(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飼育水槽の底部に設けた排出部から飼育用水を排出し、この排水した水を前記飼育水槽に再び供給する循環設備を備えた魚の養殖装置において、
水中に含まれる残餌及び糞等を捕獲する捕獲部と、水中に含まれる残餌を検出する残餌検出センサと、水中に含まれる窒素化合物の脱窒を行う脱窒装置と、エアー及び／又はオゾンを供給して気泡を発生させ、この気泡を捕獲して水中の表面活性物質を除去する泡浮上装置と、循環する飼育用水の殺菌を行う紫外線殺菌装置と、水中のアンモニアを分解処理するアンモニア処理部と、水に酸素を溶解する曝気部と、を前記循環設備に設け、
前記脱窒装置は、前記泡浮上装置の上流側で、主流となる循環経路から分岐された循環路に配置されていることを特徴とする魚の養殖装置。
【請求項２】
前記アンモニア処理部は、前記泡浮上装置の下流側に配置されるとともに、非浸漬処理部及び浸漬処理部の二つの処理部によって構成されることを特徴とする前記請求項１記載の魚の養殖装置。
【請求項３】
前記捕獲部は、飼育水槽の下部に残餌と魚の糞等の沈澱物を堆積させる粒子トラップと、前記粒子トラップより分岐した循環経路によって流れ込む沈澱物を水から分離する沈澱物トラップと、粒子トラップ及び沈澱物トラップで捕獲されなかった水中の細かい残餌及び残餌を捕獲するフィルタ部とによって構成され、
更に、前記残餌検出センサは、超音波センサであり、このセンサは、沈澱物トラップの上流側で、粒子トラップから分岐されて沈澱物トラップに連通する循環路に介設されることを特徴とする前記請求項１記載の魚の養殖装置。
【請求項４】
前記脱窒装置及び前記浸漬処理部は、流動床フィルターを有し、非浸漬処理部は回転円盤式酸化槽を有し、曝気部は加圧型酸素溶入装置を有することを特徴とする請求項２記載の魚の養殖装置。
【請求項５】
前記脱窒装置及び前記浸漬処理部は、流動床フィルターを有し、非浸漬処理部は回転円盤式酸化槽を有し、曝気部は中空糸膜モジュールを有することを特徴とする請求項２記載の魚の養殖装置。
【請求項６】
前記紫外線殺菌装置は、前記泡浮上装置の下流側に配置されることを特徴とする前記請求項１記載の魚の養殖装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、飼育水槽の飼育用水を循環する設備を備えた魚の養殖装置に関する。特に、合理的な設備の組み合わせにより、低廉な費用で水質管理を行うことの可能な養殖装置である。
背景技術
従来、飼育水槽の底部に設けた排出部から飼育用水を排出し、この排水した水を前記飼育水槽に再び供給する循環設備を備えた魚の養殖装置が知られている。
この種の養殖装置は、飼育水槽内において魚を養殖するものであるから、魚の新陳代謝によってもたらされる水質の汚染に特に考慮が払われている。従って、従来提案されている技術も、飼育水槽、及び飼育用水の循環設備等、限られたスペースの中で如何に効率よく水質汚染を除去するかに意が用いられている。
そして、水質汚染の除去とともに飼育環境を調整して設備の効率化を図るため、従来一般に、魚の養殖装置としては水中の残餌と魚の糞を捕獲するフィルタ部や、飼育用水に酸素を供給する曝気部、飼育中に生成されるアンモニアを処理するアンモニア処理部、或はオゾン供給部等が適宜設けられている。
養殖装置の水質管理上、塩分、ミネラル、残餌と魚の糞、タンパク質、アンモニア、これらの分解過程で生じる三酸化窒素及び二酸化窒素、炭酸ガス及び酸素の取扱いはとりわけ重要である。例えば、アンモニア態窒素は魚にとって有害であることは知られている。ある種の魚では、飼育水中のアンモニア態窒素が３ｐｐｍを超えると、餌の食べ具合が急に衰えることが観察されている。また、アンモニア態窒素を硝化分解したときに生じる硝酸態窒素は、魚にとってはさほど有害でないことが知られているが、魚を養殖する許容量としては、魚種によっても異なるが５０ｐｐｍ乃至５００ｐｐｍが限度である。
残餌と魚の生物代謝によって生成される糞、タンパク質等の有機物、アンモニア等は、特に水質汚染への影響が著しく、養殖装置の水質管理において、これらの影響因子は、各処理部で除去され、或は、循環路中に存在する生物の代謝機能によって浄化される。水質汚染の汚染指標としては、一般的に生物化学的酸素要求量（Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｅｍａｎｄ、以下「ＢＯＤ」と称する。）が用いられ、ＢＯＤは、水中に存在するバクテリア等の増殖又は呼吸作用によって消費される溶存酸素量（ｍｇ／ｌ）を示す。
例えば、魚の代謝等によって発生し、生物生産の制限要因の一つとなる窒素化合物（アンモニア態、亜硝酸態、硝酸態）は、循環経路中に存在する好気性微生物、或は、嫌気性微生物等の所謂脱窒菌及び硝化菌等の代謝機能を利用して浄化される。アンモニア態窒素（ＮＨ4−Ｎ）は、好気性バクテリアの硝化により生物的に酸化されて亜硝酸態窒素又は硝酸態窒素（ＮＯ2−Ｎ，ＮＯ3−Ｎ）となり、更に、嫌気性バクテリアにより酸化窒素ガス（Ｎ2Ｏ）又は窒素ガス（Ｎ2）迄、生物的に還元される。この時、嫌気性バクテリアは、生物的還元に必要なエネルギーを獲得するために水素供与体としての有機炭素源の存在が必要である。
これらの生物の代謝機能を利用する場合は、生物にとって好適な条件で代謝が行われるように生理的活性を考慮する必要がある。
例えば、アンモニア態窒素（ＮＨ4−Ｎ）を硝化するときに、ＢＯＤ負荷が低い場合は、硝化率がほぼ１００％に達するが、ＢＯＤ負荷がある値に近づくと急速に硝化率は低下する。また、亜硝酸態窒素又は硝酸態窒素（ＮＯ2−Ｎ，ＮＯ3−Ｎ）を脱窒するときに、ＢＯＤ負荷が高いと脱窒速度が速くなることも知られている。即ち、硝化作用と脱窒作用に適するＢＯＤ負荷の値は、相反する条件となる。
更に、この種の養殖装置において、例えば一つの処理部で水質汚染除去と飼育環境の調整が同時になされるようにすることは、設備の省力化にとって好ましいものである。また、各処理部が互いに他の処理部で行われた処理の修正乃至補完をすることも必要である。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、合理的な設備の組み合わせにより、低廉な費用で水質管理を行うことの可能な養殖装置を提案するものである。
発明の開示
本発明は、飼育水槽の底部に設けた排出部から飼育用水を排出し、この排水した水を前記飼育水槽に再び供給する循環設備を備えた魚の養殖装置において、
水中に含まれる残餌及び糞等を捕獲する捕獲部と、水中に含まれる残餌を検出する残餌検出センサと、水中に溶存する窒素化合物の脱窒を行う脱窒装置と、エアー及び／又はオゾンを供給して気泡を発生させ、この気泡を捕獲して水中の表面活性物質を除去する泡浮上装置と、循環する飼育用水の殺菌を行う紫外線殺菌装置と、水中のアンモニアを分解処理するアンモニア処理部と、水に酸素を溶解する曝気部と、を前記循環設備に設け、
前記脱窒装置は、前記泡浮上装置の上流側で、主流となる循環経路から分岐された循環路に配置される構成の魚の養殖装置である。
全ての水質管理に先立ち、水中の残餌と魚の糞を捕獲する捕獲物を設けることが要請される。また、水中に含まれる残餌を検出することにより、給餌量の増減を調整することができる。脱窒装置は、アンモニアの最終産物である硝酸態窒素を窒素ガスに分解するために必要である。エアーの供給は、飼育環境の調整にとって好ましく、飼育環境の調整のみならず、エアー及び／又はオゾンを供給して気泡を発生させて、気泡を捕獲することにより、この気泡に付着する脂肪酸、タンパク質等の有機物を除去することができる。紫外線殺菌装置は、飼育用水中に含まれる魚の病原菌等を殺菌する。飼育水中に含まれるオゾン等を紫外線照射によって分解する。また、魚の生理活性によって生じ、水質汚染の原因ともなるアンモニアを浄化処理するため、アンモニア処理部を設けることが要請される。曝気部は魚の生存に必要な酸素を水に溶解するものである。
このように、前記脱窒装置を泡浮上装置の上流側に配置すると、循環水中に含まれる有機物によって、嫌気性バクテリアによる脱窒に必要な有機炭素源を賄うことができる。従って、脱窒に必要な有機物の補給するために添加剤を入れる手間が省け、又は、添加剤が必要な場合も極く少量の添加で済むため、脱窒処理を効率的に行うことができるとともに、安価に行うことが可能となり、水質管理の効率化を図ることができる。そして、分岐された循環路に前記脱窒装置を配置し、分岐した循環路中を通流する水量を少なくして、脱窒装置内に滞留する時間を長くすると、脱窒作用が十分行えるとともに、脱窒装置内の溶存酸素の絶対量が不足して容易に嫌気的状態になるため、前記嫌気性バクテリアは活性化されて効率的な脱窒がなされる。
更に、本発明は、前記アンモニア処理部は、前記泡浮上装置の下流側に配置されるとともに、非浸漬処理部及び浸漬処理部の二つの処理部によって構成される魚の養殖装置である。
このように、アンモニア処理部を泡浮上装置よりも下流側に配置すると、タンパク質等が除去された状態で飼育用水がアンモニア処理部に連通されることになる。このため、アンモニア処理部における負荷が軽減されてアンモニアの分解が促進される。また、前記アンモニア処理部は二つの処理部から構成され、その一つに空気との接触部分が大きい非浸漬処理部を用いると空気中の酸素を利用することができるため、高価な酸素の使用量を低減することができるとともに、上流側から流れてきた高濃度のアンモニアを有する飼育用水を、先ず、非浸漬処理部である程度の濃度まで分解し、次に浸漬処理部で更に低濃度まで分解することができるので、一段階で処理するよりもアンモニアの分解効率を向上することが可能となる。
更に、本発明は、前記捕獲部は、飼育水槽の下部に残餌と魚の糞等の沈澱物を堆積させる粒子トラップと、前記粒子トラップより分岐した循環経路によって流れ込む沈澱物を水から分離する沈澱物トラップと、粒子トラップ及び沈澱物トラップで捕獲されなかった水中の細かい残餌及び残餌を捕獲するフィルタ部とによって構成され、更に、前記残餌検出センサは、超音波センサであり、このセンサは、沈澱物トラップの上流側で、粒子トラップから分岐されて沈澱物トラップに連通する循環路に介設される構成の魚の養殖装置である。
このように、前記粒子トラップ、沈澱物トラップ及びフィルタ部によって残餌及び魚の糞等の沈澱物を捕獲するため、飼育用水中の固形物が除去され、飼育用水をクリーンな状態を保って循環することができる。また、残餌センサとして特定の超音波センサを用いるため、残餌及び糞等を混濁した沈澱物の状態で容易に残餌を検出することができ、前記残餌センサの検出結果を外部コンピュータと連動し、給餌のコントロールを行うことが可能となる。粒子トラップから分岐した循環路中に前記残餌検出センサを設置すると、分岐した循環路中を通流する水の流量が少なくなり、滞留部等を設けることにより流速を遅くすると、少ない流量でゆっくり通流する水中の残餌を測定することができるため、残餌検出センサの検出精度を向上することができる。
更に、本発明は、前記脱窒装置及び前記浸漬処理部は、流動床フィルターを有し、非浸漬処理部は回転円盤式酸化槽を有し、曝気部は加圧溶入装置又は中空糸膜モジュールを有する構成の魚の養殖装置である。
前記脱窒装置及び前記浸漬処理部に用いられる流動床式フィルターには、バクテリアが収納されており、ここで、飼育用水中に含まれるアンモニアは、バクテリアによって分解される。また、非浸漬処理部に回転円盤式酸化槽を設けることにより、空気との接触部分を大きくして空気中の酸素を有効に利用して処理するようにしている。また、曝気部に、加圧溶入装置を設けることにより、或は中空糸膜モジュールを設けることにより、中空糸膜の微細孔から酸素が供給されて、前記微細孔から吹出されることにより、効率的に酸素を水に溶解することができ、液体酸素を使うよりもコストを低減することができる。
更に、本発明は、前記紫外線殺菌装置は、前記泡浮上装置の下流側に配置される構成の魚の養殖装置である。
このように泡浮上装置の下流側に紫外線殺菌装置を配置すると、循環する飼育用水中に存在する魚の病原菌等を殺菌することができる。また、泡浮上装置において供給されたオゾンを分解することができる。高濃度のオゾンが水中に溶解していると、アンモニア処理部で硝化作用を行う好気性バクテリアが死滅し、また魚に対する毒性が高くなって好ましくないが、紫外線殺菌装置によって分解することができるため、オゾン量の調整が可能となる。
このように本発明の魚の養殖装置は、飼育用水中のアンモニア等を浄化する硝化作用と脱窒作用に対する値が相反するＢＯＤ負荷の条件を考慮して、硝化作用を泡浮上装置の下流側で主流となる循環路に設けたアンモニア処理部で行い、脱窒作用を泡浮上装置の上流側で前記主流に対して分流となる分岐された循環路に介設した脱窒装置で行う構成としている。
前述したように、本発明においては、残餌及び糞等を捕獲する捕獲部及び泡浮上装置をアンモニア処理部の上流に設ける構成としたため、前記捕獲部及び泡浮上装置を併用することで、固形体系の有機物及び水中に溶存した有機物の９０％程度を除去することができ、アンモニア態窒素を除去するアンモニア処理部において、硝化作用をより有効に行うことができる構成とした。即ち、主流となる循環路に設けたアンモニア処理部では、硝化処理前にＢＯＤ負荷の最大要因である有機体（残餌、糞、魚が生理的に排出するタンパク等）を物理的処理によって極力除去して有効な硝化作用を行うことができ、泡浮上装置の上流側で、分流である分岐された循環路に設けた脱窒装置では、未だ有機体を除去していない状態の水中の有機体の存在によって別途有機体を添加することなく、或は、有機体を添加するにしても少量の添加により、脱窒を有効に行い得るものである。嫌気性バクテリアによって脱窒作用を奏する脱窒装置内は、嫌気的状態に保つ必要がある。しかし、比較的高い濃度の溶存酸素が残余して循環する飼育用水の全流量、或は、全流量に近い流量が脱窒装置内に連通されると、脱窒装置内は、水中に含まれる溶存酸素によって好気的状態となり、嫌気性バクテリアの活性が阻害される。このため、本発明の魚の養殖装置は、主流となる循環経路から分岐した循環路に脱窒装置を設け、脱窒装置内を通流する飼育用水の流量を少なくし、脱窒装置内の絶対酸素量を不足させて嫌気的状態を保ち、飼育用水の浄化を行うバクテリアの活性が促進されるように構成したものである。
高純度酸素は高価なものであるから、各処理部において空気中の酸素を有効に利用することは費用の低廉化につながる。アンモニア態窒素を処理するアンモニア処理部においては、アンモニア態窒素を処理するとともに不可避的に飼育水中に含まれる有機物等も酸化される。このため、不可避的に飼育水中に含まれる有機物によってＢＯＤ負荷が高くなる上流側に空気と接触部分の大きい非浸漬処理部を配置し、空気中の酸素を十分利用して硝化作用及び有機物の除去等を行い、高価な酸素の消費量を少なくして費用の低廉を図っている。また、前記非浸漬処理部の下流側には浸漬処理部を配置し、バクテリアとの接触率を向上させてアンモニア態窒素濃度の低減を図っている。
このように、本発明によれば、合理的な設備の組合わせにより、低廉な費用で水質管理を行うことの可能な養殖装置を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係り、養殖装置の具体例を示す全体構成図である。
【図２】本発明に係り、養殖装置の配管の一部断面図を含む残餌検出センサの概略構成図である。
【図３】残餌検出センサのフローチャートである。
【図４】糞、残餌、配管の内面の信号の反射強度を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を具体例に基づいて説明する。
図１は本発明に係る養殖装置の具体例を示す全体構成図である。
図１において、本例の養殖装置は、飼育水槽１の底部に粒子トラップ２が設置され、更に粒子トラップ２から二本の配管３，４が連通して設けられている。
粒子トラップ２は、例えば、飼育用水の主流出口となる配管３の周囲に逆向きの円錐状のチャンバを形成し、飼育水槽１内の残餌及び魚の糞等の沈澱粒子を前記チャンバ内に沈降させ、粒子の移動方向を横切るように設けられた配管４から前記沈澱粒子を流出させるように構成したものである。
粒子トラップ２内で捕獲された沈澱粒子は配管４を通流して、配管４に介設された後述する残餌検出センサ５を通過した後、沈澱物トラップ（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｔｒａｐ）６に流れ込む。この沈澱物トラップ６としては、例えば、サイクロン分離器を用いることができる。この配管４は、前記配管３よりも通流する水の流量が少なくなるように構成されており、例えば、全流量の１％〜５％程度の飼育用水が配管４を通流する。水槽中の残餌及び魚の糞等の沈澱物の約９０％は、粒子トラップ２に捕獲され、配管４を介して沈澱物トラップ６に運ばれ、その後、沈澱物トラップ６において、沈澱物の比重差により水と分離されて別途処理される。
次に、前記残餌検出センサ５により飼育用水中に含まれる残餌及び糞等を検出し、その検出結果によって餌の補給を制御する方法を示す。本発明では、例えば、餌供給部５を間欠的に作動させて（例えば所定時間毎に所定時間だけ作動）、餌を飼育水槽１に供給するとともに、餌の供給時に飼育用水中の残餌量を検出して、その量に基づいて供給を制御する。
図２は残餌検出センサ５の概略を示す構成図である。
図２に示すように、残餌検出センサ５は、所定の電力まで電力増幅された高周波のバースト信号を発信する発信器５８と、配管４の内周面に設置され、前記バースト信号を電気／音響変換して配管４内に送信するとともに、残餌や糞からの反射信号を音響／電気変換する振動子５１と、変換された電気信号を受信して所望のレベルまで増幅して信号処理回路部５２に出力する受信器５９と、受信器５９で増幅された電気信号の処理を行う信号処理回路部５２とを有し、信号処理回路５２で処理された信号に基づいて処理を行い、例えば、外部コンピュータに制御信号を出力する制御回路部５５に接続されている。信号処理回路部５２は、残餌２６から反射された信号の処理を行う残餌検出回路５３及び糞２７から反射された信号の処理を行う糞検出回路５４から構成される。また、制御回路部５５は、信号処理回路５２を構成する各回路から出力された電気信号に基づき、制御信号を出力する残餌検出パルス回路５６及び糞検出パルス回路５７から構成されている。そして、制御回路５５で処理された電気信号は、循環部の外部で操作するコンピュータ部（図示を省略）に出力され、前記コンピュータ部において前記信号に基づいて給餌量が制御されて、餌供給部８から適宜量の餌が、飼育水槽１内に補給される構成を備えている。
図３は残餌検出センサ５の検出方法のフローチャートを示す。
発信器５８から発信されたバースト信号は、振動子５１によって音響（超音波）信号に変換されて、配管４内に伝えられる。配管４内に伝えられた音響信号は、配管４内を通流する飼育用水中に含まれる残餌２５、糞２６及び配管４の内面で反射される。これらの物質によって反射した信号は、再び振動子５１で受信されて、電気信号Ｅに変換される（Ｓ１）。変換された電気信号（Ｅ）は、受信器５９に受信される。反射した信号はパルスとして表され、各物質に当たって反射した信号の反射強度は、反射する物質によって異なり、糞２７、残餌２６、配管４の内面の順に反射強度が高くなる（図４参照）。
ここで受信器５９においては、残餌の反射強度と糞の反射強度との差が最大となるように増幅率を設定しておく。受信機５９から出力された電気信号Ｅは（Ｓ１）、残餌検出回路５３で残餌として検出されるレベルである基準値Ｅ１と比較され（Ｓ２）、電気信号Ｅが基準値Ｅ１より大きい場合（Ｅ＞Ｅ１）は、残餌検出パルスが制御回路５５に出力される（Ｓ３）。この残餌検出パルスは、残餌検出パルス処理回路５６にてカウントされ（Ｓ４）、このカウント結果Ｎは、残餌量が適正であるレベルに相当する基準値Ｎｏと比較され（Ｓ５）、カウント結果Ｎが基準値Ｎｏよりも多い場合、コンピュータ部（図示を省略）に停止信号が出力される（Ｓ６）。
一方、受信器５９から出力された電気信号Ｅ（Ｓ１）が、糞検出回路５４で糞として検出されるレベルである基準値Ｅ２と比較して、電気信号Ｅが、基準値Ｅ２よりも大きく、前記基準値Ｅ１よりも小さい場合（Ｅ１＞Ｅ＞Ｅ２）は、糞検出パルスが制御回路５５に出力され（Ｓ８）、再び、前述した動作（Ｓ１）が継続される。
このように、残餌検出センサによれば、残餌と糞とでは反射した音響（超音波）信号の反射強度が異なることを利用して、残餌と糞とを区別できるので、残餌量を正確に検出することができる。前述したように、配管４に沈澱物を含んだ少ない流量の飼育用水が残餌検出センサ５を通流するときに、残餌検出センサ５内に滞留部等を設けて流速を遅くすると、少ない流量でゆっくり通流する水中の残餌を測定することができるため、残餌検出センサ５の検出精度を向上させることができる。そして、前記残餌検出センサ５で検出された情報に基づき、循環部の外部で操作するコンピュータ部により、餌供給部８から飼育水槽１への餌の補給が停止される。
更に、沈澱物トラップ６内の飼育用水は、再び配管４を介してマイクロスクリーンフィルター（Ｍｉｃｒｏ−Ｓｃｒｅｅｎ  Ｆｉｌｔｅｒ）７に通流される。また、粒子トラップ２内の飼育用水は、配管３を介して前記マイクロスクリーンフィルター７に通流される。粒子トラップ２及び沈澱物トラップ６において捕獲されなかった残りの約１０％の細かい沈澱物等は、ここで捕獲される。そのために、マイクロスクリーンフィルター７として、例えば、孔径が１０〜１００μｍ（好ましくは５０μｍ以下）の樹脂製濾布が用いられる。
このように、捕獲部は、粒子トラップ２、沈澱物トラップ６及びマイクロスクリーンフィルター７によって構成され、この捕獲部で飼育用水中の残餌等の沈澱物を捕獲して循環水の清浄化を図り、水処理系の負荷を下げることができる。また、配管４に介設した残餌検出センサ５、餌供給部８及びコンピュータ部を設けたことにより、残餌と糞が混合した状態の沈澱物を含んだ飼育用水から残餌量を正確に検出することができ、これにより餌の供給を、適正に行うことができる。
マイクロスクリーンフィルター７を通過した飼育用水は、配管９を介して泡浮上装置１１に流入される。泡浮上装置よりも上流側の配管９からはバイパス管１０が分岐している。このバイパス管１０には脱窒装置（Ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ）１２が配置され、この脱窒装置１２を通過した飼育用水は、配管９を通流する飼育用水と合流して、泡浮上装置１１に流れ込むように構成されている。泡浮上装置１１は、気泡発生手段を有する撹拌羽根１１ａを有し、この気泡発生手段は、例えば放電式のオゾナイザー２５に接続されている。尚、気泡発生手段は、撹拌羽根とは別に設けてもよい。
このようにして、飼育用水の一部は配管９を介して直接泡浮上装置１１に連通され、飼育用水の一部はバイパス管１０を介して脱窒装置１２に連通される。
前記バイパス管１０は、配管９よりも通流する水の流量が少なくなるように構成されており、例えば、全流量の１％〜１０％程度の飼育用水がバイパス管１０及び脱窒装置１２を通流する。バイパス管１０を介して脱窒装置１２を通流する飼育用水の流量は、飼育水槽１の大きさ等を含む養殖装置自体の大きさから定められる。
脱窒装置１２は、飼育用水中に含まれる亜硫酸態窒素及び硝酸態窒素を嫌気性バクテリアによって還元し、窒素ガスに分解する機能を有する。嫌気性バクテリアは、還元に必要なエネルギーを獲得するために、水素供与体として有機炭素源が必要である。脱窒装置１２は、後述する浸漬処理部１５と同様に流動床式フィルター（Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ  Ｂｅｄ  Ｆｉｌｔｅｒ）１２ａを備えている。
前記脱窒装置１２は、泡浮上装置１１よりも上流側に配置されるため、水中に含まれる有機物が除去されない状態で飼育用水が脱窒装置１２を通流する。このため、脱窒を行う嫌気性バクテリアは、分解に必要な有機炭素源を、飼育用水に含まれる有機物から容易に獲得することができる。従って、脱窒に必要な有機物の補給するために添加剤を入れる手間が省け、又は、添加剤が必要な場合も極く少量の添加で済み、脱窒処理を効率的に行うことができるとともに、安価に行うことが可能となり、水質管理の効率化を図ることができる。
また、高い濃度の溶存酸素が残余している飼育用水の前流量を脱窒装置１２に通流すると、脱窒装置１２内が好気的状態となって脱窒作用が低下するため、配管９から分岐されたバイパス管１０に脱窒装置１２を配置して、少ない流量の飼育用水を脱窒装置１２に通流する。このため、脱窒装置１２内は、溶存酸素の絶対量が不足して容易に嫌気的状態が保たれて嫌気性バクテリアの活性が促進され、脱窒処理の効率が向上する。
その後、飼育用水は、配管９を介して、水中の脂肪酸やタンパク質等の有機物（表面活性物質）を捕獲する泡浮上装置１１に流れ込む。この泡浮上装置１１は、撹拌羽根にエアー及び／又はオゾン（エアーとオゾンを混合したもの、但しオゾン濃度は０〜１００％の範囲で調整する）を供給して気泡を発生させるとともに、撹拌手段により、この気泡を水面に集めて槽外へ排出する（Ｆｏａｍ  Ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｏｒ）ものである。従って、気泡が上昇する間にそこに付着したタンパク質や油脂等の浮游物質を、気泡とともに除去することができる。尚、泡浮上装置にオゾンを供給すれば、有機物の分解や殺菌が行われて、飼育用水の浄化を促進することが可能となる。
前記泡浮上装置１１内の飼育用水は、配管９を介して、紫外線殺菌装置１３に連通される。紫外線殺菌装置１３は、水に紫外線を照射して殺菌を行う（ＵＶ  Ｄｉｓｉｎｆｅｃｔｉｏｎ）ものである。
水に紫外線を照射して殺菌を行う紫外線殺菌装置１３は、単に殺菌を行うにとどまらず、前記泡浮上装置１１でオゾンを供給した場合に含まれるオゾンを紫外線照射によって分解することができる。すなわちオゾン濃度が高くなりすぎると、アンモニア処理部で硝化作用を行う好気性バクテリアが死滅し、また魚に対する毒性が強くなって魚の健全な飼育を阻害することもあるが、紫外線照射により余剰のオゾンを分解し、オゾン濃度を適正な値に調整することができる。
尚、図示を省略したが、泡浮上装置１１の下流側にオゾン濃度を検出するセンサを設けるとよい。オゾンの濃度を検出しその多寡により、泡浮上装置１１におけるオゾン供給量を調節するものである。
前記泡浮上装置１１及び紫外線殺菌装置１３を通流した飼育用水は、配管９を介して、非浸漬処理部１４に連通され、更に、非浸漬処理部１４内の飼育用水は配管９を介して浸漬処理部１５に連通される。前記非浸漬処理部１４及び浸漬処理部１５は飼育用水中のアンモニアの分解処理を行うアンモニア処理部を構成している。
本例においては、非浸漬処理部１４及び浸漬処理部１５の間を連通する配管９には、ポンプ１６及び曝気部１７を介設している。尚、曝気部１７は、後述する酸素製造装置２３を連係している。
本例において、非浸漬処理部１４には、表面に例えばたわし状の濾材（樹脂等）を有する複数の円盤を回転軸下に装着した回転円盤式接触酸化槽（Ｒｏｔａｒｙ  Ｂｉｏ−Ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）が用いられている。前記濾材は、たわし状以外の形状、例えば、スポンジ状、ネット状、繊維状、或は、ハニカム状等の形状でも差し支えないことは勿論である。もっとも、回転円盤式接触酸化槽の代わりに多重機槽を用いることもできる。浸漬処理部１５には流動床式フィルター（Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ  Ｂｅｄ  Ｆｉｌｔｅｒ）が用いられている。
飼育用水中に含まれるアンモニアは、非浸漬処理部１４及び浸漬処理部１５に存在する好気性バクテリアによって分解される。例えば、浸漬処理部１５を構成する流動床式フィルター１８は、樹脂パイプ内に所定厚さだけ濾材（例えば、ケイ砂）が充填されるとともに、好気性バクテリアが収容されており、前記曝気部１７からの飼育用水は、流動床式フィルター１８の下方から上方に通流されて、ここでバクテリアによりアンモニア分解が行われる。本例では、浸漬処理部１５の上流側に曝気部１７を設けているため、流動床式フィルター１８内に通流する水に多くの酸素が供給され、バクテリアの活動をより活性化している。
流動床式フィルター１８の下流側には、必要に応じて砂とバクテリアを捕獲するために、マイクロスクリーンフィルターよりも目の粗いスクリーンフィルター１９を設けてもよい。このスクリーンフィルター１９は、流動床式フィルター１８から流れ出す砂を捕獲し、ここで捕獲された砂とバクテリアは、前記流動床式フィルター１８に戻される。尚、スクリーンフィルタ１９を設けない場合は、流動床式フィルター１８から砂が流出して次工程に搬送されるのを抑制するためにストレーナを設けることが好ましい。
更に、スクリーンフィルター１９の下流側に、必要に応じて、汚泥沈澱槽２０を設けてもよい。ここで汚泥が除去される。尚、前記脱窒装置１２においてもスクリーンフィルター１２ｂ及び汚泥沈澱槽１２ｃは必要に応じて設置すればよく、また、これらを設置しない場合はストレーナを設けることが好ましい。
非浸漬処理部１４及び浸漬処理部１５から構成されるアンモニア処理部が、前記泡浮上装置１１及び紫外線殺菌装置１３の下流側に配置されると、他のバクテリアが殺菌された状態で飼育用水がアンモニア処理部に連通されるため、好気性バクテリアは、他のバクテリアの酸化反応によって活動が阻害されることなく、好気性状態下で活性化されて、効率よくアンモニアの分解処理がなされるものである。
アンモニアは、先ず、非浸漬処理部１４においてある程度の濃度まで分解され、その後、浸漬処理部１５で前述したように、更に低濃度まで分解される。従って、一段階で処理するよりもアンモニアを低濃度まで分解することができる。また、高純度酸素は高価であるため、好気性バクテリアの代謝に用いられる酸素は、なるべく空気中の酸素を有効に利用することが望ましい。前述したように有機物が除去された状態でアンモニア処理部に通流される飼育用水は、不可避的に有機物を含んでいる。有機物を酸化するために必要な酸素量は、アンモニアを分解処理するために必要な酸素量のおよそ１．５倍である。このため、アンモニア処理部においては、上流側に空気との接触部分が大きい回転円盤式接触酸化槽や多重機槽等の非浸漬処理部を配置し、空気中の酸素を有効に利用して処理するようにしている。
また、下流側には、前記非浸漬処理部で分解されて低濃度となったアンモニアを有効に処理するために、酸素やバクテリアとの接触チャンスが大きい流動床式フィルターを用いた浸漬処理部を配置している。尚、浸漬処理部１５及び曝気部２１を連通する配管９には、飼育する魚に適した水温に保つために、ヒートポンプ２２を介設している。尚、ヒートポンプに代えて、水温によっては熱交換器でもよい。
曝気部１７は、前述したように、アンモニアの分解を促進するために酸素を水に溶解するものであり、一方、曝気部２１は、魚の生存に必要な酸素を水に溶解するものである。ただ、曝気部のどちらか一方を省略しても、飼育用水には酸素が供給されるので、必ずしも両方の曝気部を用いる必要はない。本例では、酸素製造装置（Ｏｘｙｇｅｎ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２３により製造された酸素を曝気部１７と曝気部２１に供給している。酸素製造装置２３にはコンプレッサー２４が連結されている。前記曝気部１７及び曝気部２１は、例えば加圧溶入装置を設けることにより、酸素の溶解（溶入）を効率的に行うことができる。或は多数の微細孔を有する多数のＵ字状中空糸膜を各端部の開口状態を保ったまま束とし、この中空糸膜の束を通流管内部に設置し、各中空糸膜内に酸素を供給して、前記微細孔から吹出すことにより酸素を水に溶解するようになされている。中空糸膜を用いた場合にも、酸素の溶解が極めて効率的になされるとともに、液体酸素を用いるよりも安価に行うことができる。
前記中空糸膜は、例えば、セルロース系、ポリオレフィン系、又は、ポリスルフォン系等の樹脂で形成され、孔径が０．０２〜１．０μｍ、空孔率２０〜９０％、外径０．１〜０．５ｍｍ、膜厚１０〜１００μｍのものが好適である。また、Ｕ字形の中空糸膜の束の代わりに、端末を密封処理した中空糸膜の束を流通管内部に設置してもよい。
本例においては、一方の曝気部に事故等が起こった場合を想定し、魚の生存に必要な酸素を供給し得るように２つの曝気部１７，２１を設けたが、本発明の構成によれば、一方の曝気部のみを循環部に配置しても養殖装置の水質管理を効率的に行うことができる。
前記曝気部２１内の飼育用水は、配管を介して、再び飼育水槽１に供給される。
尚、本例においては図示を省略したアンモニア測定器、溶存酸素を測定するＤＯメーター、流量計、溶存オゾン測定器、ｐＨメーター等の各種測定器を循環路中の所定各所に設け、各種測定器が検出するデータを外部コンピュータと連動して、その情報により、本例の養殖装置のポンプ回転、曝気、温度等の制御するものである。
このように、本発明によれば、合理的な設備の組み合わせにより、低廉な費用で水質管理を行うことの可能な養殖装置を得ることができるものである。
産業上の利用可能性
本発明の養殖装置は、魚の種類や地理的条件を問うことなく実施でき、とりわけ、天然養殖が、気象条件或は地形的要因により困難な場合に好適である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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