WO2020095800A1 - 循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムとその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】魚類などの水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムの提供。 【解決手段】送水ポンプを備えた水生生物の飼育水槽１と、飼育水槽１中の飼育水を処理するための生物ろ過槽２と、病原性微生物を除去するための分離膜モジュール３を備えており、それらが送水用ラインで接続された水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システム。

Description

循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムとその運転方法

　本発明は、その幾つかの側面において、循環式陸上養殖に適した水生生物養殖用の飼育水質管理システムとその運転方法に関する。

　循環式陸上養殖における飼育水の水浄化システムとして、物理システム、生物ろ過装置、紫外線殺菌装置、泡沫分離装置、脱窒装置および沈殿槽を備えたものが、山本義久「水産増養殖での閉鎖循環飼育システムの展開 」Bull. Soc. Sea Water Sci., Jpn., 69, 225-237 (2015)から知られている。しかし、上記のとおり装置が多く（工程が多く）、複雑であり、維持管理が煩雑で、運転コストが高くなる。養殖における膜ろ過技術は、従来は飼育水の供給のための海水ろ過として利用されており、飼育水の循環再利用のためのろ過方法としては、布やスクリーンなどのフィルター、砂ろ過、ドラムフィルターなどが用いられている。

　特許第５８４７３７６号公報によれば、循環式陸上養殖において膜ろ過と生物処理を組み合わせた膜分離活性汚泥法を用いた発明が知られているが、膜ろ過によるろ過流量と生物処理流量のバランスをとることが困難であり、コスト高となる。

　本発明は、その幾つかの側面において、水生生物の循環式陸上養殖において使用する飼育水に含まれる、水生生物を死滅させる原因となる有害な細菌類、病原性原虫およびウィルス、養殖している水生生物から発生する細胞老廃物および不必要なプランクトンや飼料由来の有機物などを高度かつ効率的に除去することによって、安心・安全に水生生物を養殖することができる飼育水質管理システムと、その運転方法を提供することを課題とする。

　1つの例によれば、本発明は、水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムであって、
　前記飼育水質管理システムが、送水ポンプを備えた水生生物の飼育水槽と、前記飼育水槽中の水生生物の排泄物を含む飼育水をろ過処理するための生物ろ過槽と、病原性微生物を除去するための分離膜モジュールを備えており、
　前記飼育水槽、前記生物ろ過槽および前記分離膜モジュールの接続順序が、
　前記飼育水槽と前記生物ろ過槽が飼育水送水ラインで接続され、
　前記生物ろ過槽と前記分離膜モジュールがろ過槽処理水ラインで接続され、
　前記分離膜モジュールのろ過水出口と前記飼育水槽が分離膜処理水ラインで接続された第１接続形態であるか、または
　前記飼育水槽と前記分離膜モジュールが飼育水送水ラインで接続され、
　前記分離膜モジュールと前記生物ろ過槽が分離膜処理水ラインで接続され、
　前記生物ろ過槽のろ過水出口と前記飼育水槽がろ過槽処理水ラインで接続された第２接続形態であり、
　前記第１接続形態は、前記飼育水槽、前記飼育水送水ライン、前記生物ろ過槽、前記ろ過槽処理水ライン、前記分離膜モジュール、前記分離膜処理水ラインおよび前記飼育水槽を含む第１循環ラインを有しており、
　前記第２接続形態は、前記飼育水槽、前記飼育水送水ライン、前記分離膜モジュール、前記分離膜処理水ライン、前記生物ろ過槽、前記生物ろ過槽処理水ラインおよび前記飼育水槽を含む第１循環ラインを有しているものであり、
　さらに前記分離膜モジュールと逆圧洗浄排水の排水ラインが接続され、活性汚泥法を使用した生物処理槽を備えておらず、
　前記分離膜モジュールが、飼育水槽の運転初期の飼育水量（Ｖ）に対して０．２Ｖ～８Ｖ／日の処理能力を有している、水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムを提供する。本発明は別の態様においては、この例による水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムの運転方法を提供する。

　また本発明は、別の例によれば、水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムであって、
　前記飼育水質管理システムが、送水ポンプを備えた水生生物の飼育水槽と、前記飼育水槽中の水生生物の排泄物を含む飼育水を処理するための生物ろ過槽と、病原性微生物を除去するための分離膜モジュールを備えており、
　前記飼育水槽と前記生物ろ過槽が飼育水送水ラインで接続され、
　前記生物ろ過槽と前記分離膜モジュールが、第１流量調整弁が配置された第１ろ過槽処理水ラインで接続され、
　前記分離膜モジュールのろ過水出口と前記飼育水槽が分離膜処理水ラインで接続され、
　さらに前記生物ろ過槽と前記分離膜処理水ラインが、第２流量調整弁が配置された第２ろ過槽処理水ラインで接続されており、
　前記第１流量調整弁が開けられ、前記第２流量調整弁が閉じられた状態で、前記飼育水槽、前記飼育水送水ライン、前記生物ろ過槽、前記第１ろ過槽処理水ライン、前記分離膜モジュール、前記分離膜処理水ラインおよび前記飼育水槽を含む第１循環ラインを有し、
　前記第１流量調整弁が閉じられ、前記第２流量調整弁が開けられた状態で、前記飼育水槽、前記飼育水送水ライン、前記生物ろ過槽、前記第２ろ過槽処理水ライン、前記分離膜処理水ラインおよび前記飼育水槽を含む第２循環ラインを有し、
　前記第１流量調整弁と前記第２流量調整弁の両方が互いの流量が調整されるように開けられた状態で、前記第１循環ラインと前記第２循環ラインの両方を有しており、
　さらに前記分離膜モジュールと逆圧洗浄排水の排水ラインが接続され、活性汚泥法を使用した生物処理槽を備えておらず、
　前記分離膜モジュールが、飼育水槽の運転初期の飼育水量（Ｖ）に対して０．２Ｖ～８Ｖ／日の処理能力を有している、水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムを提供する。本発明は別の態様においては、この例による水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムの運転方法を提供する。

　また本発明は、さらに別の例によれば、水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムであって、
　前記飼育水質管理システムが、送水ポンプを備えた水生生物の飼育水槽と、前記飼育水槽中の水生生物の排泄物を含む飼育水を処理するための生物ろ過槽と、病原性微生物を除去するための分離膜モジュールを備えており、
　前記飼育水槽と前記生物ろ過槽が三方弁を介して飼育水送水ラインで接続され、
　前記飼育水槽と前記前記分離膜モジュールが三方弁を介して飼育水送水ラインで接続され、
　前記分離膜モジュールのろ過水出口と前記飼育水槽が分離膜処理水ラインで接続され、
　前記生物ろ過槽のろ過出口と前記分離膜処理水ラインがろ過槽処理水ラインで接続されており、
　前記三方弁の開閉状態が調整されることで、
　前記飼育水槽、前記飼育水送水ライン、前記分離膜モジュール、前記分離膜処理水ラインおよび前記飼育水槽を含む第１循環ラインと、
　前記飼育水槽、前記飼育水送水ライン、前記生物ろ過槽、前記ろ過槽処理水ライン、前記分離膜処理水ラインおよび前記飼育水槽を含む第２循環ラインと、
　前記第１循環ラインと前記第２循環ラインの両方を有しており、
　さらに前記分離膜モジュールと逆圧洗浄排水の排水ラインが接続され、活性汚泥法を使用した生物処理槽を備えておらず、
　前記分離膜モジュールが、飼育水槽の運転初期の飼育水量（Ｖ）に対して０．２Ｖ～８Ｖ／日の処理能力を有している、水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムを提供する。本発明は別の態様においては、この例による水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムの運転方法を提供する。

　また本発明は、さらに別の例によれば、水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムであって、
　前記飼育水質管理システムが、二つの送水ポンプを備えた水生生物の飼育水槽と、前記飼育水槽中の水生生物の排泄物を含む飼育水を処理するための生物ろ過槽と、病原性微生物を除去するための分離膜モジュールを備えており、
　前記飼育水槽と前記生物ろ過槽が第１飼育水送水ラインで接続され、さらに前記生物ろ過槽と前記飼育水槽が第１返送水ラインで接続され、
　前記飼育水槽、前記第１飼育水送水ライン、前記生物ろ過槽、前記第１返送水ラインおよび前記飼育水槽を含むろ過槽循環ラインを有しており、
　前記飼育水槽と前記分離膜モジュールが第２飼育水送水ラインで接続され、さらに前記分離膜モジュールのろ過水出口と前記飼育水槽が第２返送水ラインで接続され、
　前記飼育水槽、前記第２飼育水送水ライン、前記分離膜モジュール、前記第２返送水ラインおよび前記飼育水槽を含む分離膜モジュール循環ラインを有しており、
　さらに前記分離膜モジュールと逆圧洗浄排水の排水ラインが接続され、活性汚泥法を使用した生物処理槽を備えておらず、
　前記分離膜モジュールが、飼育水槽の運転初期水量（Ｖ）に対して０．２Ｖ～８Ｖ／日の処理能力を有している、水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムを提供する。本発明は別の態様においては、この例による水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムの運転方法を提供する。

　本発明の例による水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムとその運転方法によれば、例えば循環式陸上養殖において使用する飼育水中に存在する有害な細菌類、病原性原虫およびウィルス、養殖している水生生物から発生する細胞老廃物および不必要なプランクトンや飼料由来の有機物などを高度かつ効率的に除去することができる。これは養殖する海洋生物が死滅するリスクを低減し、かつ海洋生物を健康に育成するために有効である。

第１、および第２の実施形態の水生生物養殖用の飼育水質管理システムの例を示す図である。 第３の実施形態の水生生物養殖用の飼育水質管理システムの例を示す図である。 第４の実施形態の水生生物養殖用の飼育水質管理システムの例を示す図である。 第５の実施形態の水生生物養殖用の飼育水質管理システムの例を示す図である。

　本発明の例による水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システム（以下、「飼育水質管理システム」と略すことがある）は、生物ろ過槽２と分離膜モジュール３を備えることにより、水生生物の排泄物を含む飼育水処理と、飼育水中に存在する有害な細菌類、病原性原虫およびウィルス、養殖している水生生物から発生する細胞老廃物および不必要なプランクトンや飼料由来の有機物などの高度かつ効率的な除去をシンプルな設備構成によって低コストで実施でき、循環式陸上養殖として使用することができる。

　本発明の例による飼育水質管理システムは、活性汚泥法を使用した生物処理槽は備えていなくてよい。活性汚泥法を使用した生物処理槽を兼ね備えるシステムは、設備構成が複雑、高コストになるだけで、導入メリットは少ない。なお、飼育水槽１には、水生生物を養殖するために必要な空気（酸素）を供給するための図示しない様々な形態の散気装置（空気または酸素供給装置）を備えることができるが、本発明の飼育水質管理システムは例えば既知の任意の様々な形態の散気装置（空気または酸素供給装置）と組み合わせて使用することができる。散気装置は例えば飼育水槽１に浸漬される散気ユニットを有し、陸上に設けられた送気装置から散気ユニットへと、飼育される水生生物に適切な量の空気（酸素）が供給されてよい。

（１）図１に示す飼育水質管理システムと運転方法（補助送水ライン１７がない実施形態）
　図１により例示的な第１実施形態の飼育水質管理システムとその運転方法を説明する。図１に示す飼育水質管理システムは、補助送水ライン１７がないもの（第１実施形態の飼育水質管理システム）と、補助送水ライン１７があるもの（第２実施形態の飼育水質管理システム）の二つを含んでいる。さらに第１実施形態の飼育水質管理システムは、各装置の接続順序によって、第１接続形態と第２接続形態を有してよい。

　第１実施形態（第１接続形態）の飼育水質管理システムを説明する。水生生物の飼育水槽１は、主水槽１ａと補助水槽１ｂを含んでおり、主水槽１ａと補助水槽１ｂは、飼育水が移動可能なようにそれぞれの底部にて連結されている。飼育水槽１は、主水槽１ａと補助水槽１ｂに分離されていない、全体が一つの水槽からなるものでもよい。飼育水槽１は例えば主水槽１ａに、空気（酸素）を供給する散気ラインに接続された散気ユニットを有する散気装置を含んでいてよい。

　養殖対象となる水生生物は、主水槽１ａ内にて飼育される。主水槽１ａの底部は、水生生物による飼料の食べ残しや水生生物の排泄物が沈殿し易いように、すり鉢状になっている。飼育水槽１のすり鉢状の底部には、前記沈殿物を抜き取るための抜き取りライン（図示せず）を接続することができる。主水槽１ａには、飼育水の供給ライン１１が接続されており、補助水槽１ｂでは、送水ポンプ２０が飼育水中に浸漬されている。

　このように飼育水槽１を主水槽１ａと補助水槽１ｂに分かれた構造にして、補助水槽１ｂから飼育水を送水することで、沈殿物の抜き取りと上澄み水の送水がし易くなり、主水槽１ａ内で飼育されている水生生物に対する水流変化の影響を減少させることができる。飼育水槽１は、飼育水送水ライン１２により、ろ過処理をするろ過槽（生物ろ過槽２）に接続されている。

　ろ過処理装置としての生物ろ過槽２は公知のものであってよく、飼育水槽１中の水生生物の排泄物などを含む飼育水を処理するためのものである。例えば生物ろ過槽２は、好気性アンモニア酸化細菌（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ，Ｎｉｔｒｏｓｏｃｏｃｃｕｓ，Ｎｉｔｒｏｓｏｓｐｉｒａ，Ｎｉｔｒｏｓｏｌｏｂｕｓ，Ｎｉｔｒｏｓｏｖｉｂｒｉｏなど）と亜硝酸酸化細菌（Ｎｉｔｒｏｓｏｂａｃｔｅｒ，Ｎｉｔｒｏｃｏｃｃｕｓ，Ｎｉｔｒｏｓｐｉｒａなど）が担持されたろ材を使用してろ過することで、アンモニア（ＮＨ_３）→亜硝酸（ＮＯ_２）→硝酸（ＮＯ_３）の順に変化させる飼育水の処理が行われうる。

　生物ろ過槽２は、アクアポニクスシステム（植物や藻類に窒素成分やリン成分などを吸収させるシステム）を含んでいてもよい。本発明の幾つかの例では、ろ過処理装置として、生物ろ過槽に加えて脱窒槽も使用してよい。脱窒槽は、例えば嫌気性脱窒細菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ，Ａｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ，Ｂａｃｉｌｌｕｓなど）が担持されたろ材を使用してろ過することで、硝酸（ＮＯ_３）→窒素ガス（Ｎ_２）の順に変化させる。

　ろ過処理装置として生物ろ過槽と脱窒槽を組み合わせて使用するときは、生物ろ過槽と脱窒槽が一体となった一つのろ過槽として使用することもできるし、生物ろ過槽と脱窒槽を別々に配置して（例えば、飼育水槽１に対して並列配置して）、それらをまとめて一つのろ過槽として使用することもできる。

　図１に示す飼育水質管理システムでは、生物ろ過槽と脱窒槽が組み合わされたろ過槽が使用されていてよく、以下における生物ろ過槽２は脱窒槽を含むものであってよい。生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２は、ろ過槽処理水ライン１３により分離膜モジュール３に接続されている。

　分離膜モジュール３は、例えば病原性微生物（細菌類、病原性原虫およびウィルスなど）や養殖している水生生物から発生する細胞老廃物などを分離除去するものでありうる。それによって、水生生物の発病、寄生虫発生がなくなり、飼育水面の泡、着色、臭いの発生が抑えられ、飼育者の目視がし易いばかりでなく、水生生物の成長速度も速くなる。

　分離膜モジュール３で使用する分離膜は、1つの例によれば孔径０．００５～０．５μｍのＭＦ膜またはＵＦ膜であってよく、別の例では孔径０．００５～０．０５μｍのＵＦ膜であってよい。分離膜モジュール３で使用する分離膜は、中空糸膜または平膜を使用することができるが、幾つかの例では中空糸膜であってよい。分離膜は親水性膜と疎水性膜のいずれでもよいが、親水性膜はマイナス帯電の膜が逆圧洗浄による透水速度の回復性が高く、幾つかの例では酢酸セルロース膜であってよい。

　分離膜モジュール３は、飼育水槽１の運転初期の飼育水量（Ｖ）に対して０．２Ｖ～８Ｖ／日の処理能力を有しているものであってよく、幾つかの例では１Ｖ～４Ｖ／日の処理能力を有しているものであってよい。前記処理能力を維持するためには、分離膜モジュール３の総膜面積や送水ポンプ能力を適宜設定することができる。

　分離膜モジュール３のろ過水出口には、分離膜処理水ライン１４が接続されており、分離膜処理水ライン１４の反対端部は飼育水槽１に接続されている。さらに分離膜モジュール３のろ過水出口には、逆圧洗浄水を圧入するための逆圧洗浄水ライン１５が接続されている。逆圧洗浄水ライン１５には、図示していない逆圧洗浄ポンプが配置されていてよい。分離膜モジュール３には、逆圧洗浄排水の排水ライン１６が接続されている。

　第１実施形態の飼育水質管理システム（補助送水ライン１７がない）は、飼育水槽１、飼育水送水ライン１２、生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２、ろ過槽処理水ライン１３、分離膜モジュール３、分離膜処理水ライン１４および飼育水槽１を含む第１循環ラインを有している。図１に示す分離膜処理水ライン１４は、循環用ポンプ２１と流量調整バルブ３０を備えているが、送水ポンプ２０の出力を調整して循環ポンプも兼ねるようにすることで循環ポンプ２１、流量調整バルブ３０を不要にすることもできる。

　第１実施形態（第２接続形態）の飼育水質管理システムを説明する。第１実施形態の飼育水質管理システム（補助送水ライン１７がない）は、飼育水槽１、分離膜モジュール３、生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２の順に接続されていてもよい。

　この実施形態を図１（補助送水ライン１７がない）の括弧内の数字に対応させて説明すると、飼育水槽１と分離膜モジュール３は、飼育水送水ライン１２で接続され、分離膜モジュール３と生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２は、分離膜処理水ライン１４で接続され、生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２と飼育水槽１は、ろ過槽処理水ライン１３で接続されることになる。分離膜処理水ライン１４には、図１には示していない流量調整バルブが配置されていてよい。

　なお、分離膜モジュール３には、ろ過水出口に逆圧洗浄水を圧入するための逆圧洗浄水ライン１５が接続されてよく、逆圧洗浄水ライン１５には、図示していない逆圧洗浄ポンプが配置されてよく、さらに逆圧洗浄排水の排水ライン１６が接続されてよい。

　第１実施形態（第２接続形態）は、飼育水槽１、飼育水送水ライン１２、分離膜モジュール３、分離膜処理水ライン１４、生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２、ろ過槽処理水ライン１３および飼育水槽１を含む第１循環ラインを有している。

　第１実施形態の飼育水質管理システムは、いずれの接続形態の場合も、必要に応じて、飼育水中の病原性微生物濃度、塩分濃度、アンモニア（ＮＨ_３）濃度、亜硝酸（ＮＯ_２）濃度、硝酸（ＮＯ_３）濃度、全窒素濃度、全リン濃度、全カリウム濃度、懸濁物質（ｓｓ）濃度、ＢＯＤ濃度、ＣＯＤ濃度、全炭素濃度（ＴＯＣ）、有機物濃度、溶存酸素濃度（ＲＯ値）、水温、ｐＨ値、電気伝導度、色度（吸光度）、濁度、飼育水またはろ過槽２内に充填されているろ材の微生物活性値などから選ばれる水質管理項目を測定するための測定装置を備えることができる。

　前記水質管理項目は、飼育水槽１、生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２および分離膜モジュール３、またはそれらを接続する各ラインに設置された測定装置により測定することができるほか、飼育水質管理システムの外部に設置した測定装置により水質管理項目を測定することもできる。

　第１実施形態（第１接続形態）の飼育水質管理システム（補助送水ライン１７がない）の運転方法を説明する。第１実施形態（第１接続形態）の飼育水質管理システムの運転方法は、飼育水槽１内の飼育水を浄化処理した飼育水と置換する浄化工程と、分離膜モジュール３を洗浄する逆圧洗浄工程を有している。

　浄化工程は、第１循環ラインを使用する運転方法である。飼育水槽１には、所要量の飼育水が入っている。飼育水の量と種類（海水または淡水）は、飼育する水生生物の種類と量に応じて決められる。例えば飼育水は、水道水、地下水、河水、湖水、海水を水源（原水）として、これらの原水の単独物または２以上の混合物をそのまま淡水または海水として使用するか、前記原水（淡水）に対して市販の食塩または人工海水剤を添加して、塩分濃度を調整して人工海水にしたものである。

　飼育水（人工海水）中の塩分濃度は、養殖する水生生物の種と、養殖目的に応じて適宜決定されうる。例えば、サケ類の場合は、淡水飼育に比べ海水飼育の方の成長速度が速く、生産性が向上するため塩分濃度は高くてよい。

　一般的に魚類の場合は、体内細胞の浸透圧にほぼ等しい塩分濃度１質量％付近の濃度での飼育が行われてよい。例えばトラフグの場合は、塩分濃度１質量％付近の濃度での飼育が、体液浸透圧調整のためのエネルギーが少なくて済むことから海水飼育に比べ８％成長速度が向上し、その分飼育期間を短縮できる。

　また、水生生物の育成段階により、塩分濃度を調整することもできる。塩分濃度の調整は、水源における飼育水をそのまま用いる方法、水源における飼育水の塩分濃度と異なる塩分濃度の水で混合して、塩分濃度を低下させたり、増加させたりする方法、市販の人工海水剤を塩分濃度の低い水で溶解する方法などで調整することができる。

　飼育水は、原水からの病原性微生物などの持ち込みを防止するため、例えば分離膜モジュール３または別の分離膜モジュールでろ過分離後、飼育水槽１へ注水してよい。飼育水の原水として水道水を使用する場合は、長時間の解放放置、活性炭などの吸着処理、塩素中和剤添加などの処理を行った後、例えば、市販の人工海水剤で塩分濃度調整を行えば、分離膜モジュールでの分離操作は不要でありうる。また、原水（水道水を除く天然水）に病原性微生物がほとんど含まれていない場合は、飼育水の塩分調整後、そのまま飼育水槽へ注水してもよい。

　幾つかの例では、飼育水槽１にて水生生物を飼育中は、底部側からエアレーション（散気）を実施する。幾つかの例では、生物ろ過槽２内のろ材に担持された好気性アンモニア酸化細菌にも酸素供給が必要であるため、飼育水槽１に水生生物がいない場合でも、適度な散気と供給ライン１１からの送水が行われてよい。

　水生生物を飼育中の飼育水槽１内では、時間の経過と共に主水槽１ａのすり鉢状の底部に水生生物の食べ残しや排泄物などが沈殿する。沈殿物が生物ろ過槽２へ送られると、ろ材の空孔が沈殿物により閉塞されるおそれがあるため、例えば前記した沈殿物を抜き取るための抜き取りラインを通じて沈殿物を抜き取ったあと、上澄み水を送水することができる。補助水槽１ｂが無く、飼育水槽１の底部から飼育水を送水する実施形態では、生物ろ過槽２や分離膜モジュール３の前においてプレろ過槽を設置することができる。

　飼育水槽１にて水生生物の飼育を開始するときは、飼育開始までの一定時間前から、補助水槽１ｂ中に浸漬されている送水ポンプ２０を作動させて、必要に応じて栄養分（通常運転時の水生生物の排泄物などに相当するもの）を添加した飼育水を飼育水送水ライン１２からろ過槽２に送り、好気性アンモニア酸化細菌の担架濃度（ろ材に担持されている微生物の濃度）と活性状態をろ過槽２のろ材の微生物活性値測定によって確認し、飼育水水質管理を行うことができる。

　生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２において、水生生物の排泄物を含む飼育水には、アンモニア（ＮＨ_３）→亜硝酸（ＮＯ_２）→硝酸（ＮＯ_３）の順に変化されることによる処理が行われてよい。さらに生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２の脱窒槽においては、硝酸（ＮＯ_３）→窒素ガス（Ｎ_２）の順に変化されることによる処理が行われてよい。生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２で得られたろ過槽処理水は、ろ過槽処理水ライン１３により分離膜モジュール３に送られる。

　分離膜モジュール３において、飼育水は、例えば水生生物を死滅させる原因となる有害な細菌類、病原性原虫およびウィルスのほか、飼育水槽１の水質を低下させる原因となる、養殖している水生生物から発生する細胞老廃物および不必要なプランクトンや飼料由来の有機物などから分離されうる。

　ろ過は、細菌類、病原性原虫、ウィルスなどを分離して取り除くため、全量ろ過を行ってよい。分離膜モジュール３において、細菌などが分離されたろ過水（分離膜処理水）が得られる。分離膜モジュール３の分離膜処理水は、分離膜処理水ライン１４から飼育水槽１に返送し、水生生物飼育用の飼育水として使用する。その後は、同様にして第１循環ラインを使用して、飼育水槽１の飼育水を処理して循環させる工程を繰り返す。

　第１実施形態（第２接続形態）の飼育水質管理システムの運転方法においては、浄化工程において、飼育水槽１、分離膜モジュール３、生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２の順に送水されて、それぞれにおいて第１実施形態（第１接続形態）の飼育水質管理システムと同様に処理が行われてよい。

　いずれの接続形態においても、浄化工程を継続して実施する間、分離膜モジュール３の分離膜が目詰まりなどしてろ過性能が低下するため、例えば定期的に逆圧洗浄工程を実施することができる。第１実施形態（第１接続形態）の飼育水質管理システムにおける逆圧洗浄工程では、例えば送水ポンプ２０と循環ポンプ２１を止め、流量調整バルブ３０を閉じた状態で逆圧洗浄ライン１５と分離膜処理水ライン１４により分離膜モジュール３のろ過水出口から洗浄水を圧入して分離膜を洗浄し、洗浄排水は排水ライン１６から排水する。洗浄排水には、全量ろ過により分離された細菌類、病原性原虫、ウィルスなどが含まれている。

　第１実施形態（第２接続形態）の飼育水質管理システムにおける逆圧洗浄工程では、例えば図１には示していない分離膜処理水ライン１４の流量調整バルブを閉じた状態で、分離膜処理水ライン１４に接続された逆圧洗浄水ラインから洗浄水を圧入して洗浄し、洗浄排水は、分離膜モジュール３に接続された排水ライン１６から排水する。

　浄化工程と逆圧洗浄工程は、例えば、分離膜モジュール３を含めた浄化工程を０．５～２時間実施したあと、逆圧洗浄工程を０．５～２分間実施するサイクルを繰り返すことができる。

　逆圧洗浄工程の実施により分離膜モジュール３の透水性能（透水速度）が回復されるが、予め定められた分離膜モジュール３の透水速度に回復するまでに要する逆圧洗浄水量が多くなり過ぎると、飼育水の一日当たりの回収率が低くなり運転コストへ影響するばかりでなく、適切な水質が保てなくなるリスクが発生する。そのため、予め定められた逆圧洗浄水量による分離膜モジュール３の透水速度の回復率が、予め定められた閾値に達した時点で、速やかに分離膜モジュール３の分離膜を交換することができる。

　なお、別途清浄な飼育水が入ったタンクを設置しておき、逆圧洗浄に伴い発生した排水量に相当する量の清浄な飼育水を飼育水槽１に送ることもできる。清浄な飼育水としては、分離膜モジュール３もしくは別の分離膜モジュールのろ過水に人工海水剤などを所定量溶解したものを使用することができる。

　第１実施形態の飼育水質管理システムの運転方法では、飼育水槽１の運転初期水量（Ｖ）に対して、第１循環ラインを使用して循環浄化された飼育水量は、水生生物の種や量に応じて変わってくるものの、1つの例では０．２Ｖ～８Ｖ／日であってよく、別の例では０．５Ｖ～６Ｖ／日であってよく、さらに別の例では１Ｖ～４Ｖ／日であってよい。飼育水の循環浄化割合が１Ｖ／日のときは、飼育水槽１内の飼育水の全量が１日で循環浄化されることになる。

　幾つかの例では、飼育水中の病原性微生物濃度、懸濁物質（ｓｓ）濃度、色度（吸光度）、濁度などの水質管理項目を高度に管理するために、循環浄化量は多くてよい。別の幾つかの例では、運転コストを抑制する観点から、循環浄化量は過剰とならないようにされてよい。

　運転初期水量（Ｖ）は、飼育水質管理システムの運転における予め設定された飼育水槽１への注水量であってよく、飼育水槽１から送水されることで水量は減少され、分離膜モジュール３から処理水が戻されることで増加され、さらに排水量に相当する量が追加されて運転初期水量（Ｖ）になり、これが繰り返される。水生生物の成長などに伴い運転水量（Ｖ）の設定注水量は変わることがあってもよい。

　第１実施形態の飼育水質管理システムの運転方法では、分離膜モジュール３において細菌などを含む逆圧洗浄により生じる排水（逆圧洗浄時に分離膜モジュール３内に存在する水）を排水ライン１６から排水することも含めて、飼育水槽１の運転初期水量（Ｖ）の全量が回収されることはないが、運転コストを抑制する観点から、回収率はできるだけ高くしてよい。

　第１実施形態と第２実施形態の飼育水質管理システムの運転方法では、1つの例では第１循環ラインを使用する飼育水の一日当たりの回収率が８０％／日以上であってよく、別の例では８５％／日以上であってよく、さらに別の例では９０％／日以上であってよい。逆圧洗浄工程の実施や蒸発などにより失われた飼育水は、飼育水の供給ライン１１から飼育水槽１に注水するか、または分離膜処理水ライン１４から注水して補うことができる。

（２）図１に示す飼育水質管理システムと運転方法（補助送水ライン１７がある実施形態）
　第２実施形態の飼育水質管理システムは、補助送水ライン１７があることを除いて、第１実施形態（第１接続形態）の飼育水管理システムと同じであってよい。第２実施形態の飼育水質管理システムは、第１実施形態（第１接続形態）の飼育水管理システムと同じ第１循環ラインに加えて、飼育水槽１、飼育水送水ライン１２、生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２、補助送水ライン１７、分離膜処理水ライン１４および飼育水槽１を含む第２循環ラインを有している。

　分離膜処理水ライン１４は、補助送水ライン１７との接続部分よりも下流側、すなわち飼育水槽１側に循環ポンプ２１を備え、補助送水ライン１７との接続部分よりも上流側、すなわち分離膜モジュール３側に流量調整バルブ３０を備えている。

　第２実施形態の飼育水質管理システム（補助送水ライン１７がある）の運転方法を説明する。第２実施形態の飼育水質管理システム（補助送水ライン１７がある）の運転方法おける浄化工程は、第１実施形態（第１接続形態）の飼育水質管理システム（補助送水ライン１７がない）の運転方法における浄化工程と同じであるが、逆圧洗浄工程における処理の一部が異なっている。

　浄化工程を継続して実施する間、分離膜モジュール３の分離膜が目詰まりなどしてろ過性能が低下するため、例えば定期的に逆圧洗浄工程を実施してよい。逆圧洗浄工程は例えば、流量調整バルブ３０を閉じた状態で逆圧洗浄ライン１５と送水ライン１４により分離膜モジュール３のろ過水出口から洗浄水を圧入して分離膜を洗浄し、洗浄排水は排水ライン１６から排水する。このとき、循環ポンプ２１は停止されていない。

　浄化工程と逆圧洗浄工程は、分離膜モジュール３を含めた浄化工程を０．５～２時間実施したあと、浄化工程を継続しながら逆圧洗浄工程を０．５～２分間実施するサイクルを繰り返すことができる。

　逆圧洗浄運転の間、第２循環ラインを使用して、送水ポンプ２０と循環ポンプ２１を作動させながら、ろ過槽２により得た処理水を補助送水ライン１７と分離膜処理水ライン１４から飼育水槽１に戻すことができる。第１実施形態の飼育水質管理システム（補助送水ライン１７がない）の運転方法では、逆圧洗浄工程の実施中には、送水ポンプ２０と循環ポンプ２１が停止されるため、飼育水槽１内の飼育水の浄化も停止される。しかし、第２実施形態の飼育水質管理システム（補助送水ライン１７がある）の運転方法では、逆圧洗浄工程の実施中には、送水ポンプ２０と循環ポンプ２１を停止する必要がなく、第２循環ラインを使用した循環運転を継続できるため、分離膜モジュール３の膜分離処理を除いた飼育水槽１内の飼育水の浄化処理も継続されうる。

（３）図２に示す飼育水質管理システムと運転方法
　図２により第３実施形態の飼育水質管理システムとその運転方法を説明する。図２に示す第３実施形態の飼育水質管理システムは、図１に示す第１実施形態（第１接続形態）と第２実施形態と同じ飼育水槽１、生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２および分離膜モジュール３を有しているが、生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２と分離膜モジュール３のラインによる接続形態が異なっている。

　図２の例では、生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２と分離膜モジュール３は、第１流量調整弁３１が配置されたろ過槽処理水ライン１３で接続されている。分離膜モジュール３のろ過水出口と飼育水槽１は、循環ポンプ２１が配置された分離膜処理水ライン１４で接続されている。なお、送水ポンプ２０の出力を調整して循環ポンプも兼ねるようにすることで循環ポンプ２１を不要にすることもできる。生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２と分離膜処理水ライン１４は、第２流量調整弁３２が配置された補助送水ライン（第２ろ過槽処理水ライン）１７で接続されている。

　第３実施形態の飼育水質管理システムは、第１流量調整弁３１と第２流量調整弁３２の開閉状態を調整することで、第１循環ライン、第２循環ラインおよび第３循環ラインのいずれかの循環ラインを形成することができる。

　第１循環ラインは、第１流量調整弁３１が開けられ、第２流量調整弁３２が閉じられた状態で形成され、飼育水槽１、飼育水送水ライン１２、生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２、第１ろ過槽処理水ライン１３、分離膜モジュール３、分離膜処理水ライン１４および飼育水槽１を含む循環ラインである。

　第２循環ラインは、第１流量調整弁３１が閉じられ、第２流量調整弁３２が開けられた状態で形成され、飼育水槽１、飼育水送水ライン１２、生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２、第２ろ過槽処理水ライン（補助送水ライン）１７、分離膜処理水ライン１４および飼育水槽１を含む循環ラインである。

　第３循環ラインは、第１流量調整弁３１と第２流量調整弁３２の両方が互いの流量が調整されるように開けられた状態で形成され、前記第１循環ラインと前記第２循環ラインの両方を有している循環ラインである。

　第１循環ラインでは、第１流量調整弁３１が開けられ、第２流量調整弁３２が閉じられているため、ろ過槽処理水の１００％量が第１流量調整弁３１を通ることになり、第２循環ラインでは、逆にろ過槽処理水の１００％量が第２流量調整弁３２を通ることになる。第３循環ラインでは、第１流量調整弁３１と第２流量調整弁３２の開放状態を調整することで、例えば、第１流量調整弁３１のろ過槽処理水の通過量を１～９９％の範囲、第２流量調整弁３２のろ過槽処理水の通過量を９９～１％の範囲で所望割合（合計で１００％）に調整することができる。

　第３実施形態の飼育水質管理システムの浄化工程は、第１循環ライン、第２循環ラインおよび第３循環ラインのいずれかの循環ラインを使用して実施することができるほか、第１循環ライン、第２循環ラインおよび第３循環ラインのそれぞれの循環ラインを使用した運転を組み合わせて実施することもできる。逆圧洗浄工程は、第１実施形態または第２実施形態と同様に行われてよく、例えば、図２には示していない分離膜処理水ライン１４の流量調整バルブを閉じた状態で、逆圧洗浄ライン１５と送水ライン１４により分離膜モジュール３のろ過水出口から洗浄水を圧入して分離膜を洗浄し、洗浄排水は排水ライン１６から排水する。逆圧洗浄工程では、第２循環ラインのみの運転により浄化工程を継続することができる。

　第３実施形態の飼育水質管理システムの浄化工程と逆圧洗浄工程は、例えば、浄化工程では第１循環ラインまたは第３循環ラインを使用して運転し、逆圧洗浄工程では第２循環ラインを使用して浄化運転を継続し、逆圧洗浄工程から浄化工程に移行する過程で第３循環ラインを使用して運転することができる。このように各循環ラインを組み合わせて運転すると、実質的に飼育水質管理システムの運転が停止する時間が少なくなるため好ましい。

（４）図３に示す飼育水質管理システムと運転方法
　図３により第４実施形態の飼育水質管理システムとその運転方法を説明する。図３に示す第４実施形態の飼育水質管理システムは、図１に示す第１実施形態（第１接続形態）と第２実施形態と同じ飼育水槽１、生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２および分離膜モジュール３を有しているが、飼育水槽１と生物ろ過槽２または分離膜モジュール３の接続形態が異なっている。

　図３の例では、飼育水送水ラインは、飼育水槽１（補助水槽１ｂ）から三方弁３３までの主飼育水送水ライン１２と、三方弁３３から分離膜モジュール３までの第２補助飼育水送水ライン１３ａと、三方弁３３から生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２までの第１補助飼育水送水ライン１３ｂを含んでいる。

　飼育水槽１と分離膜モジュール３は、三方弁３３を介して、主飼育水送水ライン１２、第１補助飼育水送水ライン１３ａで接続されている。分離膜モジュール３のろ過水出口と飼育水槽１は、循環ポンプ２１が配置された分離膜処理水ライン１４で接続されている。なお、送水ポンプ２０の出力を調整して循環ポンプも兼ねるようにすることで循環ポンプ２１を不要にすることもできる。

　飼育水槽１と生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２は、三方弁３３を介して、主飼育水送水ライン１２、第２助飼育水送水ライン１３ｂで接続されている。生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２のろ過出口と分離膜処理水ライン１４は、ろ過槽処理水ライン（補助送水ライン）１７で接続されている。

　第４実施形態の飼育水質管理システムは、三方弁３３の開閉状態を調整することで、第１循環ライン、第２循環ラインおよび第３循環ラインを形成することができる。第１循環ラインは、三方弁３３の開放状態を調整して第１補助飼育水送水ライン１３ａ側を開き、第２補助飼育水送水ライン１３ｂ側を閉じることで形成され、飼育水槽１、主飼育水送水ライン１２、第１補助飼育水送水ライン１３ａ、分離膜モジュール３、分離膜処理水ライン１４および飼育水槽１を含む循環ラインである。

　第２循環ラインは、三方弁３３の開放状態を調整して第１補助飼育水送水ライン１３ａ側を閉じ、第２補助飼育水送水ライン１３ｂ側を開くことで形成され、飼育水槽１、主飼育水送水ライン１２、第２補助飼育水送水ライン１３ｂ、生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２、ろ過槽処理水ライン（補助送水ライン）１７、分離膜処理水ライン１４および飼育水槽１を含む循環ラインである。

　第３循環ラインは、三方弁３３の開放状態を調整して第１補助飼育水送水ライン１３ａ側と第２補助飼育水送水ライン１３ｂ側の両方を開くことで形成され、前記第１循環ラインと前記第２循環ラインの両方を有している循環ラインである。

　第１循環ラインでは、第１補助飼育水送水ライン１３ａ側が開けられ、第２補助飼育水送水ライン１３ｂ側が閉じられているため、飼育水の１００％量が第１補助飼育水送水ライン１３ａ側に流れることになり、第２循環ラインでは、逆に飼育水の１００％量が第２補助飼育水送水ライン１３ｂ側に流れることになる。第３循環ラインでは、三方弁３３の開放状態を調整して第１補助飼育水送水ライン１３ａ側と第２補助飼育水送水ライン１３ｂ側の両方を開くことで、例えば、第１補助飼育水送水ライン１３ａ側の飼育水の流量を１～９９％の範囲、第２補助飼育水送水ライン１３ｂ側の飼育水の流量を９９～１％の範囲で所望量比に調整することができる。

　第４実施形態の飼育水質管理システムの浄化工程は、第１循環ライン、第２循環ラインおよび第３循環ラインのいずれかの循環ラインを使用して実施することができるほか、第１循環ライン、第２循環ラインおよび第３循環ラインのそれぞれの循環ラインを使用した運転を組み合わせて実施することもできる。逆圧洗浄工程は、第１実施形態または第２実施形態と同様に行われてよく、例えば、図３には示していない分離膜処理水ライン１４の流量調整バルブを閉じた状態で、逆圧洗浄ライン１５と送水ライン１４により分離膜モジュール３のろ過水出口から洗浄水を圧入して分離膜を洗浄し、洗浄排水は排水ライン１６から排水する。逆圧洗浄工程では、第２循環ラインのみの運転により浄化工程を継続することができる。

　第４実施形態の飼育水質管理システムの浄化工程と逆圧洗浄工程は、例えば、浄化工程では第１循環ラインまたは第３循環ラインを使用して運転し、逆圧洗浄工程では第２循環ラインを使用して浄化運転を継続し、逆圧洗浄工程から浄化工程に移行する過程で第３循環ラインを使用して運転することができる。このように各循環ラインを組み合わせて運転すると、実質的に飼育水質管理システムの運転が停止する時間が少なくなる。

（５）図４に示す飼育水質管理システムと運転方法
　図４により第５実施形態の飼育水質管理システムとその運転方法を説明する。図４に示す第５実施形態の飼育水質管理システムは、図１に示す第１実施形態と第２実施形態と同じ飼育水槽１、生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２および分離膜モジュール３を有しているが、飼育水槽１に対する生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２と分離膜モジュール３のラインの配置形態および接続形態が異なっている。

　飼育水槽１は、主水槽１ａ、第１補助水槽１ｂ、第２補助水槽１ｃを含むものであり、３つの槽は底部で飼育水の移動可能に連結されている。主水槽１ａには飼育水の供給ライン１１が接続されている。第１補助水槽１ｂでは第１送水ポンプ２０ａが飼育水中に浸漬され、第２補助水槽１ｃでは第２送水ポンプ２０ｂが飼育水中に浸漬されている。

　飼育水槽１（第１補助水槽１ｂ）と生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２は、第１飼育水送水ライン１２ａで接続され、さらに生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２と飼育水槽１は、第１循環ポンプ２１ａが配置された第１返送水ライン１４ａで接続されている。なお、送水ポンプ２０ａの出力を調整して循環ポンプも兼ねるようにすることで循環ポンプ２１ａを不要にすることもできる。

　ろ過槽２の生物ろ過槽と脱窒槽は、別々に配置することができる。例えば、図４に示すろ過槽２の位置に生物ろ過槽のみを配置して、脱窒槽は、別途飼育水槽１に接続することもできる。第５実施形態の飼育水質管理システムは、飼育水槽１（第１補助水槽１ｂ）、第１飼育水送水ライン１２ａ、生物ろ過槽（脱窒槽を含んでよい）２、第１返送水ライン１４ａおよび飼育水槽１を含むろ過槽循環ラインを有している。

　飼育水槽１（第２補助水槽１ｃ）と分離膜モジュール３は、第２飼育水送水ライン１２ｂで接続され、さらに分離膜モジュール３のろ過水出口と飼育水槽１は、流量調整弁３４、第２循環ポンプ２１ｂが配置された第２返送水ラインで接続されている。なお、送水ポンプ２０ｂの出力を調整して循環ポンプも兼ねるようにすることで循環ポンプ２１ｂを不要にすることもできる。

　第５実施形態の飼育水質管理システムは、飼育水槽１（第２補助水槽１ｃ）、第２飼育水送水ライン１２ｂ、分離膜モジュール３、第２返送水ライン１４ｂおよび飼育水槽１を含む分離膜モジュール循環ラインを有している。

　逆圧洗浄工程は、これまで説明した実施形態と同様に行われてよく、例えば、分離膜処理水ライン１４の流量調整弁３４を閉じた状態で、逆圧洗浄ライン１５と返送水ライン１４ｂにより分離膜モジュール３のろ過水出口から洗浄水を圧入して分離膜を洗浄し、洗浄排水は排水ライン１６から排水する。

　第５実施形態の飼育水質管理システムは、飼育開始からの経過時間などに応じて、以下に示す５つの方法による浄化工程の運転を実施することができる。
　１）ろ過槽循環ラインによる浄化工程のみを実施する方法。
　２）分離膜モジュール循環ラインによる浄化工程のみを実施する方法（分離膜モジュールの逆圧洗浄時は、ろ過槽循環ラインによる浄化工程を実施することができる）。
　３）例えば一定時間、ろ過槽循環ラインによる浄化工程を実施した後、それを停止して、分離膜モジュール循環ラインによる浄化工程を実施した後、それを停止して、再度ろ過槽循環ラインによる浄化工程に移行し、この運転サイクルを繰り返す浄化工程（但し、分離膜モジュールの逆圧洗浄時は、ろ過槽循環ラインのみの運転となる）。
　４）分離膜モジュール循環ラインによる浄化工程を実施した後、それを停止して、ろ過槽循環ラインによる浄化工程を実施した後、それを停止して、再度分離膜モジュール循環ラインによる浄化工程に移行し、この運転サイクルを繰り返す浄化工程（但し、分離膜モジュールの逆圧洗浄時は、ろ過槽循環ラインのみの運転となる）。
　５）ろ過槽循環ラインによる浄化工程と分離膜モジュール循環ラインによる浄化工程を並行して実施する運転方法（分離膜モジュールの逆圧洗浄時は、ろ過槽循環ラインのみの運転となる）。

　本発明の飼育水質管理システムとその運転方法は、水生生物を循環式により陸上養殖するものであることから、天候、気候による影響を受け難く、計画的な水生生物の供給が可能である利点（安定性）と、飼料や飼育環境の制御が容易である利点（安心性）がある。

　他にも、地域で余裕のあるエネルギーや資源・施設を利用し易い点や、生物ろ過槽２において、例えばアクアポニクスシステムの採用により植物や藻類の並列生産をし、生産した植物などを地域における他の産業へ利用し易い点も利点として挙げられる。

　従来のかけ流し型の養殖では、大雨が降った場合は、塩分濃度などの飼育水中成分濃度、水温、ｐＨ値などの水質管理値が急変することにより、病気が蔓延することもあるなど、飼育水質を一定管理するのは困難である。これに対し、循環式陸上養殖では飼育水質管理を、比較的容易に実施できるため、前記のような問題が生じ難い。なお水質管理項目の管理範囲（上下限閾値）は、水生生物の種や量と、養殖目的に応じて決定することができる。

　本発明の飼育水質管理システムとその運転方法では、特に病原性微生物を除去するために分離膜モジュール３における運転条件を飼育水槽１の運転初期水量（Ｖ）に対して、０．２Ｖ～８Ｖ／日になるよう循環流量を運転管理することによって、飼育水中の病原性微生物濃度および水生生物から発生する細胞老廃物に起因する懸濁物質（ｓｓ）濃度、色度、濁度を高度に管理することができる。

　飼育水中の病原性微生物濃度は、監視対象となる病原性微生物の特定および微生物濃度分析に労力がかかるため、通常は、懸濁物質（ｓｓ）濃度、色度、濁度および飼育水の微生物活性値で監視・管理することが多い。

　しかし、本発明の飼育水質管理システムとその運転方法では、必要に応じて分離膜モジュール３の孔径、材質、膜面積、透水速度、逆洗回復性、飼育水槽１の運転初期水量（Ｖ）に対する循環流量などから選択される項目を適切に決定した後は、日々、分離膜モジュールの破損も含めた運転管理を継続するだけで、病原性微生物の増殖を防ぐことができ、日常的に病原性微生物濃度を監視する必要はない。

　また、本発明の飼育水質管理システムとその運転方法では、水生生物へストレスを与えることになる、アンモニア（ＮＨ_３）濃度、亜硝酸（ＮＯ_２）濃度、硝酸（ＮＯ_３）濃度、全炭素濃度（ＴＯＣ）などと、これらの水質管理値に影響を与える過槽のろ材の微生物活性値を重要な水質管理項目として位置付けることができる。

　一般的に、投与する水生生物用飼料量が多いと水生生物の成長速度が高まるが、特に、濁度、硝酸（ＮＯ_３）濃度、全炭素濃度（ＴＯＣ）などが増えるなどの飼育水質の劣化が生じることから、病原性微生物に対する水生生物の抵抗力が落ち、エサ食いが悪くなることが多発する。

　本発明の飼育水質管理システムとその運転方法では、特に病原性微生物を除去するために分離膜モジュール３における運転条件を飼育水槽１の運転初期水量（Ｖ）に対して、０．２Ｖ～８Ｖ／日になるよう循環流量を運転管理することによって、投与する水生生物用飼料量が一般的な量の２倍になっても、水生生物のエサ食いが悪くなることがなく、水生生物の出荷サイズになるまでの飼育期間を大幅に短縮できる。

　さらに、生物ろ過槽２においてアクアポニクスシステムを採用する場合は、全窒素濃度、全リン濃度、全カリウム濃度、ＢＯＤ濃度、ＣＯＤ濃度、全炭素濃度（ＴＯＣ）などを重要な水質管理項目として位置付けることができる。さらにまた、水生生物用飼料や飼育水へ意図的に添加する特定の有機物濃度を水質管理項目として位置付けることができる。これらの水質管理項目は、塩分濃度、水温、溶存酸素濃度、ｐＨ値などの水質管理項目と併せて、ＡＩ、ＩｏＴによって管理することもできる。

　本発明の飼育水水質管理システムとその運転方法で飼育対象となる水生生物は特に制限されるものではなく、例えば、魚類、貝類、甲殻類（エビ、カニ、ヤドカリ、シャコ、フジツボ、カメノテなど）、藻類、軟体動物として、タコ類、イカ類や棘皮動物（ウニ、なまこなど）、刺胞動物（サンゴ、クラゲなど）などが対象となる。また飼育対象となる水生生物としては、限定するものではないが、世界的に食用されているコイ類、ティラピア類、ウナギ類、サケ類、エビ類の他、飼育面積当たりの収益の観点から、フグ、ヒラメ、クエ、チョウザメ、サザエ、アワビ、ウニなどの市場価値の高い水生生物を挙げることができ、また例えばサケ類で生育速度が速い品種、ミカンサーモンのような食味が良い品種、チョウザメ等で卵・卵巣・精巣などの生産性が高い品種、カワハギ類で肝が非常に大きな品種などの商品価値の高い品種改良種、さらには、水族館、一般大型施設、家庭などにおける鑑賞目的のもの、真珠や薬効成分、肥料、飼料、エネルギー生産等の食用以外の価値のため養殖されるもの、地球環境保全や資源保護のため初期飼育されるものを挙げることができる。また、種や品種以外に、雌雄どちらか一方のみを選択して、飼育することができる。

実施例１
　まず、図１に示す飼育水質管理システムから分離膜モジュール３が無い設備を使用して、循環式陸上養殖を開始した。トラフグの稚魚５００匹を飼育した。

　容量２．５ｍ^３の円筒形の飼育水槽１に入れる飼育水として、塩分濃度０．９質量％になるよう地下水で人工海水剤を溶解した水２ｍ^３（運転初期水量Ｖ）を使用した。飼育中は、飼育水槽１の底面付近からエアレーションした。投入したトラフグ５００匹の平均体重が１５０ｇまで成長した時点の飼育水は濃い茶褐色をしており、その濁度は７ＮＴＵであった。

　次に、分離膜モジュール３をラインへ組入れ、図１に示す本発明の飼育水水質管理システムの運転を開始した。分離膜モジュール３の分離膜としては、合計膜面積５ｍ^２の酢酸セルロース製中空糸ＵＦ膜（孔径０．０１μｍ）を使用した。分離膜モジュール３の運転は、１時間のろ過運転と、１分間の逆圧洗浄運転を繰り返した。分離膜モジュール３で処理した二次処理水（ろ過水）は、二次処理水ライン１４から飼育水槽１に戻した。

　ろ過によって浄化された正味のろ過流量（膜ろ過流量から逆圧洗浄流量を差し引いた値）は４．５ｍ^３／日であり、逆圧洗浄による排水量を差し引いた飼育水の１日当たりの回収率は９０％であった。分離膜モジュール３のろ過運転による浄化によって濁度が次第に低下して、運転開始から１日後には０．３ＮＴＵまで下がり、その運転開始時からの除去率は９６％であった。また、同時に分光光度計（波長３９０ｎｍ）によって飼育水の色度測定し、その除去率を求めたところ約５０％であった。

　浄化システム全体による飼育水の浄化水量は４．５ｍ^３／日であり、これを初期飼育水量（Ｖ）で割った換水率は４．５／２＝２．２５Ｖ／日であった。これによってトラフグは死滅することなく、健康な成長が継続された。

実施例２
　図１に示す飼育水質管理システム（分離膜モジュール３がある）を２基使用して、２つの飼育水槽（第１水槽と第２水槽）による循環式陸上養殖を開始した。投与する水生生物用飼料量を２倍量にする以外は、塩分濃度、水温などの飼育条件を実施例１と同一にして、トラフグの飼育を実施した。

　飼育開始から１か月後の第１水槽と第２水槽の原水と飼育水をそれぞれ採取して、それらの生菌濃度を３６℃、４８時間寒天培地で培養した後の寒天培地中のコロニー数を観察することにより求めた。飼育期間中、トラフグのエサ食いは継続して活発であり、トラフグが約１ｋｇで出荷サイズになるまでの期間は、実施例１のおよそ半分の期間であった。

比較例１
　実施例１における本発明の飼育水水質管理スステム運転前の濁度が７ＮＴＵの飼育水をサンプリングし、実施例１における分離膜モジュール３のＵＦ膜と膜面積当たりの処理水量が同じになる条件で１日間、孔径１μｍのＭＦ膜を用いてろ過したところ、濁度の除去率は約１０％、色度はほとんど除去できなかった。

　本発明の飼育水質管理システムと運転方法は、フグなどの高級魚を初めとする水生生物の養殖に利用することができる。

　１　飼育水槽
　１ａ　主水槽
　１ｂ　補助水槽
　２　生物ろ過槽
　３　分離膜モジュール

 

Claims (16)

1. 　水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムであって、
   　前記飼育水質管理システムが、送水ポンプを備えた水生生物の飼育水槽と、前記飼育水槽中の水生生物の排泄物を含む飼育水をろ過処理するための生物ろ過槽と、病原性微生物を除去するための分離膜モジュールを備えており、
   　前記飼育水槽、前記生物ろ過槽および前記分離膜モジュールの接続順序が、
   　前記飼育水槽と前記生物ろ過槽が飼育水送水ラインで接続され、
   　前記生物ろ過槽と前記分離膜モジュールがろ過槽処理水ラインで接続され、
   　前記分離膜モジュールのろ過水出口と前記飼育水槽が分離膜処理水ラインで接続された第１接続形態であるか、または
   　前記飼育水槽と前記分離膜モジュールが飼育水送水ラインで接続され、
   　前記分離膜モジュールと前記生物ろ過槽が分離膜処理水ラインで接続され、
   　前記生物ろ過槽のろ過水出口と前記飼育水槽がろ過槽処理水ラインで接続された第２接続形態であり、
   　前記第１接続形態は、前記飼育水槽、前記飼育水送水ライン、前記生物ろ過槽、前記ろ過槽処理水ライン、前記分離膜モジュール、前記分離膜処理水ラインおよび前記飼育水槽を含む第１循環ラインを有しており、
   　前記第２接続形態は、前記飼育水槽、前記飼育水送水ライン、前記分離膜モジュール、前記分離膜処理水ライン、前記生物ろ過槽、前記生物ろ過槽処理水ラインおよび前記飼育水槽を含む第１循環ラインを有しているものであり、
   　さらに前記分離膜モジュールと逆圧洗浄排水の排水ラインが接続され、活性汚泥法を使用した生物処理槽を備えておらず、
   　前記分離膜モジュールが、飼育水槽の運転初期の飼育水量（Ｖ）に対して０．２Ｖ～８Ｖ／日の処理能力を有している、水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システム。
2. 　前記第１形態の接続順序であるとき、さらに前記生物ろ過槽と分離膜処理水ラインを接続する補助送水ラインを有しており、
   　前記飼育水槽、前記飼育水送水ライン、前記生物ろ過槽、前記補助送水ライン、前記分離膜処理水ラインおよび前記飼育水槽を含む第２循環ラインを有している、請求項１または２記載の水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システム。
3. 　水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムであって、
   　前記飼育水質管理システムが、送水ポンプを備えた水生生物の飼育水槽と、前記飼育水槽中の水生生物の排泄物を含む飼育水を処理するための生物ろ過槽と、病原性微生物を除去するための分離膜モジュールを備えており、
   　前記飼育水槽と前記生物ろ過槽が飼育水送水ラインで接続され、
   　前記生物ろ過槽と前記分離膜モジュールが、第１流量調整弁が配置された第１ろ過槽処理水ラインで接続され、
   　前記分離膜モジュールのろ過水出口と前記飼育水槽が分離膜処理水ラインで接続され、
   　さらに前記生物ろ過槽と前記分離膜処理水ラインが、第２流量調整弁が配置された第２ろ過槽処理水ラインで接続されており、
   　前記第１流量調整弁が開けられ、前記第２流量調整弁が閉じられた状態で、前記飼育水槽、前記飼育水送水ライン、前記生物ろ過槽、前記第１ろ過槽処理水ライン、前記分離膜モジュール、前記分離膜処理水ラインおよび前記飼育水槽を含む第１循環ラインを有し、
   　前記第１流量調整弁が閉じられ、前記第２流量調整弁が開けられた状態で、前記飼育水槽、前記飼育水送水ライン、前記生物ろ過槽、前記第２ろ過槽処理水ライン、前記分離膜処理水ラインおよび前記飼育水槽を含む第２循環ラインを有し、
   　前記第１流量調整弁と前記第２流量調整弁の両方が互いの流量が調整されるように開けられた状態で、前記第１循環ラインと前記第２循環ラインの両方を有しており、
   　さらに前記分離膜モジュールと逆圧洗浄排水の排水ラインが接続され、活性汚泥法を使用した生物処理槽を備えておらず、
   　前記分離膜モジュールが、飼育水槽の運転初期の飼育水量（Ｖ）に対して０．２Ｖ～８Ｖ／日の処理能力を有している、水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システム。
4. 　水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムであって、
   　前記飼育水質管理システムが、送水ポンプを備えた水生生物の飼育水槽と、前記飼育水槽中の水生生物の排泄物を含む飼育水を処理するための生物ろ過槽と、病原性微生物を除去するための分離膜モジュールを備えており、
   　前記飼育水槽と前記生物ろ過槽が三方弁を介して飼育水送水ラインで接続され、
   　前記飼育水槽と前記前記分離膜モジュールが三方弁を介して飼育水送水ラインで接続され、
   　前記分離膜モジュールのろ過水出口と前記飼育水槽が分離膜処理水ラインで接続され、
   　前記生物ろ過槽のろ過出口と前記分離膜処理水ラインがろ過槽処理水ラインで接続されており、
   　前記三方弁の開閉状態が調整されることで、
   　前記飼育水槽、前記飼育水送水ライン、前記分離膜モジュール、前記分離膜処理水ラインおよび前記飼育水槽を含む第１循環ラインと、
   　前記飼育水槽、前記飼育水送水ライン、前記生物ろ過槽、前記ろ過槽処理水ライン、前記分離膜処理水ラインおよび前記飼育水槽を含む第２循環ラインと、
   　前記第１循環ラインと前記第２循環ラインの両方を有しており、
   　さらに前記分離膜モジュールと逆圧洗浄排水の排水ラインが接続され、活性汚泥法を使用した生物処理槽を備えておらず、
   　前記分離膜モジュールが、飼育水槽の運転初期の飼育水量（Ｖ）に対して０．２Ｖ～８Ｖ／日の処理能力を有している、水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システム。
5. 　水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムであって、
   　前記飼育水質管理システムが、二つの送水ポンプを備えた水生生物の飼育水槽と、前記飼育水槽中の水生生物の排泄物を含む飼育水を処理するための生物ろ過槽と、病原性微生物を除去するための分離膜モジュールを備えており、
   　前記飼育水槽と前記生物ろ過槽が第１飼育水送水ラインで接続され、さらに前記生物ろ過槽と前記飼育水槽が第１返送水ラインで接続され、
   　前記飼育水槽、前記第１飼育水送水ライン、前記生物ろ過槽、前記第１返送水ラインおよび前記飼育水槽を含むろ過槽循環ラインを有しており、
   　前記飼育水槽と前記分離膜モジュールが第２飼育水送水ラインで接続され、さらに前記分離膜モジュールのろ過水出口と前記飼育水槽が第２返送水ラインで接続され、
   　前記飼育水槽、前記第２飼育水送水ライン、前記分離膜モジュール、前記第２返送水ラインおよび前記飼育水槽を含む分離膜モジュール循環ラインを有しており、
   　さらに前記分離膜モジュールと逆圧洗浄排水の排水ラインが接続され、活性汚泥法を使用した生物処理槽を備えておらず、
   　前記分離膜モジュールが、飼育水槽の運転初期水量（Ｖ）に対して０．２Ｖ～８Ｖ／日の処理能力を有している、水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システム。
6. 　さらにろ過処理装置として、生物ろ過槽に加えて脱窒槽を有している、請求項１～５のいずれか１項記載の水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システム。
7. 　前記分離膜モジュールで使用する分離膜が孔径０．００５～０．５μｍのＭＦ膜またはＵＦ膜である、請求項１～６のいずれか１項記載の水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システム。
8. 　前記分離膜モジュールで使用する分離膜が酢酸セルロース製の中空糸膜である、請求項１～７のいずれか１項記載の水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システム。
9. 　前記水生生物養殖用の飼育水水質管理システムが、飼育水中の病原性微生物濃度、懸濁物質（ｓｓ）濃度、色度（吸光度）、濁度、アンモニア（ＮＨ_３）濃度、亜硝酸（ＮＯ_２）濃度、硝酸（ＮＯ_３）濃度、全窒素濃度、全リン濃度、全カリウム濃度、全炭素濃度（ＴＯＣ）、水生生物用飼料や飼育水へ意図的に添加する特定の有機物濃度、飼育水またはろ過槽のろ材の微生物活性値から選ばれる水質管理項目を測定するための測定装置を備えている、請求項１～８のいずれか１項記載の水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システム。
10. 　請求項１記載の水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムの運転方法であって、
    　前記運転方法が、前記飼育水槽内の飼育水を浄化処理した飼育水と置換する浄化工程と、分離膜モジュールを洗浄する逆圧洗浄工程を有しており、
    　前記浄化工程が前記第１形態の接続順序のとき、前記第１循環ラインを使用して、
    　前記飼育水槽内の水生生物の排泄物を含む飼育水を前記生物ろ過槽に送水し、前記生物ろ過槽による処理をすることによってろ過槽処理水を得た後、
    　前記分離膜モジュールにより前記ろ過槽処理水を全量ろ過することによって、少なくとも病原性微生物が除去された分離膜処理水を得た後、
    　前記分離膜処理水を前記分離膜処理水ラインから前記飼育水槽に返送する工程を繰り返し実施する工程であり、
    　前記浄化工程が前記第２形態の接続順序のとき、前記第１循環ラインを使用して、
    　前記飼育水槽内の水生生物の排泄物を含む飼育水を前記分離膜モジュールに送水し、前記飼育水を全量ろ過することによって、少なくとも病原性微生物が除去された分離膜処理水を得た後、
    　前記分離膜処理水を前記生物ろ過槽に送水し、前記生物ろ過槽による処理をすることによってろ過槽処理水を得た後、
    　前記ろ過槽処理水を前記ろ過槽処理水ラインから前記飼育水槽に返送する工程を繰り返し実施する工程であり、
    　前記逆圧洗浄工程が、逆圧洗浄ラインと分離膜処理水ラインから分離膜モジュール内に洗浄水を圧入し、少なくとも病原性微生物を含む洗浄排水を排水ラインから排水する工程である、水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムの運転方法。
11. 　請求項２記載の水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムの運転方法であって、
    　前記運転方法が、前記飼育水槽内の飼育水を浄化処理した飼育水と置換する浄化工程と、分離膜モジュールを洗浄する逆圧洗浄工程を有しており、
    　前記浄化工程が前記第１形態の接続順序のとき、前記第１循環ラインを使用して、
    　前記飼育水槽内の海洋生物の排泄物を含む飼育水を前記生物ろ過槽に送水し、前記生物ろ過槽による処理をすることによってろ過槽処理水を得た後、
    　前記分離膜モジュールにより前記ろ過槽処理水を全量ろ過することによって、少なくとも病原性微生物が除去された分離膜処理水を得た後、
    　前記分離膜処理水を前記分離膜処理水ラインから前記飼育水槽に返送する工程を繰り返し実施する工程であり、
    　前記逆圧洗浄工程が、第１循環ラインの循環運転を停止した状態で、逆圧洗浄ラインと分離膜処理水ラインから分離膜モジュール内に洗浄水を圧入し、病原性微生物を含む洗浄排水を排水ラインから排水する運転工程であり、
    　前記逆圧洗浄運転の間、前記第２循環ラインを使用して、前記生物ろ過槽によるろ過槽処理水を前記補助送水ラインと前記分離膜処理水ラインから前記飼育水槽に戻す、水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムの運転方法。
12. 　請求項３記載の水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムの運転方法であって、
    　前記運転方法が、前記飼育水槽内の飼育水を浄化処理した飼育水と置換する浄化工程と、分離膜モジュールを洗浄する逆圧洗浄工程を有しており、
    　前記浄化工程が、
    　前記第１循環ラインを使用して、前記飼育水槽内の海洋生物の排泄物を含む飼育水を前記生物ろ過槽に送水し、前記生物ろ過槽による処理をすることによってろ過槽処理水を得た後、
    　前記分離膜モジュールにより前記ろ過槽処理水を全量ろ過することによって、少なくとも病原性微生物が除去された分離膜処理水を得た後、
    　前記分離膜処理水を前記分離膜処理水ラインから前記飼育水槽に返送する工程を繰り返し実施する第１循環ライン処理工程と、
    　前記第２循環ラインを使用して、前記飼育水槽内の海洋生物の排泄物を含む飼育水を前記生物ろ過槽に送水し、前記生物ろ過槽による処理をすることによってろ過槽処理水を得た後、
    　前記ろ過槽処理水を前記ろ過槽処理水ラインと前記分離膜処理水ラインから前記飼育水槽に返送する工程を繰り返し実施する第２循環ライン処理工程と、
    　前記第１循環ライン処理工程と前記第２循環ライン処理工程を並行して実施する第３循環ライン処理工程を有しており、
    　前記第１循環ライン処理工程、前記第２循環ライン処理工程および前記第３循環ライン処理工程のいずれかを選択して実施するものであり、
    　前記逆圧洗浄工程が、前記第１循環ライン処理工程を停止し、前記第２循環ライン処理工程を実施した状態で、逆圧洗浄ラインと分離膜処理水ラインから分離膜モジュール内に洗浄水を圧入し、病原性微生物を含む洗浄排水を排水ラインから排水する工程である、水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムの運転方法。
13. 　請求項４記載の水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムの運転方法であって、
    　前記運転方法が、前記飼育水槽内の飼育水を浄化処理した飼育水と置換する浄化工程と、分離膜モジュールを洗浄する逆圧洗浄工程を有しており、
    　前記浄化工程が、
    　前記第１循環ラインを使用して、前記飼育水槽内の海洋生物の排泄物を含む飼育水を分離膜モジュールに送水し、前記分離膜モジュールにより前記飼育水を全量ろ過することによって、少なくとも病原性微生物が除去された分離膜処理水を得た後、
    　前記分離膜処理水を前記分離膜処理水ラインから前記飼育水槽に返送する工程を繰り返し実施する第１循環ライン処理工程と、
    　前記第２循環ラインを使用して、前記飼育水槽内の海洋生物の排泄物を含む飼育水を前記生物ろ過槽に送水し、前記生物ろ過槽による処理をすることによってろ過槽処理水を得た後、
    　前記ろ過槽処理水を前記ろ過槽処理水ラインと前記分離膜処理水ラインから前記飼育水槽に返送する工程を繰り返し実施する第２循環ライン処理工程と、
    　前記第１循環ライン処理工程と前記第２循環ライン処理工程を並行して実施する第３循環ライン処理工程を有しており、
    　前記第１循環ライン処理工程、前記第２循環ライン処理工程および前記第３循環ライン
    処理工程のいずれかを選択して実施するものであり、
    　前記逆圧洗浄工程が、前記第１循環ライン処理工程を停止し、前記第２循環ライン処理工程を実施した状態で、逆圧洗浄ラインと分離膜処理水ラインから分離膜モジュール内に洗浄水を圧入し、病原性微生物を含む洗浄排水を排水ラインから排水する工程である、水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムの運転方法。
14. 　請求項５記載の水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムの運転方法であって、
    　前記運転方法が、前記飼育水槽内の飼育水を浄化処理した飼育水と置換する浄化工程と、分離膜モジュールを洗浄する逆圧洗浄工程を有しており、
    　前記浄化工程が、
    　前記ろ過槽循環ラインを使用して、前記飼育水槽内の水生生物の排泄物を含む飼育水を前記生物ろ過槽に送水し、前記生物ろ過槽による処理をすることによってろ過槽処理水を得た後、前記ろ過槽処理水を第１返送水ラインで前記飼育水槽に戻す工程と、
    　前記分離膜モジュール循環ラインを使用して、前記飼育水槽内の水生生物の排泄物を含む飼育水を前記分離膜モジュールに送水し、前記分離膜モジュールによる処理をすることによって分離膜モジュール処理水を得た後、前記分離膜モジュール処理水を第２返送水ラインで前記飼育水槽に戻す工程を繰り返し実施する工程であり、
    　前記逆圧洗浄工程が、前記ろ過槽循環ラインの運転を継続した状態で、前記第２循環ポンプを止め、前記流量調整バルブを閉じた状態で逆圧洗浄ラインと第２返送水ラインから分離膜モジュール内に洗浄水を圧入し、病原性微生物を含む洗浄排水を排水ラインから排水する運転工程である、水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムの運転方法。
15. 　前記飼育水槽の運転初期の飼育水量（Ｖ）に対して、前記第１循環ラインまたは前記分離膜モジュールラインを使用する浄化された飼育水の交換割合が０．２Ｖ～８Ｖ／日である、請求項１０～１４のいずれか１項記載の水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムの運転方法。
16. 　前記飼育水槽の運転初期の飼育水量（Ｖ）に対して、前記第１循環ラインまたは前記分離膜モジュールラインを使用する浄化された飼育水の回収率が８０％以上である、請求項１０～１５のいずれか１項記載の水生生物循環式陸上養殖用の飼育水質管理システムの運転方法。
    
     

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