JPH11188375A - 浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脱窒素作用の反応速度の大きな生物学的浄化
装置を提供する。 【解決手段】 内部を被処理水（ＴＷ）が浸透する第１
の層（３）と、内部を前記被処理水（ＴＷ）が浸透しな
い第２の層（４）と、前記第１の層（３）と第２の層
（４）との間に挟まれ、内部を浸透する被処理水（Ｔ
Ｗ）の浸透抵抗が前記第１の層（３）における浸透抵抗
より小さい第３の層（５）と、が積層されてなる浄化層
（２）を備え、前記第１の層（３）から前記第３の層
（５）への前記被処理水（ＴＷ）の流れを生じさせ、被
処理水（ＴＷ）がこれら第１の層（３）と第３の層
（５）において順次浄化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水の浄化装置に関
し、特に、魚類や貝類を飼育する水槽用の生物学的浄化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水槽で魚貝類等を飼育する際に
は、魚などの排泄物や死骸、残餌等が水槽内に蓄積され
る。これらはアンモニア分を含み、腐敗すると魚貝類等
の毒性物質となる。このようなアンモニアを除去する生
物学的浄化には、硝化細菌を用いた硝化作用が主に利用
されている。硝化細菌は好気性であり、アンモニアを亜
硝酸に酸化する亜硝酸菌と、亜硝酸を硝酸に酸化する硝
酸菌とが含まれる。このような硝化細菌を適当な担体に
含ませ、酸素が十分に溶解した被処理水をこの担体に通
すと、まず亜硝酸菌がアンモニアを栄養源として増殖
し、その結果、アンモニアが亜硝酸に変換される。次い
で、このようにして生成した亜硝酸を硝酸菌によって硝
酸に変換する。このようにして、魚貝類にとって毒性の
高いアンモニアが比較的毒性の低い硝酸に変換される。
このように、アンモニアを硝酸に変換することにより飼
育環境は改善されるものの、低いながらも毒性を有する
硝酸がなお残存するため、硝化作用だけでは浄化が不十
分であった。

【０００３】このような問題点を解消すべく、硝化作用
の後に脱窒素作用を施す生物学的浄化が採用されてい
る。これは、硝酸菌によって変換された硝酸を嫌気性の
脱窒素細菌によって窒素ガスに還元し、これを大気中に
放出するものである。硝化作用に加えて脱窒素作用を用
いることによって、最終的にはアンモニアを水槽系外に
排出することができる。

【０００４】ところで、このような硝化作用と脱窒素作
用とを併用した生物学的浄化においては、硝化作用の反
応速度に比べて脱窒素作用の反応速度が遅いため、脱窒
作用の反応段階が反応全体の律速段階となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、脱窒素作用の
反応速度のみを効果的に高める方法が望まれていたが、
従来の方法では、浄化装置が複雑高価になると共に操作
も煩雑であった。したがって、脱窒素作用の反応速度を
効果的、かつ容易に高める方法が望まれていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る浄化装置は、請求項１において、内部
を被処理水が浸透する第１の層と、内部を前記被処理水
が浸透しない第２の層と、前記第１の層と第２の層との
間に挟まれ、内部を浸透する被処理水の浸透抵抗が前記
第１の層における浸透抵抗より小さい第３の層と、が積
層されてなる浄化層を備え、前記第１の層から前記第３
の層への前記被処理水の流れを生じさせ、該被処理水が
これら第１の層と第３の層において順次浄化されるよう
にした。これにより、第１の層と被処理水が浸透しない
第２の層との間に挟まれた第３の層においては、被処理
水が第１の層に逆に浸透し難くなり被処理水の対流が発
生する。

【０００７】また請求項２の浄化装置では、内部を被処
理水が浸透する第１の層と、内部を被処理水が浸透する
第２の層と、前記第１の層と第２の層との間に挟まれ、
内部を浸透する被処理水の浸透抵抗が前記第１の層及び
第２の層の浸透抵抗より小さい第３の層と、が積層され
た浄化層を備え、前記第１の層から前記第３の層を経て
前記第２の層に至る前記被処理水の流れを生じさせ、該
被処理水がこれら第１の層と第３の層において順次浄化
されるようにした。これにより、第１の層と第２の層と
に挟まれた第３の層においては、被処理水が第１の層と
第２の層のいずれにも浸透し難くなり被処理水の対流が
発生する。

【０００８】請求項３の浄化装置では、前記第３の層中
に担体を備え、該担体の表面積を第３の層の１ｃｍ３当
たり１.５ｃｍ２以上としたことにより、被処理水と担
体との接触面積を大きくすることができる。

【０００９】請求項４の浄化装置では、第１の層中に好
気性微生物を含ませ、第３の層中の担体に嫌気性微生物
を担持するようにした。これにより、第１の層において
好気性微生物の作用を受けた被処理水が、嫌気性微生物
を担持した担体が存在する第３の層に浸透しその層内お
いて被処理水の対流が発生するので、嫌気性微生物によ
る浄化作用が促進される。

【００１０】請求項５の浄化装置では、前記好気性微生
物を硝化細菌とし、前記嫌気性微生物を脱窒素細菌とし
た。これにより、第１の層において硝化細菌によって硝
化作用を受けた被処理水が第３の層に浸透し、その層内
において脱窒素細菌によって脱窒素作用を受ける。

【００１１】請求項６の浄化装置では、前記硝化細菌が
亜硝酸菌と硝酸菌とを含むようにした。これにより、第
１の層において、アンモニア成分が亜硝酸菌によって亜
硝酸に変換され、次いで、生成した亜硝酸が硝酸菌によ
って硝酸に変換される。

【００１２】請求項７の浄化装置では、第３の層中の担
体を複数の突起状部材からなるようにした。このような
突起状部材としては、例えばプラスチック製の人工芝等
を用いることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例につい
て添付した図面に基づき説明する。図１は本発明の浄化
装置に用いる、第１の構成例に係る浄化層を示す断面図
であり、図３は本発明の浄化装置を内部に取付けた貝の
養殖用水槽の正面図である。

【００１４】図１に示すように、本発明の浄化層２は、
内部を浸透する被処理水ＴＷの浸透抵抗が大きな第１の
層３と、被処理水が浸透しない第２の層４と、前記第１
の層３と第２の層４との間に挟まれ内部を浸透する被処
理水ＴＷの浸透抵抗が第１の層３のそれよりも小さな第
３の層５と、が軸方向に積層されている。ここで、浸透
抵抗とは被処理水ＴＷが層内を浸透して移動する上での
抵抗をいい、浸透抵抗が大きい場合は被処理水ＴＷが層
内を通過する時間が長く、逆に浸透抵抗が小さい場合は
被処理水ＴＷが層内を通過する時間が短い。

【００１５】第１の層３は、内部を浸透する被処理水Ｔ
Ｗの浸透抵抗が第３の層５のそれよりも大きい。この第
１の層３には、通常は、約３〜１５ｍｍの粒径を有する
珊瑚砂３ａが約２〜１５ｃｍ程度の厚さで充填されてお
り、この粒径は第３の層５の浸透抵抗との比較において
適宜選択される。被処理水ＴＷの浸透抵抗をさらに大き
くする場合には、例えば珊瑚砂３ａの粒径を小さくすれ
ばよく、逆に被処理水ＴＷの浸透抵抗を小さくする場合
には、例えば珊瑚砂３ａの粒径を大きくすればよい。ま
た、珊瑚砂の他に砂利や砂等を用いてもよく、珊瑚砂等
の充填厚さも浄化の目的に応じて適宜選択される。

【００１６】この珊瑚砂３ａの表面には硝化細菌６とし
て亜硝酸菌６ａと硝酸菌６ｂが担持されている。亜硝酸
菌６ａとしては、ニトロソモナス、ニトロソコックス、
ニトロソスピラ、ニトロソロプス等を用いることができ
る。硝酸菌６ｂとしては、ニトロバクター、ニトロスピ
ナ等を用いることができる。

【００１７】第２の層４は被処理水ＴＷが浸透しない不
浸透性の層であり、この構成例では水槽の底部を利用し
て構成される。したがって、第１の層３から第３の層５
に浸透した被処理水ＴＷはもはやこの第２の層４内には
浸透できない。第２の層４としては、本構成例のように
水槽の底部９ａを利用してもよいが、プラスチック板や
金属板等を用いてもよい。

【００１８】第３の層５には、脱窒素細菌を担持するた
めの担体８ｃが配置されている。縦横の格子部分８ａを
有する格子面８ｂの当該格子部分８ａに、担体８ｃとし
て幅約２ｍｍ、厚さ約０.５ｍｍ、長さ約１．４ｃｍの
突起状部材８ｃを植え付けたものが、突起状部材８ｃが
浄化層２の軸方向に平行な方向に沿うように２段重ねに
設けられている。突起状部材８ｃの本数は格子面８ｂの
単位面積（１ｃｍ２）当たり約７〜８本である。格子部
分８ａ、８ａ間は空隙８ｄとなっており、この空隙８ｄ
部分の面積は格子部分８ａの面積に比べて十分に大きい
ため、被処理水ＴＷの軸方向の流れに対する被処理水Ｔ
Ｗの浸透抵抗はほとんど発生しない。このような突起状
部材８ｃとしては例えば市販のプラスチック製人工芝が
好適に用いられる。このような人工芝の一部分を図２に
示す。

【００１９】この構成例で用いた人工芝の格子面の面積
は１枚あたり１７１１ｍ２（２９ｃｍ×５９ｃｍ）であ
りこれを２枚重ねにしているので格子面の面積は全体で
３４２２ｃｍ２となる。また、格子面８ｂの単位面積
（１ｃｍ２）当たりの突起状部材８ｃの本数は約７〜８
本であるので、この突起状部材８ｃの全本数は、３４２
２×（７〜８）＝２４０００〜２７４００（本）であ
る。したがって、突起状部材８ｃの全表面積は、（０．
２＋０．０５）×２×１．４×（２４０００〜２７４０
０）＝１６８００〜１９１８０ｃｍ２となる。

【００２０】この人工芝の１枚当たりの全体の大きさ
は、縦２９ｃｍ、横５９ｃｍ、高さ２．２ｃｍであるの
で、２枚の人工芝が占める空間体積は、２９×５９×
２.２×２＝７５３０ｍ３である。したがって、人工芝
の占める空間単位体積（１ｃｍ３）当たりの突起状部材
８ｃの表面積は、 （１６８００〜１９１８０）÷７５３０＝２.２〜２.６
（ｃｍ２／ｃｍ３） となり、被処理水ＴＷが接触する非常に大きな接触面積
を提供する。なお、この単位容積当たりの表面積は、
１.５（ｃｍ２／ｃｍ３）以上であることが好ましく、
これ未満では、突起状部材８ｃと被処理水ＴＷとの接触
面積が少ないため、十分な反応場が得られないので反応
速度が大きくならない。

【００２１】なお、突起状部材８ｃの寸法、形状、本
数、格子部分間の空隙８ｄの長さ、重ね段数、ならび
に、格子部分８ａの形状、交差角度等は浄化の目的に応
じて適宜選択される。また、第１の層３と第３の層５と
の間には、珊瑚砂３ａが第３の層５に入り込まないよう
に、プラスチックメッシュ１２等を介在させるのが望ま
しい。本発明で用いる担体としては、第３の層内におけ
る被処理水の浸透抵抗が小さく、かつ、脱窒素細菌等の
嫌気性微生物を多く担持できる表面積を有するものであ
れば、人工芝に限られるものではない。このような担体
としては、粒径の大きな充填材であって表面に多数の突
起部または細孔を備えたもので、材質はプラスチック、
セラミックス、金属等が用いられる。例えば、表面が毛
立ったプラスチック繊維、多くの微細孔を表面に備えた
比較的大粒径のセラミックス体、浸透抵抗を小さくする
大きな孔を備えるとともに、その孔表面に多数の突起を
備えた発泡スチロール等があげられる。

【００２２】突起状部材５ｃの表面には脱窒素細菌７が
担持されている。脱窒素細菌７としては、プセウドモナ
ス、ゾグロエア等を用いることができる。

【００２３】図３に示すように、このような浄化装置１
は、例えば貝の養殖用水槽９の下部に、第２の層４とし
て水槽９の底部９ａを利用して取付けられる。複数の養
殖貝１０が第１の層３の上に載置され、浄化層２の上部
には被処理水相ＴＷＬが位置している。被処理水相ＴＷ
Ｌ内の被処理水ＴＷは、通常、水中モータ１１によって
循環されており、また、光合成によって酸素を生成させ
るべく被処理水相ＴＷＰに不図示の水草を生息させても
よい。

【００２４】この構成例では、水槽９内における被処理
水ＴＷの浄化経路は、被処理水相ＴＷＰから第１の層３
と第３の層５に順次浸透し、浄化後には逆に第３の層５
から第１の層３を経て元の被処理水相ＴＷＰに戻る自然
循環方式が採用され、具体的には下記のようにして被処
理水ＴＷが浄化される。

【００２５】貝１０の排泄物や残餌等はアンモニア分と
して被処理水相ＴＷＰに溶解又は分散する。このような
アンモニア分を含有した被処理水ＴＷは、まず第１の層
３内に浸透し珊瑚砂３ａの表面に付着した硝化細菌６に
接触する。このうち亜硝酸菌６ａに接触した被処理水Ｔ
Ｗ中のアンモニア分は、亜硝酸菌６ａによって酸化され
て亜硝酸に変換される。このようにして生成した亜硝酸
が硝酸菌６ｂに接触すると、硝酸菌６ｂによって酸化さ
れて硝酸に変換される。このようにして、硝化細菌６は
被処理水ＴＷ中の酸素を消費しつつアンモニアを栄養源
として増殖し活発な硝化作用を行なう。なお、被処理水
相ＴＷＰ内にエアレーションや水草の光合成によって酸
素を供給してもよい。

【００２６】第１の層３を通過した被処理水ＴＷは、ア
ンモニア分から変換された硝酸成分を多く含有する一
方、硝化作用によって溶存酸素量が低減しているため低
溶存酸素濃度となっている。

【００２７】このような、硝酸成分を多く含有するとと
もに低溶存酸素濃度の被処理水ＴＷは次いで第３の層５
中に浸透し、突起状部材８ｃの表面に担持した脱窒素細
菌７に接触する。脱窒素細菌７に接触した被処理水ＴＷ
中の硝酸成分は、脱窒素細菌７によって還元されて窒素
に変換される。

【００２８】ここで、第３の層５内には被処理水ＴＷの
対流が発生しているため、生成した窒素は突起状部材８
ｃの表面から離れ、一方、硝酸成分は突起状部材８ｃ表
面に供給される。したがって、脱窒素作用の反応場であ
る突起状部材８ｃ表面では、被処理水ＴＷの対流によっ
て、反応生成物である窒素の移動と反応成分である硝酸
成分の供給が速やかに生じ、その結果、脱窒素作用の反
応速度が増加する。また、脱窒素細菌７は、第３の層５
の単位体積当たり高表面積を有する突起状部材８ｃ表面
に担持されているので、脱窒素作用の反応場が多く提供
されることになり、このこともを脱窒素作用の反応速度
が増加させる要因となる。このようにして生成した窒素
は、第３の層５から第１の層３を経て被処理水相ＴＷＰ
へと拡散移動して、被処理水相ＴＷＰの水面から大気中
に放出される。

【００２９】このように、被処理水ＴＷは第１の層３か
ら第３の層５へと浸透しこの間に浄化され、次いで浄化
された被処理水ＴＷは、今度は逆に第３の層５から第１
の層３へと浸透して、元の被処理水相ＴＷＰに戻る。こ
のような被処理水ＴＷの自然循環による生物学的浄化に
よって、貝１０の排泄物や残餌等のアンモニア分が最終
的に窒素に短時間に変換されて水槽９の系外に排出され
る。

【００３０】本発明の特徴の一つは、第３の層５内で被
処理水ＴＷを効率的に脱窒することにあり、この点につ
いて説明する。第３の層５内における被処理水ＴＷの浸
透抵抗は、第１の層内における浸透抵抗よりも小さい。
なお、第２の層４は不浸透性なのでこの層内の浸透抵抗
は無限大と考えられ、当然のことながら第３の層５内の
浸透抵抗はこの第２の層４内の浸透抵抗よりも小さい。
すなわち、第３の層５は、被処理水ＴＷが浸透し難い一
方側の第１の層３と、不浸透性の他方側の第２の層４に
よって挟まれているので、第１の層３から第３の層５内
に浸透してきた被処理水ＴＷは、第１の層３に逆に浸透
し難く第３の層５内に滞留する。

【００３１】本発明者は、第３の層５内に滞留する被処
理水ＴＷがこの層内を対流する事実を見出した。現在の
ところ、被処理水ＴＷが第３の層５内で対流する理由は
十分に解明されていないが、被処理水相ＴＷＬ内の被処
理水ＴＷが水中モータ１１によって循環することによっ
て、被処理水相ＴＷＰから第１の層３を経て第３の層５
に至る緩やかな水流が生じ、この水流をトリガーとして
第３の層５内に対流が生じるのではないかと推定され
る。第３の層５内に対流が生じていることは、後述のよ
うな、第３の層５内にトレーサを投入した試験結果から
明らかである。このような対流によって、脱窒素作用の
反応場である突起状部材８ｃ表面では、反応生成物であ
る窒素の移動と反応成分である硝酸成分の供給が速やか
に行われるので、脱窒素作用の反応速度が増加し、反応
全体の律速段階であった脱窒素反応に要する反応時間を
短縮することができる。その結果、硝化反応と脱窒素反
応とからなる浄化作用に要する時間を短縮できる。な
お、第３の層内に対流を発生させるのに、例えば水槽９
の底部を外側から加熱して、第３の層内の下部側を上部
側より高温にして温度差に基づく対流を発生させたり、
また第３の層内に小さなマグネットを複数設けて、マグ
ネチックスタラーによって対流を発生させる等、対流を
増加させる外部手段を付加してもよい。また、第３の層
内での対流を促進するのに、図４（ａ）に示すように第
３の層５の底部をお椀状にしたり、同図（ｂ）に示すよ
うに周囲に丸みを設けたり、周囲から底部にかけて丸み
を設けたりしてもよい。

【００３２】次に、本発明の第２構成例について図５に
基づき説明する。図５は第２構成例の浄化層を示す断面
図である。なお、この構成例では第１構成例と異なる部
分についてのみ説明する。

【００３３】図５に示すように第２構成例の浄化装置１
は、第１構成例における不浸透性の第２の層４を、被処
理水ＴＷの浸透抵抗が第３の層５の浸透抵抗より大きな
第２の層４に置換えた構成であり、他の構成は第１構成
例と同じである。なお、第２の層４の底部を水槽９の底
部９ａに接するようにしてもよく、また第２の層４の底
部と水槽９の底部９ａとの間に隙間を設けて、この隙間
部分に被処理水ＴＷが存在するようにしてもよい。ここ
で、第２の層４の底部と水槽９の底部９ａとの間に隙間
を設ける場合には、図５に示すように第２の層４の底部
の下に例えばプラスチックメッシュ１２等を敷いて第２
の層４の珊瑚砂３ａが水槽９の底に落ちないようにす
る。

【００３４】第２の層４の浸透抵抗は、第３の層５の浸
透抵抗より大きければよく、第１の層３の浸透抵抗との
大小は問わない。また、第２の層に充填する材料は、第
１の層３と同様の珊瑚砂３ａが通常用いられるが砂利や
砂等の他の材料を用いてもよく、珊瑚砂等の粒径、充填
厚さ等も浄化の目的に応じて適宜選択される。第１構成
例と同様に、第２の層４には硝化細菌や脱窒素細菌等の
濾過バクテリアを存在させる必要はないが、存在させて
もよい。

【００３５】この構成例では、水槽８内における被処理
水ＴＷの浄化経路は、まず被処理水相ＴＷＰから第１の
層３に浸透し次いで第３の層５に浸透し、これら第１の
層３と第３の層５においてそれぞれ硝化作用と脱窒素作
用を受ける。

【００３６】このようにして浄化された被処理水ＴＷ
は、さらに第３の層５から第２の層４に徐々に浸透す
る。ここで、第２の層４は浄化作用を目的とするもので
はなく、第３の層５から第２の層５へ被処理水ＴＷが浸
透し難くくして、第３の層５内に被処理水ＴＷを滞留さ
せ対流を発生させるためのものである。上述の第１構成
例では、この第２の層４を不浸透性としたが、第３の層
５内の浸透抵抗より大きな浸透抵抗を有していれば不浸
透性でなくても対流が発生することが判明した。

【００３７】このようにして第２の層４に浸透した被処
理水ＴＷは、第２の層４の底部が水槽９の底部９ａと接
している場合には第３の層５から第１の層３を経て元の
被処理水相ＴＷＰに戻るように自然循環され、また第２
の層４の底部と水槽９の底部９ａとの間に隙間が設けら
れている場合には、第２の層４からこの隙間部分に移動
しさらに第２の層４に戻りこれから第３の層５を経て第
１の層３に浸透し元の被処理水相ＴＷＰに戻るように自
然循環される。なお、第１の層３における硝化作用、な
らびに第２の層５における対流下での脱窒素作用は、第
１構成例におけるのと同様である。

【００３８】以上述べた例では、いずれも被処理水ＴＷ
をポンプ等を用いないで自然に循環させることによっ
て、浄化層２において浄化作用を発揮させる自然循環方
式を用いた。しかしながら、この方式に代わって図６に
示すように、ポンプ１３とシャワーパイプ１３ａによっ
て水槽底部の被処理水ＴＷを汲み上げこれを水槽上部に
戻したり、これとは逆に図７に示すように、水槽上部の
被処理水ＴＷを汲み上げこれを水槽底部に戻したりし
て、水槽９内の被処理水ＴＷを強制的に循環することに
よって、浄化層２において浄化作用を発揮させる強制循
環方式を用いてもよい。ただし、被処理水ＴＷが硝化作
用を受けた後に脱窒素作用を受けるように、硝化細菌が
存在する好気性層と、脱窒素細菌が存在する嫌気性層を
配置する必要がある。なお、このような強制循環方式を
採用する場合には、第２構成例の浄化層２を用いて、第
２の層４と水槽９の底部との間に隙間を設け、この隙間
部分から被処理水ＴＷを汲み上げたり、この隙間部分へ
と被処理水ＴＷを戻す方法がとられる。

【００３９】次に、以上の例では本発明の浄化装置１を
水槽９内に取付けて用いる場合について説明したが、図
８と図９に示すように浄化装置１を水槽９の外部に配置
して用いてもよい。なお、これらの場合には、浄化層２
は全体が容器２ａ内に収容された構造となる。ここで
は、ポンプ１３等によって水槽底部の被処理水ＴＷを汲
み上げこれを浄化装置１に通してシャワーパイプ１３ａ
によって水槽上部に戻したり（図８）、逆に水槽上部の
被処理水ＴＷをシャワーパイプ１３ａからポンプ１３に
よって汲み上げこれを浄化装置１に通して水槽底部に戻
したりして（図９）、水槽９内の被処理水ＴＷを強制的
に循環することによって、浄化層２において浄化作用を
発揮させる強制循環方式が採用される。なお、この場合
にも上述のように、第２構成例の浄化層２を用いて、第
２の層４と水槽９の底部９ａとの間に隙間を設け、この
隙間部分から被処理水ＴＷを汲み上げたり、この隙間部
分へと被処理水ＴＷを戻す方法がとられる。なお、図
８、図９に示すように、水槽９の底には濾材１４を設け
るのが望ましい。また、被処理水ＴＷを浄化装置１に通
す場合に、浄化装置１を縦に置いてその底部から上部に
通してもよいし、逆に上部から底部に通してもよく、さ
らに浄化装置１を横に置いて通してもよい。ただし、被
処理水ＴＷが硝化作用を受けた後に脱窒素作用を受ける
ように、硝化細菌が存在する好気性層と、脱窒素細菌が
存在する嫌気性層を配置する必要がある。

【００４０】また、以上の説明では、第１の層３、第３
の層５、第２の層４をこの順序で積層した浄化層２につ
いて述べたが、浄化層２の容器２ａ中に第１の層３、第
３の層５、第２の層４をこの順序で積層しこのような積
層体を２組用いて、図１０に示すように、第２の層４同
士が接するようにして背中合わせにし水槽９内に配置し
て用いてもよく、また、図１１に示すように、第２の層
４を共通にして背中合わせにして用いてもよい。なお、
これらの場合には、２枚のプラスチックメッシュ１２、
１２によって第１の層３を挟むようにして、層内の珊瑚
砂３ａが被処理水ＴＷ側と第３の層側とから落ちないよ
うにする。さらに、図１２に示すように、円筒状の第２
の層４の外表面に第３の層５を積層しさらにその上に第
１の層３を積層し、この第１の層３の周囲をプラスチッ
クメッシュ１２を覆い、このような積層体を浄化層２と
して被処理水ＴＷの流入口である複数の穴２ｂを備えた
容器内２ａに収容して用いてもよい。また、図１３に示
すように、プラスチックメッシュ１２の外側に第１の層
３を積層しさらにその上にプラスチックメッシュ１２を
巻いてその上に第３の層５を積層し、被処理水ＴＷの流
入するための縦穴２ｃを備えたこのような積層体を浄化
層２として穴を備えていない容器内２ａに収容して用い
てもよい。

【００４１】また、図１４に示すように、浄化層２を水
槽９内に取付ける上で複数の浄化層２を取付けてもよ
い。浄化層２を水槽９の外部に設ける場合にも、図１５
に示すように、複数の浄化層２を並列に設けてもよい。

【００４２】上述のように、本発明の浄化装置１は硝化
作用と脱窒素作用とを併用した生物学的浄化に主に用い
られるものであるが、第３の層５内における対流効果と
被処理水の接触面積の増大を利用して、例えば酵母を担
体８ｃに担持してセルロース成分を含む被処理水ＴＷと
反応させるアルコール醗酵等にも応用が可能である。ま
た、担体８ｃに一方の反応成分を担持しておき、他方の
反応成分を含有する被処理水ＴＷを担体８ｃと接触させ
て化学反応を行わせることも可能である。

【００４３】以上の本発明の浄化装置１についての説明
では、浄化装置１の主要構成要素である浄化層２につい
てのみ詳述したが、浄化装置１を構成する他の構成要素
として、濾過フィルター、ポンプ、水中モータ、海草等
を適宜備えていてもよい。また、脱窒素細菌は従属栄養
細菌であるため、栄養素としてアルコール等の有機化合
物を第３の層内に存在させておくことは、脱窒素細菌の
活性を高める上で効果的である。さらに、上記各例では
第１の層と第３の層には、好気性微生物と嫌気性微生物
がそれぞれ担持された担体が収容されているが、このよ
うな担体に代わって微生物が担持されていない濾材等を
収容してもよい。また、浸透抵抗を生じさせるのに濾材
等を収容するのではなく、多段フィルタ等を設けてもよ
い。

【００４４】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明するが、本発明
はこれらの例に限定されるものではない。

【００４５】実施例１ 縦２９ｃｍ、横５９ｃｍの格子面に縦横の格子部分が設
けられ、この格子部分に、幅径が約２ｍｍ、厚さが０.
５ｍｍ、長さが約２.２ｃｍの突起状部材が格子面に略
垂直に植え付けられたプラスチック製人工芝を２枚用意
した。突起状部材の本数は格子面の単位面積１ｃｍ２当
たり約８本であり、格子部分間は空隙となっておりこの
空隙部分の面積は格子部分の面積に比べて十分に大き
い。なお、この人工芝の総表面積は、１９１８０ｃｍ２
であり、第３の層の容積は７５３０ｃｍ３なので、この
層内の１ｃｍ３当たりの１人工芝の表面積は、２.６ｃ
ｍ２であった。一方、縦２９ｃｍ、横５９ｃｍ、高さ３
２ｃｍ（容量５４．７リットル）のプラスチック製水槽
を用意し、この水槽の底部に上記人工芝をその格子面が
水槽の底に接するようにして収容し、さらにこれと同様
の別の人工芝をこれまた格子面を下にして前記人工芝の
上に載置した。このようにして、水槽内に縦横が丁度収
まるように２枚の人工芝を収容した。さらに、上方の人
工芝の上に網目の寸法が約２ｍｍ×２ｍｍのプラスチッ
クメッシュを被せ、このプラスチックメッシュ上に約３
〜１５ｍｍの粒径を有する珊瑚砂を５ｃｍの厚さでが載
置した。

【００４６】次いで、水槽内に擬似海水を約４８リット
ル入れ、さらに亜硝酸菌、硝酸菌及び脱窒素細菌を適量
投入し十分に撹拌し、１週間放置した後に、約１０重量
％のアンモニア水を０．４ｍｌを水面から添加した。添
加直後の被処理水相内のアンモニア濃度は約０．８ｐｐ
ｍでありｐＨは７.７であった。この状態から、水槽内
のアンモニア成分（ＮＨ４＋）、亜硝酸成分（ＮＯ２
−）及び硝酸成分（ＮＯ３−）の各濃度の経時変化を測
定した。なお、被処理水相内の被処理水を水中モータに
よって循環した。結果を図１６に示す。

【００４７】図１４から明らかなように、アンモニア成
分濃度はアンモニア添加後徐々に低減し、１６時間後に
は０.００１ｐｐｍ以下にまで減少し、亜硝酸成分濃度
は添加後約４.５時間で最大値を示し、その後徐々に減
少して添加後１６時間には０.００１ｐｐｍ以下にまで
減少し、硝酸濃度は添加後約５時間で最大値を示し、そ
の後徐々に減少して添加後１６時間には０.５ｐｐｍ程
度にまで減少した。アンモニア分濃度についての減少率
は、最初０.８ｐｐｍであったのが１６時間経過後に０.
００１ｐｐｍ以下に達したので、（０.８−０.００１）
／０.８×１００≒１００となり、１６時間後にはほぼ
１００％の減少率を示した。

【００４８】実施例２ 実施例１において、あらかじめ、水槽の底部に約３〜１
５ｍｍの粒径を有する珊瑚砂を５ｃｍの厚さで載置し、
その上に網目の寸法が約２ｍｍ×２ｍｍのプラスチック
メッシュを被せたものを使用した以外は実施例１と同様
にして浄化装置を構成して浄化試験を行った。すなわ
ち、水槽の底部に約３〜１５ｍｍの粒径を有する珊瑚砂
を５ｃｍの厚さで載置し、その上に網目の寸法が約２ｍ
ｍ×２ｍｍのプラスチックメッシュを被せ、このプラス
チックメッシュの上に人工芝を格子面がプラスチックメ
ッシュに接するようにして収容し、別の人工芝をこれま
た格子面を下にして前記人工芝の上に載置し、さらに、
上方の人工芝の上に前記プラスチックメッシュと同じプ
ラスチックメッシュを乗せ、その上に約３〜１５ｍｍの
粒径を有する珊瑚砂を５ｃｍの厚さでが載置した。

【００４９】実施例１と同様にして、水槽内のアンモニ
ア成分（ＮＨ４＋）、亜硝酸成分（ＮＯ２−）及び硝酸
成分（ＮＯ３−）の各濃度の経時変化を測定したとこ
ろ、図１６と同様に各成分の迅速な濃度低下がみられ
た。

【００５０】実施例３ 実施例１と同様の人工芝であって、格子面の面積だけ縦
５９ｃｍ、横１４９ｃｍと大きいが、突起状部材の形
状、単位面当たりの本数、寸法等は実施例１と同じ人工
芝を用い、またプラスチック製水槽を縦５９ｃｍ、横１
４９ｃｍ、高さ６２ｃｍ（容量５４５リットル）とし、
珊瑚砂の厚さを１０ｃｍとし、水槽中に擬似海水を約５
００リットル入れた以外は実施例１と同様にした。ま
た、被処理水中の初期アンモニア成分濃度、ｐＨ等も実
施例１と同じに設定して、各成分濃度を経時的に測定し
た。結果を図１７に示す。

【００５１】図１５から明らかなように、アンモニア成
分濃度はアンモニア添加後徐々に低減し、１６時間後に
は０.０５ｐｐｍ以下にまで減少し、亜硝酸成分濃度は
添加後約７時間で最大値を示し、その後徐々に減少して
添加後１６時間には０.０１ｐｐｍ以下にまで減少し、
硝酸濃度は添加後約１０時間で最大値を示し、その後徐
々に減少して添加後１６時間には１ｐｐｍ程度にまで減
少した。アンモニア成分濃度についての減少率は、最初
０.８ｐｐｍであったのが１６時間経過後に０.０５ｐｐ
ｍ以下に達したので、（０.８−０.０５）／０.８×１
００≒９４となり、１６時間後には約９４％の減少率を
示した。

【００５２】実施例４ 実施例１において、細いガラス管を用いてトレーサとし
て食紅を第３の層である人工芝部分の擬似海水中にゆっ
くり投入し、食紅が第３の層中を移動する状態を経時的
に観察した。投入位置ＩＰと移動するトレーサの観察中
心位置ＭＰを図１８に示す。投入位置ＩＰは、縦長さ
（奥行き方向の長さ）の約１／２、横長さ（図中の左右
方向の長さ）の図中右側側面から約１／３、高さは２つ
の人工芝の境界付近である。一方、観察中心位置ＭＰは
水槽の手前側の底部であって、横長さ（図中の左右方向
の長さ）の図中左側側面から約１／３の位置である。こ
の観察位置中心ＭＰからのトレーサの広がり部分を写真
に撮影しこれを模式的に図示したものが図１９であり、
観察中心位置ＭＰからの高さ方向をＹ軸、横方向をＸ軸
として、トレーサの広がり部分をＸＹ軸上に斜線で示し
た。図１９（ａ）は投入後２分経過時、（ｂ）は同４分
経過時、（ｃ）は同７分経過時、（ｄ）は同１６分経過
時のものである。図から明らかなように、トレーサがす
ばやく３次元的に広がり、かつ消失しているのが分る。
なお、水槽中の他の部位にもトレーサの広がりと消失が
発現しているのが観察された。

【００５３】参考例１ 実施例４において、珊瑚砂の部分を第３の層に用いたの
と同じ人工芝で置換え、すなわち第１の層を取り除いて
第３の層と第２の層４によって浄化層を構成して、実施
例４と同様にしてトレーサ試験を行った。なお、水中モ
ータによる水流の影響をなくすため、このモータは作動
させないで試験した。結果を図２０に示す。図２０
（ｅ）は投入後２分経過時、（ｆ）は同４分経過時、
（ｇ）は同８分経過時のものである。図から、トレーサ
は観察中心位置ＭＰを中心にほとんど広がっていない。
このような単なる拡散のみでは、突起状部材の存在がト
レーサの広がりを邪魔するので、投入後２〜８分の間に
おいてトレーサの広がりはほとんどみられなかった。

【００５４】図１９のトレーサの広がりは、図２０のト
レーサの広がりよりも非常に速いこと、また図１９では
トレーサが広がるだけではなく素早く消失していること
から、第３の層内において拡散だけでなく対流が生じて
いることは明らかである。

【００５５】実施例５ 実施例２で使用した装置についても、実施例４と同様の
トレーサ試験を行ったところ、実施例４と同様に人工芝
部分の擬似海水中において対流が発生していることが明
らかになった。

【００５６】参考例２ 実施例２で使用した装置についても、参考例１と同様の
トレーサ試験を行ったところ、図２０にと同様の結果を
得た。

【００５７】

【発明の効果】本発明に係る浄化装置は請求項１におい
て、請求項１において、内部を被処理水が浸透する第１
の層と、内部を前記被処理水が浸透しない第２の層と、
前記第１の層と第２の層との間に挟まれ、内部を浸透す
る被処理水の浸透抵抗が前記第１の層における浸透抵抗
より小さい第３の層と、が積層されてなる浄化層を備
え、前記第１の層から前記第３の層への前記被処理水の
流れを生じさせ、該被処理水がこれら第１の層と第３の
層において順次浄化されるようにしたことにより、第１
の層と被処理水が浸透しない第２の層との間に挟まれた
第３の層においては、被処理水が第１の層に逆に浸透し
難くなり被処理水の対流が発生する。その結果、第３の
層内における物質移動が促進されるので、例えばこの層
内での反応を伴う浄化作用等が促進され浄化時間を短縮
できる。

【００５８】また請求項２の浄化装置では、内部を被処
理水が浸透する第１の層と、内部を被処理水が浸透する
第２の層と、前記第１の層と第２の層との間に挟まれ、
内部を浸透する被処理水の浸透抵抗が前記第１の層及び
第２の層の浸透抵抗より小さい第３の層とが積層された
浄化層を備え、前記第１の層から前記第３の層を経て前
記第２の層に至る前記被処理水の流れを生じさせ、該被
処理水がこれら第１の層と第３の層において順次浄化さ
れるようにした。これにより、第１の層と第２の層とに
挟まれた第３の層においては、被処理水が第１の層と第
２の層のいずれにも浸透し難くなり被処理水の対流が発
生する。その結果、請求項１と同様に例えば第３の層内
における反応を伴う浄化作用等が促進され浄化時間を短
縮できる。

【００５９】請求項３の浄化装置では、前記第３の層中
に担体が備えられ該担体の表面積を第３の層の１ｃｍ３
当たり１.５ｃｍ２以上としたことにより、被処理水と
担体との接触面積を大きくすることができる。その結
果、例えば第３の層内における反応を伴う浄化作用等に
おいて、反応場が多く提供されることにより浄化時間を
短縮できる。

【００６０】請求項４の浄化装置では、第１の層中に好
気性微生物を含ませ、第３の層中の担体に嫌気性微生物
を担持するようにした。その結果、嫌気性微生物の反応
場である担体表面では、被処理水の対流によって、反応
生成物の移動と反応成分の供給が速やかに生じ、その結
果、嫌気性微生物による反応速度を増加できる。また、
嫌気性微生物は単位体積当たりの表面積の大きな担体表
面に担持されているので、嫌気性微生物の反応場が多く
提供されることになり、このことも嫌気性微生物による
反応速度を増加させる。

【００６１】請求項５の浄化装置では、前記好気性微生
物を硝化細菌とし、前記嫌気性微生物を脱窒素細菌とし
た。脱窒素作用の反応場である担体表面では、被処理水
の対流によって、反応生成物である窒素の移動と反応成
分である硝酸成分の供給が速やかに生じるので脱窒素作
用の反応速度を増加できる。また、脱窒素細菌は単位体
積当たりの表面積の大きな担体に担持されているので、
脱窒素作用の反応場が多く提供されることになり、これ
によっても脱窒素作用の反応速度を増加できる。その結
果、硝化細菌の存在する第１の層においてアンモニア成
分が酸化され、さらに酸化されたアンモニア成分が第３
の層において脱窒素細菌によって魚介類等の生物にとっ
て無害な窒素ガスに効率よく変換される。

【００６２】請求項６の浄化装置では、前記硝化細菌が
亜硝酸菌と硝酸菌とを含むようにした。これにより、第
１の層において、アンモニア成分が亜硝酸菌によって亜
硝酸に変換され、次いで、生成した亜硝酸が硝酸菌によ
って硝酸に変換される。その結果、アンモニア成分が亜
硝酸を経て硝酸にまで変換されるので、後続の脱窒素作
用の効率が向上する。

【００６３】請求項７の浄化装置では、第３の層の担体
を複数の突起状部材からなるようにした。このような突
起状部材としては、例えば市販のプラスチック製の人工
芝等を用いることができる。このような人工芝等は、廉
価であるため浄化装置の製造コストも低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の浄化装置の第１の構成例に係る浄化層
の断面図。

【図２】第３の層を構成する突起状部材の部分斜視図。

【図３】本発明の浄化装置を内部に取付けた貝の養殖用
水槽の正面図。

【図４】第１の構成例に係る浄化層の変更例を示す斜視
図。

【図５】本発明の浄化装置の第２の構成例に係る浄化層
の断面図。

【図６】本発明の浄化装置を水槽に取付け、水槽底部の
被処理水を汲み上げこれを水槽上部に戻して、水槽内の
被処理水を強制循環する例を示す養殖用水槽の正面図。

【図７】本発明の浄化装置を水槽に取付け、水槽上部の
被処理水を汲み上げこれを水槽底部に戻して、水槽内の
被処理水を強制循環する例を示す養殖用水槽の正面図。

【図８】本発明の浄化装置を水槽の外部に設け、水槽底
部の被処理水を汲み上げこれを水槽上部に戻して、水槽
内の被処理水を強制循環する例を示す養殖用水槽の正面
図。

【図９】本発明の浄化装置を水槽の外部に設け、水槽上
部の被処理水を汲み上げこれを水槽底部に戻して、水槽
内の被処理水を強制循環する例を示す養殖用水槽の正面
図。

【図１０】本発明の浄化装置の第１の構成例の変更例に
係る浄化層の断面図。

【図１１】本発明の浄化装置の第１の構成例の変更例に
係る浄化層の断面図。

【図１２】本発明の浄化装置の第１の構成例の変更例に
係る浄化層の断面図。

【図１３】本発明の浄化装置の第１の構成例の変更例に
係る浄化層の断面図。

【図１４】本発明の浄化装置を水槽内に複数並列に取付
けた例を示す養殖用水槽の正面図。

【図１５】本発明の浄化装置を水槽外に複数並列に設け
た例を示す養殖用水槽の正面図。

【図１６】第１の構成例の浄化層を用いた場合におけ
る、水槽内のアンモニア成分、亜硝酸成分及び硝酸成分
の各濃度の経時変化を示すグラフ。

【図１７】第１の構成例の浄化層を用いた場合におけ
る、水槽内のアンモニア成分、亜硝酸成分及び硝酸成分
の各濃度の経時変化を示すグラフ。

【図１８】トレーサ試験におけるトレーサの投入位置と
観察位置を示す図。

【図１９】トレーサの３次元的な広がりによって、第３
の層内における被処理水の対流を示す説明図。

【図２０】トレーサが拡散によって広がる例を示す説明
図。

【符号の説明】

１・・浄化装置、２・・浄化層、３・・第１の層、４・
・第２の層、５・・第３の層、６・・硝化細菌、６ａ・
・亜硝酸菌、６ｂ・・硝酸菌、７・・脱窒素細菌、８ｃ
・・担体、８ｃ・・突起状部材、 ＴＷ・・被処理水。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理水を浄化する浄化装置であって、 内部を被処理水が浸透する第１の層と、内部を前記被処
   理水が浸透しない第２の層と、前記第１の層と第２の層
   との間に挟まれ、内部を浸透する被処理水の浸透抵抗が
   前記第１の層における浸透抵抗より小さい第３の層と、
   が積層されてなる浄化層を備え、 前記第１の層から前記第３の層への前記被処理水の流れ
   を生じさせ、該被処理水がこれら第１の層と第３の層に
   おいて順次浄化されることを特徴とする浄化装置。
2. 【請求項２】 被処理水を浄化する浄化装置であって、 内部を被処理水が浸透する第１の層と、内部を被処理水
   が浸透する第２の層と、前記第１の層と第２の層との間
   に挟まれ、内部を浸透する被処理水の浸透抵抗が前記第
   １の層及び第２の層の浸透抵抗より小さい第３の層と、
   が積層された浄化層を備え、 前記第１の層から前記第３の層を経て前記第２の層に至
   る前記被処理水の流れを生じさせ、該被処理水がこれら
   第１の層と第３の層において順次浄化されることを特徴
   とする浄化装置。
3. 【請求項３】 前記第３の層中に担体が備えられ、該担
   体の表面積が第３の層の１ｃｍ３当たり１.５ｃｍ２以
   上であるである請求項１又は請求項２に記載の浄化装
   置。
4. 【請求項４】 前記浄化層は、前記第１の層中に好気性
   微生物を含み、前記第３の層中の担体に嫌気性微生物が
   担持されている請求項３に記載の浄化装置。
5. 【請求項５】 前記好気性微生物が硝化細菌であり、前
   記嫌気性微生物が脱窒素細菌である請求項４に記載の浄
   化装置。
6. 【請求項６】 前記硝化細菌が亜硝酸菌と硝酸菌とを含
   む請求項５に記載の浄化装置。
7. 【請求項７】 前記第３の層中の担体が、複数の突起状
   部材からなる請求項３〜請求項６のいずれか１項に記載
   の浄化装置。