項１記載の藻類ターフスクラバーにおいて、さらに上記表面を支持する 支持構造を含む。
3. ３．請求項２記載の藻類ターフスクラバーにおいて、上記支持機構に取り付けら れ、上記藻類を照明する照明手段をさらに含む。
4. ４．支持機構と、 移動可能であって、水と接触することによって藻類が付着生育する実質的に平坦 な表面とを含み、 上記表面は実質的に水平であり、上記支持機構に上記移動する表面と同一平面内 の軸を中心に回動可能に上記支持機構に揺動可能に取り付けられており、上記藻 類は上記移動可能な表面の上面側に付着することを特徴とする藻類ターフスクラ バー。
5. ５．請求項４記載の藻類ターフスクラバーにおいて、上記表面はトレイ形状の受 容器である。
6. ６．請求項５記載の藻類ターフスクラバーにおいて、上記受容器の中心は、上記 受容器内の水が所定量に達した時に、上記軸の一方側から他方側に移動し、上記 受容器に上記軸を中心とした部分的な回転を生起し、受容器内の水を排出すると 共に、これによって重心が上記軸を横切って戻り、受容器が実質的に水平な位置 に復帰する。
7. ７．請求項６記載の藻類ターフスクラバーにおいて、水を上記受容器に導入する 手段をさらに有する。
8. ８．請求項７記載の藻類ターフスクラバーにおいて、上記受容器の上方に照明手 段をさらに含む。
9. ９．請求項８記載の藻類ターフスクラバーにおいて、上記受容器の底面上方にス クリーンが配置され、このスクリーンに上記藻類が付着する。
10. １０．水中から栄養物及び汚物を除去すると共に水中に酸素を供給する方法にお いて、 水と接触することによって藻類がその上面倒に付着生育する表面と用意する工程 と、 上記表面上に藻類が生育するために上記表面を照明する工程と、上記表面を周期 的に移動させ水が上記藻類中を移動するように波を起す工程と、藻類の過成長を 防ぐために、上記藻類の一部除去する工程と、を含む水浄化方法。
11. １１．請求項１０記載の水浄化方法において、上記」周期的な動作は、上記表面 上において水を一方側から他方側に移動させる動作を含む。
12. １２．請求項１０記載の水浄化方法において、上記周期的な動作は、上記表面を 通る軸を中心に部分的に回転させる動作を含む。
13. １３．水中の栄養物及び汚物を除去すると共に水中に酸素を供給する方法であっ て、 水との接触において表面上に藻類が付着生育するトレイ形状の受容器を用意する 工程と、 ここにおいて上記受容器は支持機構に設けたピボットによって揺動可能に軸支さ れており、上記受容器は実質的に水平に支持されており、受容器の上面に水が接 触されることにより藻類が付着生育する上記表面上に藻類が生育するように上記 受容器に光を照射する工程と、上記受容器を上記軸を介し部分的に回転させその 後実質的に水平な位置に復帰することにより、上記容器内に周期的に水を満しま た排出し上記受容器内に藻類内を通過する波を生成する工程と、 上記藻類が過成長する前に上記表面上に成長した藻類を部分的に除去する工程と 、 を含む水浄化方法。
14. １４．請求項１３の方法において、上記受容器内に所定量の水が満された時に上 記受容器の重心が上記軸の一方側から他方側へ移動し、これによって受容器が部 分的に回転し受容器内の水が排出され、これによって上記受容器の重心が現位置 に戻り、上記受容器が水平位置に戻る。
15. １５．水を浄化する装置であって、 支持機構と、 移動可能で水と接触することによって藻類が付着生育する実質的に平坦な上記支 持機構に支持された表面と、 上記表面に付着形成された藻類と、 上記表面上に波を超す移動機構と、 上記藻類に光を照射する照明手段と、 を含む水浄化装置。
16. １６．請求項１５記載の装置において、上記表面に水を供給するポンプ手段をさ らに含む。
17. １７．水を浄化する装置であって、 支持機構と、 上記支持機構に揺動自在に支持されたトレイ形状の受容器と、この受容器に付着 された藻類と、 上記水を上記表面に供給するポンプ手段と、上記藻類上に位置されここに光を照 射する照射手段と、を含む水浄化装置。
18. １８．養魚池であって、 水及び水生生物を収容するタンクと、 請求項３の藻類タフスクラバー を含む。
19. １９．養魚池であって、 水及び水生生物を収容するタンクと、 請求項４記載の藻類タフスクラバーと、藻類に照射する照明手段と、 タンク内の水を藻類タフスクラバーの藻類が付着生育する表面に返送するポンプ 手段と、 を含む。
20. ２０．養魚池であって、 水及び水生生物を収容するタンクと、 支持機構に揺動可能に軸支されトレイ形状をした受容器と、上記受容器の上面に 付着された藻類と、上記藻類を照射する照明手段と、 タンク内の水を上記受容器の上面に輸送するポンプ手段と、を含む。
21. ２１．請求項２０の養魚池において， 上記受容器の中心は、上記受容器内の水が所定量に達した時に、上記軸の一方側 から他方側に移動し、上記受容器に上記軸を中心とした部分的な回転を生起し、 受容器内の水を排出すると共に、これによって重心が上記軸を横切って戻り、受 容器が実費的に水平な位置に復帰する。
22. ２２．請求項２１の養魚池において、 上記ポンプ手段は、上記受容器に上記タンク内の水を供給することによって上記 受容器の上面を横切，て移動する波を生起すると共に、周期的な受容器内の水の 排出及び受容器の復帰を起こす。
23. ２３．請求項２２の養魚池において、 上記水の受容器からの排出によって、水をタンクに返送する。
24. ２４．請求項２２の養魚池において、 受容器からの水の排出による波立たせの周期は約５〜１５秒である。
25. ２５．請求項２４の養魚油において、 受容器からの水の排出による波立たせの周期は約１０秒である。
26. ２６．請求項２０の養魚池において、 上記人工的な照明手段は、上記受容器の表面を自然光の実質的に全ての波長で、 かつ自然光の５０〜１１０％の出力で照明する。
27. ２７．請求項２０の養魚池において、 人工的照明手段は、約３００〜１２００マイクロアインシュタイン／ｍ２／秒で 照明する。
28. ２８．請求項２０の養魚池において、 上記ポンプ手段は、リフトポンプである。
29. ２９．請求項２０の養魚池において、 避難所、上記タンク上に位置された人口的照明手段、沈澱物を除去する手段、水 の塩分濃度を制御する手段、水のｐＨを制御する手段、水の温度を制御する手段 、タンク内に潮の干満を生成する手段、タンク内の水生生物の餌をタンクに導入 する手段の内の少なくとも１つを更に含む。
30. ３０．請求項２０の養魚池において、 上記タンクの上方に位置された人工的な照明手段を更に含み、この照明手段は夜 明け、夕暮れの光の強さの変化をシュミレートする。
31. ３１．請求項３０の養魚池において、 上記照明手段は、複数の照明及びこの複数の照明を一度に１つ周期的にオンオフ するタイマを含む。
32. ３２．請求項２０の養魚池において、 ｐＨ制御手段を更に含む。
33. ３３．請求項３２の養魚池において、 上記ｐＨ制御手段は、上記タンクに流路が接続されたポンプ手段と、酸の貯留部 と、水貯留手段とを含み、上記ポンプ手段は上記水及び酸を貯留部から所定の比 率で上記タンクヘ輸送し、タンク内の水のｐＨを所望のｐＨにする。
34. ３４．請求項３３の養魚池において、 上記酸貯留部は、硝酸態窒素と燐酸態燐のモル比率が１５：１の酸を含む。