| 【発明の名称】 |
浄水装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】安永 正
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 水槽内の飼育原水を吸入するための吸水管及び窒素の除去された処理水を排出して水槽内に送り込む排水管からなる配管部と、複数のクリップを取り付けるとともに吸入口及び排出口とを設けた蓋、モータがありモ−タの駆動により回転するインペラーにより水を排出するるポンプ、左パイプと右パイプ間にバイパス管を接合させるとともに前記接合部に開閉弁を設け、前記左パイプの下端を前記吸入口に接続し、前記右パイプの下端を前記排出口に接続したユニット部と、濾材等を収納する収納ケースを収納し、前記蓋のクリップにより前記蓋に密着されるようなケースからなり、前記開閉弁によりフィルターの水を内部で循環するようにしたことを特徴とする浄水装置。
【請求項２】 請求項１に記載の浄水装置に、吸引管及び送液管を有するとともにタイマーにより駆動するポンプと、グルコース溶液等の脱窒菌に必要な呼吸基質を貯溜しておく貯溜槽とからなる送液部を設け、前記送液管を左パイプに接続したことを特徴とする請求項１に記載の浄水装置。
【請求項３】 送液管をケースに接続したことを特徴とする請求項２に記載の浄水装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、観賞魚等を飼育する水槽内の水を浄化し、水槽内の生物の生活環境を最適に維持するための浄水装置の改良に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】一般に、魚を飼育するための、浄水装置（濾過装置）は、水の中を浮遊する蛋白質やアンモニアを合成樹脂繊維などの濾過材を使用し、図６、図７に示すように浄水していた。これは、主に、濾材表面に付着した微生物を利用して有害なアンモニアを比較的無害な硝酸に変えることを目的としている。このような、濾過方法を生物濾過と呼ぶが、濾材に有害な物質を吸着するような性質を持つものを使用する化学濾過も多く用いられている。
【０００３】図６、図７に示す浄水装置２４は、亜硝酸菌や硝酸菌などの微生物による硝化を主な目的とする浄水装置であり、バルブ２７、２７を開き、水槽内の飼育水（魚から排出された有毒なアンモニア等）を吸水パイプ２５から取り込み、浄水装置２４のポンプユニット２４ａ内の下部に孔３１が設けられたフィルタ部３０を通し、比較的無害な硝酸にまで処理を行い、ポンプ２８により吐き出して排水管２６を通し、再度水槽内に放出する装置であり、浄水装置２４内のフィルタ部３０内に設けられている濾過材を介して飼育水中に存在するアンモニアや有機物を吸着あるいは分解するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記装置２４などの働きにより生じた硝酸イオン（ＮＯ３−）、通常飼育水中から除去することが出来ず、蓄積されてしまう。そして、硝酸イオン（ＮＯ３−）の蓄積はやがて、ｐＨの降下を招き、魚や他の生物に悪影響を及ぼす。
【０００５】ここで、硝酸イオン（ＮＯ３−）は、通常、飼育水中から除去することが出来ないと言ったのは、場合によっては僅かながら除去される場合があるからである。それは、水草や藻類、海水中ではサンゴなどの生物に固定されるケースや水槽底面に敷かれた砂の中やろ材中に形成される微生物のコロニー内部のような嫌気的な部分で起こる脱窒によって除去されるケースである。
【０００６】しかし、これらの窒素除去量は生成される硝酸イオン（ＮＯ３−）の量を考えると、必ずしも効果的な量とは言えない。実際、水槽底面に砂を厚く敷き、底に形成される嫌気層（プルナム層）での脱窒を期待したモナコシステムという飼育法が存在するが、このシステムを維持するには、ライブコーラル（生きたサンゴ）をメインに魚の数をできるだけ少なく抑えなければならず、魚のみを高密度で飼育するような場合はこのシステムではあまり効果的な窒素除去ができない。
【０００７】従って、飼育水中に蓄積された硝酸イオン（ＮＯ３−）を効果的に取り除くには、現段階では換水に頼るしかない。しかし、換水には労力やコストがかかることは言うまでもなく、水質の急激な変化によって微生物を含めた水槽中の生物たちにダメージを与える危険性がある。従って、飼育水中の硝酸イオン（ＮＯ３−）を換水することなく効果的に除去することが飼育する側にとっても水槽中の生物にとっても理想的と言える。
【０００８】現在でも、飼育水中の硝酸イオン（ＮＯ３−）を脱窒によって除去することを目的とした還元フィルターが一部のメーカーにより製品化されている。これらのものはいずれも、極少量の水をフィルターに通過させ、段階的な溶存酸素の消費により、フィルターの出口付近やフィルター内の淀んだ部分での脱窒をはかるものである。しかしこれらは、フィルター内に脱窒の行われない無駄な部分があるため、効果的な窒素除去を行うには、比較的大きな容積のフィルターが必要になる。
【０００９】そこで、本発明は、新たに設けたバイパスと電磁弁、バルブ等の開閉弁によってフィルター内だけを循環する流れを作り、フィルター内全体を嫌気状態にすると共に内部循環時に脱窒菌に必要な呼吸基質（グルコース等）を添加することによって溶存酸素の消費と脱窒を促進させ、効率の良い脱膣をすることにより水槽内の水から極めて効率的かつ短時間に硝酸イオン（ＮＯ３−）を除去する浄化装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を解決するために、水槽内の飼育原水を吸入するための吸水管及び窒素の除去された処理水を排出して水槽内に送り込む排水管からなる配管部と、複数のクリップを取り付けるとともに吸入口及び排出口とを設けた蓋、モータがありモ−タの駆動により回転するインペラーにより水を排出するるポンプ、左パイプと右パイプ間にバイパス管を接合させるとともに前記接合部に開閉弁を設け、前記左パイプの下端を前記吸入口に接続し、前記右パイプの下端を前記排出口に接続したユニット部と、濾材、呼吸基材等を収納する収納ケースを収納し、前記蓋のクリップにより前記蓋に密着されるようなケースからなり、前記開閉弁によりフィルター内の水を内部で循環するようにしたことを特徴とする浄水装置の構成及び前記浄水装置に送液部を設けたことを特徴とする浄水装置の構成とした。
【００１１】
【実施例】以下に、添付図面に基づいて本発明である浄水装置について詳細に説明する。図１〜図３に本発明である浄水装置の実施例を示す。図１は本発明である浄水装置の実施例の全体図、図２は本発明のフィルター部の拡大図である。
【００１２】図１及び図２に示すように、本発明である浄水装置１は、ユニット部２とフィルター部３と配管部４とからなる。前記ユニット部２は、蓋７の中央に取り付けられているポンプユニット８、左右から上部にコネクタ１１、１１により連結された開閉弁９、９ａ付きパイプ６、６ａ、バイパス管１０によりＨ型の構造を有した配管、蓋７の下部にクリップ１２、１２により着脱可能に取り付けられているケース５等からなる。フィルター部は、前記ケース５内にある。
【００１３】前記左パイプ６と右パイプ６ａ間に前記左右パイプ６、６ａに直角にとりつけられたバイパス管１０によりＨ型構造の配管となる。前記バイパス管１０と左パイプ６が接合する接合部には左開閉弁９が、前記バイパス管１０と右パイプ６ａが接合する接合部には右開閉弁９ａが取り付けられている。
【００１４】前記左右開閉弁９、９ａは、吸水管４ａ内から流れ出る水及び排水管４ｂ内に流れ出す水を流したり、流れを止めたりするために取り付けられている。前記左右開閉弁９、９ａは、図１、図２に示すバルブ、図３に示す電磁弁等のように開閉装置が付いていればどのようなものを使用してもよい。
【００１５】配管部４は、水槽１８内のを硝酸イオン（ＮＯ３−）を含んだ飼育水を吸引する吸水管４ａと硝酸イオン（ＮＯ３−）の除去された処理水が送出される排水管４ｂとからなる。前記吸水管４ａは、湾曲管１３とＵ字管１４と水槽１８の中に入る直線状管１５と前記直線状管１５の先端部に取り付けられているストレーナ１６とからなる。また、排水管４ｂは、湾曲管３とＵ字管１４と直線状管１５とからなる。
【００１６】図１に示すように、吸水管４ａの一端は、左パイプ６の上部に接続されているとともに、排水管４ｂの一端は、右パイプ６ａの上部に接続されている。前記左右パイプ６、６ａに吸水管４ａ、排水管４ｂを接合する手段としては、嵌合方法でも螺合方法でもよい。
【００１７】ケース５の蓋７の中央に取り付けられているポンプユニット８は、図２に示すように、内部にモーターがあり、シャフト２３に固定されたインペラー２２が回転することで水を上部へと押し上げる。
【００１８】また、前記インペラー２２下部にはインペラーカバー２１があり、インペラーカバー２１を取り外すことによってインペラー２２部分のメンテナンスが容易にできる構造となつている。
【００１９】図２に示すように、フィルタ部３は、ケース５とケース５の内部に設けられた収納ケース２０とからなる。ケース５内には濾材１９を収納する収納ケース２０が３個が積み重ねられていて、収納ケース２０の底板２０ａには等間隔に多数の孔２０ｂが形成されている。尚、収納ケース２０は一個でも、２個でもよい。
【００２０】また、濾材１９、１９、呼吸基材等が収納されている収納ケース２０、２０ａ、２０ｂが収納されているケース５と蓋７とは、蓋７に取り付けられている複数のクリップ１２、１２によって着脱可能に密着するように取り付けられていて、ケース５内部は気密状態となっている。
【００２１】図２に示すように、フィルター部２のケース５内には３個の収納ケース２０が収納されていて、各収納ケース２０、２０、２０は各種の濾材１９、１９が交換できる様に脱着可能な構造となっている。また、前記収納ケース２０、２０、２０は、必要に応じて３個以上としてもよく、また２個以下としてもよい。
【００２２】前記収納ケース２０内部には、濾材１９、１９、１９と脱膣菌に必要な呼吸気質（グルコース等）１９ａを添加した濾材１９を収納する。その際に使用する濾材１９、１９、１９ａは、出来るだけ大きな表面積が確保でき、且つ目詰まりがしにくいものが望ましい。勿論、前記収納ケース２０内部には、濾材１９、１９、１９と脱膣菌に必要な呼吸気質（グルコース等）１９ａを添加した濾材１９を収納しなくてもよい。
【００２３】例えば、目の粗いスポンジ状の濾材が最適と思われる。更に、各層によって様々な濾材を使い分ける必要はなく、１種類若しくは飼育する魚等により濾材の種類を増やせばよい。
【００２４】例えば、淡水魚の飼育においては、収納ケース２０内に収納する濾材は１種類のものでよい。また、海水魚等の飼育においては１個の収納ケース２０内に一の濾材としてのサンゴ砂等のｐＨ降下に対する緩衝材となるものを収納させて使用するのが望ましい。
【００２５】これは、脱窒菌等がグルコースを分解する際に、その呼吸代謝として密閉経路内に炭酸ガスが残留するため、この炭酸ガスを利用してサンゴ砂からカルシウム等のミネラルを溶出させ、アルカリ度の回復を計るためである。
【００２６】また、海水魚等はミネラルが不足すると発育に障害が生じるためでもある。以下に、前記の化学式を示す。
CaCO3＋CO2+H20 → Ca2++2HCO3-【００２７】尚、淡水魚の飼育においては、この炭酸ガスはあえて処理する必要はない。なぜなら、水槽内に戻された際に大気に放出（海水の場合もＣＯ２は脱気される）されてしまうからである。その結果、飼育用の原水である飼育原水よりもｐＨは上昇することになる。むしろ水草水槽の場合は、光合成に必要な炭酸ガスを水草に供給できる。 【００２８】以下に、浄水装置１の吸水、脱膣、排水の流れについて説明する。先ず、図１に示すように、水槽１８内の飼育原水（硝酸イオン（ＮＯ３−）が蓄積している飼育用の水）等を吸水管４ａの先端部に取り付けられているストレーナ１６から吸水すると、直線状管１５、Ｕ字管１４及び自由に曲げることが可能な湾曲管１３内を通り、左パイプ６内を通る。
【００２９】次に、図２に示すように、密閉されたケース５と収納ケース２０の間にできた通路５ａを通り、収納ケース２０の最下部の孔２０ｂより上部の収納ケース２０内に飼育原水が侵入する。
【００３０】そして、ポンプの作用により、飼育原水が汲み上げられて右パイプ６ａ内に送り出される。しかしながら、吸水用の左パイプ６と排水用の右パイプ６ａ間に接続されているバイパス管１０の接合部に取り付けられている開閉弁９、９ａを閉止状態に操作すると、右パイプ６ａ内の処理された水はバイパス管１０を通り、左パイプ６内に流れ込む。前記開閉弁９、９ａは、自動的に閉止状態、解放状態となる電磁弁を取り付けてもよい。
【００３１】このように、開閉弁９、９ａを閉止状態にすると、水槽１８からの飼育原水は濾材が収納されている収納ケース２０、２０、２０内を循環することにより、窒素が除去されることになる。この水は、フィルター部３を何回も循環することとなる。
【００３２】一定時間経過後、開閉弁（電磁弁）９、９ａを操作し開けて解放状態とすると、排水管４ｂを構成すめる可撓管１３、Ｕ字管１４、直線状管１５を順次通り、水槽１８内へ完全に窒素の除去された水を戻すことができる。
【００３３】図３は、本発明である浄水装置に取り付けられている開閉弁の他の実施例である。実施例２は、図１に示す実施例の開閉弁９、９ａに電磁弁３２、３２を使用し、タイマ３３と制御装置３４とを追加することにより、タイマ３３を使用して、開閉弁３２、３２を制御するものである。
【００３４】前記開閉弁９、９ａは、各左右パイプ６、６ａの双方に取りつれられているが、左パイプ６又は右パイプ６ａのいずれか一方のパイプにのみ取り付けた構造としてもよい。また、前記電磁弁３２、３２もまた、左右パイプ６、６ａに取り付けずに、いずれか一方のパイプのみに取り付けた構造としてもよい。
【００３５】タイマ３３は時間を設定でき、制御装置３４によりタイマ３３と電磁弁３２、３２を連動させることにより、一定時間、電磁弁３２、３２の開閉操作を制御することが可能となる。
【００３６】このように、本発明である浄水装置１は、左右パイプ６、６ａとバイパス管１０とからなるＨ型の配管を有する構造を採用し、フィルター部３内を循環する流れを作り、内部循環時にフィルター部３内に存在する脱窒菌に必要な呼吸基質（グルコース等）を添加する事によって、脱窒菌の活動を活発にし、溶存酸素の消費と脱窒を促進させる。
【００３７】脱窒菌は遊離酸素の欠乏した状態の時に、硝酸イオンの結合酸素を利用して呼吸を行う細菌であるため、開閉弁９、９ａを開いた状態では酸素呼吸を行う。
【００３８】しかし、開閉弁９、９ａを循環側（閉じる）に切り替えることにより、フィルター部３内を嫌気状態に移行させ、原水がフィルタ部３内を循環し、時間がたつにつれ酸素が欠乏してくると、硝酸呼吸を行う。そして、この硝酸呼吸の際に硝酸は還元され、窒素ガスとして大気に放出されるため、ケース５の内部では窒素の除去された水へと処理される。
【００３９】また、従来の還元フィルターのようにフィルター内部で段階的に溶存酸素が少なくなる物とは異なり、開閉弁９、９ａを内部循環側に切り替えることでフィルターケース５内部を循環する流れを発生させることによって前述の原理でフィルター内全体を嫌気状態にする事が可能なため、脱窒には必要ない硝酸菌や亜硝酸菌の増殖も抑制でき、従来に比べより少ない容積で収納ケース２０内に脱窒菌を多く増殖させることができるため効率のよい脱窒が行える。
【００４０】また、フィルター部３内を水が循環している状態でグルコース等の脱窒菌などの生物学的処理に有効な微生物の活動に必要な呼吸基質（グルコース等）をケース５内を循環する流れに添加することによって、収納ケース２０内に着生する微生物の増殖速度を早め、リンの固定も促進させるため、定期的に微生物（汚泥）を取り除くことによってリンの除去も可能である。
【００４１】下水処理などにおいては、脱窒菌の栄養源として一般にはメタノールが多く使用されているが、本浄化装置の様に、魚などの生物飼育においては収納ケース２０内の脱窒菌がメタノールを分解しきれずに飼育水中に残留してしまうことは好ましくないので、呼吸基質として水槽中の生物にも比較的害が少ないと考えられるものとしてグルコースを用いる。
【００４２】フィルター内の水が、ケース５の内部を循環する時にグルコースを注入することにより、脱窒菌が嫌気状態においてグルコースを酸化して、エネルギーを獲得する。このときの反応式は以下のようになる。
5C6H12O6＋24NO3-+24H+ → 30CO2+42H20+12N2↑・・・・・(1)しかし、菌体の増殖分は考えない物としている。
【００４３】これをもとに、NO3-1mgを完全にN2まで還元するのに必要なグルコースの量を求める。まずNO3-1mgのモル数は1/62×103である。これに5/24をかけた値が必要とするグルコースのモル数であるから、この値にグルコースの分子量180をかけたものが、グルコースの必要量である。
(180×5)/(24×62)≒0.6 [mg]・・・・・(2)【００４４】また、脱窒に必要な嫌気状態を確保するためには溶存酸素が消費されなければならないので、酸素呼吸によるグルコースの消費量も考えなければならない。酸素呼吸によるグルコースの反応式は次の通りである。
C6H12O6＋6O3+6H20 → 12H20+6CO2・・・・・(3)【００４５】これを酸素分子1mgが酸化できるグルコースの量を計算するに、はO21mgのモル数が1/32×10-3であることを利用すると、酸化できるグルコースの量はこれに1/6をかけたものであるから、その質量はさらに１８０をかけたものになるので、単位をそろえると、180/(32×6) ≒ 0.9 [mg]・・・・・(4)となる。
【００４６】(2)と(4)をもとに、菌体の増殖量を加味しない最低限必要なグルコースの量を考えると、([NO3-濃度]×0.6＋[O2濃度]×0.9)×[フィルター内の水の体積]・・・・・(4)という計算式で菌体の増殖量を加味しない場合のグルコース必要量が算出できるので、この量に菌体増殖量を加味した量が実際に必要になる量であることがわかる。しかしながら、上式で算出した値は理論値であり、実際は様々な要素が絡むことによって理論値と一致するとは限らない。
【００４７】また、脱窒に要する時間については、濾材に着床している脱窒菌の密度や水温、添加される呼吸基質の種類や量などによって大きく変わる。しかし、脱窒により消費されるグルコースの量は、それらによって大きく変わる物ではない。
【００４８】図４は本発明である浄水装置の他の実施例の一部拡大断面図、図５は本発明である浄水装置の他の実施例の一部拡大断面図である。
【００４９】図４及び図５に示すように、本例の浄水装置１は、吸引管３ｄ及び送液管３ｇを有するとともにタイマー３ｆにより駆動するポンプ３ｅと、グルコース溶液３ｃを貯溜しておく貯溜槽３ｂとからなる送液部３ａを設けた構造の浄水装置である。
【００５０】貯溜槽３ｂ内には、飼育原水を脱窒処理するために必要なグルコース溶液３ｃが貯溜されていて、前記貯溜槽３ｂ内に貯溜されているグルコース溶液３ｂを、タイマー３ｆにより時間的制御がされているポンプ３ｅの駆動により吸引管３ｄによりグルコース溶液３ｃが上昇し、送液管３ｇ内を通り、左パイプ６内に送り出され、原水内にグルコース溶液３ｃを混入させることにより効率的に飼育水から窒素を除去できるのである。
【００５１】図４に示した浄水装置１では、送液管３ｇが左パイプ６に接続した構造であるが、図５に示した浄水装置１では、ポンプ３ｅに取り付けられている送液管３ｇがケース５に接続されていて、グルコース溶液３ｃがケース５内に送り込まれる。
【００５２】
【発明の効果】本発明は、以上に説明したような構成であるから以下の効果が得られる。第１に、原水をフィルタ部内で密閉循環させ、嫌気状態を作ることによって効率よい脱窒ができる。
【００５３】第２に、原水をフィルタ部内で密閉循環させる工程において、呼吸基質（グルコース等）を添加することにより溶存酸素の消費と脱窒を促進できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３０００２４９６６
【氏名又は名称】安永 正
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| 【出願日】 |
平成１３年１月３０日（２００１．１．３０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９３８１６
【弁理士】
【氏名又は名称】中川 邦雄
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２２３６６４（Ｐ２００２−２２３６６４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年８月１３日（２００２．８．１３） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−２１４８８（Ｐ２００１−２１４８８） |
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