(57)【要約】【課題】魚介類の閉鎖循環式養殖装置及びこれを用いる養殖方法において、設備を簡略化して従来技術に比べて設備コストを大幅に低減できるとともに、運転維持管理の手数及びコストを大幅に低減できるものを提供する。【解決手段】飼育水槽1と、この下端からの排水BをスラッジMと１次上澄みCとに分離する第１液体サイクロン2と、飼育水槽1の上部から引き出された飼育水A、及び前記１次上澄みCから２次上澄みEを分離する第２液体サイクロン3と、２次上澄みEを第１〜３の分流路81〜83に分配する一対の三方弁85,86と、第２の分流路82の下流に配置される膜分離活性汚泥処理装置(MBR)5と、第３の分流路83の下流に配置される膜濾過装置6と、処理済みの処理水を貯留する調整槽7と、第３の分流路81に合流し、調整槽7中の処理水を飼育水槽1中へと戻す処理水還流路84と、２次上澄みEなどを貯留する未処理水貯留槽4とからなる。【選択図】図１
2009153979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
魚介類を飼育する飼育水槽（1）と、
飼育水槽（1）の下端から引き出された排水（B）を、沈降性懸濁物質を含む液（M）と１次上澄み（C）とに分離する第１懸濁物質分離装置（2）と、
飼育水槽（1）の上部から引き出された飼育水（A）、及び前記１次上澄み（C）を、残余の沈降性懸濁物質を含む液（J）と２次上澄み（E）とに分離する第２懸濁物質分離装置（3）と、
前記２次上澄み（E）を第１〜３の分流路（81〜83）に分配する分配機構（85,86）と、
第２の分流路（82）の下流に配置され、アンモニア等を処理する活性汚泥を含む水槽及び活性汚泥処理された水から浮遊性懸濁物質及び細菌を分離するための濾過膜からなる膜分離活性汚泥処理装置（MBR：メンブレンバイオリアクター）（5）と、
第３の分流路（83）の下流に配置され、前記２次上澄み（E）から浮遊性懸濁物質及び細菌を分離するための濾過膜からなる膜濾過装置（6）と、
膜分離活性汚泥処理装置（5）及び膜濾過装置（6）の下流に配置されて浄化処理済みの処理水を貯留する調整槽（7）と、
前記第１の分流路（81）の下流端をなし飼育水槽（1）中へと前記２次上澄み（E）を戻す還流給水口（81A）と、
調整槽（7）中の処理水を飼育水槽（1）中へと戻す処理水還流路（84）と、
膜分離活性汚泥処理装置（5）の上流に配置され、前記２次上澄み、前記１次上澄み、または前記排水を貯留する未処理水貯留槽（4）とからなることを特徴とする閉鎖循環式養殖装置。
【請求項２】
第１懸濁物質分離装置（2）及び第２懸濁物質分離装置（3）が、いずれも液体サイクロンであることを特徴とする請求項１記載の閉鎖循環式養殖装置。
【請求項３】
請求項１または2に記載の閉鎖循環式養殖装置を用い、前記分配機構（85, 86）による分配の制御により、飼育水槽（1）中の魚介類の給餌及び排泄のサイクル中にあって、給餌直後及び／または排泄のピークに対応する期間に、調整槽（7）から飼育水槽（1）への処理水の供給と、飼育水槽（1）の下端から未処理水貯留槽（4）への未処理水の供給とを増加させるとともに、前記のピークに対応する期間中、処理水の供給量と排水量との間に差を付けることにより、飼育水槽（1）の水位を、通常時の水位の６０〜４００％の範囲で変動させることを特徴とする閉鎖循環式養殖方法。
【請求項４】
前記のピークに対応する期間中、飼育水槽（1）の水位を、通常時の水位の１３０〜４００％まで増大させて、この水位を保持した後、通常時の水位の６０〜８０％まで減少させることを特徴とする請求項３に記載の閉鎖循環式養殖方法。
【請求項５】
前記のピークに対応する期間中、飼育水槽（1）の水位を、通常時の水位の１３０〜４００％まで増大させ、次いで、通常時の水位の６０〜８０％まで減少させる操作を、１回、または複数回行うことを特徴とする請求項３に記載の閉鎖循環式養殖方法。
【請求項６】
給餌を開始する前から、調整槽（7）から飼育水槽（1）への処理水の供給量を増大させて、給餌の時点で、飼育水槽（1）の水位が、通常時の水位の１３０〜４００％となるようにすることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の閉鎖循環式養殖方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飼育槽の水を、浄化装置を通して浄化・循環させながら魚介類を飼育する閉鎖循環式養殖装置及び養殖方法に関する。特には、海水、海水浸透水、または人工海水を循環させて、ヒラメ、フグ、エビ、アワビ等の海水性の魚介類、または、海水性の観賞魚等を陸上の飼育槽中にて高密度で養殖可能な装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、食用魚介類の陸上養殖は、海に近接した陸上において、海水、または海水が地中に浸透した海水浸透水を陸上の飼育槽へと多量に連続的にくみ上げつつ排水する「かけ流し方式」により行われることが多かった。しかし、閉鎖性の海域に面している場合など、海洋汚染を引き起こし、赤潮を発生させるリスクが高くなる。また、閉鎖海域の汚染により赤潮が発生した場合には、大きな影響を受けてしまう。【０００３】
さらに、従来の掛け流しでは、取水に病原細菌やウィルスなどが含まれることから、魚病の影響が大きい。また、近年では、周辺海域で魚病の原因菌が多くなり、養殖業に大きなダメージを与えている。【０００４】
また、「かけ流し方式」であると、海から離れた場所で海水性魚介類を養殖することが不可能であった。さらには、エビ等の暖水性魚介類を養殖する場合や、魚介類の成長に最適な水温を保とうとする場合、温度調節のために多大なエネルギーを要してしまうという問題点があった。【０００５】
そこで、近年、飼育水を浄化しつつ循環して用いる閉鎖循環式養殖の技術について種々の研究開発が行われており、一部、試験的な商業生産が行われている。しかし、閉鎖循環式養殖では、糞や餌の残りかす、及びアンモニア等の代謝物質を処理する浄化装置の設備費及び運転費がかさむことが問題となる他、病気の原因となる菌やウィルスを抑えることが大きな問題となる。【０００６】
閉鎖循環式養殖では、菌やウィルスを装置内に持ち込まない限りは魚病発生の可能性はないという点で、大いにメリットがある。しかし、魚種によっては魚の成長を促進すべく高水温に維持することから、菌などが増殖しやすいという問題がある。そこで、紫外線殺菌灯やオゾンを用いるケースが多い。しかし、紫外線は、懸濁物が多い状況では懸濁物の裏側にまで効果が及ばないことから、懸濁物質濃度の変動の影響を受け、殺菌効果の不確実性が付きまとうという問題がある。また、オゾンは殺菌能力が高いものの、BOD負荷が高い場合にはその分解に費やされる上に、海水中の臭素やヨウ素、その他の物質と反応して生物に悪影響を与える様々な物質を生成する。そのため、オゾン使用量を微妙に調整する必要があり、さらに、オゾン処理によるこのような副生物を処理するための工程や設備を追加する必要があり、オゾン発生装置などが高価であるばかりでなくなお一層コストが増加してしまう。【０００７】
例えば、特許文献１の養殖装置によると、飼育水槽から引き出された水は、全量が沈殿槽に導入されてスラッジが分離され、次いで、一組となった泡沫分離槽及び硝化槽を通る。そして、この後、一部が脱窒槽を通って沈殿槽に戻され、残りは、紫外線殺菌装置を通って飼育水槽に戻される。すなわち、飼育水槽に戻る水は全て紫外線殺菌を経る。【０００８】
また、本公知例には実施の一例として、沈殿槽の下部から取り出された固形分を含む高度濃縮水を、濾過膜を用いる「固液分離手段」により分離して、この後、分離した水を沈殿槽に戻す方法が示されている。なお、引用文献１の0023段落には、中空糸膜が硝化菌や脱窒菌を通さないため、分離槽内部における濾過膜の外側の部分に、硝化菌や脱窒菌を含む活性汚泥を生息させることができるとの言及がある。【０００９】
特許文献１の養殖装置では、大掛かりな紫外線殺菌装置を必要とする他、循環水の全量を通す大掛かりな硝化槽を必要とする。そのため、設備コスト及び運転コストを低減させることが困難である。【００１０】
一方、特許文献２では、同様の養殖装置において、沈殿装置として渦巻流れを生じさせて遠心力により固液分離を行う「沈殿槽」、及び、プラスチックの網などからなる「フィルター装置」を採用するとともに、硝化菌等が付着した濾材からなる「バイオフィルター（生物濾過槽）」と呼ばれる浄化装置が用いられる。また、温度調節にはヒートポンプが用いられる。特許文献２の装置では、「バイオフィルター（生物濾過槽）」装置がかなり大掛かりになるためにコスト高となる他、循環水の全量を通す紫外線殺菌装置も必要であり、さらには、「沈殿槽」で分離された固形残渣を別途に処理する必要がある。【００１１】
他方、特許文献３では、「漁港、魚市場および陸上養殖場等から発生する有機性廃水」を「膜分離活性汚泥処理槽」中に導入して処理した後、濾過膜により分離した処理水を排出するとともに、余剰汚泥を、ゴカイの養殖水槽へと排出して処理することが記載されている。特許文献３の方法によると、漁港での有機性廃水を処理するとともに、この際に発生する余剰汚泥をも処理することができる。しかし、比較的少量の高濃度廃水を処理するのに適した技術であり、閉鎖循環式養殖の際に、多量の飼育水を循環させて処理するのには適してない。【００１２】
なお、近年、膜分離活性汚泥法による排水処理が徐々に普及しつつある（非特許文献１）。しかし、非特許文献１の表4.2及び4.5にあるように、一般的な膜分離活性汚泥処理装置（MBR：メンブレンバイオリアクター）の運転環境では、BOD容積負荷が 数十〜数千g/m3である。また、活性汚泥処理槽（曝気槽）における内部MLSS（活性汚泥浮遊物質;Mixed liquor Suspended Solid）は、一般的な運転条件で、数百〜数万mg/Lである。【００１３】
さらに、海水などの塩分濃度の高い条件では、実施例がほとんど報告されていない。これに対して、一般的な閉鎖循環式養殖装置における飼育水中のBOD容積負荷は、数g/m3と格段に低い。そのため、膜分離活性汚泥処理装置を閉鎖循環式養殖装置に適用した場合、内部MLSSは、100mg/L以下となってしまう。このように極端に低濃度で膜分離活性汚泥処理装置を運転した場合、分離膜の目詰まりが生じやすく、一般に、好ましくないとされていた。【００１４】
したがって、特許文献１中に、部分的に膜分離活性汚泥法を組み合わせることができる旨の示唆があるとしても、実際上の使用は困難であると考えられていた。そのため、特許文献１以外では、閉鎖循環式養殖において、膜分離活性汚泥法を使用することの示唆は見られない。また、特許文献１の提案は、硝化槽と並列に、膜分離活性汚泥処理装置を配置するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開2002-223667
【特許文献２】特許3769680
【特許文献３】特開2005-074420
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】"Membrane Bioreactors for Wastewater Treatment" T. Stephenson, K. Brindle, S. Judd, B. Jefferson; IWA publishing, 01 June 2000; ISBN: 9781900222075. （「膜利用生物反応槽による排水処理」北尾高嶺監修; 石田宏司,松村修三,和泉清司訳; 財団法人日本環境整備教育センター, 2003.3.）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、魚介類の閉鎖循環式養殖装置及びこれを用いる養殖方法において、設備を簡略化して従来技術に比べて設備コストを大幅に低減できるとともに、運転維持管理の手数及びコストを大幅に低減でき、また、外部に排出される廃棄物や排水の量を最小限にできるものを提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の魚介類の閉鎖循環式養殖装置は、魚介類を飼育する飼育水槽と、飼育水槽の下端から引き出された排水を沈降性懸濁物質からなる液と１次上澄みとに分離する第１懸濁物質分離装置と、飼育水槽の上部から引き出された飼育水中の沈降性懸濁物質と、及び前記１次上澄み中の残余の沈降性懸濁物質を２次上澄みとに分離する第２懸濁物質分離装置と、前記２次上澄みを第１〜３の分流路に分配する分配機構と、第２の分流路の下流に配置され、アンモニアを処理する活性汚泥を含む水槽及び活性汚泥処理された水から浮遊性懸濁物質及び細菌を分離するための濾過膜からなる膜分離活性汚泥処理装置（MBR：メンブレンバイオリアクター）と、第３の分流路の下流に配置され、前記２次上澄みから浮遊性懸濁物質及び細菌を分離するための濾過膜からなる膜濾過装置と、膜分離活性汚泥処理装置及び膜濾過装置の下流に配置されて浄化処理済みの処理水を貯留する調整槽と、前記第３の分流路の下流端をなし飼育水槽中へと前記２次上澄みを戻す還流給水口と、調整槽中の処理水を飼育水槽中へと戻す処理水還流路と、膜分離活性汚泥処理装置の上流に配置され、前記２次上澄み、前記１次上澄み、または前記排水を貯留する未処理水貯留槽とからなる。【００１９】
本発明の魚介類の閉鎖循環式養殖方法は、上記の閉鎖循環式養殖装置を用い、給餌直後及び／または排泄のピークに対応する期間に、調整槽から飼育水槽への処理水の供給、及び、飼育水槽の下部からの排水を増加させるとともに、前記のピークに対応する期間中、処理水の供給量と排水量との間に差を付けることにより、飼育水槽の水位を、通常時の水位の６０〜４００％の範囲、より好ましくは75〜300%の範囲で、増減変動させることを特徴とする。すなわち、水質変動に比例または対応させて処理水の供給量と排水量とを制御すること（以下、「比例制御方式」という。）により、膜分離活性汚泥処理装置に送られる未処理水中のアンモニア性窒素等の処理対象物質の濃度を高く保つ。【００２０】
水位の変動パターンとして、好ましい実施形態において、通常時の水位の１３０〜４００％、好ましくは150〜350%、より好ましくは200〜300%まで増大させて、この水位を保持した後、通常時の水位の５５〜９０％、好ましくは６０〜８０％まで減少させる。また、別の好ましい実施形態においては、通常時の水位の１３０〜４００％まで増大させ、次いで、通常時の水位の５５〜９０％、好ましくは６０〜８０％まで減少させる操作を、１回、または複数回行う。さらに別の好ましい実施形態においては、給餌の時点、または給餌の1〜4時間後に、通常時の水位の１３０〜４００％、好ましくは150〜350%、より好ましくは200〜300%となるようにする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の魚介類の閉鎖循環式養殖装置及び養殖方法によると、所要の程度の飼育水の浄化を、必要最小限の設備構成で、かつ必要最小限の運転コスト及び手数にて行うことが可能となり、閉鎖循環式養殖装置の設備コスト及び運転コストを従来技術に比べて大幅に低減することができる。特には、「比例制御方式」を採用することで、膜分離活性汚泥処理装置にアンモニア濃度の高い排水を集中的に送ることができることから、小容量の膜分離活性汚泥処理装置を高い効率で活用してアンモニア除去を行うことができ、また、必要な程度の細菌類の除去、及び懸濁物質の除去を効率的かつ従来技術と比べて低コストで行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態になる閉鎖循環式養殖装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】図１の閉鎖循環式養殖装置における第１及び第２液体サイクロンの構成例を示す模式的な断面斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態になる閉鎖循環式養殖方法における水位変動パターンの例を示す一連のグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態になる閉鎖循環式養殖方法における水位変動パターンの例を示す、図3と同様の一連のグラフである。
【図５】本発明の第３の実施形態になる閉鎖循環式養殖方法における水位変動パターンの例を示す、図3と同様の一連のグラフである。
【図６】毎朝給餌した場合におけるアンモニア性窒素発生量の時間帯による変動を示すグラフである。
【図７】毎朝給餌した場合における飼育水中のアンモニア性窒素濃度の時間帯による変動を示すグラフである。
【図８】本発明の閉鎖循環式養殖方法における飼育水の水質管理方式の考え方の一端を説明するための簡易なフローチャートである。
【図９】閉鎖循環式養殖装置の一変形例として、飼育水槽の下端排出部に第１液体サイクロンを一体に設けた構成を示す模式的な垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の一実施形態になる閉鎖循環式養殖装置について、図１〜２を用いて説明する。本実施形態の閉鎖循環式養殖装置10は、複数の飼育水槽1-1, 1-2・・と、飼育水槽1ごとに設けられ、各飼育水槽1-1, 1-2・・下端から沈降性懸濁物質濃縮水すなわちスラッジ懸濁液Bを受け入れる第１液体サイクロン2-1, 2-2・・と、第１液体サイクロン2-1, 2-2・・から排出される上澄み（１次上澄み）C、及び、各飼育水槽1-1, 1-2・・から取水した飼育水Aを受け入れる一つの第２液体サイクロン3と、第２液体サイクロン3から排出される上澄み（２次上澄み）Eを第１〜３の分流路81,82,83に分配する分配機構8と、第2の分流路82の下流端に配置される未処理水貯留槽4と、この下流の膜分離活性汚泥処理装置（MBR：メンブレンバイオリアクター）5と、第3の分流路83の下流端に配置される膜濾過装置6と、膜分離活性汚泥処理装置5からの浄化処理水S、及び、膜濾過装置6からの膜濾過処理水Iを受け入れて貯留する調整槽7と、この下流の酸素溶入装置9とからなる。
【００２４】
飼育水槽1-1, 1-2・・は、底面が中央部または特定の箇所に向かって深くなるように緩やかに傾斜しており、このようにして形成された最深部に、スラッジ懸濁液排出パイプ12が接続している。飼育水槽1-1, 1-2・・は、好ましくは、円形または楕円形、または正八角形等の正多角形である。
【００２５】
なお、本明細書では、便宜上、第１液体サイクロン2-1, 2-2にて主として分離されるものを「沈降性懸濁物質」または「スラッジ」と呼ぶことにする。すなわち、残餌（えさの食べかす）や糞などに由来する、水中を漂う懸濁物質(SS)のうち、飼育水槽1-1, 1-2・・の底部に溜まって底から取り出し可能なものを「沈降性懸濁物質」または「スラッジ」と呼ぶことにする。また、「沈降性懸濁物質」以外の懸濁物質を「浮遊性懸濁物質」と呼ぶことにする。
【００２６】
第１液体サイクロン2-1, 2-2・・の上部には、スラッジを高濃度で含むスラッジ懸濁液Bが、スラッジ懸濁液排出パイプ12を通って接線方向へと流入する。第１液体サイクロン2-1, 2-2・・の下端からは、スラッジMが、スラッジ排出パイプ24を通って未処理水貯留槽4へと送られる。また、第２液体サイクロン3の下端からも、スラッジ・SS排出パイプ34を通って、上澄み水中に残留していたスラッジを含むスラッジ懸濁液Jが未処理水貯留槽4へと送られる。
【００２７】
図２に、第１液体サイクロン2-1, 2-2・・及び第２液体サイクロン3の構成例を模式的に示す。第２液体サイクロン3は、各第１液体サイクロン2よりも大型であり、例えば、内径が1.5〜4.0倍である。なお、第１液体サイクロン2の内径は、例えば、飼育水槽1-1, 1-2・・の内径の0.3〜0.6倍である。
【００２８】
第１液体サイクロン2及び第２液体サイクロン3には、適宜、じゃま板を内壁面に設けることができる。じゃま板は、円錐部分の内壁に軸方向に延びるものを設けることもでき、円筒部に、渦巻き流を強めるための、螺旋状などのものを設けることもできる。特に、沈降性懸濁物質が沈殿しにくいものの場合には、じゃま板を適宜配置することができる。
【００２９】
第１液体サイクロン2-1, 2-2から、１次上澄みCが、サイクロン間パイプ23を通って第２液体サイクロン3へと排出される。また、飼育水槽1-1, 1-2・・の上部から、飼育水Aが、飼育水排出パイプ13を通って第２液体サイクロン3へと送られる。ここで、図２の例に示すように、サイクロン間パイプ23は、飼育水排出パイプ13に合流しており、１次上澄みCと、飼育水槽1-1, 1-2・・上部の飼育水Aとが混合した混合上澄みDが、第２液体サイクロン3の上部へと、接線方向に導入される。
【００３０】
第２液体サイクロン3からの2次上澄み排出パイプ32が、第１の三方バルブ85に接続し、第1の三方バルブ85により、飼育水槽1-1, 1-2・・へと戻る第1の分流路81と、それ以外とに分けられる。第1の分流路81以外に振り分けられた2次上澄みGは、第２の三方バルブ86により、第2の分流路82及び第3の分流路83に分けられる。これら第1及び第2の三方バルブ85,86、及び後述の第3の三方バルブ87は、好ましくは電動三方弁であり、電磁三方弁、手動弁またはこれらの組み合わせであって良い。
【００３１】
膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5には、未処理水供給パイプ45を通じて、未処理水貯留槽4の下部から、スラッジ懸濁液M及びJに第2の分流路82に送られた2次上澄みNを加えた混合液が供給される。
【００３２】
膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5は、活性汚泥を含む活性汚泥処理槽と、この処理槽に浸漬される分離膜モジュールと、分離膜を通じて処理水を吸引するためのポンプとからなる。ここでの分離膜は、微細な懸濁物質はもとより細菌をも透過させないものであり、好ましくは、大部分のウィルスを除去可能なものである。
【００３３】
活性汚泥は、アンモニアを分解する硝化活性汚泥からなり、この硝化活性汚泥には、海水に馴化したものが用いられる。好ましくは、バイコム株式会社が開発した、減容された海水馴養硝化汚泥を製造する方法（WO00/077171）により得られる高活性の消化活性汚泥が用いられる。
【００３４】
バイコム株式会社が開発した海水馴養硝化汚泥の製造方法は、アンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌の混合系からなる硝化細菌と、その他の活性細菌とを含むし尿用活性汚泥から、前記硝化細菌のみを高濃度に含む減容された海水馴養硝化汚泥を製造する方法であって、以下のA−Eの工程からなる。A: 前記し尿用活性汚泥を、海水で希釈するとともに、下水処理場で発生する消化脱離液及び／または汚泥脱水濾液を加えることで、アンモニアの濃度が100〜300mg／リットルである海水希釈汚泥を得て、また、必要な場合にはこの海水希釈汚泥に希硫酸を加えることでｐＨを8.5以下とする。B: 0.4〜0.7molの炭酸ナトリウムに対し0.4〜0.8molの炭酸水素ナトリウムを含む混合塩・水溶液を用意する。C: １〜３カ月の間、前記海水希釈汚泥について、一つの培養槽中にて、(1) ｐＨを監視しつつ適宜に前記混合塩水溶液を加えることでｐＨを7.5〜8.5に保ち、(2) 溶存酸素が2〜5mg／リットルとなるように曝気量を調節し、(3) 温度を20〜40℃に保ち、また、(4) 逐次、アンモニアの濃度が100〜300mg／リットルとなるように、前記の消化脱離液及び／または汚泥脱水濾液を加え、必要に応じて海水を加える。D: このような培養操作により、他の細菌をほとんど死滅させ、死滅した細菌に由来する難分解性有機物を含んでなる核（例えば20〜100μmのグラニュール）の周囲に硝化細菌が取り付いた硝化細菌フロック（例えば直径50〜100μm）を形成させる。E: この硝化細菌フロックを沈殿させることで、減容された海水馴養硝化汚泥を得る。例えば、し尿用活性汚泥が硝化細菌を0.35%程度含み、前記の海水馴養硝化汚泥が消化細菌をその約10倍の含有率で含む。また、例えば、し尿用活性汚泥の1/3〜1/4に減容される。上記「比例制御方式」を採用するとともに、このような高度に減容された海水馴養硝化汚泥を用いることで、アンモニア窒素濃度が、通常の汚水処理に比べて格段に低い条件でも、高い効率で硝化処理を行うことができる。
【００３５】
特には、図７を用いて説明するように、アンモニア性窒素濃度が、１日サイクルで時間的にならした場合に、1.0mg/L(ppm)前後、またはそれ以下である場合にも、効率的にアンモニアの除去を行うことができる。
【００３６】
しかし、本発明に使用される硝化活性汚泥としては、上記の海水馴養硝化汚泥に限定されるものではない。
【００３７】
膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5の分離膜モジュールとしては、平膜型、及び中空型のいずれでも良い。平膜型の分離膜モジュールは、濾過水通路を確保するためのスペーサーを平坦な濾過膜（平膜）で包み込んで封筒状に折り畳み、端部を液密に封止した膜エレメントから成る。膜エレメントの上端部には、濾過水を集水するチューブが取り付けられている。このような膜エレメントを多数枚、スペーサーを挟み込むようにして重ね合わせ、一定間隔で積層された膜モジュールとしている。活性汚泥処理槽内に浸漬配置された各膜エレメントの間の間隙を通って、活性汚泥に供給する曝気空気が上昇する。このようにして、活性汚泥が懸濁した水に随伴流を発生させることで、膜エレメントの表面に発生する汚泥の堆積層（ケーク層）を洗い流す。すなわち、このような効果により、濾過速度を一定レベルに維持している。
【００３８】
中空糸型の分離膜モジュールは、束状にまとめられた中空糸の両端部または一端部を開口させ、中空糸膜側面から中空糸膜内部に濾過した処理水を吸引するものである。通常、垂直方向に中空糸膜のモジュールを設置し、上記と同様の曝気空気の上昇流により、汚泥の堆積層（ケーク層）を洗い流す。
【００３９】
なお、活性汚泥処理槽に所定量以上の汚泥が貯留した場合には活性汚泥槽に設けられた排出弁54から排出される。
【００４０】
膜濾過装置6は、膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5に用いられると同様の濾過膜、すなわち、精密濾過膜または限外濾過膜からなる。濾過膜モジュールの形式としては、膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5のものと同様である。また、好ましく採用できるものとしては、中空糸型の膜モジュール、例えば水道浄化プロセス用のものを挙げることができる。中空糸膜モジュールは、全濾過型の他、クロスフロー型であっても良い。全濾過型の場合、一定時間ごとに、適宜、逆流洗浄、及び／またはエアレーションを行って目詰まり物質を洗い落とす。このような洗浄の際に出てくる懸濁液Lは、スラッジ濃縮液Jなどとともに、未処理水貯留槽4へ送られる。
【００４１】
なお、膜濾過装置6の上流には、必要に応じて、金属メッシュや濾布などからなる簡易なフィルターを配置しておくことができる。このフィルターは、粗いごみを取り除くためのものである。
【００４２】
膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5を通過して処理された浄化処理水S、及び膜濾過装置6を通過して処理された濾過処理水Iは、これらが混合された混合処理水Uとして調整槽７中に貯留される間に、調整槽7に付属する温調機構75により所定の温度に調整される。また、処理水還流路84中には、酸素発生装置95を備えた酸素溶入装置9が備えられる。なお、酸素溶入装置9は、加圧式、減圧式(ディフューザー方式など)などでも良く、また、酸素源は、ガス分離膜（PSA）で分離した酸素ガス、液体酸素などでも良い。
【００４３】
図示の例において、第１分流路81中に、さらに第3の三方バルブ87が設けられており、これからの分岐路88が酸素溶入装置9にまで延びている。アンモニアなどの発生が少なく、膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5及び膜濾過装置6を通過する循環水の割合が低いが、飼育水槽中の酸素濃度を高く保つ必要がある場合などに、適宜、第3の三方バルブ87の制御により第１分流路81の水Fの一部が酸素溶入装置9へと送られる。
【００４４】
なお、塩分濃度を低下させる必要がある場合には、調整槽７、または膜濾過装置６の逆洗水にｐＨ調整剤とともに、塩分濃度調整のための補給水を給水する事ができる。逆に、塩分濃度を上昇させる必要がある場合には、飼育槽1-1,1-2,1-3,1-4、または未処理水貯留槽４に塩類を供給する事ができる。
【００４５】
図示の例では、水流ポンプ89として、膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5に付属する吸引式のもの、及び、膜濾過装置6に付属する押し出し式のもののみが配置されている。しかし、これ以外にも、各水槽の水位の差の調整などの必要に応じて、適宜、１つまたは複数の水流ポンプが、配置される。
【００４６】
本実施形態の閉鎖循環式養殖装置であると、二重の懸濁物質分離装置により、懸濁物質を効率的に分離濃縮できるため、膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5に養殖魚の排泄する糞や残餌など有機性汚濁物質を効率的に供給して、MBRの機能維持を安定化できると同時に、膜濾過装置6への負荷を軽減する事で目詰まり及びこれを解消する洗浄操作を最小限に抑えることができる。
【００４７】
また、濾過膜により細菌やウィルスを効率よく除去することができるため、紫外線殺菌装置などの殺菌設備の規模を小さくする事が出来る。また、飼育方法によっては図1の経路Fにのみ殺菌設備を設ければ良い。
【００４８】
本実施形態の閉鎖循環式養殖装置では、二重の懸濁物質分離装置で懸濁物質(SS)を除去した後の２次上澄みについて、全量を膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5や膜濾過装置6に送るのではなく、アンモニア、SS、及び細菌の除去に必要な分だけこれらに送る方式である。一の好ましい実施形態において、膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5の側へと送られる懸濁液の水量Lは、膜濾過装置6へと送られる水量Hの5〜15%である。また、一の好ましい運転条件において、２次上澄みEのうち、第１分流路81を通って飼育水槽1-1, 1-2・・へと還流する水量Fと、膜濾過装置6へと送られる水量Hと、膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5の側へと送られる水量Nとの比、F/H/Nは、4〜6%／39〜43%／53〜55%である。
【００４９】
したがって、アンモニア及び細菌や懸濁物質を除去するための設備コスト及び運転コストを最小限に抑えることができる。細菌及び浮遊性懸濁物質を除去するだけのためには、膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5だけでなく、膜濾過装置6をも用いることができるので、膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5は、アンモニア除去などの活性汚泥処理のために必要な程度の能力及びサイズを備えれば足りる。また、二重の液体サイクロン装置を通って出てきた２次上澄みについて、どれだけを膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5に送り、どれだけを膜濾過装置6に送るかについては、飼育水槽1から引き出される飼育水について、アンモニア濃度、懸濁物質(SS)、細菌数などを測定し、測定結果に基づき決定することができる。
【００５０】
本実施形態の閉鎖循環式養殖装置であると、特に、飼育水槽内でのアンモニア発生量が多い時間帯に、アンモニア濃度の高い排水を一時貯留しておき、安定的に膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5へと送ることができるため、活性汚泥処理装置の効率を高く保つことができる。このための「比例制御方式」の詳細については後述する。
【００５１】
飼育水槽1内の飼育水についての測定に代えて、飼育水槽1に飼育水を戻す箇所でアンモニア濃度等を測定するようにすることもできる。すなわち、還流給水口81Aのところで取水することで、処理水還流路84の処理水Uが、第１分流路81の２次上澄みFに合流した後の飼育水槽供給水V（＝U＋F）について、アンモニア濃度などの測定を行うことができる。このように飼育水槽供給水Vについて測定管理を行うならば、浮遊スラッジなどの影響を除くことができるため、各分流路への分配比を制御するための測定を、より精確かつ、より容易に行うことができる。
【００５２】
本実施形態の閉鎖循環式養殖装置は、処理水及び未処理水を貯留しておくことができるため、短時間に飼育水を換水することができる。そのため、下記に詳述するように、最小限の容量の膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5及び膜濾過装置6をもって、充分な浄化処理を行うことができるのである。
【００５３】
次に図３〜７を用いて、本発明の実施形態になる閉鎖循環式養殖方法について説明する。
【００５４】
図３〜４にそれぞれ示す、閉鎖循環式養殖方法についての第１及び第２の実施形態では、４つの飼育水槽1のいずれもが、成魚期にある魚介類を飼育する段階にあり、給餌は、幼魚期（稚魚から成魚になるまでの最も成長する時期）や稚魚期のように毎日行う必要がなく、1日おき（2日に一度）または2日おき（3日に一度）に給餌することができる。図示の例では、1日おき（2日に一度）に決まった時刻に給餌を行っている。
【００５５】
本発明の閉鎖循環式養殖方法及び装置は、一具体例において、ヒラメの養殖用であり、通常時の水位が50〜60cmに設定され、飼育密度が10〜50kg/m2、設定水温が24℃、飼育水の入れ替え速度が、平均で0.3回／hrである。なお、図３〜７のグラフは、詳細には、この具体例に対応するものであり、通常時の水位を60cmとしている。
【００５６】
図３〜４に示す実施形態においては、1日目に２つの飼育水槽1-1,1-2で給餌を行い、2日目に残りの２つの飼育水槽1-3〜1-4で給餌を行う場合の例である。このようにしてアンモニア処理などの負担を分散させている。
【００５７】
図３に示す実施形態では、朝8時の給餌から3〜12時間（9時間）の間に、成魚期の飼育水槽1-1,1-2または1-3,1-4への給水及び／または排水を通常時よりも増加させている。詳細には、給餌から3〜5時間（2時間）の間には、排水量を通常時と同じにし、給水量のみを増加させることで、水位を通常時の150〜350%（図示の例で130cm、すなわち210%）に引き上げる。次いで、給水量を同一の高い値に保ちつつ、排水量を、このときの給水量と同一の高い値に引き上げることで、給水及び排水をバランスさせておく。そして、給餌から9〜12時間（3時間）の間には、排水量を同一の高い値に保ちつつ、給水量を通常時の値に引き下げることで、飼育水槽1-1,1-2または1-3,1-4の水位を、一旦、通常時の60cmの水位よりも低い、通常時の６０〜８０％（図示の例で45cm、すなわち75%）まで降下させる。最も降下した時点が、第1の給排水増減時間帯の終了時点であり、この後、排水量を少し抑えることで、通常時の水位に復帰させる。
【００５８】
図３に示す実施形態では、さらに、各飼育水槽1-1〜1-4で、毎日、3〜4時間の第2の給排水増減時間帯を設定しており、ある時点まで給水のみを増加させて水位を例えば130cmまで引き上げ、この後、直ちに、排水のみを増加させて通常の水位に復帰させている。なお、図３に示すように、第2の給排水増減時間帯は、飼育水槽1-1〜1-4間で時刻をずらしており、アンモニア処理などの負担がなるべく、特定の時間帯に集中しないようにしている。第2の給排水増減時間帯は、給餌からの時間とは、無関係に、飼育水槽内の飼育水の質を高く保つために設定される。
【００５９】
図３の下部には、未処理水貯留槽4及び調整水槽7の水位変化も示す。図３から読み取れるように、飼育水槽1-1〜1-4の全体として1日サイクルで生じる給排水の変動を、未処理水貯留槽4及び調整水槽7により吸収しているため、1日単位で未処理水貯留槽4及び調整水槽7の水位が変動する。
【００６０】
図４に示す実施形態においては、図３と同様のパターンにおいて、給餌時刻と、第1の給排水増減時間帯との時間的な関係だけが異なっている。図４に示す実施形態においては、水位を高くした時点で給餌を行い、しばらく高水位に保ってから、水位を下げる。
【００６１】
図４の水位変動パターンを採用した場合、給餌の時点で、飼育水槽1-1,1-2または1-3,1-4内における飼育水の体積あたりの飼育密度が小さくなる。このようにして個体間の距離が増すため、各個体にかかるストレスの低下などに起因し餌の摂取量や摂取速度が向上するので好ましい。また、水深を増すと水圧が上昇して酸素の溶解度が上がり、水量の増加は総溶解量を増加させるので、酸素供給量を増す効果がある。すなわち、摂餌の際に魚介類の酸素摂取効率が上昇する事を考えれば理に適った制御であり、飼育魚の成長を促進する効果が期待できる。
【００６２】
図５に示す実施形態においては、第1の飼育水槽1-1が幼魚期のものであり、第2の飼育水槽1-2が稚魚期のものであり、他の２つの飼育水槽1-3,1-4が、成魚を出荷した後の、飼育水を張っただけの水槽である。実際の養殖設備では、成魚を出荷してから、稚魚の飼育を開始するまでの「空き」の飼育水槽がしばしば見受けられる。本実施形態において、「空き」の飼育水槽1-3,1-4は、いわば調整用として、飼育水を希釈するなどの役割を果たす。すなわち、図５の実施形態においては、アンモニア発生量などの高い幼魚期の飼育水槽1-1を、アンモニア発生量などが比較的低い稚魚期の飼育水槽1-2、及び、調整水槽としての飼育水槽1-3,1-4と組み合わせることにより、膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5の負荷を一定の水準に保つと同時に、飼育槽内のアンモニア濃度及びSS濃度を一定水準以下に抑えている。
【００６３】
幼魚期及び稚魚期の飼育水槽1-1,1-2では、毎日決められた時刻（図の例で11時）に給餌を行う。第1及び第2の給排水増減時間帯については、図３〜４に説明したと全く同様であり、毎日の給餌から3〜12時間（9時間）の期間が、第1の給排水増減時間帯である。また、第2の給排水増減時間帯の時間帯は、２つの飼育水槽1-1,1-2の間で、同様にずらされている。但し、稚魚期の飼育水槽1-2についての水位増減の幅は、幼魚期の飼育水槽1-1の水位増減の幅の約１／２に設定されている。これは、稚魚期と幼魚期との間で、アンモニアなどの発生量が大きく異なることに対応している。
【００６４】
なお、図５に示す実施形態において、調整用の２つの飼育水槽1-3,1-4では、調整槽7及び未処理水貯留槽4の水位増減を緩和するための、第2の給排水増減時間帯のみ設定されている。図示の例で、調整槽7中の処理水の水位71は、満水（図中の水位8）の３／４の水位（図中の水位6）から、ほぼゼロ水位まで減少し、未処理水貯留槽4の水位41は、ほぼゼロの水位から、満水（図中の水位8）の６０％の水位（図中の水位4.8）まで増加する。
【００６５】
以上のような「比例制御方式」により、給餌後の特定の時間帯に魚介類の代謝が活発になることに対応させて、アンモニア濃度及びSS濃度を迅速に低下させることができる。
【００６６】
上記の図３〜５の実施形態において、第1の給排水増減時間帯は、水位を多い状態で一定に保つ期間があり、グラフが台形状となっていたが、第2の給排水増減時間帯として示したような三角状が繰り返されるのであっても良い。すなわち、一旦、水位を高くした後、すぐに水位を通常時またはそれ以上に下げる操作を２〜３回繰り返しても良い。
【００６７】
例えば、調整槽7からの急速な処理水の供給により飼育水槽1の水位を、0.5〜2.0時間の比較的短時間のうちに元の水位の1.2〜2.5倍、特には1.3〜2.0倍にまで一気に高める操作と、未処理水貯留槽4への比較的急速な排出により、0.5〜2.0時間のうちに、水位を元の水位の0.2〜1.0倍、特には0.3〜0.5倍だけ降下させて元の水位の付近にまで戻す操作とを繰り返すというのでも良い。例えば、具体的には、「比例制御方式」による第1の給排水増減時間帯において、成長期段階の飼育水槽1-1, 1-2の水位11-1, 11-2を、平常水位（図中の水位２）の1.5倍（図中の水位３）にまで、約2.0時間かけて直線的に高めてから、平常水位の1.2倍にまで約1.5時間かけて直線的に降下させる。この後、同様にして、平常水位の1.5倍までの上昇と、1.2倍までの降下と、再度の1.5倍までの上昇とを行った後、平常水位にまで約1.5時間かけて直線的に降下させる。
【００６８】
例えばヒラメの場合、成長量の大きい幼魚期では、給餌後、3〜12時間（9時間）の期間に、一日に排泄する排泄物の50%を、エラからのアンモニア等の放出、糞、及び尿の形で、飼育水中へと放出する。「比例制御方式」による第1の給排水増減時間帯は、この時期に対応するものである。なお、図３〜４に示す例で、第1及び第2の給排水増減時間帯の総計と、それ以外の期間の総計とがほぼ等しい。
【００６９】
このように、調整槽7に処理水を貯留しておき、浄化処理負荷の大きい時間帯には、短い時間の間に多量の処理水を供給するとともに、未処理水を一気に未処理水貯留槽4へと排出して貯留する方式を採用することで、膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5には、２日のサイクル中、ほぼ一定の負荷がかかる。特に、膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5には、「比例制御方式」によりアンモニア濃度の高いものを送り込むため、「比例制御方式」を用いない場合に比べて約１／２またはそれ以下の水だけが流入することとなる。したがって、膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5として、規模の小さい設備を用いて必要な浄化処理を行うことができる。
【００７０】
また、飼育水の入れ替えが行われることで、効率的な浄化処理が行われる。特には、スラッジ混濁液排出パイプを通じて、飼育水槽1の底部のスラッジ混濁液が一気に排出されることで、飼育水槽1の底面に沿って堆積ないし沈殿していたスラッジ及び懸濁物質(SS)を、効率的に除去することができる。
【００７１】
給排水増減時間帯の際、第１液体サイクロン2の負荷が増大し、一部、スラッジの分離が不充分となっても、第２液体サイクロン3中にて分離される。幼魚期の２つの飼育水槽1-1, 1-2について「比例制御方式」による給排水増加を行う際、第２液体サイクロン3の負荷が増大するが、成魚期の段階にある他の２つの飼育水槽1-3, 1-4での処理負担が小さい。そのため、第２液体サイクロン3の設計処理能力をそれほど大きくとる必要がない。なお、成長期段階の複数の飼育水槽1について、給餌の時刻を互いにずらすことで、第２液体サイクロン3の規模を抑えることもできる。
【００７２】
図３〜５の例により説明した閉鎖循環式養殖方法であると、処理水及び未処理水を貯留しておくことで、膜分離活性汚泥処理及び膜濾過処理の負荷をほぼ一定にならすことができるので、装置コスト及び運転コストを従来技術に比べて最小化することができる。特には、必要な浄化処理の程度が異なる複数の飼育水槽を組み合わせることにより、膜分離活性汚泥処理及び膜濾過処理の設備能力を最大限に有効活用することができる。
【００７３】
次に、図６〜７のグラフを用いて、上記の「比例制御方式」によるアンモニア処理負荷の「ピークカット」について説明する。すなわち、「比例制御方式」によって、アンモニア処理負荷が特定の時間帯に集中するのを回避している事実について説明する。ここでは、図１〜２に示す装置において、図３の水位変動パターンを採用した結果について示す。魚種はヒラメである。
【００７４】
図６のグラフには、アンモニア性窒素の発生量を示すために、「比例制御方式」を行わずに、分配機構8による分配比を一定に保ったままとして場合の時刻ごとの値をプロットしている。幼魚期、成魚期及び稚魚期でも、作業上の便宜から給餌を一定時刻に行うことから、アンモニア性窒素の発生量がピークとなる時間帯が存在する。このピークの高さは、幼魚期のもので特に顕著である。
【００７５】
図７には、図３の水位変動パターンのような「比例制御方式」を行った場合の、同様のアンモニア性窒素の値をプロットしている。全ての飼育水槽1-1〜1-2で幼魚期を飼育した場合にも、アンモニア濃度のピークの高さ及び幅は顕著に抑えられている。
【００７６】
次に、「比例制御方式」に関連したコンセプトについて、図８及び表１、並びに図１を用いて説明する。
【００７７】
まず、飼育水槽から引き出される飼育水Aについて、アンモニア濃度をNA、SS濃度をSAとする。また、膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5からの浄化処理水Sのアンモニア濃度をNSとし、調整槽7からの処理水還流路84中の処理水Uについて、アンモニア濃度をNUとし、流量をQUとする。さらに、この処理水Uと、第１分流路81に送られた2次上澄みFとが混合した飼育水槽供給水V（＝U＋F）について、アンモニア濃度をNV、懸濁物質(SS)の濃度（SS濃度）をSVとし、また、第１分流路81の２次上澄みFについて、SS濃度をSFとし、流量をQFとする。
【表１】
2009153979.tif 000003
【００７８】
懸濁物質(SS)の濃度（SS濃度）に関して関係式を整理すると、飼育水槽供給水V（＝U＋F）のSS濃度SVについて、SV =(SUQU+SFQF)/(QU+QF)の式が成り立つ。ここで、浄化処理水（MBR処理水）S及び膜濾過処理水IのSS濃度は０と見なせるからSV =SFQF/(QU+QF)の式が成り立つ。そのため、飼育水槽1に供給される飼育水槽供給水V（＝U＋F）のSS濃度の上限SVmax（最大許容SS濃度）を予め決めておけば、２次上澄みF（E）のSS濃度SFの測定値から、必要な希釈倍率を決めることができる。すなわち、希釈倍率の式SVmax/SF=QF/(QU+QF)と、２次上澄みF（E）のSS濃度SFの測定値とに基づき、飼育水槽供給水V（＝U＋F）のSS濃度が、最大許容SS濃度以下と成るように、希釈倍率を設定する。
【００７９】
次に、アンモニア濃度について考える。表１にて、NF = NA、NI = NA、NU ＝NTを考慮すると、NT = (NIQI+NSQS)/(QI+QS)、及び、NV = (NUQU+NFQF)/(QU+QF)の二つの関係式が得られる。２次上澄み還流水Fの流量QFと、混合処理水Uの流量QUの関係は、上記のSSの関係式から得られている。そのため、飼育水槽1に供給される飼育水槽供給水V（＝U＋F）のアンモニア濃度NVについて、上限値NVmax（最大許容アンモニア濃度）が与えられれば、還流給水路84中の処理水Uのアンモニア濃度NUまたは、調整槽7へと供給される混合処理水TのNTの値が決まる。
【００８０】
このことから、浄化処理水（MBR処理水）Sのアンモニア濃度NSと流量QSを測定して把握すれば、膜濾過処理水Iの流量QIが定まる。
【００８１】
なお、飼育水槽供給水V（＝U＋F）の流量は、装置の設計上、ある所定の範囲内とする必要がある。すなわち、QVmin<QV=QU+QF<QVmax の関係を満足するようにコントロールする必要がある。しかし、膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5及び膜濾過装置6について、上記のSS濃度及びアンモニア濃度のコントロールに必要な程度の十分な能力を持つように設計すれば、この関係は問題なく満足させることができる。
【００８２】
これらの式で説明した内容は、要約すれば図８のとおりである。なお、細菌数についても、適宜測定を行い、必要に応じて、膜分離活性汚泥処理装置（MBR）5及び膜濾過装置6の側への循環の割合を増加させる。
【００８３】
次に、図９を用いて、変形例の閉鎖循環式養殖装置について説明する。図４の変形例においては、飼育水槽１’の下端に、第１液体サイクロン２’が一体に設けられている。飼育水槽１’の下端から飼育水が排出される際、渦巻き流が生じ、スラッジが第１液体サイクロン２’の内周面を伝って、底の逆円錐状部分に集められる。集められたスラッジMは、スラッジ排出管24を通じて未処理水貯留層４へと排出される。一方、１次上澄みCは、サイクロン間パイプ23を通じて、第２液体サイクロン3へと送られる。ここで、サイクロン間パイプ23は、第１液体サイクロン２’の中心軸に沿って下方から第１液体サイクロン２’の上端にまで延びている。そのため、サイクロン間パイプ23の上端開口は、第１液体サイクロン２’の上端部を囲む、飼育水槽1の底面の下端部とほぼ同一の高さに位置している。なお、この変形例において、適当な渦巻き流が生じるように、第１液体サイクロン２’の内周面や、飼育水槽1の底面に適宜にじゃま板を設けることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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2009153979.tif 000014
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