JPWO2004050565A1 - 成形炭を利用した水槽浄化装置 - Google Patents

Abstract

従来の装置では、水質浄化装置の構造が複雑となり、水質浄化装置の洗浄作業が繁雑であり、また濾過材の頻繁な交換を必要とするなどの問題点を有している。本発明の目的は、従来の活性炭等よりも水質浄化機能が高いビール粕炭を水槽浄化材として使用することで、上記の水質浄化装置の問題点を解決することにある。これら問題点を解決するため、本発明は、食品工業で発生する有機物を、乾燥、成形、炭化して得られる成形炭を微生物担体として使用した水槽浄化装置である。特に成形炭がビール粕炭である水槽浄化装置を提供する。

Description

本発明は、排水処理や混濁した汚水を浄化する機能を長期間持続し、水質の透明度を高める水槽浄化装置に関する。

鑑賞魚用や養殖魚用として使用されている水槽には、水の浄化装置が付属している場合が殆どであるが、浄化装置の濾材交換の手間が生じている。鑑賞魚用水槽にあっては、魚を飼うことが長期間にわたり、餌を与えるための水の汚染があり定期的な水交換も必要である。
水槽の浄化において活性炭を利用した浄化材は一般に利用され広く実用化されている。しかしながら、従来の活性炭を利用した浄化材は水槽の浄化において、水質の浄化は行えるが、水に入れたときｐＨを上げてしまうため水槽の魚が初期に死亡しやすく、使用前に十分な洗浄が必要であり、また水の透明度が下がるという欠点があった。
鑑賞魚用水槽の浄化装置としては、生物濾過材を収容した第１と第２の濾過容器からなり、第１の濾過容器に排水口、第２の濾過容器に空気流入装置を設けた装置が開示されている（特開平７−２３６３８９号公報）。また、微生物を用いることなく、魚類等の飼育水を穀物かす燃焼炭からなる第１の濾過材と麦飯石からなる第２の濾過材で濾過する飼育水槽用濾過装置が開示されている（特開２００１−３１４１３６号公報）。他方、結着剤を使用せずにビール粕原料の圧縮成形を行う装置が本願人らにより開示されている（特開２０００−３３４９６号公報）。同様に、自動化して変形のない均質で高品質の燃料炭を得るビール粕の炭化処理システムがある（特開２００１−２４０８６４号公報）。
特開平７−２３６３８９号公報、特開２００１−３１４１３６号に開示されている水槽用濾過装置では、複数の濾過容器を必要とし、また複数種の濾過材を必要とし、装置が複雑になる欠点があった。このような装置では、水質浄化装置の構造が複雑となり、水質浄化装置の洗浄作業が繁雑であり、また濾過材の頻繁な交換を必要とするなどの問題点を有している。
本発明の目的は、従来の活性炭等よりも水質浄化機能が高いビール粕等の食品工業で発生する有機性廃棄物から得られる成形炭を水槽浄化材として使用することで、上記の水質浄化装置の問題点を解決することにある。

本発明の特徴は、食品工業で発生する有機物を、乾燥、成形、炭化して得られる成形炭を微生物担体として使用した水槽浄化装置である。また、成形炭がビール粕炭、茶粕炭、コーヒー粕炭、梅種炭、酵母炭、酵母細胞壁炭のいずれか１種以上である水槽浄化装置である。水槽が鑑賞魚用、飼育魚用または養殖魚用である水槽浄化装置である。水質浄化材としては、前記特許文献３および４に開示した成形炭が好適であり、特にビール粕の炭化技術を使用して製造した水槽浄化材を特徴とする。

図１は本発明による実施例１における鑑賞魚水槽の底面型浄化装置を示した本体の斜視図である。
図２は本発明による実施例２における鑑賞魚水槽のＢＯＸ型浄化装置を示した本体の斜視図である。
図３は実施例１および２におけるＴ−Ｎ（全窒素量）の経日変化を示すグラフである。
図４は実施例１および２におけるＴＯＣ（溶存有機物濃度）の経日変化を示すグラフである。
図５は実施例１および２におけるｐＨの経日変化を示すグラフである。
図６は実施例１および２における光の散乱度を示すグラフである。
図７は実施例３におけるＮＯ_３−Ｎ、ＴＯＣの経時変化を示すグラフである。
図中の符号は次の通りである。
１ 底面フィルター、２ ビール粕炭、３ 吸入口、４ ポンプ、５ 排水口、６ 飼育水、７ 飼育水槽、８ 浄化装置。

本発明の原料となる成形炭は、食品工業で発生する有機物を、乾燥、成形、炭化して得られる。有機物としては、ビール粕、茶粕、コーヒー粕、梅種、酵母、酵母細胞壁などの有機性廃棄物を原料とすることができる。成形炭を製造するために、前記特開２０００−３３４９６号公報に開示されたビール粕炭化用成形装置および前記特開２００１−２４０８６４号公報に開示されたビール粕の炭化処理システムで得られたものが利用できる。梅種については、成形工程を省略することができる。炭化物にはミネラル分が含まれ、細菌の生育場所として適するため、これらの微生物の働きにより水に含まれる窒素成分・有機成分が除去され、水が浄化される。また、これらの炭化物は成形炭化品であるため、真密度が１以上であり、水に沈むため取り扱いが容易であるという特徴を有する。
以下、実施例を示すが本発明はこれに限定されるものではない。

本発明の実施例を図１につき説明する。
図１に示すように、４５０ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍの飼育水槽７に、粒径５〜１０ｍｍの担体を３０００ｃｍ^２敷き詰めたニッソー社製底面式濾過システムの浄化装置を設置し、飼育水槽内７に、水道水を汲んで１日放置した２５リットルの飼育水６と流金１０匹を入れ、毎日１回の給餌により飼育を行った。曝気量は４００ｍｌ／ｍｉｎ、循環水量は１．５Ｌ／ｍｉｎ、水温は２２℃とした。Ｔ−Ｎ（全窒素量）、ＴＯＣ（溶存有機物濃度）、ｐＨの経日変化を測定した。金魚が死んだら、その系に金魚を足すという方法を取った。底面フィルター１に敷き詰めた担体としてビール粕成形炭２（モルトセラミックス、以下ＭＣと記載）を用いた水槽、活性炭を用いた水槽、砂利を用いた水槽を作成した。

図２に示すように、４５０ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍの飼育水槽７に、担体として粒径５〜１０ｍｍのＭＣ担体を３０００ｃｍ^２敷き詰めたアクリル製のＢＯＸ型濾過システムの浄化装置８を設置し、飼育水槽７内に、水道水を汲んで１日放置した２５リットルの飼育水６と流金１０匹を入れ、毎日１回の給餌により飼育を行った。曝気量は４００ｍｌ／ｍｉｎ、循環水量は１．５Ｌ／ｍｉｎ、水温は２２℃とした。Ｔ−Ｎ（全窒素量）、ＴＯＣ（溶存有機物濃度）、ｐＨの経日変化を測定した。金魚が死んだら、その系に金魚を足すという方法を取った。
実施例１および２で作成した各水槽について、飼育４０日間の水質を調べた。その結果を図３にＴ−Ｎ（全窒素量）、図４にＴＯＣ（溶存有機物濃度）、図５にｐＨを示す。図から、Ｔ−Ｎについては、担体として砂利を用いた場合は連続的に上昇する傾向があるが、活性炭およびＭＣでは低濃度を維持していた。ＴＯＣについては、砂利と比較して、活性炭およびＭＣでは低濃度を維持していた。ｐＨについては、活性炭では使用初期に上昇する傾向があり、これは生物には良くない環境である。ＭＣでは最初から中性付近にあり、生物にはやさしい環境である。
また、図６に飼育９５日目の光の散乱度を測定した結果を示した。
光の散乱度測定は、電気泳動光散乱度計（大塚電子（株）製、ＥＬＳ−８０００）を利用し、飼育７０日後に飼育水の散乱度を１００回測定した結果を平均した値である。（ｃｐｓ＝Ｃｏｕｎｔ ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）。強度は、水道水では１９４１、ＭＣでは底面で６０８７、ＢＯＸ型では１４２２、活性炭では１２１００、砂利では２９０４を示した。これから、水の透明度はＢＯＸ型のＭＣでは良い結果が得られ、活性炭では透明度が低くなることがわかる。

硝酸態窒素（ＮＯ_３−Ｎ）の分解に及ぼすビール粕成形炭（ＭＣ）の効果を調べた。実験は容積５００ｃｍ^３の三角フラスコを４本用意し、ＭＣ５０ｃｍ^３と純水４５０ｃｍ^３、活性炭５０ｃｍ^３と純水４５０ｃｍ^３、ＭＣ抽出液（ＭＣ５０ｃｍ^３を純水４５０ｃｍ^３に３日間浸漬後ＭＣを除去）、およびＢｌａｎｋとして純水４５０ｃｍ^３をそれぞれ入れて行った。各実験条件を比較するために４つの三角フラスコを以後ＭＣ−３、ＡＣ−３、ＭＣ−４、Ｂｌａｎｋとする。各三角フラスコにＣ_６Ｈ_１２Ｏ_６、ＫＮＯ_３、および脱窒素細菌を添加してＴＯＣを２，０００ｍｇ／ｄｍ^３、ＮＯ_３−Ｎを９００ｍｇ／ｄｍ^３に調整して、１３０ｒｐｍで７２時間振とうさせた。ここで使用した脱窒細菌は、早稲田大学理工学部応用化学科平田研究室で馴養中のものを用いた。振とう中に１〜６時間おきにＴＯＣ、ＮＯ_３−Ｎの濃度を測定した。
硝酸態窒素の分解速度を測定した実験におけるＮＯ_３−Ｎ、ＴＯＣの経時変化を図７に示す。実験開始当初は、ＮＯ_３−Ｎ、ＴＯＣともにＡＣ−３で濃度低下速度が大きかったが、実験開始２０時間でＭＣ−３での濃度低下速度の方が大きくなった。ＭＣ−４についても、実験開始３０時間後以降同様の経過を辿った。ＮＯ_３−Ｎ濃度が０となるまでの時間は、ＭＣ−３とＭＣ−４では約４４時間、ＡＣ−３では約６８時間で、Ｂｌａｎｋでは約７２時間であった。ＮＯ_３−Ｎの濃度について、ＭＣ−３とＭＣ−４を比較すると、ＭＣ−３における測定値の方が低めに推移しているが、要した分解時間は同じであった。要した分解時間が同じであったことから、ＮＯ_３−Ｎの分解にはＭＣ担体から溶出してくる成分が溶液中の微生物を増やすか、あるいは活性化させてＮＯ_３−Ｎ分解が促進されていると考えられた。
さらに、各実験の開始時と７２時間経過後の全リン量を測定したところ、ＭＣから溶出したリンなどの成分が微生物の活性化に影響を与えていると分かった。

発明の効果

本発明によれば、上記実施例の結果から、ビール粕成形炭は砂利に対しては窒素や有機物の浄化能力は明らかに優位であり、活性炭と同等であることが分かる。また、活性炭に比べて、水のｐＨが低く、中性付近に保たれる。また、水の透明度は上がる傾向にあり、特に本発明者らの開発したＢＯＸ型を使用すると、その傾向が顕著である。これにより、ビール粕成形炭を利用した水槽浄化装置、特にＢＯＸ型の組合せが水質を維持する上で最も良い効果を示すことが明らかになった。
また、ビール粕成形炭の水槽浄化材で浄化された飼育水は、鑑賞魚育成前の水道水の散乱度と同等の散乱度であることからみても、飼育水の混濁が無いことが示された。

Claims (5)

1. 食品工業で発生する有機物を、乾燥、成形、炭化して得られる成形炭を微生物担体として使用した水槽浄化装置。
2. 成形炭がビール粕炭、茶粕炭、コーヒー粕炭、梅種炭、酵母炭、酵母細胞壁炭のいずれか１種以上である請求項１記載の水槽浄化装置。
3. 水槽が鑑賞魚用、飼育魚用または養殖魚用である請求項１記載の水槽浄化装置。
4. 乾燥、炭化して得られる梅種炭を微生物担体として使用した水槽浄化装置。
5. 水槽が鑑賞魚用、飼育魚用または養殖魚用である請求項４記載の水槽浄化装置。

Images