| 【発明の名称】 |
水棲生物飼育水浄化システム |
| 【発明者】 |
【氏名】小川 尚樹
【氏名】中村 宏
【氏名】市川 公一
【氏名】樋口 哲朗
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| 【要約】 |
【課題】本発明は、水棲生物に悪影響を与えずに、飼育水中のアンモニア態窒素並びに硝酸態窒素及び亜硝酸態窒素を含む酸化態窒素を除去することができ、サイズが小さく、且つ濾過槽の逆洗が不要な水棲生物飼育水浄化システムを提供する。
【解決手段】前記課題を解決するために、本発明は、水棲生物に悪影響を与え得る還元剤を添加せずに飼育水から硝酸態窒素を除去し得るバイオエレクトロ脱窒槽と、逆洗装置が不要な泡沫分離装置を備えた浄化システムを提供する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 飼育槽中の飼育水に含まれる有機物及びssを除去するための泡沫分離装置と、前記飼育水中のアンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換するための硝化槽と、バイオエレクトロ脱窒法によって、前記飼育水に含まれる硝酸態窒素を除去するための脱窒槽と、を備えたことを特徴とする水棲生物飼育水浄化システム。
【請求項２】 飼育槽中の飼育水に含まれる有機物及びssを除去するための濾過槽と、低温での硝化能力に優れた低温硝化菌が収容された、前記飼育水中のアンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換するための硝化槽と、バイオエレクトロ脱窒法によって前記飼育水に含まれる硝酸態窒素を除去するための脱窒槽と、を備えた水棲生物飼育水浄化システム。
【請求項３】 飼育槽中の飼育水に含まれる有機物及びssを除去するための濾過槽と、該濾過槽に収容された一以上のオゾン発生器と、前記飼育水中のアンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換するための硝化槽と、バイオエレクトロ脱窒法によって前記飼育水に含まれる硝酸態窒素を除去するための脱窒槽と、を備えた水棲生物飼育水浄化システム。
【請求項４】 前記濾過槽が泡沫分離装置であることを特徴とする請求項２に記載の水棲生物飼育水浄化システム。
【請求項５】 前記濾過槽が泡沫分離装置であることを特徴とする請求項３に記載の水棲生物飼育水浄化システム。
【請求項６】 前記泡沫分離装置の中に一以上のオゾン発生器が収容されていることを特徴とする請求項４に記載の水棲生物飼育水浄化システム。
【請求項７】 前記硝化槽と前記脱窒槽が並列配置されており、前記飼育槽から取り出した前記飼育水を分岐させて、前記硝化槽と前記脱窒槽に並列に供給することを特徴とする請求項１〜６の何れか1項に記載の水棲生物飼育水浄化システム。
【請求項８】 並列配置された前記硝化槽及び前記脱窒槽に前記飼育水を分岐させて供給するための分岐部と前記硝化槽との間に前記濾過槽又は前記泡沫分離装置が配置されていることを特徴とする請求項１〜７に記載の水棲生物飼育水浄化システム。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水族館、養殖場、実験施設における水棲生物の飼育水を浄化するためのシステムに関する。より具体的には、水棲生物に影響を与えずに、前記飼育水中の硝酸態窒素を除去する手段を備え、且つアンモニア除去能力、有機物分解能力に優れ、サイズが小さな浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】水棲生物の飼育水には、餌の食べ残し、水棲生物の老廃物（剥離したウロコ等）や排泄物を含む有機物や魚の排泄物として発生するアンモニア等の有害物質が絶えず大量に放出されるので、水族館の水槽等の閉鎖された空間で水棲生物を飼育するためには、飼育水を清浄に保つための浄化システムが不可欠である。
【０００３】このような浄化システムとして最も一般的に用いられているのは、砂濾過槽を備えた浄化システムである。該浄化システムにおいて、濾過槽は飼育水中のss(suspended solid；自然水中に懸濁している固形物)を除去する機能を有し、かつ砂表面に棲息した硝化菌によって水棲生物に対して極めて強い毒性を示すアンモニア態窒素及び亜硝酸態窒素を酸化して硝酸態窒素に変換する機能を有している。
【０００４】しかしながら、かかる浄化システムでは、アンモニア態窒素と亜硝酸態窒素を除去することはできるが、アンモニア及び亜硝酸の酸化によって生じた硝酸態窒素を全く除去し得ない。硝酸態窒素は、アンモニア態窒素や亜硝酸態窒素のような強い毒性は有していないが、硝酸態窒素は強酸性であるために、水槽中に100〜200ppm以上の高い濃度で蓄積すると飼育水のpHの低下は無視できないものとなる。
【０００５】このため、一般的な浄化システムを用いると、飼育水中に硝酸態窒素が蓄積するため飼育水の交換が必要となり、大量の水交換という多大な労力を要する操作が不可欠であるのみならず、水資源の浪費も避けられない。
【０００６】従来技術に存するかかる欠点を解消するには、飼育水から硝酸態窒素を除去するために、硝化槽に加えて、硝酸態窒素を窒素分子に還元するための脱窒槽を配設することが考えられる。
【０００７】しかしながら、現在、産業廃水処理等で用いられている脱窒法では、硝酸イオン等に電子を供与する還元剤としてメタノールやグルコース、及びその代謝物（乳酸等）を添加しなければならないので、運転コストが高くなるのみならず、水棲生物に悪影響を及ぼすことが不可避となる。
【０００８】このため、脱窒槽を備えた水棲生物飼育水浄化システムは、現在知られていない。
【０００９】また、従来の浄化システムにおいては、濾過槽として砂濾過槽又は圧力濾過槽を用いているため、システムのメンテナンスとして、濾過槽の逆洗を行う必要がある。さらに、砂濾過槽又は圧力濾過槽を用いると、逆洗工程用の装置を浄化システムに備えることが必要となるので、システムのサイズが大型化するという欠点も有している。
【００１０】加えて、従来の浄化システムには、有機物分解能力、及び低温でのアンモニア分解能力にも改良すべき点が存していた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に存する前記課題を解決するためになされたものであり、逆洗工程が不要な濾過槽、水棲生物に悪影響を与えずに脱窒反応を行い得る脱窒槽とを備えた水棲生物飼育水浄化システムを提供することを目的とする。
【００１２】本発明は、このような濾過槽及び脱窒槽に加えて、低温での硝化能力に優れた硝化菌が収容された硝化槽、及び飼育水中の有機物を分解するためのオゾン発生器を備えた水棲生物飼育水浄化システムを提供することも目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明は、飼育槽中の飼育水に含まれる有機物及びssを除去するための泡沫分離装置と、前記飼育水中のアンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換するための硝化槽と、バイオエレクトロ脱窒法によって、前記飼育水に含まれる硝酸態窒素を除去するための脱窒槽と、を備えたことを特徴とする水棲生物飼育水浄化システムを提供する。
【００１４】ここで、「泡沫分離装置」とは、飼育水と気泡を激しく接触させることにより発生した微細な泡沫に汚物やタンパク質などを付着せしめることにより液体中の汚物及び有機物を除去する装置を意味する。
【００１５】また、「バイオエレクトロ脱窒法」とは、陰極用材料又は該材料と電気的に接続された導電性材料に細菌等の生体触媒が固定化された電極を通電することにより、前記生体触媒に電子又は電子供与体（例えば、水素）を供給し、水中に存在する酸化態窒素を還元処理する方法を意味する。
【００１６】「泡沫分離装置」及び「バイオエレクトロ脱窒法」自体は公知である。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明は、飼育槽中の水棲生物に悪影響を与えずに脱窒反応を行い得る脱窒槽と、逆洗が不要な濾過槽である泡沫分離装置を備えた水棲生物飼育水浄化システムを提供する。
【００１８】本発明は、このような濾過槽及び脱窒槽に加えて、低温での硝化能力に優れた硝化菌が収容された硝化槽、及び飼育水中の有機物を分解するためのオゾン発生器を備えた水棲生物飼育水浄化システムも提供する。
【００１９】本発明の浄化システムは、バイオエレクトロ法（以下BE法と称する）によって脱窒を行い得る脱窒槽を備えているため、飼育水中の有機物のみで脱窒が可能となり、還元剤を添加する必要がないか、添加するにしてもごく少量で良い。
【００２０】以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、これらの実施例は、いかなる意味においても本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【００２１】［実施例１］本実施例では、泡沫分離装置、BE法による脱窒を行い得る脱窒槽（以下BE脱窒槽と称する）、及び低温硝化菌が収容された硝化槽を具備する浄化システムについて記載する。
【００２２】以下、図１を参照しながら、本実施例の装置を説明する。
【００２３】本実施例の装置は、浄化すべき飼育水が貯溜されている飼育水槽１と、飼育水槽１の下流に配置され水位調節を行うためのバッファータンク２と、前記飼育水を浄化システムの各部に送液するためのポンプ３と、該ポンプの後段に配設された泡沫分離装置４と、該泡沫分離装置４の後段に並列配置された硝化槽５及びBE脱窒槽６と、硝化槽５の中に収容された、硝化菌を固相するための担体７と、BE脱窒槽６の前段及び後段に配置され、BE脱窒槽６への間欠通水を可能とする電磁弁８と、BE脱窒槽６の中に収容された、脱窒菌を固相するための担体９と、担体９に固相されている脱窒菌に電子又は電子供与体を供給するための陽極１０及び陰極１１と、殺菌装置１２と、循環ライン１３とを具備する。
【００２４】本実施例の装置によって浄化し得る水は、水族館、養殖場、釣り堀、宇宙実験用施設を含む実験施設、生け簀等に貯溜されている水棲生物の飼育水であり得る。これらの飼育水は、ポンプ３の吸引作用によって、循環ライン１３を通じて、飼育水槽１からバッファータンク２を経て泡沫分離装置４に送液される。
【００２５】ポンプ３は、浄化システム中を循環させるべき飼育水の流量に応じて、市販されている任意のポンプを使用し得る。ポンプ３の設置位置及び個数は図１に示されている位置に限定されない。
【００２６】泡沫分離装置４は、水の中に含まれる水棲生物の排泄物や老廃物（剥離したウロコ等）、プランクトンの死骸、及び残餌等の有機物、並びにss等の巨大物質を濾過するための濾過槽の一種である。
【００２７】泡沫分離装置４を用いれば、濾過槽自体を洗浄するためのいわゆる逆洗工程が不要であり、逆洗工程を行うための装置を省くことによって浄化システムを小型化することができる。
【００２８】前述のように、泡沫分離装置自体は当業者に周知であり、ブロワー、コンプレッサー、エアレーター等によって発生された気泡のフローテーション効果により、水中に溶存している有機物等を槽外へ排出するシステムである。泡沫分離装置には、泡沫発生源や汚染物質を分散含有した泡沫の排出態様等が異なる様々な種類が公知であるが、本発明の浄化システムには、所望の濾過能力に応じて、任意の種類の泡沫分離装置を使用することができる。
【００２９】泡沫濾過装置４は、有機物やssを効果的に除去し得るので、飼育水槽１に貯溜された水が大量の有機物やssを含有している場合には、本実施例のごとく、硝化槽５とBE脱窒槽６の前段に濾過槽を設置して、まずこれらの汚染物質を除去してから硝化槽５とBE脱窒槽６に水を移送するのが好適であろう。
【００３０】本実施例では、濾過槽として泡沫分離装置を用いているが、濾過槽としては、泡沫分離装置に代えて、又は泡沫分離装置と共に、フィルター、スキマー、砂濾過槽、圧力濾過槽のような当業者に周知の濾過槽を使用し得るが、濾過槽自体を洗浄するための逆洗工程が不要であり、浄化システムを小型化し得るので、泡沫分離装置を用いることが好ましい。
【００３１】硝化槽５は、生物学的硝化法によって、より具体的には硝化菌の作用によって、アンモニア態窒素を硝酸態窒素に酸化せしめる。硝化菌には、ニトロソモナス属(Nitrosomonas sp.)を含む亜硝酸菌とニトロバクター属(Nitrobacter sp.)を含む硝酸菌が含まれ、前者はアンモニア態窒素を亜硝酸態窒素に酸化し、後者は亜硝酸態窒素を硝酸態窒素に酸化する細菌である。
【００３２】硝化菌は、槽内に固着又は分散含有された担体７に固相することが好ましく、効率的な硝化を達成するためには、槽内に担体を分散充填するのが好ましい。担体を分散充填する場合には、該担体を攪拌するための攪拌手段を取り付けてもよい。多数の細菌を固定するために、担体には、孔径が約数十〜数百μmで、サイズが約数mm〜1cm程度の多孔質担体を用いることが好ましいが、孔径及びサイズともに、これらに限定されない。担体としては、ガラスビーズ、多孔質セルロース等を用いることができるが、これに限定されない。担体に細菌を固定化する方法は、当業者に周知であり、担体結合法、包括法を含む任意の技術を使用し得る。担体の形状は、球状、板状、紐状等任意の形状であり得る。
【００３３】硝化菌は、環境条件の変化に比較的敏感であるため、飼育水槽１で飼育されている水棲生物に適した飼育水の条件、例えば温度やpHに応じて、適切な細菌を選択することが好ましい。とりわけ、水温は水棲生物の飼育のために低温（約10〜18℃）にされる場合が少なくないため、低温でも硝化能力を有する硝化菌を使用することが好ましい。低温でも優れた硝化能力を発揮し得る硝化菌としては、１９９１年１０月４日付けで工業技術院生命工学工業技術研究所に寄託されたNitrosomonas属に属する亜硝酸菌（FERM P-12555）及びNitrobacter属に属する硝酸菌（FERM P-12556）を挙げることができる。従って、該菌株を用いれば、低温下における硝化反応速度の低下を抑制して、優れたアンモニア除去能力を維持することが可能である。
【００３４】本実施例の浄化システムでは、硝化槽５で産生された硝酸態窒素は、硝化槽５から排出され、浄化システム中を何度も循環する間にBE脱窒槽６において分子状窒素に変換された後、最終的には水中から除去される。
【００３５】脱窒槽６には、Paracoccus denitrificans, Pseudomonas denitrificans, Micrococcus denitrificans等の脱窒菌が固定されている。脱窒菌は、硝酸イオン又は亜硝酸イオンを分子状窒素にまで還元し得る細菌である。また、脱窒菌の採取源としては、下水処理場由来の活性汚泥等を挙げることができる。
【００３６】このように、脱窒反応は、硝酸態窒素を還元する反応なので、反応系に電子供与体が存在することが必須である。循環水流中に含まれる有機物も電子供与体になり得るが、十分な脱窒反応を達成するためには、水流中の有機物だけでは不十分である。このため、排水処理装置等では、汚濁水にメタノールや乳酸等の還元剤を添加することが行われているが、前述したように、かかる方法は、生物に悪影響を及ぼすため、生物の飼育水を浄化するためのシステムに適用することは極めて困難であり、通常不可能である。
【００３７】そこで、本発明の浄化システムでは、BE脱窒法なる脱窒法により、脱窒反応を行っている。ここで、BE脱窒法とは、陰極用材料又は該材料と電気的に接続された導電性材料に細菌等の生体触媒が固定化された電極を通電することにより、前記生体触媒に電子又は電子供与体（例えば、水素）を供給し、水中に存在する酸化態窒素を還元処理する方法を意味する。BE脱窒法自体は公知である。BE脱窒法の詳細については、特公平6-104230を参照されたい。
【００３８】本実施例の浄化システムにおいては、陽極１０と陰極１１の作用により脱窒菌に電子又は電子供与体を供給している。陽極１０には黒鉛等の炭素電極、白金電極、ニッケル電池等を含む任意の電極を使用し得る。陰極１１には脱窒菌が固定されるので、導電性、耐久性が高く、且つ表面に脱窒菌を固定し易いもの、具体的には黒鉛等の炭素質材料が好適である。
【００３９】電極の形態も特定されないが、棒状、板状、フィルム状等を例示し得る。
【００４０】電極への固定化は、被処理水中の毒性物質によって脱窒菌の活性が低下しないように包括固定することが好ましいが、これ以外の固定法も使用し得る。
【００４１】両電極間に印加される電流量は、脱窒反応の効率等に応じて適宜選択し得るが、0.001mA〜数Aが実用的である。
【００４２】陽極１０では、酸素が発生する可能性があり、これが還元雰囲気に影響を与える可能性も絶無ではないが、電流値が低いこと、及び二酸化炭素の方が発生し易いことから、このような影響は無視し得るものである。酸素の影響を可及的に除去したいときには、機械的攪拌により槽内の被処理水を均一化できる槽（完全混合槽）以外の槽を使用すればよいであろう。
【００４３】脱窒菌を固相すべき担体９は、脱窒菌に電子を供与し得るように、導電性の良好な材質で作成することが好ましい。
【００４４】このようにしてBE脱窒槽６で分子状窒素に転換された窒素は、循環ライン１３を通じて、殺菌装置１２を経て飼育水槽１に送られた後、飼育水槽１において気相中に放出される。
【００４５】本実施例の浄化システムでは、硝化槽４と脱窒槽５が並列に配置され、脱窒槽５の前段及び後段には電磁弁８が取り付けられている。電磁弁８は、タイマーにより一定時間毎に開閉が制御されているので、硝化槽５には常時通水されるが、BE脱窒槽６への通水は間欠的に行われることになる。このような間欠的な通水によって、BE脱窒槽６が嫌気状態に保たれ、還元雰囲気が達成される。
【００４６】飼育水には水棲生物に不可欠な酸素が大量に溶存しているため、BE脱窒槽の前、又は後ろ、好ましくは前後に一以上の弁、好ましくは電磁弁を設置すれば、脱窒反応の効率を向上させ得る。電磁弁に代えて、又は電磁弁に加えて手動の弁を備えてもよい。
【００４７】なお、BE脱窒槽６への間欠的な通水を可能とするために、硝化槽５とBE脱窒槽６は、本実施例のように並列して配設するのが好ましいが、硝化槽５とBE脱窒槽６の配置は並列配置に限られず、直列配置にしてもよい。
【００４８】また、硝化槽５とBE脱窒槽６は、それぞれ一以上の任意の個数を配置し得るので、さらに複雑な配置、例えば直列配置と並列配置の併用も可能であり、各槽の配置順序も任意に選択し得る。
【００４９】本実施例の浄化システムには、硝化槽５とBE脱窒槽６の後段に殺菌装置１２が取り付けられているが、殺菌装置１２は必須ではない。殺菌装置を取り付ける場合には、このような浄化システムにおいて一般的に用いられている殺菌装置を使用し得る。
【００５０】［実施例２］以下、図２を参照しながら、本実施例の浄化システムを説明する。
【００５１】実施例１の浄化システムにおいては、並列配置された硝化槽５とBE脱窒槽６の前段に位置する循環ライン１３の分岐部の前に泡沫分離装置４が配置されているのに対して、本実施例の浄化システムでは、前記循環ライン１３の分岐部の後段に泡沫分離装置が配置されている。
【００５２】有機物は脱窒反応における電子供与体となり得るので、BE脱窒槽６に有機物を供給し、電子供与体として使用したい場合には、本実施例の浄化システムが適している。
【００５３】他方、飼育水を泡沫分離装置で処理せずにBE脱窒槽６に供給すると、BE脱窒槽６が過度に汚染される場合もある。
【００５４】従って、実施例１の構成と本実施例の構成は、飼育すべき水棲生物の種類、飼育水中の有機物の量、必要とされる脱窒速度、脱窒槽洗浄のコスト等に応じて適宜選択することが望ましい。
【００５５】［実施例３］本実施例の浄化システムは、図３に示されているように、実施例２の浄化システムの泡沫分離装置中にオゾン発生器１４を配設したシステムである。
【００５６】オゾンは有機物を酸化し得るので、飼育水中にオゾンを発生させると有機物の分解が促進され、水質の向上を図ることができる。
【００５７】オゾン発生器自体は公知であり、空中放電方式のオゾナイザー及び電気分解式のオゾン発生器等が市販されている。
【００５８】オゾン発生器としては、任意の種類のオゾン発生器を使用し得るが、電気分解式のオゾン発生器を用いると、気相中に放出されたオゾンの廃棄処理装置が不要となるため、システムのサイズを小さくすることが可能である。従って、オゾン発生器としては、電気分解式のオゾン発生器を用いることが好ましい。
【００５９】電気分解式オゾン発生器は、典型的には、希硫酸中で水を電気分解する装置であり、H2O＋O2→O3↑＋2H+＋2e-の反応によってオゾンを発生し得る。
【００６０】オゾン発生器は、発生させるべきオゾンの量に応じて一以上の任意の個数を備え付けることができる。
【００６１】なお、本実施例のごとく、本発明の浄化システムにオゾン発生器を使用する場合には、実施例２の浄化システム以外の構成に対しても使用し得る。
【００６２】
【発明の効果】本発明の浄化システムは、バイオエレクトロ脱窒槽を備えているので、水棲生物に悪影響を与えずに、飼育水中の硝酸態窒素を除去し得る。
【００６３】また、本発明の浄化システムは、濾過槽として泡沫分離装置を用いることにより、砂濾過槽や濾過槽自体の逆洗工程が不要で、且つシステム全体のサイズを小さくすることができる。
【００６４】本発明の浄化システムは、低温での硝化能力に優れた低温硝化菌が収容された硝化槽を備えることにより、水温の低い飼育水を浄化するためにも使用し得る。
【００６５】さらに、本発明の浄化システムは、オゾン発生器を備えることにより、有機物の除去能力が向上する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月２日（１９９９．１２．２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００５８４７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外４名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１５７５２７（Ｐ２００１−１５７５２７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月１２日（２００１．６．１２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３４３５０４ |
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