(57)【要約】      （修正有）【課題】主要イオン成分、およびその他微量成分を含有し、海棲生物の孵化、養殖、飼育または研究などに適した人工海水を簡便に供給すること。【解決手段】原海水を脱水濃縮し、該濃縮海水を脱塩処理することにより、栄養塩類が濃縮されていることを特徴とする富栄養人工海水の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
原海水を脱水濃縮し、該濃縮海水を脱塩処理することにより、栄養塩類が濃縮されていることを特徴とする富栄養人工海水の製造方法。
【請求項２】
原海水の脱水濃縮を、逆浸透膜処理、電気透析処理、減圧処理およびかん水処理のいずれかの処理で行なう請求項１に記載の人工海水の製造方法。
【請求項３】
脱塩処理を、モザイク荷電膜が装着された透析装置を用いて行なう請求項１に記載の人工海水の製造方法。
【請求項４】
原海水の脱水濃縮により得られた水を、透析水として用いる請求項３に記載の人工海水の製造方法。
【請求項５】
原海水が、海洋深層水である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の人工海水の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法で調製されたことを特徴とする人工海水。
【請求項７】
請求項６に記載の人工海水をさらに濃縮または乾燥して得られたことを特徴とする濃縮人工海水または粉末人工海水。
【請求項８】
請求項７に記載の濃縮人工海水または粉末人工海水を水で希釈し、人工海水として用いることを特徴とする濃縮人工海水または粉末人工海水の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々の用途に有用であり、例えば、海水中に棲息する生物を飼育するのに有用な富栄養人工海水およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海水中に棲息する生物の孵化、養殖、飼育、またはそれらの生態などの研究には、天然の海水を使用することが望ましい。しかし、天然の海水には細菌、カビ、ウイルスなどが存在しており、海棲生物の飼育に悪い影響を与える可能性がある。また、昨今の環境汚染により、元来海水中には存在しなかった物質の混在により、天然海水による海棲生物の飼育が必ずしも好適であるとはいえない状況にある。
【０００３】
また、水槽などの閉鎖的な環境で海棲生物を飼育した場合、生物の排泄物および残餌より生じる有機酸や亜硝酸によるｐＨの低下、溶存酸素の欠乏などが起こり、海棲生物の飼育環境が悪化する。従って、頻繁に新しい海水と交換する必要があるが、天候条件や地理的な距離により天然海水の入手が困難な場合もある。
【０００４】
一方、天然海水の組成にできるだけ近くなるように調製された人工海水も市販されている。また、人工海水は粉末、顆粒、錠剤、液体などの形状で販売されており、使用時にこれを水に溶解または水で希釈して使用される。
【０００５】
海水には塩化ナトリウムなどのいろいろな塩類（無機電解質）が溶けている。海水中の塩類の濃度は場所によって若干の変動はあるが、その主要成分の存在比はほぼ一定であることがわかっている。１１種の主要元素で全溶存成分の９９．９９質量％を占め、そのうちナトリウムと塩素で約８６質量％、さらにマグネシウム、カルシウム、カリウムと硫酸イオンを加えた６成分で９９質量％を超える。
【０００６】
人工海水は代表的なイオン組成が上記に示した天然海水のイオン組成に近くなるように調製されている。しかし、天然海水に含まれる微量イオンについては調整されていない場合が多く、天然海水に含まれる栄養塩類、有機酸類などの配合もされていない。通常、海水中には約８０種類のミネラルが存在しているといわれている。一方、人工海水は、検出限界以下のイオン、未同定の有効成分なども含まれていないため、天然海水の持つ性質とは異なったものとなる可能性が高い。
【０００７】
一般的な人工海水の配合例を表１に示す。これらの人工海水の調製には、複数の試薬を正確に秤量しなければならず、さらには溶解順序に留意しなければ沈殿を生じるおそれもある。このため、調製操作は煩雑となり、化学的な知識も要求される（以上、特許文献１〜６）。
【０００８】
2006305411.tif 000002
【０００９】
【特許文献１】特許第２６８１８５２号公報
【特許文献２】特許第２８９５７０５号公報
【特許文献３】特許第３０１２１５３号公報
【特許文献４】特許第３２３４４２６号公報
【特許文献５】特許第３２３６７５４号公報
【特許文献６】特許第３１５６９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、従来用いられてきた人工海水は微量成分の含有量が十分ではなく、製造操作も煩雑である場合がある。従って、本発明の目的は、主要イオン成分、およびその他微量成分を含有し、海棲生物の孵化、養殖、飼育または研究などに適した人工海水を簡便に供給することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記のような人工海水を求めて鋭意研究を重ねたところ、天然海水の濃縮および脱塩処理を行うことにより、天然海水のイオン組成に近く、かつ栄養塩類濃度の高い人工海水が得られることを見出し、本発明を完成した。
【００１２】
本発明の構成は下記の通りである。
１．原海水を脱水濃縮し、該濃縮海水を脱塩処理することにより、栄養塩類が濃縮されていることを特徴とする富栄養人工海水の製造方法。
２．原海水の脱水濃縮を、逆浸透膜処理、電気透析処理、減圧処理およびかん水処理のいずれかの処理で行なう前記１に記載の人工海水の製造方法。
３．脱塩処理を、モザイク荷電膜が装着された透析装置を用いて行なう前記１に記載の人工海水の製造方法。
【００１３】
４．原海水の脱水濃縮により得られた水を、透析水として用いる前記３に記載の人工海水の製造方法。
５．原海水が、海洋深層水である前記１乃至４のいずれか１項に記載の人工海水の製造方法。
６．前記１乃至５のいずれか１項に記載の方法で調製されたことを特徴とする人工海水。
７．前記６に記載の人工海水をさらに濃縮または乾燥して得られたことを特徴とする濃縮人工海水または粉末人工海水。
８．前記７に記載の濃縮人工海水または粉末人工海水を水で希釈し、人工海水として用いることを特徴とする濃縮人工海水または粉末人工海水の使用方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、主要イオン成分、およびその他微量成分を含有し、海棲生物の孵化、養殖、飼育または研究などに適した人工海水を簡便に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に好ましい実施の形態を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。
本発明の方法は、原海水を脱水濃縮する工程と、該濃縮海水を脱塩処理する工程ととを少なくとも有する。
上記脱水濃縮工程で使用する原海水としては特に限定されないが、生菌数が少なく栄養塩類が多い海洋深層水を用いることが好ましい。下記表２は海洋表層水および海洋深層水の分析結果の１例を示すように、深層水は低温である、生菌数が少ない、栄養塩類が多いなどの特徴がある。各種イオンについては表層水、深層水間で大きな差異はみられない。
【００１６】
2006305411.tif 000003
【００１７】
本発明に用いる原海水としては海洋の表層水または深層水を使用することができるが、水深２００ｍ以深から取水された海洋深層水を用いることが好ましい。例えば、人工海水を飲料またはその原料水として提供する場合、清浄状態が最も求められるところであり、表２に示したように生菌数の少ない深層水を原料とする方が、より適当であることは明らかである。また、深層水は、表層水に比べ栄養塩類が豊富に含まれ、本発明の目的である富栄養性水の製造に適している。
【００１８】
上記原海水の濃縮方法としては、例えば、逆浸透膜処理、電気透析処理、減圧処理およびかん水処理などが使用でき、特に限定されない。上記濃縮工程においては、原海水を全塩濃度が約５〜３０質量％になる程度に脱水濃縮することが好ましい。全塩濃度が５質量％未満では、次の脱塩工程における脱塩速度が充分とはいえない場合がある。一方、全塩濃度が３０質量％を超えると濃縮海水中において塩が析出する場合があり、脱塩処理に支障を来す場合がある。
【００１９】
上記脱塩工程は、従来公知の脱塩方法、例えば、逆浸透膜法または電気透析法などが使用可能であるが、特にモザイク荷電膜が装着された透析装置を用いて行なうことが好ましい。この脱塩工程では、前記濃縮海水の全塩類濃度が約１〜５質量％、すなわち、原海水と同程度の全塩濃度になる程度に脱塩することが好ましい。上記濃度が１質量％未満では人工海水として塩濃度が不足し、一方、上記濃度が５質量％を超える場合には、必要に応じて蒸留水などで希釈して所望の塩濃度にすればよい。
【００２０】
本発明で好ましく使用する透析装置のモザイク荷電膜は、カチオン性重合体成分およびアニオン性重合体成分からなるカチオン性およびアニオン性のイオンチャンネルが、互いに相接しかつ膜の表裏両面間を貫通している構造を有し、膜のイオンチャンネルを透過しやすい塩類などのイオンと透析されにくい非イオン性または分子量の大きい分子とが容易に分離される特異な分離膜である。工業的に使用できる大型のモザイク荷電膜を製造する方法としては、荷電性重合体成分の少なくとも一成分が架橋した粒状重合体を使用する方法が好ましい。
【００２１】
モザイク荷電膜を使用する脱塩方法は、蒸留法のような加熱エネルギーを必要とせず、また、電気透析のような塩類のイオン量に対応する電気エネルギーを必要とせず、イオン交換樹脂のような再生は不要であり、装置も構造が簡単で安価に製造できるため、初期投資、ランニングコストともに安く、非常に経済的である。また、操作中における液温上昇が小さい、熱変性しやすい物質の変質、劣化などが起こりにくい、無孔膜のため分画分子量が非常に小さく、栄養塩類、有機物の漏れが実質的にないなど、他の分離方法に見られないような優れた特長を有する脱塩システムである。
【００２２】
さらに、前記濃縮工程時に得られた蒸留水、濾過水などの低イオン濃度の水を前記脱塩処理時の透析水として用いることで、水の有効利用が図れる。また、上記の濃縮処理および脱塩処理は要求されるイオン濃度およびイオン組成を達成するために繰り返し、または組み合わせて行うことができる。また、濃縮された栄養塩類、有機物の脱塩処理における漏れは殆どないため、これらの成分濃度が高まった、すなわち、富栄養化された人工海水を得ることが可能である。
【００２３】
本発明で得られる人工海水は、そのまま人工海水として使用される形態だけではなく、例えば、粉末剤、顆粒剤、錠剤などのいずれであってもよい。その調製法は医薬、食品などの分野において利用されている公知の手段を使用し得る。
【００２４】
また、本発明の人工海水は、通常、各元素類の組成および濃度が、天然海水の組成および濃度と近似するように調製されるが、海棲生物の研究など、目的に応じて組成および濃度を脱塩操作条件の変更または試薬などの添加により天然海水と異なるものとすることもできる。
【００２５】
本発明において、水中のイオン組成を規定するための分析手法として、パーセントオーダーでのイオン濃度測定は東亜電波工業（株）電気伝導率計を、ｐｐｍオーダー以下のイオン濃度測定は島津製作所（株）ＬＣ−ＶＰイオンクロマトグラフ（ＬＣ−１０ＡＤＶＰ）または島津製作所（株）島津高周波プラズマ質量分析装置（ＩＣＰＭ−８５００）を用いた。栄養塩類については、窒素化合物は全窒素量、リン酸化合物は全リン量で評価した。
【００２６】
次に本発明の具体的な実施の態様を図１に基づき説明する。モザイク荷電膜１を装着した透析槽２には原海水通水部分３と透析水通水部分４とがあり、３および４は膜１を介して接触している。濃縮された原海水は原海水貯槽５から原海水送液ポンプ６により３に供給され、透析水は透析水貯槽７から透析水送液ポンプ８により４に供給される。原海水と透析水とは１を介し接触する際、原海水中のイオン（塩）は拡散により透析水中に移動する。透析槽より取り出された脱塩水、透析水はそれぞれ受槽９、１０に貯められる。
【００２７】
ここで、原海水および透析水の流速比、膜面線速（＝流速／膜面積）を調整することで、受槽に得られる原海水、透析水の塩濃度、塩組成をコントロールすることができる。
【００２８】
受槽９および１０に得られた液は、再度透析操作の原海水および透析水として供することも可能である。また、透析槽より取り出された脱塩水、透析水を受槽に入れず、それぞれ原海水貯槽５、透析水貯槽７に直接戻すことも可能である。
【００２９】
一方、本発明において製造された人工海水はさらに濃縮、固化、乾燥などの操作を行うことにより、ミネラルペーストやミネラル粉末として利用してもよい。
【００３０】
以上のように本発明において製造された人工海水、人工海水ペースト、人工海水粉末はいずれも原海水のイオン組成を保持しているため、適宜水で希釈し限界水のイオン濃度に調整することで簡便に人工海水として利用することができる。
【実施例】
【００３１】
次に実施例および比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。なお、文中、部または％とあるのは特に断りのない限り質量基準である。
【００３２】
［実施例１］
（１）海洋深層水の濃縮
減圧蒸留装置として遠心式薄膜真空蒸発装置を使用した。駿河湾の深度６８７ｍより得られた海洋深層水１，０００ｋｇを減圧蒸留装置に仕込み、約４ｋＰａに減圧し、およそ３０℃〜４０℃にて減圧蒸留をした。液重量をほぼ３．３分の１の３００ｋｇに濃縮した。塩濃度はほぼ１０．５％であった。また、蒸留水（淡水）の採取量は約６８０ｋｇであった。
【００３３】
（２）モザイク荷電膜脱塩装置による濃縮海洋深層水の脱塩
上記（１）で得られた濃縮海水を原海水とし、モザイク荷電膜１００枚（膜面積１０ｍ2）が装着されている以外は実施例１に示した装置と同様の構造をもつ大型透析装置を用いて脱塩操作を行った。透析水として、上記（１）で得られた蒸留水を用いた。脱塩操作により塩濃度を３．３％まで低下させた。塩濃度の変化は電導度（ｍＳ／ｃｍ）で測定し、塩濃度に換算して求めた。
【００３４】
ここで使用したモザイク荷電膜の調製は特開２０００−３０９６５４号公報の記載に基づいて行った。すなわち、４−ビニルピリジン：ジビニルベンゼン架橋共重合体、スチレン：アクリロニトリル：ヒドロキシエチルメタクリレート：ジビニルベンゼン架橋共重合体のスルホン化物のソーダ塩およびアクリロニトリル−ブタジエン樹脂水素添加物の混合液を乾燥膜厚約３０μｍの均一な厚みになるようポリエステル織布上に塗布し、次にヨウ化メチル雰囲気下に放置してピリジニウム塩を形成させ、さらに洗浄などの後処理を行って織布支持体で補強されたモザイク荷電膜を得た。
【００３５】
上記（２）で得られた脱塩水を再度液重量約３分の１の１００ｋｇに濃縮した。塩濃度はほぼ１０％であった。これをモザイク荷電膜脱塩装置により塩濃度３．６％まで脱塩した。上記操作により、液量１０分の１まで濃縮された塩濃度３．６％の脱塩水を得ることができた。
【００３６】
得られた脱塩水の組成を表３に示した。ほぼ、原海水に近いイオン組成の脱塩水を得ることができた。栄養塩類は窒素分（ＮＯ3-Ｎ）が原海水の約８．２倍（２２→１８０［μｇ−ａｔ／ｌ］）、リン酸分（ＰＯ4-Ｐ）が原海水の約８．６倍（１．４→１２［μｇ−ａｔ／ｌ］）であり、栄養塩濃度が高められていた。
【００３７】
2006305411.tif 000004
【００３８】
［実施例２］
実施例１で得られた脱塩水を遠心式薄膜真空蒸発装置により、液重量を約１０分の１に濃縮し、濃縮人工海水を得た。
【００３９】
［実施例３］
実施例１で得られた脱塩水を減圧噴霧乾燥機により乾燥し、人工海水粉末を得た。遠心式薄膜真空蒸発装置により、液重量を約１０分の１に濃縮し、濃縮人工海水を得た。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
真空蒸発装置などの濃縮システムとモザイク荷電膜を用いる拡散透析操作による脱塩システムを用いることで、栄養塩類濃度を向上させた人工海水を簡便に調整することができる。本発明は海棲生物の飼育、養殖、研究などに用いる人工海水を製造する際に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に用いたモザイク荷電膜装着透析装置の一実施形態を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４２】
１：モザイク荷電膜
２：透析貯槽
３：原海水通水部分
４：透析水通水部分
５：脱塩水貯槽
６：原海水送液ポンプ
７：透析水貯槽
８：透析水送液ポンプ
９：原海水受槽
１０：透析水受槽
【図１】
2006305411.tif 000005