WO2020122168A1 - 水生生物養殖装置、浄化装置、浄化方法及び成形体 - Google Patents

水生生物養殖装置、浄化装置、浄化方法及び成形体 Download PDF

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WO
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molded body
nitric acid
aquatic
wire rods
denitrifying
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PCT/JP2019/048651
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朋樹 川岸
康治 森
磨理 原
宏之 大島
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三菱ケミカル株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01K—ANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
    • A01K63/00—Receptacles for live fish, e.g. aquaria; Terraria
    • A01K63/04—Arrangements for treating water specially adapted to receptacles for live fish
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/10—Packings; Fillings; Grids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to an aquatic aquaculture device used for aquatic culture.
  • the present invention also relates to a purification device and a purification method for purifying water used for aquaculture of aquatic organisms, and a molded product such as a three-dimensional net-shaped molded product that can be preferably used in these devices and methods.
  • ammonia generated from fish or the like has been removed from wastewater by using a two-step reaction using microorganisms. That is, it is a method of using a reaction of converting ammonia into nitric acid and a reaction of decomposing nitric acid into nitrogen. If it is decomposed to nitrogen, it can be discharged into the air without giving a burden to the environment.
  • the reaction using this organism, particularly the reaction of reducing nitric acid to nitrogen (N 2 ) in the latter stage has been carried out using denitrifying bacteria which are facultative anaerobic bacteria.
  • biodegradable polymers such as natural polymers and biodegradable synthetic resins are used for the growth and proliferation of heterotrophic (organic) trophic bacteria. It serves as a substrate or hydrogen donor, and in the presence of very little dissolved oxygen in water, nitrite, which is a nitrogen oxide, and oxygen in the nitrogen oxide are used for respiration in the presence of nitrate to reduce and remove the nitrogen oxide.
  • Denitrifying bacteria which are sexually anaerobic microorganisms, cluster and implant on biodegradable polymers” (see Patent Document 1).
  • a technique in which a biodegradable resin is exemplified is disclosed (see Patent Documents 2 and 3).
  • the biodegradable resin is used as a base material for supporting denitrifying bacteria.
  • the present invention provides a method for efficiently removing the produced ammonia in an apparatus for cultivating aquatic organisms.
  • the present inventors have advanced research to solve the above problems, as a base material for supporting denitrifying bacteria, having a communication hole, a molded body made of a specific thermoplastic resin, or a three-dimensional network molded body made of a wire rod. Therefore, the inventors have found that the above problems can be solved by using a molded body having a structure in which wire rods are fused and integrated, and have arrived at the present invention.
  • the present invention includes the following.
  • An aquatic aquaculture apparatus comprising: a culture tank for aquatic life, and a septic tank for purifying water used for aquaculture.
  • the septic tank comprises a molded body made of a thermoplastic resin and having a communication hole,
  • the above-mentioned molded body is an aquatic aquaculture device, wherein the total thermoplastic resin constituting the molded body contains 50% by mass or more of a constituent unit derived from dicarboxylic acid.
  • the molded body is a molded body that includes a wire rod, and the wire rods are bonded to each other at a contact portion where the wire rods contact each other.
  • An aquatic aquaculture apparatus for culturing aquatic organisms comprising an aquaculture tank for culturing aquatic organisms and a septic tank for purifying water used for aquatic organisms culture,
  • the septic tank is provided with a three-dimensional net-like molded body in which wires made of a thermoplastic resin are bent and entangled with each other, and the wires are fused together at a contact portion where the wires come into contact with each other.
  • An aquatic aquaculture device in which the wire forming the body comprises a biodegradable resin.
  • the biodegradable resin is a biodegradable resin containing a structural unit derived from dicarboxylic acid.
  • the aquatic aquaculture apparatus according to any one of (1) to (4), wherein the compact or the three-dimensional mesh compact has a filling rate of 7.5% by volume or more and 30% by volume or less.
  • a purifying device for purifying water used for aquaculture An oxidizing means for converting ammonia into nitric acid and a denitrifying means for denitrifying nitric acid are provided,
  • the denitrification means is a denitrifying bacterium carrier in which a denitrifying bacterium is supported on a molded body made of a thermoplastic resin and having a communication hole, wherein the molded body is a dicarboxylic acid in all thermoplastic resins constituting the molded body.
  • a purification device containing 50% by mass or more of a constituent unit derived from the purification device (7) The purification apparatus according to (6), wherein the molded body is a molded body that includes wire rods and is a contact portion where the wire rods contact each other, and the wire rods are bonded to each other. (8) A purifying device for purifying water used for aquaculture.
  • the denitrification means comprises a wire rod made of a thermoplastic resin bent and entangled with each other, and a denitrifying bacterium is carried on a three-dimensional network molded body in which the wire rods are fused at a contact portion where the wire rods contact each other.
  • the denitrifying bacterium carrier, wherein the wire contains a biodegradable resin.
  • the biodegradable resin is a biodegradable resin containing a structural unit derived from dicarboxylic acid.
  • a purification method for purifying water used for aquaculture includes a step of oxidizing ammonia contained in water to nitric acid and then reducing the nitric acid to nitrogen by denitrifying the nitric acid.
  • the denitrification of nitric acid is performed by a denitrifying bacterium carried on a molded body made of a thermoplastic resin and having communication holes, and the molded body has a composition derived from dicarboxylic acid in all the thermoplastic resin constituting the molded body.
  • a purification method containing 50% by mass or more of a unit (12) The purification method according to (11), wherein the molded body is a molded body including wire rods, and the wire rods are bonded to each other at a contact portion where the wire rods contact each other.
  • a purification method for purifying water used for aquaculture It includes a step of oxidizing ammonia contained in water to nitric acid and then reducing the nitric acid to nitrogen by denitrifying the nitric acid.
  • the denitrification of nitric acid was carried on a three-dimensional net-shaped molded body in which wires made of a thermoplastic resin were bent and entangled with each other, and the wires were fused at a contact portion where the wires contact each other.
  • a method for purification which is carried out by denitrifying bacteria, wherein the wire contains a biodegradable resin.
  • the biodegradable resin is a biodegradable resin containing a structural unit derived from dicarboxylic acid.
  • the purification method according to any one of (11) to (14), wherein the compact or the three-dimensional mesh compact has a filling rate of 7.5% by volume or more and 30% by volume or less.
  • biodegradable resin is a biodegradable resin containing a structural unit derived from dicarboxylic acid.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a three-dimensional net-shaped molded body used in Example 1.
  • 3 is a schematic diagram of an experimental device used in Example 1.
  • FIG. 3 is a graph showing the results of measuring water quality in Example 1.
  • One embodiment of the present invention is an aquatic aquaculture apparatus for aquatic aquaculture, comprising a culture tank for aquatic aquaculture and a septic tank for purifying water used for aquatic aquaculture.
  • the septic tank is provided with a three-dimensional net-like molded article in which wires made of a thermoplastic resin are bent and entangled with each other, and the wires are fused together at a contact portion where the wires come into contact with each other.
  • the wire forming the body contains a biodegradable resin.
  • the septic tank is provided with a molded body having a communication hole made of a thermoplastic resin, and the molded body has a structure derived from dicarboxylic acid in all the thermoplastic resins constituting the molded body. Contains 50% by mass or more of the unit.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an aquatic aquaculture apparatus 10.
  • the aquatic aquaculture apparatus 10 includes a breeding tank 11, a pump 12, and a septic tank 13.
  • the septic tank 13 includes a shell 14 which is an oxidizing means for oxidizing ammonia contained in water to nitric acid, and a three-dimensional network molded body 15 made of a biodegradable resin that reduces nitric acid to nitrogen by denitrifying the nitric acid.
  • the breeding tank 11 is a tank for culturing aquatic organisms.
  • the breeding tank 11 can be appropriately set in size, shape and the like according to the type and number of aquatic organisms to be cultivated, and is not necessarily an aquarium as long as aquatic organisms can be cultivated.
  • the aquatic organism to be cultivated may be any organism that lives in water, and typically includes, but is not limited to, freshwater fish such as salmon, trout, ayu and char, and crustaceans such as crab and shrimp.
  • Freshwater or seawater is typically used for aquaculture. When seawater is used, its salinity is not limited.
  • the oxygen concentration (DO) in the water in the breeding tank 11 is 5 mg/L or more, preferably 6 mg/L or more, more preferably 7 mg/L or more, further preferably 8 mg/L or more, particularly preferably Is 9 mg/L or more, and most preferably 10 mg/L or more.
  • the concentration of ammonia nitrogen in the water in the breeding tank 11 is 10 mg/L or less, more preferably 8 mg/L or less, still more preferably 6 mg/L or less, and particularly preferably 4 mg/L or less.
  • the concentration of ammonia nitrogen is higher than the upper limit, it has a fatal effect on aquatic life. If the concentration of ammonia nitrogen is less than or equal to the upper limit value, the environment is suitable for aquatic life.
  • the pump 12 is a means for transferring the water in the breeding tank 11 to the septic tank 13.
  • the transfer means is not limited to the pump, and may be replaced by another transfer means.
  • the transfer rate of water by the pump 12 is not particularly limited, but it is preferable to have a certain transfer rate because slowing the transfer rate makes it difficult to supply oxygen to bacteria.
  • the water in the breeding tank 11 may be circulated once a day, twice or more a day, for example, once every 12 hours, once every 10 hours, once every 6 hours, once every 4 hours. Once every 2 hours, once every 1 hour, once every 30 minutes, once every 10 minutes, the water in the breeding tank 11 may circulate.
  • the septic tank 13 includes a shell 14 that is an oxidizing unit that oxidizes ammonia contained in water to nitric acid, and a three-dimensional mesh body 15 of PBSA resin that reduces nitric acid to nitrogen by denitrifying the nitric acid.
  • the shell 14 is a base material for growing a bacterium for converting ammonia in water transferred from the breeding tank 11 into nitric acid.
  • a bacterium for converting ammonia into nitric acid a known bacterium having the function can be appropriately used.
  • the shell 14 is an oxidizing means that oxidizes ammonia contained in water to nitric acid, and can be replaced with another as long as it has a similar oxidizing function.
  • the substrate supporting the bacteria for converting ammonia into nitric acid may be a substrate containing an alkaline earth metal such as a calcium-based substrate, and more specifically, a viewpoint of utilization of waste. From, shells, coral sand, sea urchins, etc. may be used.
  • Oxidizing means for oxidizing ammonia to nitric acid is a so-called microbial carrier or nitrifying carrier of pellet type, ring type, sponge type, fiber type, molding type, net type, which is based on polyethylene, polypropylene, etc. in addition to shells. Any carrier may be used.
  • a so-called immobilized carrier in which a microorganism is pre-encapsulated in a carrier made of polyethylene glycol may be used. It may be a so-called fluidized bed in which shells and carriers flow in a septic tank, or a so-called fixed bed in which shells and carriers are fixed.
  • the shell 14 may be placed in the septic tank 13 as it is, may be placed after coarse pulverization, or may be placed after fine pulverization.
  • ammonia is converted to nitric acid
  • the pH of the water in the septic tank 13 is lowered by the nitric acid.
  • a base material containing an alkaline earth metal as a base material for growing a bacterium for converting ammonia into nitric acid, it is possible to adjust pH and promote the growth of nitrifying bacteria.
  • the three-dimensional mesh-shaped molded body 15 is an example of a molded body having a communication hole, and the communication hole is a space in which a fluid can flow in the molded body.
  • a molded product having a communication hole for example, a mesh-shaped molded product in which a linear resin is bent and entangled, a molded product in which pellets are fused to form an internal space, and a linear resin is knitted Examples thereof include a molded body, a molded body using a non-woven fabric, and a molded body having a space formed by foaming a resin.
  • a bacterium for converting nitric acid into nitrogen is grown in the communication hole.
  • the three-dimensional mesh-shaped molded body 15 which is an example of a molded body having a communicating hole is a base material for growing a bacterium for reducing nitric acid to reduce it to nitrogen, and may contain a biodegradable resin. ..
  • a biodegradable resin As a bacterium for converting nitric acid into nitrogen, a known bacterium having the function can be appropriately used.
  • the biodegradable resin PLA (polylactic acid) type, PBS (polybutylene succinate) type, PCL (poly caprolactone) type, and PHB (poly hydroxybutyrate) type resins are generally known.
  • PLA polylactic acid
  • PBS polybutylene succinate
  • PCL poly caprolactone
  • PHB poly hydroxybutyrate
  • Such a synthetic biodegradable resin may contain
  • Polyester is the preferred type of biodegradable resin.
  • the dicarboxylic acid include succinic acid, adipic acid, oxalic acid, malonic acid, glutaric acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, terephthalic acid, isophthalic acid and phthalic acid.
  • a biodegradable resin containing two or more structural units derived from dicarboxylic acid is preferable. The denitrification rate is higher than that when a biodegradable resin containing one type of structural unit derived from dicarboxylic acid is used, and there is a tendency that high denitrification performance is exhibited.
  • a structural unit derived from succinic acid that is, a PBS-based biodegradable resin having a butylene succinate unit as a main repeating unit is preferable.
  • the PBS-based biodegradable resin include polybutylene succinate, poly(butylene succinate/adipate) (PBSA), and poly(butylene succinate/carbonate).
  • PBSA poly(butylene succinate/adipate)
  • PBSA poly(butylene succinate/adipate)
  • PBSA poly(butylene succinate/adipate)
  • PBSA poly(butylene succinate/adipate)
  • PBSA poly(butylene succinate/adipate)
  • PBSA is preferable because of its high biodegradability and the ability to gradually supply the carbon source required for denitrification.
  • PBSA is more easily decomposed than other biodegradable resins such as PLA, it is preferable as a substrate or hydrogen donor for growth and growth of denitrifying bacteria
  • the proportion of structural units derived from the dicarboxylic acid in the total thermoplastic resin constituting the molded body is preferably 50% by mass or more, and preferably 70% by mass or more. More preferably, it is more preferably 80% by mass or more, particularly preferably 90% by mass or more, and most preferably 95% by mass or more.
  • the proportion of the structural units derived from the dicarboxylic acid in the total thermoplastic resin that constitutes the molded body in the three-dimensional network molded body 15 is high, excessive elution of organic substances is suppressed, resulting in excessive reduction. Since it is possible to prevent such an atmosphere, it is possible to suppress the generation of hydrogen sulfide that may adversely affect the growth of aquatic organisms, which is preferable. Further, by suppressing the elution of the excessive organic matter, it is possible to prevent the dissolved oxygen concentration from decreasing and the growth of various bacteria in the fish tank.
  • the constituent unit derived from dicarboxylic acid in the total thermoplastic resin forming the molded body can be measured by a Fourier transform nuclear magnetic resonance apparatus (FT-NMR).
  • the biodegradable resin contained in the three-dimensional mesh body 15 may be mixed with other resin such as polylactic acid, PHB, PHV, PCL. By mixing a biodegradable resin containing a constitutional unit derived from dicarboxylic acid and these resins having different biodegradability, the period during which the three-dimensional network molded body 15 is used as a carbon source can be adjusted.
  • the three-dimensional mesh body 15 may contain components other than resin such as calcium carbonate and calcium stearate. When the content of these components is 40% by mass or less based on the synthetic biodegradable resin, the fine powder resulting from these components falls off from the molded body, thereby increasing the surface area of the polymer and efficiently performing denitrification. be able to.
  • the three-dimensional network molded body 15 is a three-dimensional network molded body in which wire rods made of a thermoplastic resin are bent and entangled with each other, and the wire rods are fused at a contact portion where the wire rods contact each other.
  • the method for producing the three-dimensional network molded body used in the present embodiment is not particularly limited, and injection molding or extrusion molding may be performed, and the following methods may be mentioned, for example. That is, when a molten biodegradable resin (thermoplastic resin) such as PBSA is extruded as a plurality of wire rods from an extruder die, a bending force acts on the extruded wire rods to bend them into a loop.
  • a molten biodegradable resin thermoplastic resin
  • PBSA molten biodegradable resin
  • a plurality of wire rods that bend in a loop shape are entangled and heat-bonded at the portions where the wire members contact each other, so by sandwiching this into a roll and passing through a water tank while cooling to solidify, it becomes three-dimensional. It is possible to obtain a three-dimensional mesh-shaped molded body in which the wire rods are randomly intertwined.
  • the resin is decomposed due to the presence of the plurality of fused portions in the molded body. It is possible to suppress the generation of resin fragments caused by the above.
  • the resin is decomposed and resin fragments are generated, in the aquatic organism culture apparatus, there is a risk that the aquatic organism accidentally swallows the resin fragments, but the three-dimensional reticulated molded article according to the present embodiment has such a structure. The risk of accidental ingestion can be reduced.
  • the shape of the three-dimensional mesh body 15 is not particularly limited, and may be spherical, cylindrical, plate-shaped (mat-shaped), columnar, prismatic, or other columnar shape. And may be indefinite. From the viewpoint of filling efficiency, a shape having a hollow portion such as a cylindrical structure is not preferable.
  • the thickness of the wire rod can be adjusted by the diameter of the hole of the die of the extrusion molding machine that allows the molten biodegradable resin to pass, and the number of wire rods to be extruded from the die of the extrusion molding machine and the thickness sandwiched between the rolls can be adjusted.
  • the filling rate of the three-dimensional mesh shaped body 15 can be adjusted by setting The thickness of the wire rod can be appropriately set depending on the filling rate of the desired three-dimensional mesh shaped body, and for example, the diameter may be 0.5 mm or more, 1 mm or more, and 10 mm or less, 5 mm or less. May be
  • the solid reticulated molded body 15 has a filling rate (volume %) represented by the actual volume ⁇ 100 with respect to the apparent volume thereof is usually 7.5% or more, preferably 8% or more, It is more preferably at least 9%, further preferably at least 10%, particularly preferably at least 12.5%.
  • the upper limit is usually 30% or less, preferably 27.5% or less, more preferably 25% or less, and further preferably 22.5% or less.
  • it may be expressed by a porosity (%) obtained by subtracting the filling rate (%) from 100%.
  • the porosity is usually 92.5% or less, preferably 92% or less, more preferably 91% or less, further preferably 90% or less, and 87.5% or less. Is particularly preferable.
  • the lower limit is usually 70% or more, preferably 72.5% or more, more preferably 75% or more, and further preferably 77.5% or more.
  • the filling rate is equal to or higher than the lower limit value, the filling volume does not need to be large when the amount of resin required for denitrification is filled in the device, and as a result, the device can be downsized, and the cost can be reduced. Also, since the volume of resin to be handled does not need to be large, the workability of replacement and addition is improved.
  • the filling rate is equal to or higher than the upper limit value, the water flow resistance increases, and there is a possibility that a so-called "water channel" that passes through only a part of the flow paths can be formed.
  • the apparent volume is obtained by cutting the molded body into a shape whose volume is required and determining the apparent volume.
  • the volume actually occupied by the resin in the apparent volume is defined as the actual volume.
  • the three-dimensional reticulated body 15 is a base material on which a bacterium for denitrifying nitric acid in an aquatic aquaculture device to grow a bacterium for reducing to nitrogen. Therefore, as compared with the case of treating general waste water, the risk of clogging the gaps of the molded body due to the solid content is low. Therefore, when the three-dimensional network molded body is used in the present embodiment, the filling rate can be higher than when the three-dimensional network molded body is used in the general wastewater treatment.
  • the septic tank 11 of the aquatic aquaculture apparatus 10 is often required to save space.
  • the three-dimensional network molded body 15 has a plate shape (matte shape)
  • a three-dimensional three-dimensional network molded body can be obtained, and a sufficient space can be taken in the length direction. Even if it does not exist, sufficient denitrification capacity can be provided.
  • the amount of the three-dimensional mesh-like molded body 15 arranged in the septic tank 13 varies depending on not only the amount of water in the aquatic aquaculture apparatus 10 but also the type, quantity, and growth stage of the fish to be raised. It may be appropriately set based on the amount of water, the concentration of nitrogen accumulated in the water, and the nitrogen removing ability of the three-dimensional network molded body. With the progress of the denitrification reaction, the three-dimensional network molded body 15 is consumed and the weight gradually decreases. The denitrification performance can be maintained by supplementing the depletion when the mass becomes approximately half. Further, even if the mass is not reduced, if the denitrification capacity is insufficient, the denitrification performance can be maintained by appropriately adding.
  • the shell 14 as the oxidizing means and the three-dimensional net-like molded body 15 as the denitrifying means may be arranged in the same septic tank 13 as shown in FIG. 1, or they may be arranged in different tanks. May be.
  • the shell 14 which is an oxidizing means and the three-dimensional mesh shaped body 15 are arranged in the same septic tank 13, they may be partitioned by a fiber separator, a filter paper or the like.
  • the aquatic aquaculture apparatus 10 in which the shell 14 as the oxidizing means and the three-dimensional mesh shaped body 15 as the denitrifying means are arranged in one flow path has been described above, but these tanks are provided in different flow paths. It may be arranged. That is, like the aquatic aquaculture apparatus 20 shown in FIG. 2, a flow path for passing nitrification through the shell 24 and a flow path for denitrifying through the three-dimensional mesh body 25 are provided. May be.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the aquatic culture apparatus 20.
  • the aquatic aquaculture apparatus 20 includes a breeding tank 21, a pump 22, and a septic tank 23.
  • the septic tank 23 includes a shell 24 that is an oxidizing means that oxidizes ammonia contained in water to nitric acid, and a three-dimensional mesh body 25 of PBSA resin that reduces nitric acid to nitrogen by denitrifying the nitric acid.
  • the shell 24 and the three-dimensional mesh shaped body 25 are arranged in different septic tanks 23. In the case of such a form, each tank may have a mechanism that allows water to come and go.
  • the method for periodically exposing the three-dimensional mesh-like molded body to the atmosphere is not particularly limited, and examples thereof include a water spray method, a siphon method, and a periodic drainage method. An example of using the siphon method is shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic view showing the configuration of the aquatic aquaculture apparatus 30.
  • the aquatic aquaculture apparatus 30 includes a breeding tank 31, a pump 32, and a septic tank 33.
  • the septic tank 33 includes a shell 34, which is an oxidizing means for oxidizing ammonia contained in water to nitric acid, and a three-dimensional network molded body 35 of PBSA resin that denitrifies nitric acid to reduce it to nitrogen.
  • the shell 34 which is the oxidizing means, is arranged on the upper side, and the three-dimensional net-like molded body 35 is arranged on the lower side, but this order may be reversed or they may be arranged adjacently.
  • the siphon 36 is a transfer means that enables transfer of water from the septic tank 33 to the breeding tank 31, and is also a mechanism that exposes the three-dimensional mesh body 35 to the atmosphere.
  • the water level in the septic tank 33 becomes higher than the uppermost part of the siphon 36, so that the water in the septic tank 33 is transferred to the breeding tank 31, and the three-dimensional mesh body 35 is exposed to the atmosphere.
  • the denitrification rate tends to be high and the denitrification performance tends to be high.
  • a pump may be used to transfer water from the septic tank 33 to the breeding tank 31, instead of using a siphon.
  • the breeding water may be pumped up from the breeding tank 31 and supplied by a shower ring from above the septic tank 33 to transfer the water.
  • the three-dimensional net-like molded body 35 may be brought into contact with the atmosphere by supplying air or oxygen into the water in the septic tank 33.
  • the aquatic aquaculture apparatus 10, 20, 30 or the like may be provided with other foam separating apparatus, but it is not necessary to be provided in the present embodiment.
  • the chemical oxygen demand (COD) can be reduced by providing the foam separation device, the COD can be reduced in the present embodiment without the foam separation device.
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of the prepared three-dimensional mesh-shaped molded body.
  • the three-dimensional reticulated molded body was processed using PBSA (manufactured by Mitsubishi Chemical, structural unit derived from dicarboxylic acid: 50% by mass or more) to have a width of 50 cm, a depth of 50 cm and a thickness of 1.8 cm.
  • PBSA manufactured by Mitsubishi Chemical, structural unit derived from dicarboxylic acid: 50% by mass or more
  • the diameter of the wire rod was 1.1 millimeters
  • the weight of the three-dimensional mesh shaped body was 0.7 kg
  • the specific gravity of PBSA was 1.24 g/cm 3 .
  • the surface area per apparent volume (50 cm (width) x 50 cm (depth) x 1.8 cm (thickness)) of the molded body is 0.45 m 2 /L, the surface area per weight is 2.9 m 2 /kg, and the porosity is Was 87.5% (filling rate 12.5%).
  • the porosity indicates the ratio of the void volume to the apparent volume, and the filling ratio indicates the ratio of the actual volume to the apparent volume.
  • the experimental apparatus 50 shown in FIG. 5 has a structure in which a water tank 51 filled with simulated waste water and a column 53 are connected by a tube pump 52.
  • the resin column 53 having an inner diameter of 20 mm was packed with 17.2 g of a PBSA-made three-dimensional reticulated body 55.
  • the total surface area of the molded body at this time was 0.05 m 2 .
  • Simulated waste water was passed from the bottom of the column 53 at a flow rate of 6.5 mL/min using the tube pump 52, and overflow water from the top of the column 53 was returned to the water tank 51.
  • Table 1 shows the composition of the simulated wastewater.
  • the temperature of the simulated drainage was room temperature (23°C).
  • simulated wastewater was sampled from inside the container for water quality analysis.
  • TOC total organic carbon content
  • TN total nitrogen content
  • DO dissolved oxygen concentration
  • the simulated wastewater contains only nitrate nitrogen as a nitrogen source, the total nitrogen concentration can be regarded as the nitrate nitrogen concentration.
  • dissolved oxygen and TN decreased with the increase of TOC. This indicates that microorganisms attached to the PBSA molded body decomposed PBSA into monomers/oligomers to increase TOC and consumed oxygen was consumed by TOC.
  • the dissolved oxygen decreased, and the TN decreased because the nitrate nitrogen in the simulated wastewater was reduced to nitrogen gas by the denitrifying bacteria attached to the PBSA molded body.
  • the denitrification rate per unit mass was calculated from the TN reduction rate (denitrification rate) and the amount of the PBSA molded body used in the test, and it was 4.80 g-N/kg/day.
  • the denitrification rate per unit surface area was 1.65 g-N/m 2 /day.
  • the PBSA molded product was colored in a light yellow color, and PBSA-degrading bacteria and denitrifying bacteria were attached. Although a phenomenon in which these bacteria were slightly peeled off was also observed, the situation did not cause clogging of the PBSA molded body. The measurement result is shown in FIG.
  • Example 1 A test was conducted under the same conditions as in Example 1 except that PBSA resin pellets having no communication holes were used in place of the three-dimensional network molded body.
  • a resin column having an inner diameter of 20 mm was packed with 20 g of PBSA pellets.
  • the total surface area of the pellets at this time is 0.05 m 2 .
  • the shape of the PBSA resin pellet is a thin elliptical disk having a major axis of 5 mm, a minor axis of 3 mm, and a thickness of 1.2 mm, and the apparent surface area per volume of the resin pellet is 2.1 m 2 /L and the surface area per weight is 2.7 m.
  • the porosity was 34% (filling rate 66%).
  • the denitrification rate per unit mass was calculated from the TN reduction rate (denitrification rate) and the amount of PBSA pellets used in the test, and it was 1.55 g-N/kg/day.
  • the denitrification rate per unit surface area was 0.59 g-N/m 2 /day. It should be noted that it was also confirmed that the microorganisms attached to the PBSA pellets were enlarged and the gaps in the pellets were partially blocked.
  • the results of Examples and Comparative Examples are shown in Table 2.
  • the mesh shaped body had higher denitrification rate per unit mass and denitrification rate per unit surface area than the pellet.
  • the surface area of the biofilm is considered to be proportional to the treatment capacity. Therefore, if the materials and drainage conditions are the same, it is considered that the denitrification rate per unit surface area will be the same value, but in this example and the comparative example, the denitrification rate per unit surface area is higher for the mesh-shaped body. It was a high number. It can be said that this is one of the reasons that the entire surface of the pellet was not effectively used because the enlarged microorganisms blocked a part of the pellet gap in the pellet.

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Abstract

水生生物を養殖する装置において、生成するアンモニアを効率よく除去するための方法を提供することを課題とする。　水生生物を養殖する養殖槽と、水生生物の養殖に使用される水を浄化する浄化槽と、を備える水生生物を養殖するための水生生物養殖装置であって、　前記浄化槽は、連通孔を有する成形体、例えば熱可塑性樹脂からなる線材が屈曲して絡まり合い、かつ、該線材同士が接触する接触部で線材同士が融着されている立体網目状成形体を備え、該成形体は、一定割合以上のジカルボン酸由来の構成単位を含み、例えば生分解性を含んでもよい。

Description

水生生物養殖装置、浄化装置、浄化方法及び成形体
　本発明は、水生生物の養殖に使用される水生生物養殖装置に関する。また、水生生物の養殖に使用される水を浄化する浄化装置及び浄化方法、更にはこれらの装置乃至は方法に好適に用いられ得る立体網目状成形体などの成形体に関する。
　魚などの養殖を行う際には、養殖されている魚からの排泄物や、えさの残りなどから発生する窒素分がアンモニアとなって養殖している魚などに害を与えるのを防ぐために、川などから新鮮な水を取り入れるなどの方法により、短期間のうちに養殖している水槽等の水を入れ替える必要があった。
　しかしながら水の入れ替えには大量の水を使用することが前提になり、例えば海や川が近くに存在しない内陸部などにおいて養殖を行う際には、多量の水の入れ替えは困難である。また水の入替えは、大量の排水を生じさせることを意味し、排水として養殖中に発生した窒素をすべて川や海に流すことは、河川等の富栄養化などの点からも好ましくない。加えて、排水の基準は、近年の環境保護の観点から厳しくなる一方である。
　この問題を解決するため、魚などから発生したアンモニアを、微生物を用いた２段階の反応を用いて排水から除去することが行われている。すなわちアンモニアを硝酸に変える反応と、硝酸を窒素に分解する反応を用いる方法である。窒素まで分解されれば、環境に負担を与えることなく空気中に排出することができる。
　この生物を用いた反応、特に後段の硝酸を窒素(Ｎ２)に還元する反応は、通性嫌気性細菌である脱窒菌を使用して行われていた。
　上記微生物を用いた反応において、第１段階のアンモニアを硝酸に変える反応では、そのまま廃棄されるような貝殻などのカルシウム系の基材に自然に住み着く菌が用いられることが多い。一方で、第２段階の硝酸を窒素に変える脱窒反応では、セルロース等の高分子を基材として、ここに住み着く脱窒菌を使用することが多い。
　第２段階の反応にセルロース等が基材として使用される原理は、「天然高分子や生分解合成樹脂等の生分解性高分子は、従属（有機）栄養細菌の生育、増殖するうえでの基質あるいは水素供与体となり、水中の溶存酸素の極めて少ない状況において窒素酸化物である亜硝酸塩、及び硝酸塩の存在下で窒素酸化物中の酸素を呼吸に利用し、窒素酸化物を還元除去する通性嫌気性微生物である脱窒細菌が生分解性高分子上に群がり着床する」と説明されている（特許文献１参照）。
　また、セルロースの他脱窒反応で使用可能な基材として、生分解性樹脂が例示された技術が開示されている（特許文献２及び３参照）。
特開平１０－８５７８２号公報 特開２０１４－２４０００号公報 特開２０１０－８８３０７号公報
　特許文献２及び３では、生分解性樹脂を、脱窒菌を担持させる基材として使用しているが、水生生物を養殖する装置において、脱窒菌を担持する基材をどのような形状にすることが好ましいかの検討はされていない。
　本発明は、水生生物を養殖する装置において、生成するアンモニアを効率よく除去するための方法を提供する。
　本発明者らは、上記課題を解決すべく研究を進め、脱窒菌を担持する基材として、連通孔を有し、特定の熱可塑性樹脂からなる成形体、又は線材からなる立体網目状成形体であって、線材同士が融着されることで一体となった構造を有する成形体、を用いることで、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。本発明は、以下のものを含む。
（１）水生生物を養殖する養殖槽と、水生生物の養殖に使用される水を浄化する浄化槽と、を備える水生生物養殖装置であって、
　前記浄化槽は、熱可塑性樹脂からなり連通孔を有する成形体を備え、
　前記成形体は、該成形体を構成する全熱可塑性樹脂中にジカルボン酸由来の構成単位を５０質量％以上含む、水生生物養殖装置。
（２）前記成形体が、線材を含み、前記線材同士が接触する接触部で、該線材同士が接着されている成形体である、（１）に記載の水生生物養殖装置。
（３）水生生物を養殖する養殖槽と、水生生物の養殖に使用される水を浄化する浄化槽と、を備える、水生生物を養殖するための水生生物養殖装置であって、
　前記浄化槽は、熱可塑性樹脂からなる線材が屈曲して絡まり合い、かつ、該線材同士が接触する接触部で該線材同士が融着されている立体網目状成形体を備え、該立体網目状成形体を形成する該線材が生分解性樹脂を含む、水生生物養殖装置。
（４）前記生分解性樹脂がジカルボン酸由来の構成単位を含む生分解性樹脂である、（３）に記載の水生生物養殖装置。
（５）前記成形体または前記立体網目状成形体は、充填率が、７．５体積％以上３０体積％以下である、（１）から（４）のいずれかに記載の水生生物養殖装置。
（６）水生生物の養殖に使用される水を浄化する浄化装置であって、
　アンモニアを硝酸にする酸化手段と、硝酸を脱窒する脱窒手段と、を備え、
　前記脱窒手段は、熱可塑性樹脂からなり連通孔を有する成形体に脱窒菌を担持させた脱窒菌担体であって、該成形体は、該成形体を構成する全熱可塑性樹脂中にジカルボン酸由来の構成単位を５０質量％以上含む、浄化装置。
（７）前記成形体が、線材を含み、線材同士が接触する接触部で、該線材同士が接着されている成形体である、（６）に記載の浄化装置。
（８）水生生物の養殖に使用される水を浄化する浄化装置であって、
　アンモニアを硝酸にする酸化手段と、硝酸を脱窒する脱窒手段と、を備え、
　前記脱窒手段は、熱可塑性樹脂からなる線材が屈曲して絡まり合い、かつ、該線材同士が接触する接触部で該線材同士が融着されている立体網目状成形体に、脱窒菌を担持させた脱窒菌担体であって、該線材が生分解性樹脂を含む、浄化装置。
（９）前記生分解性樹脂がジカルボン酸由来の構成単位を含む生分解性樹脂である、（８）に記載の浄化装置。
（１０）前記成形体または前記立体網目状成形体は、充填率が、７．５体積％以上３０体積％以下である、（６）から（９）のいずれかに記載の浄化装置。
（１１）水生生物の養殖に使用される水を浄化する浄化方法であって、
　水に含まれるアンモニアを硝酸に酸化し、その後、硝酸を脱窒することで窒素に還元する工程を含み、
　前記硝酸の脱窒は、熱可塑性樹脂からなり連通孔を有する成形体に担持された脱窒菌により行われ、該成形体は、該成形体を構成する全熱可塑性樹脂中にジカルボン酸由来の構成単位を５０質量％以上含む、浄化方法。
（１２）前記成形体が、線材を含み、前記線材同士が接触する接触部で、該線材同士が接着されている成形体である、（１１）に記載の浄化方法。
（１３）水生生物の養殖に使用される水を浄化する浄化方法であって、
　水に含まれるアンモニアを硝酸に酸化し、その後、硝酸を脱窒することで窒素に還元する工程を含み、
　前記硝酸の脱窒は、熱可塑性樹脂からなる線材が屈曲して絡まり合い、かつ、該線材同士が接触する接触部で該線材同士が融着されている立体網目状成形体に、担持された脱窒菌により行われ、該線材が生分解性樹脂を含む、浄化方法。
（１４）前記生分解性樹脂がジカルボン酸由来の構成単位を含む生分解性樹脂である、（１３）に記載の浄化方法。
（１５）前記成形体または前記立体網目状成形体は、充填率が、７．５体積％以上３０体積％以下である、（１１）から（１４）のいずれかに記載の浄化方法。
（１６）熱可塑性樹脂からなり連通孔を有する成形体であって、該成形体は、該成形体を構成する全熱可塑性樹脂中にジカルボン酸由来の構成単位を５０質量％以上含む、成形体。
（１７）前記成形体が、線材を含み、前記線材同士が接触する接触部で、該線材同士が接着されている成形体である、（１６）に記載の成形体。
（１８）熱可塑性樹脂からなる線材が屈曲して絡まり合い、かつ、該線材同士が接触する接触部で該線材同士が融着されている立体網目状成形体であって、該線材が生分解性樹脂を含む、成形体。
（１９）前記生分解性樹脂がジカルボン酸由来の構成単位を含む生分解性樹脂である、（１８）に記載の成形体。
（２０）前記成形体または前記立体網目状成形体は、充填率が、７．５体積％以上３０体積％以下である、（１６）から（１９）のいずれかに記載の成形体。
水生生物養殖装置の一形態を示す模式図である。 水生生物養殖装置の別の形態を示す模式図である。 水生生物養殖装置の別の形態を示す模式図である。 実施例１で用いた立体網目状成形体の模式図である。 実施例１で用いた実験装置の模式図である。 実施例１において、水質を測定した結果を示すグラフである。
　以下、本発明について詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例（代表例）であり、本発明はこれらの内容に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
　本発明の一実施形態は、水生生物を養殖するための水生生物養殖装置であって、水生生物を養殖する養殖槽と、水生生物の養殖に使用される水を浄化する浄化槽と、を備える。そして浄化槽には、熱可塑性樹脂からなる線材が屈曲して絡まり合い、かつ、該線材同士が接触する接触部で線材同士が融着されている立体網目状成形体を備え、該立体網目状成形体を形成する線材が生分解性樹脂を含む。
　また、本発明の別の実施形態では、浄化槽には、熱可塑性樹脂からなる連通孔を有する成形体を備え、前記成形体は、成形体を構成する全熱可塑性樹脂中にジカルボン酸由来の構成単位を５０質量％以上含む。
　水生生物養殖装置の具体的な構成例を図１に示す。
　図１は、水生生物養殖装置１０の構成を示す模式図である。水生生物養殖装置１０は、飼育槽１１、ポンプ１２、浄化槽１３を備える。浄化槽１３は、水に含まれるアンモニアを硝酸に酸化する酸化手段である貝殻１４、及び硝酸を脱窒することで窒素に還元する、生分解性樹脂からなる立体網目状成形体１５を含む。
　飼育槽１１は、水生生物を養殖する水槽である。飼育槽１１は、養殖する水性生物の種類、数に応じその大きさ、形状などを適宜設定することができ、水生生物を養殖可能であれば必ずしも水槽である必要はない。
　養殖する水生生物は水中に生息する生物であればよく、典型的にはサケ、マス、アユ、イワナなどの淡水魚、カニ、エビなどの甲殻類などがあげられるが、これらに限定されない。養殖には典型的には淡水又は海水を用いる。海水を用いる場合、その塩分濃度は限定されない。
　飼育槽１１の水中の酸素濃度（ＤＯ）は５ｍｇ／Ｌ以上であり、好ましくは６ｍｇ／Ｌ以上であり、より好ましくは７ｍｇ／Ｌ以上であり、さら好ましくは８ｍｇ／Ｌ以上であり、特に好ましくは９ｍｇ／Ｌ以上であり、最も好ましくは１０ｍｇ／Ｌ以上である。水中の酸素濃度（ＤＯ）が下限値より高ければ、水生生物の棲息に適した環境となる。
　飼育槽１１の水中のアンモニア態窒素の濃度は、１０ｍｇ／Ｌ以下、より好ましくは８ｍｇ／Ｌ以下、さらに好ましく６ｍｇ／Ｌ以下、特に好ましくは４ｍｇ／Ｌ以下である。アンモニア態窒素濃度が上限値より高いと水生生物に対して致命的な影響を及ぼす。アンモニア態窒素濃度が上限値以下であれば、水生生物が棲息するのに適した環境となる。
　ポンプ１２は、飼育槽１１の水を浄化槽１３に移送する手段である。飼育槽１１の水を浄化槽１３に移送することができれば、移送手段としてポンプに限定されるものではなく、他の移送手段に代替されてもよい。ポンプ１２による水の移送速度は特段限定されないが、移送速度を遅くすることで、細菌に酸素を供給しにくくなることから、ある程度の移送速度を有することが好ましい。１日に１度は飼育槽１１の水が循環する程度であってよく、１日に２度以上、例えば１２時間に１度、１０時間に１度、６時間に１度、４時間に１度、２時間に１度、１時間に１度、３０分に１度、１０分に１度、飼育槽１１の水が循環する程度であってよい。
　浄化槽１３は、水に含まれるアンモニアを硝酸に酸化する酸化手段である貝殻１４、及び硝酸を脱窒することで窒素に還元するＰＢＳＡ樹脂の立体網目状成形体１５を含む。
　貝殻１４は、飼育槽１１から移送されてきた水中のアンモニアを硝酸に変換させるための菌を生育させる基材である。アンモニアを硝酸に変換させるための菌は、当該機能を有する既に知られた菌を適宜用いることができる。なお、貝殻１４は、水に含まれるアンモニアを硝酸に酸化する酸化手段であり、同様の酸化機能を有するものであれば、他の物で代替することができる。例えば、各種酸化剤を添加してもよい。アンモニアを硝酸に変換させるための菌を担持する基材としては、カルシウム系基材などのアルカリ土類金属を含有する基材であってよく、より具体的には、廃棄物の利用活用の観点から、貝殻、珊瑚砂、ウニ殻などを用いてよい。
　アンモニアを硝酸に酸化する酸化手段としては、貝殻以外にポリエチレン、ポリプロピレンなどを基材とした、ペレット型、リング型、スポンジ型、繊維型、モール型、ネット型のいわゆる微生物担体あるいは硝化担体と言われる担体を用いてよい。ポリエチレングリコールからなる担体に微生物をあらかじめ封入した、いわゆる固定化担体を用いてもよい。
　貝殻や担体が浄化槽内で流動する、いわゆる流動床としてもよく、貝殻や担体が固定されているいわゆる固定床としてもよい。
　貝殻１４は、そのまま浄化槽１３に配置してもよく、粗粉砕した後に配置してもよく、微粉砕した後に配置してもよい。
　なお、アンモニアが硝酸に変換すると、硝酸により浄化槽１３内の水はｐＨが低くなる。アンモニアを硝酸に変換させるための菌を生育させるための基材として、アルカリ土類金属を含有する基材を用いることで、ｐＨを調整し硝化菌の育成を促すことができる。
　立体網目状成形体１５は、連通孔を有する成形体の一例であり、連通孔とは、成形体中を流体が流れることができる空間である。連通孔を有する成形体として、例えば、線状の樹脂が屈曲して絡まり合った網目状の成形体、ペレットを融着して内部に空間を形成した成形体、線状の樹脂を編んで作った成形体、不織布を用いた成形体、樹脂を発泡させることで空間を形成した成形体等をあげることができる。連通孔には、硝酸を窒素とするための菌を生育させる。
　連通孔を有する成形体の一例である立体網目状成形体１５は、硝酸を脱窒することで窒素に還元するための菌を生育する基材であり、生分解性樹脂を含んでいてもよい。硝酸を窒素とするための菌は、当該機能を有する既に知られた菌を適宜用いることができる。
　生分解性樹脂としては、一般に、ＰＬＡ（polylactic acid）系、ＰＢＳ（polybutylene succinate）系、ＰＣＬ（poly caprolactone）系、ＰＨＢ（poly hydroxybutyrate）系のものが知られている。本実施形態においては、生分解性樹脂として、ジカルボン酸由来の構成単位を含む合成生分解性樹脂を用いることが好ましい。かかる合成生分解性樹脂は、ジオール由来の構成単位を含んでいてもよい。
　生分解性樹脂の種類としては、ポリエステルが好適である。ジカルボン酸の種類としては、コハク酸、アジピン酸、シユウ酸、マロン酸、グルタル酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸等があげられる。ジカルボン酸由来の構成単位を２種以上含む生分解性樹脂が好ましい。ジカルボン酸由来の構成単位を１種類含む生分解性樹脂を用いた場合よりも脱窒速度が速く、高い脱窒性能を示す傾向がある。これらのうち、コハク酸由来の構成単位を含むことが好ましく、即ち、ブチレンサクシネート単位を主たる繰り返し単位とするＰＢＳ系の生分解性樹脂が好ましい。ＰＢＳ系の生分解性樹脂としては、具体的には、ポリブチレンサクシネート、ポリ（ブチレンサクシネート／アジペート）（ＰＢＳＡ）、ポリ（ブチレンサクシネート／カーボネート）などが好ましい例として挙げられる。特に、ポリ（ブチレンサクシネート／アジペート）（ＰＢＳＡ）が、生分解性が高い点で、また、脱窒に必要な炭素源を徐放的に供給できる点から好ましい。さらにＰＢＳＡは、ＰＬＡ系など他の生分解性樹脂より分解しやすいため、脱窒菌が生育、増殖するうえでの基質あるいは水素供与体として好ましい。
　水生生物養殖装置１０を稼働する環境においては、一般排水処理と比較して水中の硝酸濃度が低濃度であることから、脱窒に必要な有機物は少量でよく、過剰な有機物の溶出は溶存酸素の低下などに繋がり得る。そのため、立体網目状成形体１５中において、成形体を構成する全熱可塑性樹脂中にジカルボン酸由来の構成単位の占める割合が５０質量％以上であることが好ましく、７０質量％以上であることがより好ましく、８０質量％以上であることがさらに好ましく、９０質量％以上であることが特に好ましく、９５質量％以上であることが最も好ましい。また、立体網目状成形体１５中において成形体を構成する全熱可塑性樹脂中にジカルボン酸由来の構成単位の占める割合が高いことで、過剰な有機物の溶出が抑制されることで過度に還元的な雰囲気となることを防ぐことができるため、水生生物の育成に悪影響を与え得る硫化水素の発生を抑制することができ、好ましい。
　また過剰な有機物の溶出が抑制されることで、魚水槽において溶存酸素濃度の低下や雑菌の増殖を防ぐことができる。
　なお、成形体を構成する全熱可塑性樹脂中の、ジカルボン酸由来の構成単位は、フーリエ変換核磁気共鳴装置（ＦＴ－ＮＭＲ）により測定することができる。
　立体網目状成形体１５に含まれる生分解性樹脂はポリ乳酸、ＰＨＢ、ＰＨＶ、ＰＣＬ等の他の樹脂と混合されてもよい。ジカルボン酸由来の構成単位を含む生分解性樹脂と生分解性が異なるこれらの樹脂を混合することで、立体網目状成形体１５を炭素源として使用する期間を調整することができる。立体網目状成形体１５は炭酸カルシウム、ステアリン酸カルシウム等の樹脂以外の成分を含んでいてもよい。これらの成分が合成生分解性樹脂に対して４０質量％以下であれば、これらの成分に起因する微細な粉末が成形体より脱落することによりポリマーの表面積がふえ、脱窒を効率的に行うことができる。
　立体網目状成形体１５は、熱可塑性樹脂からなる線材が屈曲して絡まり合い、かつ、該線材同士が接触する接触部で線材同士が融着されている立体網目状成形体である。本実施形態で用いる立体網目状成形体の製造方法は特段限定されず、射出成形で成形してもよく、押出成形で成形してもよいが、例えば以下のような方法が挙げられる。すなわち、溶融したＰＢＳＡなどの生分解性樹脂（熱可塑性樹脂）を押出成形機ダイスから複数本の線材として押し出すと、押し出された線材には湾曲する力が働いてループ状に屈曲する。そしてループ状に屈曲する複数本の線材は絡み合って線材同士が接触する部分で熱接着するので、これをロールに挟んで一定の厚みにしながら水槽内に通して冷却固化させることによって、三次元に線材がランダムに絡み合った立体網目状成形体を得ることができる。
　線材同士が接触部で融着されてなる立体網目状成形体１５は、生分解性樹脂が分解された際でも、成形体中に複数の融着部が存在することで、樹脂が分解することにより生じる樹脂破片の発生を抑制できる。樹脂が分解して樹脂破片が発生すると、水生生物の養殖装置においては、水生生物が樹脂の破片を誤飲するリスクが存在するが、本実施形態にかかる立体網目状成形体は、そのような誤飲リスクを抑制することができる。
　立体網目状成形体１５は、その形状は特段限定されず、球形状であってよく、円筒形状であってよく、板形状（マット形状）であってよく、円柱形状、角柱形状等の柱形状であってよく、不定形であってよい。なお、充填効率の観点からは、円筒構造のような、空洞部分を有する形状は好ましくない。
　溶融した生分解性樹脂を通過させる押出成形機のダイスの孔の径によって、線材の太さを調整することができ、また押出成形機のダイスから押し出す線材の本数の設定や、ロールに挟む厚みの設定によって、立体網目状成形体１５の充填率を調整できる。線材の太さは、所望の立体網目状成形体の充填率により適宜設定できるが、例えば直径０．５ｍｍ以上であってよく、１ｍｍ以上であってよく、また１０ｍｍ以下であってよく、５ｍｍ以下であってよい。
　本実施形態において立体網目状成形体１５は、その見かけの体積に対する実体積×１００で表される充填率（体積％）が通常７．５％以上であり、８％以上であることが好ましく、９％以上であることがより好ましく、１０％以上であることが更に好ましく、１２．５％以上であることが特に好ましい。また、上限は通常３０％以下であり、２７．５％以下であることが好ましく、２５％以下であることがより好ましく、２２．５％以下であることが更に好ましい。または、１００％から充填率（％）を減じた空隙率（％）で表してもよい。空隙率の場合、通常９２．５％以下であり、９２％以下であることが好ましく、９１％以下であることがより好ましく、９０％以下であることが更に好ましく、８７．５％以下であることが特に好ましい。また、下限は通常７０％以上であり、７２．５％以上であることが好ましく、７５％以上であることがより好ましく、７７．５％以上であることが更に好ましい。充填率が下限値以上であると、脱窒に必要な樹脂量を装置に充填する場合に充填容積が大きくならずにすみ、結果的に装置を小型にすることで、コストを低減できる。また取り扱う樹脂体積が大きくならずにすむので、入れ替えや追加の作業性が良くなる。充填率が上限値以上になると通水抵抗が高くなり、一部の流路だけを通るいわゆる「水みち」ができる可能性がある。充填率を上限以下とすることで、「水みち」を防ぐことができる。また充填率を上限値以下とすることで、バイオフィルムの肥大による目詰まりを防ぐことができる。
　見かけの体積は、成形体を体積の求められる形状に切断し、その体積を見かけの体積とする。見かけの体積中の実際に樹脂が占めている体積を実体積とする。
　本実施形態では、立体網目状成形体１５は、水生生物養殖装置において硝酸を脱窒することで窒素に還元するための菌を生育する基材である。そのため、一般排水を処理する場合と比較して、固形分により成形体の間隙が閉塞するリスクは低い。従って、本実施形態において立体網目状成形体を用いる場合、一般排水処理において立体網目状成形体を用いる場合よりも、充填率を高くすることができる。
　一般的に水生生物養殖装置１０における浄化槽１１では、排水処理とは異なり、省スペースが求められることが多い。立体網目状成形体１５が板形状（マット形状）である場合には、厚さ方向で積層させることで、多層の立体網目状成形体とすることができ、長さ方向にスペースが十分にとれない場合であっても、十分な脱窒能を提供できる。
　浄化槽１３に配置する立体網目状成形体１５の量は、水生生物養殖装置１０内の水の量だけでなく、飼育する魚の種類、数量、生育段階などによって異なるが、水生生物養殖装置１０内の水の量と水中に蓄積する窒素の濃度と、立体網目状成形体が有する窒素除去能力から適宜設定すればよい。
　脱窒反応の進行に伴い、立体網目状成形体１５は消費され、徐々に重量が少なくなる。質量が概ね半分になった時点で減少分を補充することで脱窒性能を維持することができる。また質量として減少していなくとも脱窒能力が不足した場合には適宜追加することによって脱窒性能を維持することができる。
　浄化槽１３において、酸化手段である貝殻１４と、脱窒手段である立体網目状成形体１５とは、図１のように同一の浄化槽１３中に配置されていてもよく、別の槽に配置されていてもよい。酸化手段である貝殻１４と立体網目状成形体１５とが同一の浄化槽１３中に配置される場合には、繊維製セパレータ、ろ紙などで仕切られていてもよい。
　以上、酸化手段である貝殻１４と、脱窒手段である立体網目状成形体１５とが一の流路上に配置された水生生物養殖装置１０について説明したが、これらの槽は別々の流路上に配置されていてもよい。即ち、図２に示す水生生物養殖装置２０のように、貝殻２４を通過して硝化が行われる流路と、立体網目状成形体２５を通過し、脱窒の行われる流路とが設けられていてもよい。
　図２は、水生生物養殖装置２０の構成を示す模式図である。水生生物養殖装置２０は、飼育槽２１、ポンプ２２、浄化槽２３を備える。浄化槽２３は、水に含まれるアンモニアを硝酸に酸化する酸化手段である貝殻２４、及び硝酸を脱窒することで窒素に還元するＰＢＳＡ樹脂の立体網目状成形体２５を含む。
　水生生物養殖装置２０では、貝殻２４と立体網目状成形体２５とが別の浄化槽２３に配置される形態である。このような形態の場合には、それぞれの槽で水の往来を可能とする機構を有していてもよい。
　本実施形態においては、硫化水素発生を抑制するために、立体網目状成形体を定期的に大気中に暴露させて、過度な還元状態を防止することが好ましい。立体網目状成形体を定期的に大気中に暴露するための方法は特段限定されないが、例えば散水方式、サイフォン方式、定期抜液方式、などがあげられる。サイフォン方式を用いる例を図３に示す。
　図３は、水生生物養殖装置３０の構成を示す模式図である。水生生物養殖装置３０は、飼育槽３１、ポンプ３２、浄化槽３３を備える。浄化槽３３は、水に含まれるアンモニアを硝酸に酸化する酸化手段である貝殻３４、及び硝酸を脱窒することで窒素に還元するＰＢＳＡ樹脂の立体網目状成形体３５を含む。
　水生生物養殖装置３０では、酸化手段である貝殻３４が上方、立体網目状成形体３５が下方に配置されるが、この順番は逆であってよく、また隣接して配置されていてもよい。
　図３において、サイフォン３６は、浄化槽３３から飼育槽３１への水の移送を可能とする移送手段であるとともに、立体網目状成形体３５を大気中に暴露する機構である。サイフォン３６は、浄化槽３３の水位がサイフォン３６の最上部よりも高くなることで、浄化槽３３内の水が飼育槽３１へ移送され、立体網目状成形体３５が大気中に曝露される。立体網目状成形体３５が大気中に暴露されることで、脱窒速度が速く、高い脱窒性能を示す傾向がある。
　浄化槽３３から飼育槽３１へ水を移送する手段としては、サイフォンを用いる以外に、ポンプを使用して浄化槽３３から飼育槽３１へ水を移送してもよい。また、飼育槽３１から飼育水をポンプアップして浄化槽３３の上部からシャワーリングにより供給することで水を移送してもよい。浄化槽３３の水中に空気や酸素を供給することで立体網目状成形体３５を大気と接触させてもよい。
　水生生物養殖装置１０、２０、３０等は、その他泡沫分離装置を備えてもよいが、本実施形態では備える必要はない。泡沫分離装置を備えることで、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を低下させることができるが、本実施形態では泡沫分離装置を備えなくとも、ＣＯＤを低下させることができる。
　以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の範囲が、以下の実施例で示す態様に限定されないことは言うまでもない。
＜実施例１＞
　まず、立体網目状成形体を準備した。準備した立体網目状成形体の模式図を図４に示す。
　立体網目状成形体は、ＰＢＳＡ（三菱ケミカル製、ジカルボン酸由来の構成単位５０質量％以上）を押出成形機を用いて横幅５０ｃｍ×奥行５０ｃｍ×厚み１．８ｃｍとなるように加工した。このとき線材の直径は１．１ミリメートルであり、立体網目状成形体の重量は０．７ｋｇであり、ＰＢＳＡの比重は１．２４ｇ／ｃｍ３であった。成形体の見かけの体積(５０ｃｍ(横幅)×５０ｃｍ(奥行)×１．８ｃｍ(厚み))当たりの表面積は０．４５ｍ２／Ｌ、重量当たり表面積は２．９ｍ２/ｋｇであり、間隙率は８７．５％（充填率１２．５％）であった。なお、間隙率は見かけ体積に対する空隙体積の割合、充填率は見かけ体積に対する実体積の割合を示す。
　次に、図５に模式的に示す実験装置を準備した。図５に示す実験装置５０は、模擬排水が充填された水槽５１と、カラム５３とをチューブポンプ５２で接続した構造を有する。
　内径２０ｍｍの樹脂製カラム５３には、ＰＢＳＡ製の立体網目状成形体５５を１７．２ｇ充填した。このときの成形体の総表面積は０．０５ｍ２であった。
　チューブポンプ５２を用いて模擬排水をカラム５３底部から流量６．５ｍＬ／ｍｉｎで通水し、カラム５３上部からのオーバーフロー水を水槽５１に戻した。模擬排水の組成を表１に示す。なお、模擬排水の温度は室温（２３℃）とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　馴養のため１５日間通水したのちに模擬排水を容器内からサンプリングして水質分析をおこなった。水質は全有機炭素量（ＴＯＣ）、全窒素量（ＴＮ）および溶存酸素濃度（ＤＯ）を測定した。なお、模擬排水には窒素源として硝酸態窒素しか含まれていないため、全窒素濃度は硝酸態窒素濃度とみなせばよい。
　水質測定の結果、ＴＯＣの増加とともに、溶存酸素とＴＮが減少した。これはＰＢＳＡ成形体に付着した微生物によってＰＢＳＡがモノマー／オリゴマーに分解されてＴＯＣが上昇し、ＴＯＣによって溶存酸素が消費されていることを示している。溶存酸素が低下するとともに、ＰＢＳＡ成形体に付着した脱窒菌によって模擬排水中の硝酸態窒素が窒素ガスに還元されたためにＴＮが減少した。
　ＴＮ減少速度（脱窒速度）と試験に供したＰＢＳＡ成形体量から、単位質量あたりの脱窒速度を計算すると４．８０ｇ－Ｎ／ｋｇ／ｄａｙであった。また単位表面積あたりの脱窒速度は１．６５ｇ－Ｎ／ｍ２/ｄａｙであった。また試験期間において、ＰＢＳＡ成形体は薄黄色に着色しておりＰＢＳＡ分解菌および脱窒菌が付着していた。これらの菌がわずかに剥離する現象も見られたがＰＢＳＡ成形体を目詰まりさせる事態にはならなかった。測定結果を図６に示す。
＜比較例１＞
　立体網目状成形体のかわりに、連通孔を有さないＰＢＳＡ樹脂ペレットを用いたこと以外は実施例１と同条件の試験をおこなった。内径２０ｍｍの樹脂製カラムにＰＢＳＡ製のペレットを２０ｇ充填した。このときのペレットの総表面積は０．０５ｍ２となる。ＰＢＳＡ樹脂ペレットの形状は、長径５ｍｍ、短径３ｍｍ、厚さ１．２ｍｍの薄い楕円盤形状であり、樹脂ペレットの見かけの体積当たり表面積は２．１ｍ２／Ｌ、重量当たり表面積は２．７ｍ２／ｋｇとなり、間隙率は３４％（充填率６６％）であった。
　実施例１と同様の試験を実施したところ、同様にＴＯＣの増加とともにＤＯとＴＮの低下が確認された。
　ＴＮ減少速度（脱窒速度）と試験に供したＰＢＳＡペレット量から、単位質量あたりの脱窒速度を計算すると１．５５ｇ－Ｎ／ｋｇ／ｄａｙであった。また単位表面積あたりの脱窒速度は０．５９ｇ－Ｎ／ｍ２/ｄａｙであった。なお、ＰＢＳＡペレットに付着した微生物が肥大化し、ペレットの間隙の一部を塞いでいる部分も確認された。
　実施例、比較例の結果を表２に示す。
　網目状成形体の方が、ペレットよりも単位質量あたり脱窒速度、単位表面積あたり脱窒速度ともに高い数値であった。一般的に本法のように担体の表面に微生物を付着させて、いわゆるバイオフィルムを形成して処理をする方法は、バイオフィルムの表面積が処理能力に比例すると考えられる。よって素材や排水条件が同じであれば、単位表面積あたり脱窒速度は同じ値になると考えられるが、今回の実施例と比較例では単位表面積あたりの脱窒速度は、網目状成形体の方が高い数値であった。これはペレットでは肥大化した微生物がペレット間隙の一部を閉塞したことによって、ペレットの表面が全て有効に利用されなかったことが原因の一つといえる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　なお、本発明については、具体的な実施例を参照して詳細に説明されるが、本発明の趣旨及び範囲から離れることなく、種々の変更、改変を施すことができることは当業者には明らかである。　
１０、２０、３０　水生生物養殖装置
１１、２１、３１　飼育槽
１２、２２、３２、５２　ポンプ
１３、２３、３３　浄化槽
１４、２４、３４　貝殻
１５、２５、３５　立体網目状成形体
５０　実験装置
５１　水槽
５２　チューブポンプ
５３　カラム
５５　ＰＢＳＡ樹脂立体網目状成形体

Claims (20)

  1. 　水生生物を養殖する養殖槽と、水生生物の養殖に使用される水を浄化する浄化槽と、を備える水生生物養殖装置であって、
    　前記浄化槽は、熱可塑性樹脂からなり連通孔を有する成形体を備え、
    　前記成形体は、該成形体を構成する全熱可塑性樹脂中にジカルボン酸由来の構成単位を５０質量％以上含む、水生生物養殖装置。
  2. 　前記成形体が、線材を含み、前記線材同士が接触する接触部で、該線材同士が接着されている成形体である、請求項１に記載の水生生物養殖装置。
  3. 　水生生物を養殖する養殖槽と、水生生物の養殖に使用される水を浄化する浄化槽と、を備える、水生生物を養殖するための水生生物養殖装置であって、
    　前記浄化槽は、熱可塑性樹脂からなる線材が屈曲して絡まり合い、かつ、該線材同士が接触する接触部で該線材同士が融着されている立体網目状成形体を備え、該立体網目状成形体を形成する該線材が生分解性樹脂を含む、水生生物養殖装置。
  4. 　前記生分解性樹脂がジカルボン酸由来の構成単位を含む生分解性樹脂である、請求項３に記載の水生生物養殖装置。
  5. 　前記成形体または前記立体網目状成形体は、充填率が、７．５体積％以上３０体積％以下である、請求項１から４のいずれか一項に記載の水生生物養殖装置。
  6. 　水生生物の養殖に使用される水を浄化する浄化装置であって、
    　アンモニアを硝酸にする酸化手段と、硝酸を脱窒する脱窒手段と、を備え、
    　前記脱窒手段は、熱可塑性樹脂からなり連通孔を有する成形体に脱窒菌を担持させた脱窒菌担体であって、該成形体は、該成形体を構成する全熱可塑性樹脂中にジカルボン酸由来の構成単位を５０質量％以上含む、浄化装置。
  7. 　前記成形体が、線材を含み、前記線材同士が接触する接触部で、該線材同士が接着されている成形体である、請求項６に記載の浄化装置。
  8. 　水生生物の養殖に使用される水を浄化する浄化装置であって、
    　アンモニアを硝酸にする酸化手段と、硝酸を脱窒する脱窒手段と、を備え、
    　前記脱窒手段は、熱可塑性樹脂からなる線材が屈曲して絡まり合い、かつ、該線材同士が接触する接触部で該線材同士が融着されている立体網目状成形体に、脱窒菌を担持させた脱窒菌担体であって、該線材が生分解性樹脂を含む、浄化装置。
  9. 　前記生分解性樹脂がジカルボン酸由来の構成単位を含む生分解性樹脂である、請求項８に記載の浄化装置。
  10. 　前記成形体または前記立体網目状成形体は、充填率が、７．５体積％以上３０体積％以下である、請求項６から９のいずれか一項に記載の浄化装置。
  11. 　水生生物の養殖に使用される水を浄化する浄化方法であって、
    　水に含まれるアンモニアを硝酸に酸化し、その後、硝酸を脱窒することで窒素に還元する工程を含み、
    　前記硝酸の脱窒は、熱可塑性樹脂からなり連通孔を有する成形体に担持された脱窒菌により行われ、該成形体は、該成形体を構成する全熱可塑性樹脂中にジカルボン酸由来の構成単位を５０質量％以上含む、浄化方法。
  12. 　前記成形体が、線材を含み、前記線材同士が接触する接触部で、該線材同士が接着されている成形体である、請求項１１に記載の浄化方法。
  13. 　水生生物の養殖に使用される水を浄化する浄化方法であって、
    　水に含まれるアンモニアを硝酸に酸化し、その後、硝酸を脱窒することで窒素に還元する工程を含み、
    　前記硝酸の脱窒は、熱可塑性樹脂からなる線材が屈曲して絡まり合い、かつ、該線材同士が接触する接触部で該線材同士が融着されている、立体網目状成形体に担持された脱窒菌により行われ、該線材が生分解性樹脂を含む、浄化方法。
  14. 　前記生分解性樹脂がジカルボン酸由来の構成単位を含む生分解性樹脂である、請求項１３に記載の浄化方法。
  15. 　前記成形体または前記立体網目状成形体は、充填率が、７．５体積％以上３０体積％以下である、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の浄化方法。
  16. 　熱可塑性樹脂からなり連通孔を有する成形体であって、該成形体は、該成形体を構成する全熱可塑性樹脂中にジカルボン酸由来の構成単位を５０質量％以上含む、成形体。
  17. 　前記成形体が、線材を含み、前記線材同士が接触する接触部で、該線材同士が接着されている成形体である、請求項１６に記載の成形体。
  18. 　熱可塑性樹脂からなる線材が屈曲して絡まり合い、かつ、該線材同士が接触する接触部で該線材同士が融着されている立体網目状成形体であって、該線材が生分解性樹脂を含む、成形体。
  19. 　前記生分解性樹脂がジカルボン酸由来の構成単位を含む生分解性樹脂である、請求項１８に記載の成形体。
  20. 　前記成形体または前記立体網目状成形体は、充填率が、７．５体積％以上３０体積％以下である、請求項１６から１９のいずれか一項に記載の成形体。
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