(57)【要約】 【課題】  有機炭素源の供給作業の手間を少なくして、有機炭素源の供給作業の効率を高くすることができる脱窒装置およびそれを備える養殖設備を提供する。【解決手段】  脱窒細菌を利用して窒素を除去するにあたっては、脱窒細菌に有機炭素を与えることが必要であり、液体２中に多糖類が設けられる。多糖類は、液体２中で脱窒細菌が利用可能な糖類に分解され、分解された糖類は、脱窒細菌に利用される。このようにして多糖類を有機炭素源として供給することによって、脱膣細菌に有機炭素を与えることができる。さらに多糖類は、短期間で分解されてしまわずに、長期間かけて徐々に分解されるので、たとえばアルコール類を添加する、また氷砂糖を投入する構成に比べて、１回の有機炭素源の供給作業によって、脱窒細菌に、長期間にわたって有機炭素を与え続けることができる。【選択図】      図１
2006136775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝酸を含む液体中の前記硝酸を、脱窒細菌を利用して窒素ガスに変化させる脱窒装置であって、
脱窒細菌に有機炭素を与えるために液体中に多糖類から成る有機炭素源が設けられることを特徴とする脱窒装置。
【請求項２】
多糖類は、キチンを含むことを特徴とする請求項１記載の脱窒装置。
【請求項３】
多糖類は、セルロースを含むことを特徴とする請求項１記載の脱窒装置。
【請求項４】
多糖類が含まれる複数の有機炭素源供給層と、
連続空隙の多孔質材料から成る担体が設けられる複数の細菌生息層とが、交互に積層されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の脱窒装置。
【請求項５】
キチンは、粉末の状態で不織布から成る袋体に収納されて設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の脱窒装置。
【請求項６】
液体中に炭酸塩鉱物が設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の脱窒装置。
【請求項７】
液体中に細砂が設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の脱窒装置。
【請求項８】
飼育用水が貯留され、魚介類が飼育される飼育槽と、
飼育層の飼育用水を、飼育槽から一旦取出し、再び飼育層に戻す循環管路と、
循環管路に介在され、飼育槽から導かれる飼育用水中のアンモニアを硝酸に変化させる硝化槽と、
循環管路に介在され、消化槽から導かれる飼育用水中の硝酸を窒素ガスに変化させる請求項１〜７のいずれか１つに記載の脱窒装置とを含むことを特徴とする養殖設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中の硝酸を窒素ガスに変化させる脱窒装置およびそれを備える養殖設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
魚介類の養殖に用いられる閉鎖循環式の養殖設備では、飼育用水の浄化のために、飼育槽の飼育用水を汲上げ、硝化槽および脱窒装置を経て飼育槽に戻すように循環させている。飼育用水には、魚介類の排泄などによって、アンモニアが含まれる。このアンモニアを飼育用水から取除くために、硝化槽および脱窒装置が用いられる。硝化槽では、硝化細菌を用いて、飼育用水中のアンモニアを硝酸に変化させる。脱窒装置では、脱窒細菌を用いて、飼育用水中の硝酸を窒素ガスに変化させる。窒素ガスは、大気に放出される。このようにして、硝化槽および脱窒装置を用いて、飼育用水中のアンモニアが除去される。脱窒細菌を用いる脱窒装置は、たとえば特許文献１に示されており、硝化槽および脱窒装置を用いる養殖設備は、たとえば特許文献２に示されている。
【０００３】
脱窒装置で用いられる脱窒細菌は、脱窒細菌を繁殖させるために有機態炭素とも言われる有機炭素を与える必要がある。有機炭素を与えるにあたっては、アルコール類および氷砂糖などの有機炭素源を定期的に供給している。アルコール類を添加して供給する構成では、アルコール類が液体であるので飼育用水に即座に混合される。したがってアルコール類を長期間にわたって飼育用水中に存在させるためには、長期間にわたってアルコール類の供給作業を継続する必要がある。また、氷砂糖を投入して供給する構成では、氷砂糖が飼育用水に溶けるまでに、アルコール類が混合されてしまうよりは長い時間を要するが、それでも氷砂糖は短時間で飼育用水に溶けてしまう。したがって氷砂糖の成分を長期間にわたって飼育用水中に溶存させるためには、氷砂糖の供給作業を、短周期、具体的には長くても月単位程度の周期で、繰返す必要がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５５２６９号公報
【特許文献２】特開２００３−１５８９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
脱窒細菌を利用して硝酸を窒素ガスに変化させるにあたっては、前述のように、脱窒細菌に有機炭素を与えなければならないが、アルコール類および氷砂糖などの有機炭素源を用いると、有機炭素源の供給作業を継続するか、または短周期で繰返さなければならず、有機炭素源の供給作業の手間が多くなり、効率が低い。
【０００６】
したがって有機炭素源の供給作業の手間を少なくして、有機炭素源の供給作業の効率を高くすることができる脱窒装置およびそれを備える養殖設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、硝酸を含む液体中の前記硝酸を、脱窒細菌を利用して窒素ガスに変化させる脱窒装置であって、
脱窒細菌に有機炭素を与えるために液体中に多糖類から成る有機炭素源が設けられることを特徴とする脱窒装置である。
【０００８】
本発明に従えば、脱窒装置では、脱窒細菌の働きによって、液体中の硝酸が窒素ガスに変化される。生成される窒素ガスは、液体から放出される。このようにして脱窒装置では、液体中に硝酸として存在する窒素を、脱窒細菌の働きによって除去することができる。脱窒細菌を利用して窒素を除去するにあたっては、脱窒細菌に有機炭素を与えることが必要であり、液体中に多糖類が設けられる。多糖類は、液体中で脱窒細菌が利用可能な糖類に分解され、分解された糖類は、脱窒細菌に利用される。このようにして多糖類を設けることによって、脱膣細菌に有機炭素を与えることができる。さらに多糖類は、短期間で分解されてしまわずに、長期間かけて徐々に分解されるので、たとえばアルコール類を添加する、また氷砂糖を投入する構成に比べて、１回の有機炭素源の供給作業によって、脱窒細菌に、長期間にわたって有機炭素を与え続けることができる。
【０００９】
また本発明は、多糖類は、キチンを含むことを特徴とする。
本発明に従えば、脱窒細菌に有機炭素を与えるために、液体中に容易に入手可能なキチンが設けられることによって、前述のような脱窒細菌に有機炭素を与えることができ、また長時間に渡って脱窒細菌に有機炭素を与え続けることができる効果を達成する脱窒装置を容易に実現することができる。
【００１０】
また本発明は、多糖類は、セルロースを含むことを特徴とする。
本発明に従えば、脱窒細菌に有機炭素を与えるために、液体中に容易に入手可能なセルロースが設けられることによって、前述のような脱窒細菌に有機炭素を与えることができ、また長時間に渡って脱窒細菌に有機炭素を与え続けることができる効果を達成する脱窒装置を容易に実現することができる。
【００１１】
また本発明は、多糖類が含まれる複数の有機炭素源供給層と、
連続空隙の多孔質材料から成る担体が設けられる複数の細菌生息層とが、交互に積層されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、複数の有機炭素源供給層と、複数の細菌生息層とが、交互に積層されている。各細菌生息層に設けられる担体は、連続空隙の多孔質材料から成り、内部まで液体が浸透可能であるとともに、大きな表面積を有している。これによって大きな表面積を有する担体に、脱窒細菌が付着しやすくして、脱窒細菌を生息しやすくすることができる。また硝酸を含む液体と脱窒細菌との接触面積を大きくすることができる。このような細菌生息層と、有機炭素源供給層とを、交互に積層することによって、細菌生息層と有機炭素源供給層との接触面積を大きくすることができるとともに、細菌生息層内の全ての位置における有機炭素源供給層からの距離を小さくすることができる。これによって有機炭素源供給層の多糖類によって、細菌生息層の脱窒細菌に有機炭素を与えやすくすることができ、かつ脱窒細菌に可及的に均一に有機炭素を与えることができる。
【００１３】
また本発明は、キチンは、粉末の状態で不織布から成る袋体に収納されて設けられることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、キチンは、粉末の状態で液体中に設けられており、キチンと液体との接触面積を大きくすることができる。これによってキチンが分解されやすくすることができる。さらにキチン粉末は、袋体に収納されており、取扱いを容易にすることができる。
【００１５】
また本発明は、液体中に炭酸塩鉱物が設けられることを特徴とする。
本発明に従えば、液体中に炭酸塩鉱物が設けられている。炭酸塩鉱物は、たとえばカルシウムなどのミネラル成分を含んでおり、液体にカルシウムなどのミネラル成分を溶解させることができる。したがって前述のように液体から窒素を除去することに加えてミネラル成分を与えることができる。
【００１６】
また本発明は、液体中に細砂が設けられることを特徴とする。
本発明に従えば、液体中に細砂が設けられている。細砂には、多糖類を分解する細菌が付着しており、細砂に付着している細菌によって多糖類を分解させることができる。
【００１７】
また本発明は、飼育用水が貯留され、魚介類が飼育される飼育槽と、
飼育層の飼育用水を、飼育槽から一旦取出し、再び飼育層に戻す循環管路と、
循環管路に介在され、飼育槽から導かれる飼育用水中のアンモニアを硝酸に変化させる硝化槽と、
循環管路に介在され、消化槽から導かれる飼育用水中の硝酸を窒素ガスに変化させる前記脱窒装置とを含むことを特徴とする養殖設備である。
【００１８】
本発明に従えば、魚介類が飼育される飼育槽の飼育用水は、硝化槽および脱窒装置を経て飼育槽に戻される。硝化槽では、飼育用水中のアンモニアを硝酸に変化させ、脱窒装置では、前述のようにして、硝酸を窒素ガスに変え、窒素を放出させることができる。これによって飼育槽の飼育用水を、硝化槽および脱窒装置を経て戻るように循環させることによって、飼育用水中のアンモニアを除去することができる。飼育槽で魚介類を飼育すると、魚介類の排泄物などによって、必然的に飼育用水にアンモニアが発生し、飼育用水が汚損されて飼育槽における魚介類の飼育環境が悪化するが、前述のようにしてアンモニアを除去することによって、飼育槽に良好な飼育環境を確保し、維持することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、液体中に多糖類を設けることによって、脱窒細菌に、長期間に渡って有機炭素を与え続けることができるので、アルコール類を添加する、また氷砂糖を投入する構成に比べて、脱窒細菌に有機炭素を与えるために必要な有機炭素源の供給作業の作業量を少なくし、かつその作業の繰返し周期を長周期化することができる。したがって液体から窒素を除去するための脱窒細菌に与える有機炭素源の供給作業の効率を向上することができる。
【００２０】
本発明によれば、液体中に容易に入手可能なキチンを設けることによって、脱窒細菌に、長期間に渡って有機炭素を与え続けることができるので、前述したアルコール類を添加する、また氷砂糖を投入する構成に比べて、脱窒細菌に有機炭素を与えるために必要な有機炭素源の供給作業の作業量を少なくし、かつその作業の繰返し周期を長周期化することができる効果を達成する脱窒装置を容易に実現することができる。したがって液体から窒素を除去するための作業の効率を向上することができる。
【００２１】
本発明によれば、液体中に容易に入手可能なセルロースを設けるることによって、脱窒細菌に、長期間に渡って有機炭素を与え続けることができるので、前述したアルコール類を添加する、また氷砂糖を投入する構成に比べて、脱窒細菌に有機炭素を与えるために必要な有機炭素源の供給作業の作業量を少なくし、かつその作業の繰返し周期を長周期化することができる効果を達成する脱窒装置を容易に実現することができる。したがって液体から窒素を除去するための作業の効率を向上することができる。
【００２２】
また本発明によれば、液体と脱窒細菌との接触面積を大きくすることができるとともに、有機炭素源供給層の多糖類によって、細菌生息層の脱窒細菌に有機炭素を与えやすくすることができ、かつ脱窒細菌に可及的に均一に有機炭素を与えることができる。したがって脱窒細菌の繁殖を促進し、脱窒細菌を利用した窒素の除去効率を高くすることができる。
【００２３】
また本発明によれば、粉末の状態のキチンと液体との接触面積を大きくすることによって、キチンが分解されやすくし、脱窒細菌に有機炭素を不足しないように与えることができる。しかも粉末のキチンを用いても、キチンの粉末は、袋体に収納されて取扱いが容易であり、メンテナンス性を良好にすることができる。
【００２４】
また本発明によれば、液体にカルシウムなどのミネラル成分を溶解させることができるので、液体から窒素を除去しながら、ミネラル成分を与えて、液体を改質することに役立つ。
【００２５】
また本発明によれば、液体中に細砂を設けるという簡単な構成で、多糖類を分解して脱窒細菌に有機炭素を与える構成を実現することができる。
【００２６】
また本発明によれば、飼育用水が汚損されて飼育槽における魚介類の飼育環境が悪化するが、前述のようにしてアンモニアを除去することによって、飼育槽に良好な飼育環境を確保し、維持することができる。したがって優れた飼育環境の養殖設備を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の実施の一形態の脱窒装置１を示す断面図である。図２は、脱窒装置１を示す斜視図である。脱窒装置１は、液体２中に硝酸として存在する窒素を除去するための装置であって、脱窒細菌を利用して硝酸を、液体２から自然放出可能な窒素ガスに変化させることによって、窒素ガスの放出を伴って窒素を除去する。脱窒細菌としては、硝酸を窒素ガスに変化させる脱窒に関与する細菌であり、たとえば通性嫌気性細菌、さらに具具体的には、Pseudomonas属、Achromobacter属の仲間、Micrococcus denitrificans、Thiobacillus denitrificans、Bacillus subtilisなどの芽胞形成菌および土壌放線菌の仲間などを含み、これらの細菌を用いることができる。
【００２８】
脱窒装置１は、周壁５と、周壁５の一端部を塞ぐ底部６とを有し、底部６と反対側の開放端部２２で開放する略直方体形状の容器２１を有している。容器２１は、金属および合成樹脂などから成ってもよく、底部６を下部に配置し、上方へ開放するように配置されている。脱窒装置１は、容器２１内に、液体２が収容されるとともに、多糖類から成る有機炭素源が設けられる複数の有機炭素源供給層３と、連続空隙の多孔質材料からなる担体２５が設けられる複数の細菌生息層４とが設けられる。
【００２９】
本実施の形態では、５つの有機炭素源供給層（以下、特定の有機炭素源供給層を指す場合、「第１」〜「第５」を付した名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｅ」を沿えた符号を用い、不特定の有機炭素源供給層を指す場合、「第１」〜「第５」を付さない名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｅ」を沿えない符号を用いる。）３が設けられる。また４つの細菌生息層（以下、特定の細菌生息層を指す場合、「第１」〜「第４」を付した名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｄ」を沿えた符号を用い、不特定の細菌生息層を指す場合、「第１」〜「第４」を付さない名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｄ」を沿えない符号を用いる）４が設けられる。
【００３０】
各有機炭素源供給層３と各細菌生息層４とは、容器２１の底部６から開放端部２２に向かう方向へ、したがって上下方向へ交互に積層されている。具体的には、各有機炭素源供給層３と各細菌生息層４とは、上方へ向かって、第１有機炭素源供給層３ａ、第１細菌生息層４ａ、第２有機炭素源供給層３ｂ、第２細菌生息層４ｂ、第３有機炭素源供給層３ｃ、第３細菌生息層４ｃ、第４有機炭素源供給層３ｄ、第４細菌生息層４ｄ、第５有機炭素源供給層３ｅの順に、積層されている。
【００３１】
細菌生息層４には、担体２５に脱窒細菌が付着されている。したがって担体の表面に脱窒細菌が付着されており、このような担体２５を設けることによって、細菌生息層４で脱窒細菌を生息させている。担体２５は、多孔質材料から成るので、表面積を大きくし、脱窒細菌の生息場所を大きくすることができる。したがって多くの脱窒細菌を生息させること、換言すれば脱窒細菌を繁殖させることができる。
【００３２】
各有機炭素源供給層３には、有機炭素源と、炭酸塩鉱物と、細砂とが設けられる。有機炭素源はキチンであり、キチンは粉末の状態で設けられる。キチンは、自然界に存在するキチンを用いてもよいし、人工的に精製したキチンを用いてもよい。キチンとして、本実施の形態では、たとえば蟹および海老などの甲殻類の殻を粉砕した粉末を用いられる。このキチンが、脱窒細菌に与える炭素の源となる有機炭素源である。
【００３３】
炭酸塩鉱物は、粉末の状態で設けられる。炭酸塩鉱物は、自然界に存在する炭酸塩鉱物を用いてもよいし、人工的に生成した炭酸塩鉱物を用いてもよい。炭酸塩鉱物として、たとえばカルシウムの炭酸塩鉱物である霰石、貝化石などを粉砕した粉末を用いることができる。本実施の形態では、たとえば貝化石の粉末が用いられる。この炭酸塩鉱物は、液体２に、カルシウムなどのミネラル成分を溶解させて与えることができる。また炭酸塩鉱物によって、液体２を改質することに役立つ。
【００３４】
細砂には、キチンを分解するキチン分解細菌が付着されている。キチン分解細菌は、海洋低温細菌ビブリオ属に属するキチナーゼ生産菌などを含み、これらの細菌を用いることができる。このキチン分解細菌は、キチナーゼを生成してキチンを加水分解することができる。キチナーゼ生産菌としては、海洋低温細菌ビブリオ属などに属し、キチン資化能を有する微生物であれば、どのようなものでもよく、特に制限はない。細砂としては、キチン分解細菌が自然に付着している砂を用いてもよいし、キチン分解細菌を人工的に付着させた砂を用いてもよい。本実施の形態では、細砂として、たとえば海底から採取した砂、いわゆる海砂が用いられる。海底から採取した砂には、キチン分解細菌が自然に付着している。
【００３５】
有機炭素源供給層３のキチンは、このように細砂に付着された状態で有機炭素源供給層３に生息させられるキチン分解細菌を利用して、グルコースに分解される。このようにキチンを分解してグルコースを生成することによって、このグルコースから、細菌生息層４に生息する脱窒細菌に有機炭素を与えることができる。
【００３６】
また容器２１の開放端部２２には、独立空隙の発泡スチロールから成る蓋体２０を装着することができる。蓋体２０を開放端部２２に装着する場合、開放端部２２を介して外気が出入することが防がれ、嫌気性である脱窒細菌の繁殖しやすい環境を、容器２１内に確保することができる。また蓋体２０を開放端部２２に装着しない場合、開放端部２２を介して外気が出入りすることができ、好気性環境下を好むキチン分解細菌の繁殖しやすい環境を、容器２１内に確保することができる。本実施の形態では、開放端部２２に蓋体２０を設けてもよいし、設けなくてもよい。
【００３７】
周壁５の一部である容器２１の一側部には、この一側部を挿通して供給管路７が接続されている。供給管路７は、容器２１内において、第４細菌生息層４ｄおよび第５有機炭素源供給層３ｅで開口している。また、供給管路７が接続される一側部と反対側の他側部には、この他側部を挿通して排出管路８が接続されている。排出管路８は、容器２１内において、第１細菌生息層４ａで開口している。
【００３８】
図３は、有機炭素源供給層３に設けられる有機炭素源供給体２６を示す斜視図である。図３には、一部を切り欠いて内部構造を示す。有機炭素源供給体２６は、袋体２７に、混合粉粒体２８が収納されて構成される。袋体２７は、不織布によって形成されている。具体的には、袋体２７は、１枚の不織布から成るシートが折畳まれて、周縁部がヒートシーラによって溶着されて形成されてもよいし、２枚の不織布から成るシートが積重されて、周縁部がヒートシーラによって溶着されて形成されてもよい。本実施の形態では、１枚のシートによって形成される袋体２７が用いられている。
【００３９】
混合粉粒体２８は、キチンの粉末、炭酸塩鉱物の粉末および細砂を混合した粉粒体である。キチンの粉末は、粒径が、たとえば２ｍｍ以下の粉末である。炭酸塩鉱物の粉末は、粒径が、たとえば２ｍｍ以下の粉末である。細砂は、粒径が、たとえば１ｍｍ以上３ｍｍ以下程度の砂である。混合粉粒体２８における体積混合比は、たとえば、キチンの粉末：炭酸塩鉱物の粉末：細砂＝２：４：４、またはキチンの粉末：炭酸塩鉱物の粉末：細砂＝１：４：５である。
【００４０】
有機炭素源供給体２６は、袋体２７に混合粉粒体２８が収容された状態で、厚さが、たとえば２ｃｍ程度に成るように構成されている。このような有機炭素源供給体２６を設けることによって、有機炭素源供給層３に、キチン、炭酸塩鉱物および細砂を設けることができる。
【００４１】
図４は、細菌生息層４に設けられる担体２５の一例を示す斜視図である。図４には、線状体３０の厚みを省略して示す。この例では、担体２５は、たとえば塩化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＣ）などの合成樹脂製の複数の線状体３０が、湾曲されてスプリング状にカール加工された状態で、互いに近接配置される箇所において、接着または溶着によって結合されて構成される。このようにして担体２５は、各線状体３０間に、連続して連なる複数の空隙３１を有する多孔質に形成される。このような担体２５として、たとえばサランロック（登録商標）などを用いることができる。この線状体３０を用いて構成される担体２５は、厚さが、たとえば４ｃｍ程度となるように形成される。
【００４２】
図５は、細菌生息層４に設けられる担体２５の他の例を示す断面図である。この例では、担体２５は、連続空隙の発泡合成樹脂、たとえば発泡ウレタンから成る。この担体２５もまた、図４に示す担体２５と同様に、連続して連なる複数の空隙３２を有する多孔質に形成される。この発泡合成樹脂を用いて構成される担体２５は、厚さが、たとえば３ｃｍ程度となるように形成される。
【００４３】
各細菌生息層４には、このような多孔質の担体２５が設けられる。全ての細菌生息層４に、図４に示す担体２５が設けられてもよいし、全ての細菌生息層４に、図５に示す担体２５が設けられてもよいし、図４に示す担体２５と図５に示す担体２５とを組合わせて用いてもよい。本実施の形態では、第１、第２および第４細菌生息層４ａ，４ｂ，４ｄには、図４に示す担体２５が設けられ、第３細菌生息層４ｃには、図５に示す担体２５が設けられる。
【００４４】
本実施の形態の脱窒装置１によれば、容器２１内に生息させる脱窒細菌の働きによって、液体２中の硝酸が窒素ガスに変化され、窒素ガスは、液体から放出される。このようにして脱窒装置１では、液体２中に硝酸として存在する窒素を、脱窒細菌の働きによって除去することができる。具体的には、脱窒装置１では、液体２は、供給管路７を介して供給され、容器２１内に一時的に収容される状態で容器２１内を流下し、排出管路８を介して排出される。脱窒装置１は、容器２１内に液体２が一時的に収容されているときに、その液体２中の硝酸を脱窒細菌を利用して窒素ガスに変化させる。窒素ガスは、たとえば液体２が大気に開放される状態となる場所で、液体２から放出される。
【００４５】
脱窒細菌を利用して窒素を除去するにあたっては、脱窒細菌に有機炭素を与えることが必要であり、キチン、セルロース、マンナン、キシランなどの多糖類から成る有機炭素源が用いられる。本実施の形態では、液体２中にキチンが設けられる。キチンは、容器２１内に生息させるキチン分解細菌の働きによって、脱窒細菌が利用可能な糖類、具体的にはグルコースに分解され、分解された糖類は、脱窒細菌に利用される。このようにしてキチンを設けることによって、脱膣細菌に有機炭素を与えることができる。さらにキチンは、短期間で分解されてしまわずに、長期間かけて、たとえば数年かけて徐々に分解されるので、たとえばアルコール類およびブドウ糖を添加する、また氷砂糖を投入する構成に比べて、１回の有機炭素源の供給作業によって、脱窒細菌に、長期間にわたって有機炭素を与え続けることができる。したがって脱窒細菌に有機炭素を与えるために必要な有機炭素源の供給作業の作業量を少なくし、かつその作業の繰返し周期を長周期化することができる。したがって液体から窒素を除去するための作業の効率を向上することができる。
【００４６】
また容器２１内に、複数の有機炭素源供給層３と、複数の細菌生息層４とが、交互に積層されている。各細菌生息層４に設けられる担体２５は、連続空隙の多孔質材料から成り、内部まで液体が浸透可能であるとともに、大きな表面積を有している。これによって大きな表面積を有する担体２５に、脱窒細菌が付着しやすくして、脱窒細菌を生息しやすくすることができる。また硝酸を含む液体２と脱窒細菌との接触面積を大きくすることができる。このような細菌生息層４と、有機炭素源供給層３とを、交互に積層することによって、細菌生息層４と有機炭素源供給層３との接触面積を大きくすることができるとともに、細菌生息層４内の全ての位置における有機炭素源供給層３からの距離を小さくすることができる。これによって有機炭素源供給層３のキチンによって、細菌生息層４の脱窒細菌に有機炭素を与えやすくすることができ、かつ脱窒細菌に可及的に均一に有機炭素を与えることができる。したがって脱窒細菌の繁殖を促進し、脱窒細菌を利用した窒素の除去効率を高くすることができる。
【００４７】
またキチンは、粉末の状態で設けられており、キチンと液体２との接触面積を大きくすることができる。これによってキチンを、キチン分解細菌によって分解されやすくし、脱窒細菌に有機炭素を不足しないように与えることができる。
【００４８】
また有機炭素源供給層３には、キチンの粉末に加えて、炭酸塩鉱物の粉末が設けられる。炭酸塩鉱物は、たとえばカルシウムなどのミネラル成分を含んでおり、液体にカルシウムなどのミネラル成分を溶解させることができる。したがって液体から窒素を除去することに加えて、ミネラル成分を与えることができる。このように液体から窒素を除去しながら、ミネラル成分を与えて、液体２を改質することに役立つ。
【００４９】
また有機炭素源供給層３には、キチンの粉末に加えて、細砂が設けられる。細砂には、キチンを分解するキチン分解細菌が付着しており、細砂に付着しているキチン分解細菌によってキチンを分解させることができる。このように細砂を一緒に設けるという簡単な構成で、容器２１内にキチン分解細菌を生息させ、液体中でのキチンを分解して脱窒細菌に有機炭素を与えることができる。
【００５０】
混合粉粒体２８は、不織布から成る袋体２７に収容されて、有機炭素源供給層３に設けられる。これによって混合粉粒体２８が、液体２の流下に伴う流体力および重力などによって、有機炭素源供給層３から流出すること、さらには脱窒装置１から流出することを防ぐことができる。また混合粉粒体２８を有機炭素源供給層３に設ける場合、また逆に有機炭素源供給層３から除去する場合に、袋体２７に収納されていない状態に比べて、搬送を容易にすることができる。また排水管路８が詰まる、排出管路８から排出された液体２の供給先などにおいて、混合粉粒体２８を除去しなければならないなどの問題が生じることがない。したがって混合粉粒体２８の取扱いを容易にすることができるとともに、メンテナンス性を良好にすることができる。
【００５１】
また脱窒装置１では、第１、第２および第４細菌生息層４ａ，４ｂ，４ｄには、図４に示す担体２５が設けられ、第３細菌生息層４ｃには、図５に示す担体２５が設けられる。図４に示す担体２５は、図５に示す担体２５に比べて、空隙率が高く、かつ空隙の寸法が大きいので、通水性に優れている。このような通水性に優れた担体２５を、供給管路７および排水管路８が開口する第１細菌生息層４ａおよび第４細菌生息層４ｅに設けることによって、脱窒細菌の生息（繁殖）が可能な状態で、液体２の流下を容易にし、容器２１全体にわたって、液体２の淀みを無くし、液体２を流下させることができる。
【００５２】
図５に示す担体２５は、図４に示す担体２５に比べて、表面積が大きいので、脱窒細菌を繁殖させやくすることができる。このような図５に示す担体２５を、供給管路７および排水管路８が開口する第１細菌生息層４ａおよび第４細菌生息層４ｅの間に配置される第３細菌生息層４ｃに設けることによって、液体２の容器２１内における流下経路の如何に拘わらず、脱窒細菌の繁殖度が高い第３細菌生息層４ｃを流体２が通過するので、液体２中の硝酸を窒素ガスに確実に変化させることができる。
【００５３】
図６は、脱窒装置１を備える養殖設備９を示す系統図である。図７は、養殖設備９を示す斜視図である。図８は、養殖設備９に設けられる沈殿槽１１を示す斜視図である。図９は、養殖設備９に設けられる散水ろ過槽１３を示す斜視図である。養殖設備９は、液体２である飼育用水（以下液体と同一の符号を付す）が貯留され、たとえば鮑などの海洋性の魚介類が飼育される飼育槽１０を有している。したがって飼育用水２は、たとえば海水から成る。飼育槽１０には、飼育槽１０内の飼育用水２を汲上げ、再び飼育槽１０に戻すように循環させる循環管路１６が接続されている。循環管路１６には、循環ポンプ１７が介在されており、循環ポンプ１７を作動させることによって、飼育用水２を、循環管路１６を経て循環させることができる。
【００５４】
循環管路１６には、飼育用水２の循環方向上流側から下流側に、沈殿槽１１、硝化槽１２、脱窒装置１、散水ろ過槽１３、流動ろ過槽１４および活性炭槽１５が、この順に介在されている。したがって循環ポンプ１７によって汲上げられた飼育用水２は、基本的には、沈殿槽１１、硝化槽１２、脱窒装置１、散水ろ過槽１３、流動ろ過槽１４および活性炭槽１５を、この順で通過するように、循環管路１６を経て循環される。循環ポンプ１７は、沈殿槽１１よりも循環方向上流側に配置されている。
【００５５】
飼育槽１０中の飼育用水２には、魚介類の排泄物および残餌などが、比較的大きな固形の異物が含まれている。沈殿槽１１では、魚介類の排泄物および残餌などの比較的大きな固形の異物が、沈殿分離されて除去される。
【００５６】
沈殿槽１１によって処理された飼育用水２は、硝化槽１２に送られる。硝化槽１２は、硝化細菌を用いて、飼育用水２中のアンモニアを硝酸に変化させる。飼育用水２にはアンモニアが存在する。そのアンモニアは、たとえば、魚介類が排泄した排泄物に含まれているアンモニアなどが存在する。アンモニアは、魚介類の生育の妨げとなるので、硝化槽１２では、硝化細菌の働きによって、アンモニアを、アンモニアに比べて魚介類への毒性がかなり低い硝酸に変化させる。硝化細菌は、硝酸化成細菌とも呼ばれる独立栄養細菌であって、たとえばアンモニア酸化細菌（Nitrosomonas，Nitrosococcus）などと、亜硝酸酸化細菌（Nitrobacter）などとを含み、アンモニア酸化細菌によってアンモニアを亜硝酸に変化させ、亜硝酸酸化細菌によって生成した亜硝酸を硝酸に変化させる。
【００５７】
硝化槽１２で処理された飼育用水２は、前述の脱窒装置１に送られる。前述の供給管路７は、循環管路１６のうち、硝化槽１２と脱窒装置１とを接続する部分の一部である。また排出管路８は、循環管路１６のうち、脱窒装置１と散水ろ過槽１３とを接続する部分の一部である。脱窒装置１では、飼育用水２中に含まれる硝酸を窒素に変化させる。硝酸は、アンモニアよりも魚介類に対する毒性は低いけれども、硝酸も濃度が数百ｍｇ/Ｌに達すると、魚介類の生育に悪影響を及ぼすので、脱窒装置１において、硝酸を窒素ガスへ変化させる。このように養殖設備９では、硝化槽１１および脱窒装置１によって、飼育用水２中のアンモニアを窒素ガスに変化させて、窒素を除去することが可能である。脱窒装置１で生成される窒素ガスは、飼育用水２が、たとえば、大気に開放される場所に移動した状態で、大気に放出される。
【００５８】
また脱窒装置１では、前述のように、炭酸塩鉱物が設けられており、ミネラル成分を飼育用水２に補給することができる。魚介類の成育には、このミネラル成分が必要であり、魚介類によって利用されて減少したミネラル成分を、補給することができる。またこのようにミネラル成分を補給することによって、魚介類の排泄などによって飼育用水２の水素指数（水素イオン濃度を表すイオン指数；ペーハー；ｐＨ）が変化することを防止し、魚介類の成育に適した値に安定維持することに役立つ。このようにミネラル成分の補給するとともにイオン指数の安定維持を図り、飼育用水２を魚介類の成育に好適な養殖に適した性質に改質および保持している。
【００５９】
脱窒装置１で処理された飼育用水２は、散水ろ過槽１３へ送られ、散水ろ過槽１３から流動ろ過槽１４および活性炭槽１５を順次経て、飼育槽１０へ戻される。散水ろ過槽１３では、主に、微生物の死骸および汚濁物質など、沈殿槽１１で除去されずに残留した小さい異物のうち、比較的大きな異物をろ過して除去し、また窒素および燐などを微生物処理によって除去する。脱窒装置１で生成される窒素は、前述のようにガスの状態で放出されることに加えて、この散水ろ過槽１３においても除去される。流動ろ過槽１４では、主に、硝化槽１２で硝化しきれなかった飼育用水２中のアンモニアおよび亜硝酸を硝酸に変化させる。活性炭槽１５では、主に、臭気および着色などの原因となる、ろ過では除去できない有機物などが、除去される。
【００６０】
このように、閉鎖循環型の養殖設備９では、飼育槽１０で飼育に用いる飼育用水２を、飼育槽１０と、沈殿槽１１、硝化槽１２、脱窒装置１、散水ろ過槽１３、流動ろ過槽１４および活性炭槽１５を含む浄化構成体との間で循環させ、飼育用水２を飼育に適した状態に保持することができる。
【００６１】
また循環管路１６には、沈殿槽１１よりも上流側、具体的には循環ポンプ１７と沈殿槽１１との間に、流路切換用の第１バルブ１８が介在されるとともに、沈殿槽１１、硝化槽１２および脱窒装置１をバイパスして、第１バルブ１８と散水ろ過槽１３とを接続するための第１バイパス管路３０が設けられている。第１バルブ１８は、循環管路１６における第１バルブ１８よりも循環方向上流側の部分に対して、接続する管路を、循環管路１６における第１バルブ１８よりも循環方向下流側の部分と第１バイパス管路３０とのいずれかに切換えることができる。この第１バルブ１８を操作することによって、沈殿槽１１および硝化槽１２に、処理能力を超える流量の飼育用水２が供給されることを防止することができる。
【００６２】
また循環管路１６には、硝化槽１２と脱窒装置１との間に、流路切換用の第２バルブ１９が介在されるとともに、脱窒装置１をバイパスして、第２バルブ１９と散水ろ過槽１３とを接続するための第２バイパス管路３１が設けられている。第２バルブ１９は、循環管路１６における第２バルブ１９よりも循環方向上流側の部分に対して、接続する管路を、循環管路１６における第２バルブ１９よりも循環方向下流側の部分と第２バイパス管路３１とのいずれかに切換えることができる。この第２バルブ１９を操作することによって、脱窒装置１に、処理能力を超える流量の飼育用水２が供給されることを防止することができる。
【００６３】
このような養殖設備９によれば、魚介類が飼育される飼育槽１０の飼育用水２は、硝化槽１２および脱窒装置１を経て飼育槽１０に戻される。これによって飼育用水２中のアンモニアを除去することができる。飼育槽１０で魚介類を飼育すると、魚介類の排泄物などによって、必然的に飼育用水２にアンモニアが発生し、飼育用水２が汚損されて飼育槽１０における魚介類の飼育環境が悪化するが、前述のようにしてアンモニアを除去することによって、飼育槽に良好な飼育環境を確保し、維持することができる。
【００６４】
図１０は、本発明の他の実施形態の脱窒装置１を示す断面図である。図１０では、図１に示した前記実施形態の脱窒装置１と同様の部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。本実施の形態の脱窒装置１では、脱窒細菌に与える有機炭素源である多糖類としてセルロースを用いる。
【００６５】
本実施の形態の脱窒装置１は、容器２１内に、液体２が収容されるとともに、有機炭素源としてセルロースが設けられる有機炭素源供給層４１と、炭酸塩鉱物および細砂が含まれる複数のミネラル供給層４０と、連続空隙の多孔質材料からなる担体２５が設けられる複数の細菌生息層４とが設けられる。
【００６６】
本実施の形態では、１つの有機炭素源供給層４１と、５つのミネラル供給層（以下、特定のミネラル供給層を指す場合、「第１」〜「第５」を付した名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｅ」を沿えた符号を用い、不特定のミネラル供給層を指す場合、「第１」〜「第５」を付さない名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｅ」を沿えない符号を用いる）４０と、４つの細菌生息層（以下、特定の細菌生息層を指す場合、「第１」〜「第４」を付した名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｄ」を沿えた符号を用い、不特定の細菌生息層を指す場合、「第１」〜「第４」を付さない名称を用いるとともに、添え字「ａ」〜「ｄ」を沿えない符号を用いる）４とが設けられる。
【００６７】
各ミネラル供給層４０と各細菌生息層４とは、容器２１の底部６から開放端部２２に向かう方向へ、したがって上下方向へ交互に積層されている。具体的には、各ミネラル供給層４０と各細菌生息層４とは、上方へ向かって、第１ミネラル供給層４０ａ、第１細菌生息層４ａ、第２ミネラル供給層４０ｂ、第２細菌生息層４ｂ、第３ミネラル供給層４０ｃ、第３細菌生息層４ｃ、第４ミネラル供給層４０ｄ、第４細菌生息層４ｄの順に積層されている。また第４細菌生息層４ｄの上方に有機炭素源供給層４１が積層され、さらに有機炭素源供給層４１の上方に第５ミネラル供給層４０ｅが積層されている。
【００６８】
各ミネラル供給層４０には、炭酸塩鉱物と、細砂とが設けられる。細砂には、セルロースを分解するセルロース分解細菌が付着されている。セルロース分解細菌は、好気性セルロース分解細菌としてPseudomonas属、Cellvibrio属およびCytopghaga属など、ならびに嫌気性セルロース分解細菌としてClostridium属などに属するセルラーゼ生産菌などを含み、これらの細菌を用いることができる。このセルロース分解細菌は、セルラーゼを生成してセルロースを加水分解することができる。セルラーゼ生産菌としては、Pseudomonas属、Cellvibrio属、Cytopghaga属およびClostridium属などに属し、セルロース資化能を有する微生物であれば、どのようなものでもよく、特に制限はない。また好気性セルロース分解細菌および嫌気性セルロース分解細菌のどちらの細菌が用いられてもよい。細砂としては、セルロース分解細菌が自然に付着している砂を用いてもよいし、セルロース分解細菌を人工的に付着させた砂を用いてもよい。本実施の形態では、細砂として、たとえば海底から採取した砂、いわゆる海砂が用いられる。海底から採取した砂には、セルロース分解細菌が自然に付着している。
【００６９】
有機炭素源供給層４１のセルロースは、このように細砂に付着された状態でミネラル供給層４０に生息させられるセルロース分解細菌を利用して、グルコースに分解される。このようにセルロースを分解してグルコースを生成することによって、このグルコースから、細菌生息層４に生息する脱窒細菌に有機炭素を与えることができる。
【００７０】
また容器２１の開放端部２２には、独立空隙の発泡スチロールから成る蓋体２０を装着することができる。蓋体２０を開放端部２２に装着する場合、開放端部２２を介して外気が出入することが防がれ、嫌気性である脱窒細菌および嫌気性セルロース分解細菌の繁殖しやすい環境を、容器２１内に確保することができる。また蓋体２０を開放端部２２に装着しない場合、開放端部２２を介して外気が出入りすることができ、好気性環境下を好むセルロース分解細菌の繁殖しやすい環境を、容器２１内に確保することができる。したがって蓋体２０を装着しない場合において、有機炭素源供給層４１を外気が出入りしやすい場所、具体的には第４細菌生息層４ｄの上方に配置することによって、好気性セルロース分解細菌によって、セルロースを脱窒細菌が利用可能な糖類、具体的にはグルコースに分解することができる。また分解された糖類は、脱窒細菌に利用される。このようにしてセルロースを設けることによって、脱膣細菌に有機炭素を与えることができる。
【００７１】
周壁５の一部である容器２１の一側部には、この一側部を挿通して供給管路７が接続されている。供給管路７は、容器２１内において、第４細菌生息層４ｄ、有機炭素源供給層４１および第５ミネラル供給層４０ｅで開口している。また供給管路７が接続される一側部と反対側の他側部には、この他側部を挿通して排出管路８が接続されている。排出管路８は、容器２１内において、第１細菌生息層４ａで開口している。
【００７２】
本実施の形態の脱窒装置１によれば、容器２１内に生息させる脱窒細菌の働きによって、液体２中の硝酸が窒素ガスに変化され、窒素ガスは、液体から放出される。
【００７３】
脱窒細菌を利用して窒素を除去するにあたっては、脱窒細菌に有機炭素を与えることが必要であり、液体２中にセルロースが設けられる。セルロースは、容器２１内に生息させるセルロース分解細菌の働きによって、脱窒細菌が利用可能な糖類、具体的にはグルコースに分解され、分解された糖類は、脱窒細菌に利用される。このようにしてセルロースを設けることによって、脱膣細菌に有機炭素を与えることができる。さらにセルロースは、短期間で分解されてしまわずに、長期間かけて、たとえば数年かけて徐々に分解されるので、たとえばアルコール類およびブドウ糖を添加する、また氷砂糖を投入する構成に比べて、１回の有機炭素源の供給作業によって、脱窒細菌に、長期間にわたって有機炭素を与え続けることができる。したがって脱窒細菌に有機炭素を与えるために必要な有機炭素源の供給作業の作業量を少なくし、かつその作業の繰返し周期を長周期化することができる。したがって液体から窒素を除去するための作業の効率を向上することができる。
【００７４】
セルロースは、ろ紙および和紙などのセルロース繊維から成るシートを複数枚重ねて設けられる。またシートに代えて脱脂綿などのセルロース繊維塊として設けるようにしてもよい。したがってセルロース繊維から成るシートまたはセルロース繊維塊の状態で第４細菌生息層４ｄの上方に設けられるので、セルロースと液体２との接触面積を大きくすることができる。これによってセルロースを、液体２中のセルロース分解細菌によって分解されやすくし、脱窒細菌に有機炭素を不足しないように与えることができる。またセルロース繊維から成るシートおよび脱脂綿などのセルロース繊維塊で設けられたセルロースは、外観上、目で認識することができるので、セルロースが枯渇してしまう前に新たに供給することができ、効率的に脱窒細菌に有機炭素を与え続けることができる。
【００７５】
またミネラル供給層４１には、細砂が設けられる。細砂には、セルロースを分解するセルロース分解細菌が付着しており、細砂に付着しているセルロース分解細菌によってセルロースを分解させることができる。このように細砂を一緒に投入するという簡単な構成で、容器２１内にセルロース分解細菌を生息させ、液体中でのセルロースを分解して脱窒細菌に有機炭素を与えることができる。
【００７６】
前述の実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、構成を変更することができる。たとえば脱窒細菌の有機炭素源の材料である多糖類として、キチンとセルロースとの両方を一緒に用いてもよい。また多糖類としてセルロースを用いた場合、セルロースは、セルロース繊維から成るシートとして用けなくてもよく、粉末または脱脂綿のような繊維塊の状態で設けてもよい。この場合、袋体２７に収納させて設けてもよい。さらに有機炭素源供給層４１を、各細菌生息層４の上方に積層してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の一形態の脱窒装置１を示す断面図である。
【図２】脱窒装置１を示す斜視図である。
【図３】有機炭素源供給層３に設けられる有機炭素源供給体２６を示す斜視図である。
【図４】細菌生息層４に設けられる担体２５の一例を示す斜視図である。
【図５】細菌生息層４に設けられる担体２５の他の例を示す断面図である。
【図６】脱窒装置１を備える養殖設備９を示す系統図である。
【図７】養殖設備９を示す斜視図である。
【図８】養殖設備９に設けられる沈殿槽１１を示す斜視図である。
【図９】養殖設備９に設けられる散水ろ過槽１３を示す斜視図である。
【図１０】本発明の他の実施形態の脱窒装置１を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  脱窒装置
２  液体（飼育用水）
３  有機炭素源供給層
４  細菌生息層
１０  飼育槽
１１  沈殿槽
１２  硝化槽
１３  散水ろ過槽
１４  流動ろ過槽
１５  活性炭槽
２０  蓋体
２１  容器
２５  担体
２６  有機炭素源供給体
【図１】
2006136775.tif 000003
【図３】
2006136775.tif 000004
【図４】
2006136775.tif 000005
【図５】
2006136775.tif 000006
【図６】
2006136775.tif 000007
【図１０】
2006136775.tif 000008
【図２】
2006136775.tif 000009
【図７】
2006136775.tif 000010
【図８】
2006136775.tif 000011
【図９】
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