JPH10165041A - 水槽の水を循環濾過するための濾過槽および濾過方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望される好気的環境を維持しつつ、好気条
件下において生物的濾過を実現することができる濾過槽
および当該濾過槽を備えた循環濾過装置ならびに循環濾
過方法を提供すること。 【解決手段】 上記課題を解決する本発明の濾過槽１１
は、被処理水を該濾過槽１１の下部から槽内に導入する
ための給水機構と、酸素を含む気泡を該濾過槽１１の下
部から槽内に導入するための吸気機構と、該槽内に導入
された被処理水を該濾過槽の上部から排出するための排
水機構と、該槽内に導入された気泡を前記被処理水から
分離して該濾過槽の上部から排出するための排気機構と
を有し、前記導入された被処理水中で浮遊流動し得る濾
材を該槽内に分散状態で配置することによって好気条件
下での生物的濾過の維持が実現されることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水槽の水を循環濾
過する手段に関し、詳しくは、好気条件下において生物
的濾過を行なうための濾過槽および循環濾過装置ならび
に循環濾過方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、一般家庭における鑑賞魚の飼育
水槽や活魚料理店等における食用魚の飼育水槽のような
閉鎖系の水槽では、通常、循環濾過装置によって水槽内
の水を濾過、浄化している。すなわち、図４に例示する
ように、従来の水槽用循環濾過装置に備えられる濾過槽
においては、種々の形状の濾材１０１が積層されて成る
濾材層１０２が濾過槽１００内に固定されている。そし
て、図中の矢印によって示すように、水槽（図示せず）
から濾過槽１００の内部に導入された被処理水を上記濾
材層１０２に通すことによって、当該被処理水が含有し
ていた残餌や排泄物等の難分解性有機物を吸着または除
去すること（以下「物理的濾過」という。）ができる。
さらに、濾過槽１００内を好気条件下に保つことによっ
て、濾過槽１００内部（典型的には濾材層１０２を構成
している濾材１０１の表面や空隙）に生息する好気性菌
の働きによって溶存アンモニア態窒素、亜硝酸態窒素等
の有害成分を硝酸塩等の無害または微毒性成分に変換す
ること（以下「生物的濾過」という。）が可能となる。
この物理的濾過と生物的濾過とが共に正常に行なわれる
ことによって、水槽内における水質の浄化および保全が
達成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示すような濾材層１０２を有している従来の水槽用濾過
槽においては、被処理水中に浮遊している生物残渣や資
材破片等からなる不溶性不純物１１０が濾材層１０２の
表面および濾材槽１０２を構成する各濾材１０１の隙間
に沈殿、堆積しがちであり、結果、濾材層１０２の目詰
まりが生じやすい。そして、この目詰まりによって濾材
層１０２内への被処理水のスムーズな流動が阻害されが
ちとなる。その結果、上記物理的濾過機能が低下するば
かりでなく、濾材層１０２内への時間当たり酸素供給量
が低減されることによって、当該濾材層１０２内に嫌気
性菌の活動を促す嫌気的環境が生じることとなる。この
嫌気的環境は水槽の水質管理上好ましいものではない。
このような嫌気的環境では嫌気性菌の働きが旺盛とな
り、例えば上記好気性菌の働きによって生成された硝酸
塩等が飼育魚に有毒な溶存アンモニア態窒素、亜硝酸態
窒素等に再び還元されてしまうおそれがあるからであ
る。

【０００４】本発明は、従来の水槽用濾過槽における上
記問題点を根本から解決するものであり、その目的とす
るところは、所望される好気的環境を維持しつつ、好気
条件下において上記生物的濾過を実現することができる
濾過槽および当該濾過槽を備えた循環濾過装置ならびに
循環濾過方法を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解消するた
めに、本発明においては、水槽の水（淡水および海水を
包含する。以下同じ。）を循環濾過するための濾過槽で
あって、被処理水を該濾過槽の下部から濾過槽内に導入
するための給水機構と、酸素を含む気泡を該濾過槽の下
部から濾過槽内に導入するための吸気機構と、該濾過槽
内に導入された被処理水を該濾過槽の上部から排出する
ための排水機構と、該濾過槽内に導入された気泡を前記
被処理水から分離して該濾過槽の上部から排出するため
の排気機構とを有しており、前記導入された被処理水中
で浮遊流動し得る濾材を該濾過槽内に分散状態で配置す
ることによって好気条件下での生物的濾過の維持が実現
されることを特徴とする濾過槽（以下「本発明の濾過
槽」という。）を提供する。

【０００６】本発明の濾過槽では、上記給水機構と吸気
機構とによって被処理液と気泡とがいずれも濾過槽の下
部より槽内に導入され、上記排水機構と排気機構とによ
って当該導入された被処理液と気泡とは各々当該濾過槽
の上部より排出される。このため、本発明の濾過槽内に
おいては被処理水と気泡とによる下方から上方への流動
（以下「上昇流」という。）が生じることとなる。さら
に本発明の濾過槽においては、被処理水と共に気泡を槽
内に導入するため、槽内の好気的環境を積極的に維持す
ることができる。

【０００７】上記の特徴を有する結果、本発明の濾過槽
内に上記被処理水中で浮遊流動し得る濾材を分散状態で
配置した場合には、分散配置された当該濾材が上記上昇
流によって槽内で浮遊流動することができる。このた
め、槽内には上記上昇流によって浮遊流動している個々
の濾材から成る濾材層（以下「浮遊濾材層」という。）
が形成される。この浮遊濾材層においては濾材が個々に
浮遊流動するため、上記従来の固定された濾材層（図４
参照）におけるような目詰まりおよび被処理水の流動阻
害が生じない。従って、本発明の濾過槽によれば、被処
理水中で浮遊流動し得る濾材を槽内に分散状態で配置す
ることによって好気条件下での生物的濾過の維持が実現
される。

【０００８】好ましい本発明の濾過槽は、酸素を含む微
小気泡を濾過槽内に導入するための気液混合器をさらに
備えたことを特徴とする（以下「本発明の第二の濾過
槽」という。）。本発明の第二の濾過槽によれば、濾過
槽内に被処理液とともに酸素を含む微小気泡を槽内に導
入することができるため、槽内における気液接触面積の
増大を図ることができる。従って、本発明の第二の濾過
槽によれば、好気的環境をさらに好ましく維持すること
ができる。

【０００９】さらに、本発明は、水槽の水を循環濾過す
るための濾過槽を備えた循環濾過装置であって、該濾過
槽は、被処理水を濾過槽の下部から濾過槽内に導入する
ための給水機構と、酸素を含む気泡を濾過槽の下部から
濾過槽内に導入するための吸気機構と、該濾過槽内に導
入された被処理水を濾過槽の上部から排出するための排
水機構と、該濾過槽内に導入された気泡を前記被処理水
から分離して濾過槽の上部から槽外に排出するための排
気機構とを有しており、前記濾過槽内には、前記導入さ
れた被処理水中で浮遊流動し得る濾材が分散状態で配置
されており、前記濾過槽内に被処理水と気泡とを導入し
て前記濾材を槽内で浮遊流動させることによって前記濾
過槽内における好気条件下での生物的濾過が維持される
ことを特徴とする循環濾過装置（以下「本発明の濾過装
置」という。）を提供する。

【００１０】上記のとおり、本発明の濾過装置に装備さ
れている濾過槽内には、上記浮遊流動し得る濾材が分散
状態で配置されている。このため、本発明の濾過装置を
稼動させて被処理水と気泡とを濾過槽内に導入した際に
は、当該濾過槽内において上述の浮遊濾材層が形成され
ると共に、当該浮遊濾材槽に気泡を絶えず供給すること
ができる。従って、本発明の濾過装置によれば、濾過槽
内における好気条件下での生物的濾過を維持しつつ水槽
内の水を循環濾過することができる。

【００１１】さらに、本発明は、濾過槽を用いて水槽の
水を循環濾過する方法であって、被処理水中で浮遊流動
し得る濾材を濾過槽内に分散状態で配置しておくこと、
被処理水と酸素を含む気泡とを該濾過槽の下部から濾過
槽内に導入すること、該濾過槽内に導入された被処理水
中で該濾材を浮遊流動させること、および、該濾過槽内
に導入された被処理水および気泡を該濾過槽の上部から
排出すること、を包含し、前記濾過槽内において好気条
件下での生物的濾過が維持されることを特徴とする濾過
方法（以下「本発明の濾過方法」という。）を提供す
る。

【００１２】本発明の濾過方法では、被処理水と共に気
泡を濾過槽内に導入するため、当該濾過槽内を好気的環
境に維持しておくことができる。さらに、濾過槽内に分
散配置した上記濾材を上記上昇流によって浮遊流動させ
ることによって、槽内における濾材の目詰まりおよび被
処理水の流動阻害を回避することができる。従って、本
発明の濾過方法によれば、濾過槽内における好気条件下
での生物的濾過を維持しつつ水槽内の水を循環濾過する
ことができる。本発明の濾過方法は、上記本発明の濾過
槽および濾過装置を用いて好適に実施することができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明は、典型的には以下のよう
に実施され得る。

【００１４】以下、第一の実施形態として、養殖魚等の
飼育水槽の飼育水を循環濾過するために適用される本発
明の濾過槽および本発明の濾過装置として好適な一実施
形態を図面を参照しつつ説明する。なお、図１は、本実
施形態に係る循環濾過装置の全体構成を模式的に示した
図である。また、図２は、本実施形態に係る循環濾過装
置に装備された本発明の濾過槽の主要構成部を模式的に
示した断面図である。

【００１５】図１に示すように、本実施形態に係る循環
濾過装置１０は、円筒形状に成型されたプラスチック樹
脂からなるカラム形状の濾過槽１１を備えている。この
濾過槽１１の下部には、被処理水を槽内に導入するため
の給水口２３（図２参照）が設けられると共に当該給水
口２３には送液管１４ａが取り付けられており、本濾過
槽１１における上記給水機構を構成している。この送液
管１４の先端には送液ポンプ１５が装着されており、さ
らに当該送液ポンプ１５は、送液管１４ｂを介して水槽
１に設けられた送液口１ａに接続されている。而して、
本実施形態に係る循環濾過装置１０においては当該送液
ポンプ１５を作動させることによって、水槽１内の飼育
水を被処理水として濾過槽１１内に導入することができ
る。

【００１６】さらに、図１に示すように、濾過槽１１の
下部には、酸素を含む気泡を槽内の被処理液中に導入す
るためのガス供給口２４（図２参照）が別途設けられて
いると共に当該ガス供給口２４には送気管１３が取り付
けられており、本濾過槽１１における上記吸気機構を構
成している。この送気管１３の先端にはエアポンプ１２
が装着されており、このエアポンプ１２を作動させるこ
とによって、酸素を含むガス（典型的には空気または高
濃度酸素ガス）を送気管１３を介して濾過槽１１内に供
給することができる。なお、上記ガス供給口２４にはス
ポンジ状のメッシュ部材（図示せず）が付設されてお
り、ガス供給口２４より濾過槽１１内に供給された上記
ガスは、このメッシュ部材の孔（空隙）を通過すること
により、当該孔の大きさに対応するサイズの気泡として
濾過槽１１内の被処理水中に導入される。

【００１７】一方、濾過槽１１の上部には、当該濾過槽
１１内において濾過処理されて槽内を上昇してきた被処
理水（以下「濾過水」という。）と気泡とを分離排出す
るための排出部１６が設けられている。図２に示すよう
に、この排出部１６の内側には、濾過槽１１上端部の外
周部を囲むようにして水受け溝１８が形成されると共に
当該水受け溝１８の底壁の一部には排水口１８ａが穿設
されており、本濾過槽１１における上記排水機構を構成
している。この排水口１８ａには濾過水を水槽１に還流
させるための排水管１９が取り付けられている（図１参
照）。また、排出部１６の天板部２０には複数の細孔２
０ａが穿設されており、濾過槽１１内を上昇してきた気
泡は濾過水から分離し、当該細孔２０ａから大気中に放
出される。

【００１８】図２に示すように、濾過槽１１の内部に
は、メッシュ状の仕切り板２２が設けられており、その
上面側には水（好ましくは海水）よりやや高い比重を有
する多孔質の粒状焼結体からなる濾材Ｆが多数分散状態
で配置されており、本濾過槽１１における浮遊濾材層２
６を形成している。なお、ここで使用した濾材Ｆの表面
には、硝化菌としてニトロバクター(Nitrobacter) やニ
トロコッカス(Nitrococcus) 属等に属する硝酸細菌、お
よびニトロソモナス(Nitrosomonas)やニトロソコッカス
(Nitrosococcus) 属等に属する亜硝酸細菌を予め接種、
付着させている。なお、接種する菌種は被処理水の塩分
濃度（典型的には淡水であるか海水であるか）に応じて
適宜選択するとよい。

【００１９】而して、図１に示すように水槽１に装備さ
れた本実施形態に係る循環濾過装置１０においては、上
記送液ポンプ１５およびエアポンプ１２を作動させるこ
とによって被処理液および気泡が濾過槽１１の下部から
槽内へ導入され、循環濾過を開始する。本実施形態に係
る循環濾過装置１０の濾過槽１１内における被処理液お
よび気泡の流動方向を図２に示す。本図における太い白
抜き矢印は濾過槽１１内における被処理液の流動方向を
示しており、細い実線矢印は濾過槽１１内における気泡
の流動方向を示している。以下、本実施形態に係る循環
濾過装置１０における循環濾過機能について説明する。

【００２０】上述のとおり、被処理水と気泡とは濾過槽
１１の下部から槽内へ導入される。このため、濾過槽１
１内部においては、導入された被処理水と気泡とによる
下から上への上昇流が生じており、分散配置されている
個々の濾材Ｆは当該上昇流によって上述の浮遊濾材層２
６を形成している（図２）。すなわち、本濾過槽１１に
おいては、上向きに流動する被処理水および非規則的に
上昇してくる気泡によって、個々の濾材Ｆが不作為に浮
遊流動しつつその存在位置は絶えず変動している。この
ため、本濾過槽１１の浮遊濾材層２６では、生物残渣等
による目詰まりが起こらず、結果、被処理水の流動を妨
げることがない。さらに、本濾過槽１１においては、上
記浮遊濾材層２６に積極的に気泡を導入することができ
るので、浮遊濾材層２６全体の好気的環境を常に好適に
維持することができる。このため、濾材Ｆの表面に付着
している上記硝化菌による好気的硝化作用は活発であ
り、本濾過槽１１における生物的濾過作用を高いレベル
で維持することができる。

【００２１】そして、浮遊濾材層２６を通過して生物的
濾過を施された濾過水は、上記上昇流によって濾過槽１
１の上端部に至り、排出部１６に設けられた上記水受け
溝１８に溢れ出る。次いで、水受け溝１８に設けられて
いる上記排水口１８ａおよび排水管１９を経て水槽１に
還流される。他方、濾過水とともに濾過槽１１上端部に
至った気泡は、排出部１６の天板部２０に設けられてい
る上記細孔２０ａより大気中に放出される。

【００２２】次に、第二の実施形態として、養殖魚等の
飼育水槽の飼育水を循環濾過するために適用される本発
明の第二の濾過槽を備えたことを特徴とする本発明の濾
過装置として好適な一実施形態を図３を参照しつつ説明
する。なお、図３は本実施形態に係る循環濾過装置の全
体構成を示した概略図である。

【００２３】図３に示すように、本実施形態に係る循環
濾過装置３０に装備された濾過槽３１の給水口（図示せ
ず）には、上記微小気泡を槽内に導入するための気液混
合器に相当する気液混合ノズル２８が配設されている。
この気液混合ノズル２８には上記吸気機構に相当する送
気管１３と上記給水機構に相当する送液管１４ａとが接
続されている。なお、本実施形態に係る循環濾過装置３
０および濾過槽３１におけるその他の構造は上述の第一
の実施形態における循環濾過装置１０および濾過槽１１
と同様である。

【００２４】而して、本実施形態に係る循環濾過装置３
０では、上述の循環濾過装置１０と同様に送液ポンプ１
５およびエアポンプ１２を作動させることによって、被
処理液およびガスが各々送液管１４ａ，１４ｂおよび送
気管１３を介して当該気液混合ノズル２８に供給され
る。次いで、供給された被処理液およびガスは当該気液
混合ノズル２８によって微小気泡を含む気液混合体とさ
れた後、給水口より濾過槽３１内に導入される。このと
き、槽内に導入された気液混合体に含まれる微小気泡
は、そのサイズの小ささゆえに、浮遊濾材層を形成して
いる濾材の細隙に行き渡ることができる。さらに、個々
の気泡が微小化したことによって槽内における気液接触
面積が増大する。その結果、浮遊濾材層の好気的環境を
さらに好ましく維持することができる。そして、槽内を
通過した濾過水および微小気泡は、上述の循環濾過装置
１０と同様に濾過槽３１上部に設けられた排出部１６か
ら各々排出される。

【００２５】以上、図面を参照しつつ本発明の濾過槽お
よび濾過装置の好適な実施形態を説明したが、本発明の
濾過槽および濾過装置が上述の実施形態に限定されるこ
とを意味するものではない。例えば、上記各実施形態に
おいては、上記硝化菌を付着させた多孔質性粒状濾材を
濾過槽内に分散配置して使用しているが、本発明の実施
においては、濾過槽内で生じる上昇流によって浮遊流動
し得る程度の比重（好ましくは比重１．０１〜１．０３
程度）を有する濾材であれば良く、特定の形状、性質に
限定されるものではない。例えば、活性炭のような吸着
能を有する浮遊性濾材を適宜組み合わせて用いることに
よって、上記生物的濾過と共に被処理液に懸濁している
有機物等を物理的に吸着、除去することができる。

【００２６】また、本発明の濾過槽および／または濾過
装置においては、上記各実施形態に関わらず、濾過槽内
に導入する被処理水および気泡の流量を制御するために
種々の制御弁（バルブ）を装着することができる。これ
ら制御弁は、取付け位置および用途に応じて、適宜、上
記吸気機構、給水機構、排水機構または排気機構に包含
され得る。さらに本発明の濾過槽および／または濾過装
置は、それらが適用される水槽の規模に応じて種々のス
ケールおよび材質で作製することができ、或いは、循環
濾過すべき水槽の水質や混在する不純物量に応じて種々
のプレフィルターやトラップ装置を組み合わせて用いる
ことができる。これら本発明の実施の際の濾過関連機器
の付加や濾材等の変更等は、本明細書および図面に開示
された情報に基づく当業者の設計事項にすぎないもので
あり、本願特許請求の範囲から逸脱するものではない。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、所望される好気的環境
を維持しつつ、好気条件下において上記生物的濾過を実
現することができる濾過槽および当該濾過槽を備えた循
環濾過装置ならびに循環濾過方法を提供することができ
る。すなわち、本発明の濾過槽では、被処理水と共に気
泡を濾過槽下部より槽内に導入することができるため、
槽内において被処理水と気泡との上昇流を生じさせ得る
とともに、槽内の好気的環境を積極的に維持することが
できる。従って、本発明の濾過槽を、槽内に被処理水中
で浮遊流動し得る濾材を分散状態で配置して使用するこ
とによって、槽内の被処理水の流動阻害を生じさせず、
好気条件下での生物的濾過の維持を実現することができ
る。

【００２８】また、本発明の濾過装置および濾過方法に
おいては、上記浮遊流動し得る濾材を分散状態で配置し
た濾過槽を使用する。そして、当該濾過槽下部から被処
理水と気泡とを槽内に導入することによって、上述の浮
遊濾材層が槽内に形成されると共に当該浮遊濾材槽に気
泡を絶えず供給することができる。従って、本発明の濾
過装置および濾過方法によれば、濾過槽内における好気
条件下での生物的濾過を維持しつつ水槽内の水を循環濾
過することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の濾過装置の一実施形態を示した模式図
である。

【図２】本発明の濾過槽の一実施形態を模式的に示した
断面図である。

【図３】本発明の濾過装置の一実施形態を示した模式図
である。

【図４】従来の濾過槽における濾材層を模式的に示した
断面図である。

【符号の説明】

Ｆ 濾材 １ 水槽 １０，３０ 循環濾過装置 １１，３１，１００ 濾過槽 １２ エアポンプ １３ 送気管 １４ａ，１４ｂ 送液管 １５ 送液ポンプ １６ 排出部 １８ 水受け溝 １８ａ 排水口 １９ 排水管 ２０ａ 細孔 ２３ 給水口 ２４ ガス供給口 ２６ 浮遊濾材層 ２８ 気液混合ノズル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水槽の水を循環濾過するための濾過槽で
   あって、 被処理水を該濾過槽の下部から濾過槽内に導入するため
   の給水機構と、 酸素を含む気泡を該濾過槽の下部から濾過槽内に導入す
   るための吸気機構と、 該濾過槽内に導入された被処理水を該濾過槽の上部から
   排出するための排水機構と、 該濾過槽内に導入された気泡を前記被処理水から分離し
   て該濾過槽の上部から排出するための排気機構とを有し
   ており、 前記導入された被処理水中で浮遊流動し得る濾材を該濾
   過槽内に分散状態で配置することによって好気条件下で
   の生物的濾過の維持が実現されることを特徴とする濾過
   槽。
2. 【請求項２】 酸素を含む微小気泡を濾過槽内に導入す
   るための気液混合器をさらに備えたことを特徴とする請
   求項１に記載の濾過槽。
3. 【請求項３】 水槽の水を循環濾過するための濾過槽を
   備えた循環濾過装置であって、該濾過槽は、 被処理水を濾過槽の下部から濾過槽内に導入するための
   給水機構と、 酸素を含む気泡を濾過槽の下部から濾過槽内に導入する
   ための吸気機構と、 該濾過槽内に導入された被処理水を該濾過槽の上部から
   排出するための排水機構と、 該濾過槽内に導入された気泡を前記被処理水から分離し
   て該濾過槽の上部から排出するための排気機構とを有し
   ており、 前記濾過槽内には、前記導入された被処理水中で浮遊流
   動し得る濾材が分散状態で配置されており、 前記濾過槽内に被処理水と気泡とを導入して前記濾材を
   槽内で浮遊流動させることによって前記濾過槽内におけ
   る好気条件下での生物的濾過が維持されることを特徴と
   する循環濾過装置。
4. 【請求項４】 濾過槽を用いて水槽の水を循環濾過する
   方法であって、 被処理水中で浮遊流動し得る濾材を濾過槽内に分散状態
   で配置しておくこと、 被処理水と酸素を含む気泡とを該濾過槽の下部から濾過
   槽内に導入すること、 該濾過槽内に導入された被処理水中で該濾材を浮遊流動
   させること、および、 該濾過槽内に導入された被処理水および気泡を該濾過槽
   の上部から排出すること、を包含し、 前記濾過槽内において好気条件下での生物的濾過が維持
   されることを特徴とする濾過方法。