WO2021033627A1 - 養殖池用水質管理装置及び方法 - Google Patents

養殖池用水質管理装置及び方法 Download PDF

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信一 笠井
優 大城
敏孝 福田
智之 遠藤
友輔 藤井
光一 今久保
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株式会社カサイ
レッキス工業株式会社
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    • C02F2209/22—O2

Definitions

  • the present invention relates to a water quality management device and method for aquaculture ponds.
  • Patent Document 1 a method for evaluating water quality of aquaculture ponds as shown in Patent Document 1 is known.
  • This water quality evaluation method utilizes the oxidation-reduction potential as an index for evaluating the water quality in carp farming, and provides a water quality evaluation method and a water quality inspection table for maintaining the health of the carp.
  • this method simply determines the water quality at the present time by using the redox potential as an index, and does not grasp the future tendency of water quality deterioration and notify the pond water replacement time in advance.
  • it is a special case of a concrete fishpond, and it is difficult to apply it to a natural fishpond surrounded by soil because the water quality conditions are different.
  • Patent Document 2 A culture pond water purification system as shown in Patent Document 2 is also known. This water purification system monitors a plurality of fishponds and selects and purifies the fishpond with the worst water quality among them. Similar to Patent Document 1, it grasps the future tendency of water quality deterioration. , It does not announce in advance when to replace the water in the pond.
  • Patent Document 3 discloses a water quality monitoring system for fishbowl as a technique related to water quality management other than aquaculture ponds. This system is a water quality monitoring system for ornamental fish tanks in ordinary households, and can notify the deterioration of water quality with an alarm. Further, Patent Document 4 discloses a water quality monitoring system for aquariums, and can issue an alarm when the water quality of a farmed fish tank deviates from the normal range. However, the water quality monitoring systems of Patent Documents 3 and 4 do not notify the time of water replacement in advance. Since the target fish, scale, water quality environment, etc. are completely different between the aquarium and the aquaculture pond, it is considered unnecessary to notify the water replacement time in advance in the monitoring system for these aquariums.
  • the water quality evaluation of the pond, the water purification device, and the water quality monitoring system of the aquarium were known, but the environmental condition of the pond is accurately grasped and the tendency of deterioration of the water quality of the pond is predicted. By doing so, there was no technology or device to notify in advance when the water in the pond would need to be replaced.
  • the present invention provides a device or method for accurately grasping the environmental condition of a pond based on each water quality fluctuation value, predicting a tendency of deterioration of water quality in the pond, and notifying in advance that the water quality of the pond will deteriorate.
  • the purpose is to provide.
  • the water quality management device for a culture pond has a storage unit that stores measured values related to water quality measured at appropriate time intervals by an external sensor installed in the culture pond, and the measurement. It is provided with a determination unit that calculates a future predicted value based on the fluctuation of the value and determines the time when the predicted value exceeds the reference value indicating deterioration of water quality, and a display unit that displays the time when the predicted value exceeds the reference value.
  • the above time is the time when the water in the pond needs to be replaced.
  • the water quality management device for a fishpond accurately grasps the environmental condition of the pond based on the fluctuation value of the water quality of the pond, predicts the tendency of deterioration of the water quality of the pond, and notifies the deterioration in advance. be able to.
  • the measurement by the external sensor may be performed once a day at a fixed time.
  • the determination unit may calculate a predicted value by a statistical method to determine when the water in the pond needs to be replaced.
  • the judgment unit can make an accurate prediction based on the measured value.
  • the determination unit may predict the time when the slope of the predicted value calculated based on the measured value with respect to the time axis becomes equal to or greater than the predetermined value or equal to or less than the predetermined value, and determine when the predicted value exceeds the reference value. ..
  • the judgment unit can make an accurate prediction by predicting the time when the slope of the predicted value calculated based on the measured value with respect to the time axis is equal to or greater than or equal to the predetermined value.
  • the external sensor may be an ammonia sensor and the measured value may be the ammonia concentration.
  • an ammonia sensor as an external sensor, it is possible to determine when the water in the pond needs to be replaced based on the ammonia concentration.
  • the external sensor may be a pH sensor and the measured value may be the hydrogen ion concentration (pH).
  • pH sensor As an external sensor, it is possible to determine when the water in the pond needs to be replaced based on the hydrogen ion concentration (pH).
  • the external sensor may be a redox potential meter, and the measured value may be a redox potential (ORP).
  • the external sensor may be a conductivity meter and the measured value may be conductivity (EC).
  • the external sensor may be an oxygen concentration sensor and the measured value may be the oxygen concentration (DO).
  • an oxygen concentration sensor as an external sensor, it is possible to determine when the water in the pond needs to be replaced based on the oxygen concentration (DO).
  • the water quality management device for a culture pond uses two or more of an ammonia sensor, a pH sensor, an oxidation-reduction potential meter, a conductivity meter, and an oxygen concentration sensor as external sensors, and receives ammonia as a measured value. Based on two or more measured values of concentration, hydrogen ion concentration (pH), oxidation-reduction potential (ORP), conductivity (EC), and oxygen concentration (DO), the time when the reference value indicating deterioration of water quality is exceeded You may judge. By using two or more measured values, the determination unit can make a more accurate determination based on the measured values.
  • the water quality management method for a fishpond includes a step of storing measured values related to water quality measured at appropriate time intervals by an external sensor installed in the fishpond in a storage unit and fluctuations in the measured values.
  • the determination unit includes a step of calculating a future predicted value and determining the time when the predicted value exceeds the reference value indicating deterioration of water quality, and a step of displaying the time when the predicted value exceeds the reference value on the display unit.
  • the above time is the time when the water in the pond needs to be replaced.
  • the external sensor is at least one of an ammonia sensor, a pH sensor, an oxidation-reduction potential meter, a conductivity meter, and an oxygen concentration sensor, and the measured value is the ammonia concentration.
  • the measured value is the ammonia concentration.
  • Hydrogen ion concentration (pH) Hydrogen ion concentration (pH), oxidation-reduction potential (ORP), conductivity (EC), oxygen concentration (DO).
  • maintenance of the aquaculture pond can be performed without waste by notifying the deterioration tendency of the aquaculture pond in advance.
  • the present invention by ensuring appropriate water quality for breeding on a daily basis, it is possible to prevent mortality of farmed fish and to breed farmed fish effectively and economically.
  • Cleaning the aquaculture pond is the work of removing residual food and excrement accumulated in the filtration tank. The water is changed all the time, but when cleaning is done, the water in the filter tank is almost drained, and a large amount of water is lost. According to the present invention, this work can reduce energy loss and economic loss due to mass replacement of water in order to prevent the water quality from being significantly deteriorated.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an overall configuration including a water quality management device for aquaculture ponds and equipment of aquaculture ponds according to the present invention.
  • the water quality management device 1 includes a storage unit 2, a determination unit 3, and a display unit 4.
  • an ammonia concentration sensor 11, a pH sensor 12, an oxidation-reduction potential meter (ORP meter) 13, a conductivity meter (EC meter) 14, and an oxygen concentration sensor (DO meter) Dissolved oxygen sensor 15 is installed.
  • five external sensors 11 to 15 are shown in FIG. 1, it is not necessary to install all the external sensors in the aquaculture pond as described in the following examples, and at least one external sensor is used. It suffices if it is installed.
  • Each of the external sensors 11 to 15 is connected to the water quality management device 1 by telecommunications means, or by manually inputting a measured value to the water quality management device 1 or the like, the external sensors 11 to 15
  • the measured values (ammonia concentration, hydrogen ion concentration (pH), oxidation-reduction potential (ORP), conductivity (EC), and oxygen concentration (DO)) related to various water qualities, which are the measurement results of each of the above, are stored in the storage unit 2. ..
  • the determination unit 3 calculates a future predicted value based on the fluctuation of the measured value stored in the storage unit 2, and determines when the predicted value exceeds a reference value indicating deterioration of water quality.
  • the display unit 4 displays the time when the reference value is exceeded, that is, the time when the water in the pond needs to be replaced, based on the determination result of the determination unit 3.
  • the farming pond management facilities 21 to 25 include a pH sensor 21 for measuring the pH of water supplied to the pond, a water supply valve 22 for supplying water to the pond, and an oxygen dissolving machine for increasing the oxygen concentration of the pond. 23, an instruction / alarm device 24 that gives an instruction or an alarm based on the state of the pond, and an aeration water wheel 25 for blowing air.
  • Each of these management facilities is an example, and it is possible to add appropriate facilities to each aquaculture pond, or to omit the facilities.
  • Each of these fishpond management facilities 21 to 25 can be centrally managed and controlled by the water quality management device 1, or can be manually operated based on the display of the display unit 4. In the following description of the embodiment, eel is taken as an example of farmed fish, but the present invention is not limited to eel.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the factors of changes in water quality in the aquaculture pond and their mutual relationships. This is summarized by the inventor based on his experience in breeding farmed fish.
  • pH hydrogen ion concentration
  • DO oxygen solubility (oxygen concentration)
  • Temp water temperature
  • ORP redox potential
  • EC conductivity
  • Ammonia (NH 3) is oxidized by nitrification of filtration bacteria (nitrifying bacteria), toxic changes to low nitrite (NO 2), further nitrite (NO 2) even lower toxicity nitrate (NO 3 ).
  • NO 2 nitrifying bacteria
  • NO 2 nitrite
  • NO 3 lower toxicity nitrate
  • sludge accumulates in the pond and the nitrification reaction decreases.
  • the pH is lowered by the oxidative decomposition of ammonia, and the generation of nitric acid, which is a product, causes an increase in conductivity.
  • Oxygen is required for this oxidative decomposition of ammonia, and the higher the temperature, the higher the activity of nitrifying bacteria.
  • ORP redox potential
  • FIGS. 3 (A) and 3 (B) are graphs showing changes in pH and DO (oxygen concentration, dissolved oxygen) after feeding.
  • pH and DO oxygen concentration, dissolved oxygen
  • the inside of the broken line in the graph is the range A where fluctuation is allowed, but there is a time (t> t1) beyond that range. Therefore, daily fluctuations in water quality are also an important factor in managing aquaculture ponds. If the amount of feed is not appropriate, the pH will drop too much or the DO will drop too much, causing a load on the farmed fish and increasing the risk of illness.
  • nitrite breeding method and “ammonia breeding method” are known. These breeding methods differ in the equipment of the pond (size of the settling tank, the presence or absence of gravel), the breeding period (40 to 50 days or 90 to 120 days), and the feeding method (number of feedings per day). Moreover, the characteristics of water quality (allowable range of nitrite concentration or ammonia concentration) are also different. Therefore, each of these known breeding methods has a different tendency of fluctuation of the measured value by various external sensors. In addition, the fluctuation tendency predicted by each breeding method and the standard value indicating the deterioration of water quality are also different.
  • FIG. 4 is a graph showing fluctuations in pH and fluctuations in ammonia concentration based on actual breeding results
  • (A) is a graph by a nitrite breeding method
  • (B) is a graph by an ammonia breeding method.
  • the origin of the graph, t0 is the start time of breeding, and the time txx is the time of water change because the water quality is deteriorated. After cleaning the pond, breeding will start from t1 (t0 ⁇ t1 ⁇ tx, t1 are not shown).
  • the measurement by the sensor is set to once a day before feeding, and the fluctuation in one day is excluded.
  • an appropriate measurement method can be adopted, such as measuring a plurality of times at a fixed time and adopting an average value.
  • the water quality management method differs between the nitrite breeding method and the ammonia breeding method.
  • the pH is adjusted by adding calcium carbonate as described later (see point C in FIG. 4 (A)), but in the ammonia breeding method, the pH is not adjusted.
  • the pH rises with the passage of time, and the ammonia concentration reaches the reference value XX indicating the deterioration of water quality at the water replacement time txx, and the amount of feed is increased before the time txx is reached. The decrease can be seen from the graphs (A) and (B) of FIG.
  • the future water quality is predicted from the fluctuation tendency of pH or the fluctuation tendency of ammonia concentration based on, for example, comparison with the accumulated past data, and the pond It is possible to predict when the water will be replaced. Examples based on the fluctuation tendency of pH or ammonia concentration will be described in Examples 1 and 2 below.
  • known analytical means including statistical methods can be adopted, for example, prediction based on the approximate curve or regression line of the graph using the function function of spreadsheet software.
  • the prediction of water quality fluctuations in addition to predicting when the predicted value reaches the reference value, the slope of the predicted value with respect to the time axis, that is, the volatility of the predicted value per unit time is equal to or higher than the predetermined value. Or, it is possible to predict the time when the value becomes less than a predetermined value and determine the time when the water in the pond needs to be replaced.
  • Example 1 changes in the ammonia concentration are monitored for a certain period of time (daily), the concentration is predicted to reach a predetermined value based on the changes so far, and water replacement (the limit life of the pond) is performed in advance. It is an announcement. For example, by using an analytical means, it is possible to predict the time txx when the ammonia concentration reaches the reference value XX indicating the deterioration of water quality, based on the rate of increase in the ammonia concentration at the time tx when the notification is made in advance. Specifically, as is clear from the fluctuation of the ammonia concentration in FIG.
  • the ammonia concentration has been changing at a low value since the start of the breeding period, and it is not possible to predict the water replacement time during this period.
  • the time txx when the ammonia concentration reaches the reference value XX, which indicates deterioration of water quality, at the time tx from the rising tendency. Since it is not possible to make a very accurate prediction at the stage when the ammonia concentration starts to rise, the time tx to notify in advance is, for example, the time when the ammonia concentration exceeds XX / 3 (one-third of the reference value XX). You can also do it.
  • the increase in ammonia between time tx and time txx is due to a decrease in oxidation reaction (pH 5.5 or less, temperature decrease, oxygen deficiency, bicarbonate ion deficiency) and an increase in reduction reaction (hedro accumulation, anaerobic state). Since the water quality control device 1 notifies in advance the time txx when the ammonia concentration rises and exceeds the reference value XX, the operator can determine that it is necessary to improve the decrease in the oxidation reaction and the increase in the reduction reaction. Workers should start water replacement before the time txx is reached, in addition to the work to improve the pond environment, as the time tx to give advance notice will be more accurate as it approaches the time txx. Can be done.
  • the water quality management device 1 can also make corrections based on the feed amount by storing data on the feed amount.
  • Example 2 In the second embodiment, the change in pH is monitored on a daily basis, the value is predicted to reach a predetermined value, and the water replacement time txx is notified in advance. Similar to the reference value XX in which the ammonia concentration indicates deterioration of water quality in Example 1, the time txx when the pH reaches the reference value can be predicted and notified in advance. If the predicted pH value tends to decrease during the breeding period before the water quality of the fishpond deteriorates, the water quality control device 1 displays an instruction to add a pH adjuster (calcium carbonate, baking soda, etc.) and increases it. If there is a tendency, instructions can be displayed to replace the water and remove the deposits.
  • a pH adjuster calcium carbonate, baking soda, etc.
  • the water quality management device 1 can be set so as not to predict the time when the water quality deteriorates at a certain time when there are mountains and valleys.
  • Example 3 changes in ORP are monitored for a certain period of time (daily), and when a decrease in the numerical value is continuously detected, the oxidizing capacity of the pond is reduced, that is, the time for water replacement (life limit of the pond) is It announces that it is approaching. If the ORP exceeds 300 mV, the pH is 5.5 or less and there is a high possibility that the oxidation reaction is unlikely to occur, so a pH adjuster is added.
  • FIG. 5 is a graph showing fluctuations in pH and fluctuations in ORP (oxidation-reduction potential).
  • ORP oxidation-reduction potential
  • the ORP repeats fluctuations between positive and negative, and then the pH tends to increase after the period T in which the ORP remains negative and the aquaculture continues. Since this condition indicates that the life of the aquaculture pond is approaching, it is possible to predict the replacement time of the water in the pond by monitoring the ORP and detecting the period T during which the negative state of the ORP continues. It is possible to predict the replacement time of pond water only from the measured values of ORP based on the accumulated past data, but as described above, it is necessary to combine other measured values to make a more accurate prediction. Is also possible.
  • Example 4 In Example 4, the change in EC (conductivity) is monitored for a certain period of time, and when the value tends to decrease, it is predicted that the value will reach a predetermined value from the amount of decrease, and the water is replaced (the limit life of the pond). Is announced in advance.
  • FIG. 6 is a graph showing the fluctuation tendency of EC (conductivity) and the replacement time of water. As shown in FIG. 6, in the case of a general ammonia breeding method, it is known that when the nitric acid concentration decreases, the ammonia concentration increases thereafter, and the state of the pond deteriorates.
  • the water quality management device 1 can perform analysis based on the accumulated past data, and can make a more accurate prediction by adding other factors such as the amount of feed.
  • the daily management of farmed fish breeding will be described based on the case of eel farming.
  • Examples of daily management of farmed fish breeding include the following items. -If the oxygen concentration does not reach a predetermined value even after driving the oxygen dissolver 23, the aeration turbine 25 is driven. -When the pH drops sharply, the water supply valve 22 is operated to supply water. ⁇ When the pH drops sharply, instruct the addition of calcium carbonate. -If the pH is lower than 5.5, the ability to decompose ammonia decreases, so control it so that it exceeds 5.5. As mentioned above, oxygen concentration is an important index in daily management of breeding.
  • FIG. 7 is a graph showing oxygen concentration control in daily management of farmed fish breeding.
  • Example 5 the change in oxygen concentration (DO) is monitored for a certain period of time, and when the reduction rate of DO becomes lower than a predetermined value, for example, when it becomes ⁇ 1 ppm / hr or more, it is notified.
  • the water quality management device 1 can be set to notify not only when the DO is lower than the predetermined value but also when the DO approaches the predetermined value and the DO is in a state of being lowered for 30 minutes or more.
  • Examples 1 to 5 have been described by taking eel as an example. As explained in each embodiment, it is possible to determine when the water in the pond needs to be replaced only by the measured values by one external sensor, but more accurate determination based on the measured values by two or more sensors. It is also possible to do. Furthermore, it is also possible to make a judgment by adding data related to breeding such as the amount of feed.
  • the water quality management device for aquaculture ponds according to the present invention is not limited to eels, but can be applied to various aquaculture fish such as rainbow trout and carp, and seafood such as shrimp and shellfish.

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Abstract

養殖池に設置された外部センサによって適宜の時間間隔で測定された水質に関する測定値を記憶する記憶部と、前記測定値の変動に基づき将来の予測値を算出し、前記予測値が水質の悪化を示す基準値を超える時期を判定する判定部と、前記基準値を超える時期を表示する表示部と、を具備し、前記時期は池の水の入れ替えが必要となる時期である、養殖池用水質管理装置が提供される。

Description

養殖池用水質管理装置及び方法
　本発明は、養殖池用水質管理装置及び方法に関する。
　養殖池の水質管理に関して、特許文献１に示されるような養殖池の水質評価方法が知られている。この水質評価方法は、鯉の養殖における水質を評価するための指標として酸化還元電位を活用し、鯉の健康を維持するための水質評価方法及び水質検査表を提供するものである。しかしながら、この方法は、単に酸化還元電位を指標として現時点での水質を判断するものであって、将来的な水質悪化傾向を把握し、池の水の入れ替え時期を事前に告知するものではない。また、コンクリート製養殖池という特殊な例であり、水質条件も異なるため、土に囲まれた天然の養殖池へ適用することは困難である。
　特許文献２に示されるような養殖池水質浄化システムなども知られている。この水質浄化システムは、複数の養殖池を監視し、そのうちの最も水質の悪い養殖池を選択して浄化を行うものであるが、特許文献１と同様に、将来的な水質悪化傾向を把握し、池の水の入れ替え時期を事前に告知するものではない。
　上記のとおり、コンクリート製養殖池の水質評価方法や、養殖池水質浄化システムは知られていたが、養殖池の水質悪化傾向を把握し、池の水の入れ替え時期を事前に告知するシステムは知られていなかった。
　このため、将来的な養殖池の悪化傾向を把握することは困難であり、従来は、将来的な養殖池の悪化傾向の把握は、養殖池を管理する専門家（職人）の勘と経験に依存していた。また、環境条件等によっては、養殖池の水質が急激に悪化することもあり、池の水の入れ替え、養殖池の清掃作業を効率的に行うことができなかった。
　養殖池以外の水質管理に関する技術として、特許文献３には、金魚鉢の水質監視システムが開示されている。このシステムは、一般家庭の観賞魚用水槽の水質監視システムであって、水質の悪化を警報で知らせることができる。また、特許文献４には、水槽用の水質監視システムが開示されており、養殖魚水槽の水質が正常範囲を逸脱する場合に警報を発することができる。しかしながら、特許文献３及び４の水質監視システムは、水の入れ替え時期を事前に告知するものではない。なお、水槽と養殖池とでは、対象となる魚や、規模、水質環境等が全く異なるため、これらの水槽用の監視システムにおいて水の入れ替え時期を事前に告知する必要はないと考えられる。
　以上のとおり、養殖池の水質評価を行うこと、水質浄化を行う装置、ならびに水槽の水質監視システムは知られていたが、養殖池の環境状態を正確に把握し、池の水質悪化傾向を予測することによって、池の水の入れ替えが必要となる時期を事前に告知するという技術や装置は存在しなかった。
特開２０１７－１１６５６１号公報 特開２０１８－３３４１８号公報 中国実用新案第２０３１０１３７２号明細書 特表２０１８－５０６１０８号公報
　本発明は、養殖池の水質管理に関して、各水質変動値に基づいて池の環境状態を正確に把握し、池の水質悪化傾向の予測を行い、悪化することを事前に告知する装置又は方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明に係る養殖池用水質管理装置は、養殖池に設置された外部センサによって適宜の時間間隔で測定された水質に関する測定値を記憶する記憶部と、前記測定値の変動に基づき将来の予測値を算出し、前記予測値が水質の悪化を示す基準値を超える時期を判定する判定部と、前記基準値を超える時期を表示する表示部と、を具備し、前記時期は池の水の入れ替えが必要となる時期である。
　本発明に係る養殖池用水質管理装置によって、養殖池の水質に関する変動値に基づいて池の環境状態を正確に把握し、池の水質悪化傾向の予測を行い、悪化することを事前に告知することができる。
　本発明において、外部センサによる測定は、１日１回定時に行ってもよい。
　測定を毎日定時に、例えば、１日１回の給餌前、又は、１日複数回の給餌のうちの１回の給餌前に行うことにより、１日２４時間の変動の影響、特に、給餌前と給餌後の変動の影響を受けることなく、正確な測定が可能となる。
　本発明において、判定部は、統計的手法によって予測値を算出して、池の水の入れ替えが必要となる時期を判定してもよい。
　公知の統計的手法を用いて分析を行うことによって、判定部は測定値に基づいて正確な予測が可能となる。
　本発明において、判定部は、測定値に基づいて算出された予測値の時間軸に対する傾きが所定値以上又は所定値以下となる時点を予測して、基準値を超える時期を判定してもよい。
　判定部は、測定値に基づいて算出された予測値の時間軸に対する傾きが所定値以上又は所定値以下となる時点を予測することによって、正確な予測が可能となる。
　本発明において、外部センサがアンモニアセンサであり、測定値がアンモニア濃度であってもよい。
　外部センサとしてアンモニアセンサを用いることにより、アンモニア濃度に基づいて池の水の入れ替えが必要となる時期を判定することができる。
　本発明において、外部センサがｐＨセンサであり、測定値が水素イオン濃度（ｐＨ）であってもよい。
　外部センサとしてｐＨセンサを用いることにより、水素イオン濃度（ｐＨ）に基づいて池の水の入れ替えが必要となる時期を判定することができる。
　本発明において、外部センサが酸化還元電位計であり、測定値が酸化還元電位（ＯＲＰ）であってもよい。
　外部センサとして酸化還元電位計を用いることにより、酸化還元電位（ＯＲＰ）に基づいて池の水の入れ替えが必要となる時期を判定することができる。
　本発明において、外部センサが導電率計であり、測定値が導電率（ＥＣ）であってもよい。
　外部センサとして導電率計を用いることにより、導電率（ＥＣ）に基づいて池の水の入れ替えが必要となる時期を判定することができる。
　本発明において、外部センサが酸素濃度センサであり、測定値が酸素濃度（ＤＯ）であってもよい。
　外部センサとして酸素濃度センサを用いることにより、酸素濃度（ＤＯ）に基づいて池の水の入れ替えが必要となる時期を判定することができる。
　本発明に係る養殖池用水質管理装置は、外部センサとして、アンモニアセンサ、ｐＨセンサ、酸化還元電位計、導電率計、酸素濃度センサのうちの２つ以上を用い、測定値として受け取った、アンモニア濃度、水素イオン濃度（ｐＨ）、酸化還元電位（ＯＲＰ）、導電率（ＥＣ）、酸素濃度（ＤＯ）のうちの２つ以上の測定値に基づいて、水質悪化を示す基準値を超える時期を判定してもよい。２つ以上の測定値を用いることによって、判定部は測定値に基づいてより正確な判定を行うことができる。
　さらに、本発明に係る養殖池用水質管理方法は、養殖池に設置された外部センサによって適宜の時間間隔で測定された水質に関する測定値を記憶部に記憶するステップと、前記測定値の変動に基づき、判定部によって将来の予測値を算出し、前記予測値が水質の悪化を示す基準値を超える時期を判定するステップと、前記基準値を超える時期を表示部に表示するステップと、を含み、前記時期は池の水の入れ替えが必要となる時期である。
　本発明に係る養殖池用水質管理方法において、外部センサは、アンモニアセンサ、ｐＨセンサ、酸化還元電位計、導電率計、酸素濃度センサのうちの少なくとも１つであり、前記測定値は、アンモニア濃度、水素イオン濃度（ｐＨ）、酸化還元電位（ＯＲＰ）、導電率（ＥＣ）、酸素濃度（ＤＯ）のうちの少なくとも１つである。
　本発明によれば、養殖池の悪化傾向を事前に告知することにより、養殖池のメンテナンスを無駄なく行うことができる。
　本発明によれば、日常的に飼育に適正な水質を確保することにより、養殖魚のへい死を防止するほか、効果的かつ経済的に養殖魚の飼育を行うことができる。また、これまで職人の勘と経験に依存していた管理方法を水質の変動と照らし合わせて、養殖魚におけるノウハウである「最適な飼育方法」をデータで蓄積することもできる。
　養殖池の清掃は濾過槽に堆積した残餌や排泄物などを取り除く作業である。水替えは常に行っているが、清掃を行うと濾過槽の水をほぼ抜くことになり、水を大量に消失してしまう。本発明によれば、この作業により、水質が大幅に悪化することを防ぐため、水の大量入れ替えによるエネルギー損失と経済損失を減らすことができる。
本発明に係る水質管理装置及び養殖池の設備を含む全体構成を示す概略図である。 本発明の前提となる、養殖池における水質変化の要因とその相互の関係性を示した模式図である。 給餌後のｐＨ及びＤＯ（酸素濃度）の変動を示したグラフである。 本発明の実施例１及び２に関連して、異なる飼育法における、ｐＨの変動及びアンモニア濃度の変動を示したグラフである。 本発明の実施例３に関連して、ｐＨの変動及びＯＲＰ（酸化還元電位）の変動を示したグラフである。 本発明の実施例４に関連して、ＥＣ（導電率）の変動傾向と、水の入れ替え時期を示したグラフである。 本発明の実施例５に関連して、養殖魚飼育の日常管理における酸素濃度制御を示したグラフである。
　図１は、本発明に係る養殖池用水質管理装置及び養殖池の設備を含む全体構成を示す概略図である。水質管理装置１は、記憶部２と、判定部３と、表示部４とを備えている。養殖池には、外部センサ１１～１５として、アンモニア濃度センサ１１と、ｐＨセンサ１２と、酸化還元電位計（ＯＲＰ計）１３と、導電率計（ＥＣ計）１４と、酸素濃度センサ（ＤＯ計、溶存酸素センサ）１５とが設置されている。なお、図１には、５つの外部センサ１１～１５が記載されているが、以下の実施例で説明するとおり、養殖池にすべての外部センサを設置する必要はなく、少なくとも１つの外部センサが設置されていればよい。
　外部センサ１１～１５の各々は、電気通信手段によって水質管理装置１に対して接続されているか、又は、手動等により水質管理装置１に対して測定値を入力することによって、外部センサ１１～１５の各々の測定結果である各種水質に関する測定値（アンモニア濃度、水素イオン濃度（ｐＨ）、酸化還元電位（ＯＲＰ）、導電率（ＥＣ）及び酸素濃度（ＤＯ））が記憶部２に記憶される。判定部３は、記憶部２に記憶された測定値の変動に基づいて、将来の予測値を算出し、前記予測値が水質の悪化を示す基準値を超える時期を判定する。表示部４は、判定部３の判定結果に基づいて、基準値を超える時期、すなわち、池の水の入れ替えが必要となる時期を表示する。
　養殖池の周辺には、各種養殖池用管理設備２１～２５が設置されている。養殖池用管理設備２１～２５は、池に給水する水のｐＨを測定するためのｐＨセンサ２１と、池に給水するための給水弁２２と、池の酸素濃度を増加させるための酸素溶解機２３と、池の状態に基づいて指示や警報を行う、指示・警報装置２４と、空気を吹き込むための曝気水車２５とを含む。これら管理設備の各々は、例示であって、各養殖池において、適宜の設備を付加することが可能であり、設備を省略することも可能である。これらの養殖池用管理設備２１～２５の各々は、水質管理装置１によって一元的に管理制御することもできるし、表示部４の表示等に基づいて手動によって操作することもできる。なお、以下の実施形態の説明では、養殖魚として鰻を例とするが、本発明は鰻に限られるものではない。
　実施形態を詳細に説明する前に、まず、養殖池の水質管理について説明をしておく。
　図２は、養殖池における水質変化の要因、相互の関係性を示した模式図である。これは、本件発明者がこれまでの養殖魚の飼育経験を踏まえてまとめたものである。図２において、ｐＨは水素イオン濃度、ＤＯは酸素溶解度（酸素濃度）、Ｔｅｍｐは水温、ＯＲＰは酸化還元電位、ＥＣは導電率である。以下、図２に基づいて説明する。
　養殖池においては、魚の排泄物などが微生物によって分解されてアンモニアが発生する。アンモニア（ＮＨ3）は、ろ過バクテリア（硝化菌）の硝化反応によって酸化されて、毒性が低い亜硝酸（ＮＯ2）に変化し、さらに亜硝酸（ＮＯ2）から毒性がさらに低い硝酸（ＮＯ3）へ変化する。しかし、養殖魚の長期飼育を行っていると、池にヘドロが蓄積し、硝化反応が低下する。アンモニアの酸化分解によりｐＨは低下し、生成物である硝酸が発生すると導電率の上昇が起きる。このアンモニアの酸化分解には酸素が必要であり、温度も高い方が硝化菌の活性が上がる。一方、ヘドロの蓄積により還元反応が酸化反応より強くなると硝酸の還元反応が起こり、ｐＨは高くなり、導電率は低下する。この時、養殖池の水は酸化還元電位（ＯＲＰ）が下がる。このような知見の下で、ヘドロの清掃など、池の状態回復を目的とした池の管理業務において、酸化還元電位（ＯＲＰ）とｐＨに基づいて池の状態を把握することができる。ただし、酸素が十分存在し、反応場、アンモニアもある状態においてｐＨが低下（５．５以下）している場合は、硝化菌の活性が低下するため酸化還元電位（ＯＲＰ）が極端に高くなる。
　図３（Ａ）（Ｂ）は、給餌後のｐＨ及びＤＯ（酸素濃度、溶存酸素）の変動を示したグラフである。グラフから明らかなとおり、給餌ｔ０からの時間ｔの経過とともにｐＨ及びＤＯが変動する。グラフの破線の内側は、変動が許容される範囲Ａであるが、その範囲を超える時期（ｔ＞ｔ１）が存在する。このため、１日における水質変動も養殖池を管理する上で重要な要素である。給餌量が適切でない場合、ｐＨが下がり過ぎたり、ＤＯが下がり過ぎたりするので、養殖魚への負荷が発生し、病気のリスクが高くなる。そのため数日間の池の給餌後の状態変動を確認していくことで最適な給餌量の目安を把握することができ、さらに、ＤＯ低下時の酸素溶解機２３の出力上昇、ｐＨ調整剤による事前対応も可能となる。このように、給餌量と水質に関するデータを収集し分析することによって、従来職人の勘と経験により行われていたノウハウをデータ化することが可能になる。
　鰻の養殖では、「亜硝酸飼育法」及び「アンモニア飼育法」が知られている。これらの飼育法は、養殖池の設備（沈殿槽の大きさ、砂利の有無）、飼育期間（４０～５０日間又は９０～１２０日間）、及び、給餌方法（１日の給餌回数）等が異なり、かつ、水質の特徴（亜硝酸濃度又はアンモニア濃度の許容範囲）も異なる。したがって、これら既知の飼育法はそれぞれ、各種外部センサによる測定値の変動傾向が異なる。また、それぞれの飼育法によって予測される変動傾向と、水質の悪化を示す基準値なども異なる。
　図４は、実際の飼育結果に基づいて、ｐＨの変動及びアンモニア濃度の変動を示したグラフであり、（Ａ）は亜硝酸飼育法、（Ｂ）はアンモニア飼育法によるグラフである。グラフの原点であるｔ０は飼育の開始時点であり、時期ｔｘｘは水質悪化の状態であるため水替え時期である。池の清掃を終えた後は、ｔ１から飼育を開始することになる（ｔ０＜ｔ１＜ｔｘ、ｔ１は図示せず）。このグラフでは、例えば、センサによる測定を給餌前１日１回とするなどによって、１日における変動を除外している。なお、センサによる測定は１日１回とするほか、複数回を定時に測定して平均値を採用するなど、適宜の測定方法を採用することができる。
　上記のとおり、亜硝酸飼育法とアンモニア飼育法とでは、水質管理の手法が異なっている。例えば、亜硝酸飼育法では、後述のとおり炭酸カルシウムを投入することによってｐＨの調整が行われるが（図４（Ａ）Ｃ点参照。）、アンモニア飼育法ではｐＨの調整は行っていない。しかしながら、２つの飼育法ではともに、時間の経過とともにｐＨが上昇し、水の入れ替え時期ｔｘｘにおいて、アンモニア濃度が水質の悪化を示す基準値ＸＸに達しており、時期ｔｘｘに達する前から給餌量が減少することが図４のグラフ（Ａ）（Ｂ）から見て取れる。このように、いずれの飼育法であっても、例えば、蓄積した過去のデータとの比較等に基づいて、ｐＨの変動傾向、又は、アンモニア濃度の変動傾向から将来の水質を予測し、池の水の入れ替え時期を予測することが可能である。ｐＨ又はアンモニア濃度の変動傾向に基づく実施例については、以下の実施例１及び実施例２で説明する。
　将来の水質変動の予測については、例えば、表計算ソフトの関数機能を用いてグラフの近似曲線や回帰直線に基づく予測を行うなど、統計的手法を含む公知の分析手段を採用することができる。また、過去の飼育結果をデータとして蓄積し、データを参照して判定を行うことが可能であり、かつ、データに基づいて水質悪化傾向を判定するための基準となる基準値を設定することもできる。さらに、水質変動の予測については、予測値が基準値に達する時期を予測することに加えて、予測値の変動傾向の時間軸に対する傾き、すなわち、予測値の単位時間の変動率が所定値以上、又は所定値以下となる時期を予測して、池の水の入れ替えが必要となる時期として判定することもできる。
　（実施例１）
　実施例１は、アンモニア濃度の変化を一定時間（日単位）で監視し、その濃度がこれまでの推移から所定の数値になることを予測し、水の入れ替え（池の限界寿命）を事前に告知するものである。例えば、分析手段を用いることによって、事前に告知を行う時期ｔｘにおけるアンモニア濃度の上昇率に基づいて、アンモニア濃度が水質の悪化を示す基準値ＸＸに達する時期ｔｘｘを予測することができる。
　具体的に説明すると、図４のアンモニア濃度の変動から明らかなように、飼育期間の開始からアンモニア濃度は低い数値で推移しており、この期間は水の入れ替え時期の予測はできない。しかし、アンモニア濃度が上がり始めれば、その上昇傾向から時期ｔｘにおいて、アンモニア濃度が水質の悪化を示す基準値ＸＸに達する時期ｔｘｘを予測できる。アンモニア濃度の上昇が始まった段階ではあまり正確な予測はできないので、事前に告知を行う時期ｔｘは、例えばアンモニア濃度がＸＸ／３（基準値ＸＸの３分の１）を越えた時期以降とすることもできる。時期ｔｘから時期ｔｘｘの間のアンモニアの上昇は、酸化反応の低下（ｐＨ５．５以下、温度低下、酸素不足、炭酸イオン不足）及び還元反応の増加（ヘドロ蓄積、嫌気性状態）に起因する。水質管理装置１は、アンモニア濃度が上昇して基準値ＸＸを超える時期ｔｘｘを事前に告知するので、作業者は、酸化反応の低下及び還元反応の増加を改善させる必要があると判断ができる。事前に告知を行う時期ｔｘが時期ｔｘｘに近づくにつれてより正確な予告となるので、作業者は、池の環境を改善する作業に加えて、時期ｔｘｘに達する前に、水の入れ替えを開始することができる。なお、アンモニア濃度は給餌量の増加によっても上昇が起こるため、給餌量による補正を行う必要があり、現時点でのアンモニア濃度が基準値にあたるか否かを判断しなければならない。水質管理装置１は、給餌量に関するデータを記憶させることによって、給餌量による補正を行うことも可能である。
　（実施例２）
　実施例２は、ｐＨの変化を日単位で監視し、その数値が所定値になるのを予測して水の入れ替え時期ｔｘｘを事前に告知するものである。実施例１における、アンモニア濃度が水質の悪化を示す基準値ＸＸと同様に、ｐＨが基準値に達する時期ｔｘｘを予測して事前に告知することができる。養殖池の水質が悪化する前の飼育期間において、ｐＨの予測値が低下傾向にある場合は、水質管理装置１は、ｐＨ調整剤（炭酸カルシウム、重曹など）を添加させる指示を表示し、増加傾向にある場合は水の入れ替え、堆積物の除去を行うよう指示を表示することができる。上記のとおり、亜硝酸飼育法では、図４（Ａ）のｐＨの変動のＣ点において炭酸カルシウムを池に投入してｐＨの調整を行っている。このようにｐＨ調整によってｐＨが変動して山と谷がある時期においては水の入れ替え時期を予測することはできない。したがって、水質管理装置１は、山と谷がある時期において水質が悪化する時期の予測を行わないように設定することができる。
　（実施例３）
　実施例３は、ＯＲＰの変化を一定時間（日単位）で監視し、数値の減少を継続して検知すると池の酸化能力が低下している、つまり水の入れ替え（池の限界寿命）時期が近づいていることを告知するものである。ＯＲＰが３００ｍＶを超える場合はｐＨが５．５以下になって酸化反応が起きにくい状態である可能性が高いためｐＨ調整剤を添加する。
　実施例３に関連して、図５は、ｐＨの変動と、ＯＲＰ（酸化還元電位）の変動を示したグラフである。図５から明らかなとおり、ＯＲＰは、正と負の間で変動を繰り返すが、その後、ＯＲＰが負のままで養殖が続く期間Ｔの後、ｐＨが上昇する傾向が見られる。この状態は養殖池の寿命が近づいたことを示しているので、ＯＲＰを監視し、ＯＲＰの負の状態が継続する期間Ｔを検出することによって池の水の入れ替え時期を予測することができる。なお、蓄積した過去のデータなどに基づいてＯＲＰの測定値のみから、池の水の入れ替え時期を予測することができるが、上述のとおり、他の測定値を組み合わせてより正確な予測を行うことも可能である。
　（実施例４）
　実施例４は、ＥＣ（導電率）の変化を一定時間で監視し、その数値が減少傾向にあるとき減少変化量から所定の数値になることを予測し、水の入れ替え（池の限界寿命）を事前に告知するものである。実施例４に関連して、図６は、ＥＣ（導電率）の変動傾向と、水の入れ替え時期を示したグラフである。図６に示されるように、一般的なアンモニア飼育法の場合、硝酸濃度が下がるとその後アンモニア濃度が上昇し、池の状態は悪くなることが知られている。このように、硝酸濃度とＥＣとは相関関係があるので、アンモニア濃度がＸＸに達する時期ｔｘｘを予測することに代えて、ＥＣの変化を監視し、ＥＣの減少率、すなわち、経過時間に対するＥＣの変化の傾き（負の傾き）が所定値以下（絶対値で所定値以上）となる時期ｔｘｘを予測することによって、水の入れ替え時期を事前に告知することができる。また、水質管理装置１は、蓄積した過去のデータに基づいて分析を行うほか、給餌量など他の要素も加えることによって、より正確な予測を行うことが可能である。
　実施例５の説明を行う前に、鰻を養殖する場合に基づいて、養殖魚飼育の日常管理について説明する。養殖魚飼育の日常管理として、例えば以下の事項が挙げられる。
・酸素溶解機２３を駆動しても酸素濃度が所定値にならない場合は曝気水車２５を駆動する。
・ｐＨが急激に低下したときは給水弁２２を操作して給水する。
・ｐＨが急激に低下したときは炭酸カルシウムの投入を指示する。
・ｐＨは５．５を下回るとアンモニアの分解能力が低下するので５．５を上回るように管理する。
　上記のとおり、飼育の日常管理において、酸素濃度は重要な指標となっている。
　図７は、養殖魚飼育の日常管理における酸素濃度制御を示したグラフである。
　まず、日常管理として、酸素濃度（ＤＯ）が急激に低下した場合は、餌喰いが活発である場合が多く、この場合は酸素供給量を増やす必要がある。酸素濃度の急激な低下は、多量の養殖魚のへい死を招くおそれがあるので酸素濃度の低下を防止する必要がある。図７に示すように、酸素の急激な低下時には、ΔＴ時間、酸素溶解機２３を駆動し、酸素濃度を上昇させる制御を行う。酸素溶解機２３を駆動しても酸素濃度が所定値にならない場合は曝気水車２５を駆動する。
　（実施例５）
　実施例５は、酸素濃度（ＤＯ）の変化を一定時間で監視し、ＤＯの減少率が所定値よりも低下したとき、例えばΔ１ｐｐｍ／ｈｒ以上になった場合に告知するものである。水質管理装置１は、ＤＯが所定値よりも低下したときだけでなく、所定値に近づいたとき、ＤＯが３０分以上低下した状態である場合にも告知するように設定することができる。
　上記では、鰻を例として、実施例１ないし５を説明した。各実施例でも説明したとおり、１つの外部センサによる測定値のみによって池の水の入れ替えが必要となる時期を判定することができるが、２つ以上のセンサによる測定値に基づいてより正確な判定を行うことも可能である。さらに、給餌量等、飼育に関するデータを加えて判定を行うことも可能である。
　なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的構成はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
　本発明に係る養殖池の水質管理装置は、鰻に限定されるものではなく、虹鱒、鯉等、様々な養殖魚や海老、貝といった魚介類などに適用することが可能である。
　１　　　　　水質管理装置
　２　　　　　記憶部
　３　　　　　判定部
　４　　　　　表示部
　１１～１５　外部センサ
　２１～２５　養殖池用管理設備

Claims (12)

  1. 　養殖池に設置された外部センサによって適宜の時間間隔で測定された水質に関する測定値を記憶する記憶部と、
    　前記測定値の変動に基づき将来の予測値を算出し、前記予測値が水質の悪化を示す基準値を超える時期を判定する判定部と、
    　前記基準値を超える時期を表示する表示部と、を具備し、前記時期は池の水の入れ替えが必要となる時期である、養殖池用水質管理装置。
  2. 　前記外部センサによる測定は、１日１回定時に行われる、請求項１に記載の養殖池用水質管理装置。
  3. 　前記判定部は、統計的手法によって前記予測値を算出して、前記時期を判定する、請求項１又は２に記載の養殖池用水質管理装置。
  4. 　前記判定部は、前記測定値に基づいて算出された前記予測値の時間軸に対する傾きが所定値以上又は所定値以下となる時点を予測して、前記基準値を超える時期を判定する、請求項１～３のいずれか一項に記載の養殖池用水質管理装置。
  5. 　前記外部センサがアンモニアセンサであり、前記測定値がアンモニア濃度である、請求項１～４のいずれか一項に記載の養殖池用水質管理装置。
  6. 　前記外部センサがｐＨセンサであり、前記測定値が水素イオン濃度（ｐＨ）である、請求項１～４のいずれか一項に記載の養殖池用水質管理装置。
  7. 　前記外部センサが酸化還元電位計であり、前記測定値が酸化還元電位（ＯＲＰ）である、請求項１～４のいずれか一項に記載の養殖池用水質管理装置。
  8. 　前記外部センサが導電率計であり、前記測定値が導電率（ＥＣ）である、請求項１～４のいずれか一項に記載の養殖池用水質管理装置。
  9. 　前記外部センサが酸素濃度センサであり、前記測定値が酸素濃度（ＤＯ）である、請求項１～４のいずれか一項に記載の養殖池用水質管理装置。
  10. 　前記外部センサとして、アンモニアセンサ、ｐＨセンサ、酸化還元電位計、導電率計、酸素濃度センサのうちの２つ以上を用い、前記測定値として受け取った、アンモニア濃度、水素イオン濃度（ｐＨ）、酸化還元電位（ＯＲＰ）、導電率（ＥＣ）、酸素濃度（ＤＯ）のうちの２つ以上の測定値に基づいて、水質悪化を示す基準値を超える時期を判定する、請求項１～９のいずれか一項に記載の養殖池用水質管理装置。
  11. 　養殖池に設置された外部センサによって適宜の時間間隔で測定された水質に関する測定値を記憶部に記憶するステップと、
    　前記測定値の変動に基づき、判定部によって将来の予測値を算出し、前記予測値が水質の悪化を示す基準値を超える時期を判定するステップと、
    　前記基準値を超える時期を表示部に表示するステップと、を含み、前記時期は池の水の入れ替えが必要となる時期である、養殖池用水質管理方法。
  12. 　外部センサは、アンモニアセンサ、ｐＨセンサ、酸化還元電位計、導電率計、酸素濃度センサのうちの少なくとも１つであり、前記測定値は、アンモニア濃度、水素イオン濃度（ｐＨ）、酸化還元電位（ＯＲＰ）、導電率（ＥＣ）、酸素濃度（ＤＯ）のうちの少なくとも１つである、請求項１１に記載の養殖池用水質管理方法。
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