(57)【要約】【課題】  脱窒処理の効率が低下することを防ぐことができる硫黄酸化型脱窒素処理装置を提供する。【解決手段】  処理槽３の下部に水を流入させる流入路４に一端が分岐接続され、他端が処理槽３の上部に接続された洗浄路５と、硝酸態窒素を含む水を流入路４から処理槽３に流入させるときには少ない流量で水を送り、処理槽３内の水を洗浄路５から流入路４を通して循環させるときには多い流量で水を送るように制御される流量制御手段６と、処理槽３内の底部に設けられる給気手段７とを備える。処理槽３内の硫黄基材粒子２を洗浄する洗浄運転の際に、給気手段７から処理槽３内に空気を吐出させると共に、処理槽３内の水を洗浄路５から流入路４を通して循環させて、処理槽３内の硫黄基材粒子２を洗浄する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
飼育水槽の水を浄化しながら循環させて飼育水槽で魚介類を飼育するようにした循環式養殖装置に用いられ、脱窒剤である硫黄基材の粒子を内部に備えた処理槽に下部から硝酸態窒素を含む水を流入させると共に硫黄基材粒子で硝酸態窒素を脱窒処理した水を上部から流出させることによって、飼育水槽に循環させる水を脱窒処理するようにした硫黄酸化型脱窒素処理装置において、処理槽の下部に水を流入させる流入路に一端が分岐接続され、他端が処理槽の上部に接続された洗浄路と、硝酸態窒素を含む水を流入路から処理槽に流入させるときには少ない流量で水を送り、処理槽内の水を洗浄路から流入路を通して循環させるときには多い流量で水を送るように制御される流量制御手段と、処理槽内の底部に設けられる給気手段とを備え、処理槽内の硫黄基材粒子を洗浄する洗浄運転の際に、給気手段から処理槽内に空気を吐出させると共に、処理槽内の水を洗浄路から流入路を通して循環させて、処理槽内の硫黄基材粒子を洗浄するようにして成ることを特徴とする硫黄酸化型脱窒素処理装置。
【請求項２】
処理槽の水の水質を検出する水質検出手段を備え、水質検出手段で検出された水質に応じて、飼育水槽に循環させる水を処理槽で脱窒処理する脱窒運転を停止するようにして成ることを特徴とする請求項１に記載の硫黄酸化型脱窒素処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飼育水を循環させて再利用しながら飼育水槽で魚介類を飼育するようにした循環式養殖装置に用いられる硫黄酸化型脱窒素処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
魚介類を飼育水槽で養殖したり一時的に蓄養したりする場合、飼育水槽の海水などの飼育水を浄化しながら循環させることによって、閉鎖系で高密度に魚介類を飼育することが行なわれている。このような閉鎖式の循環式養殖装置においては、魚介類から排泄される糞などに起因してアンモニアが飼育水槽の水中に発生し、アンモニアが蓄積されると飼育水の水質が悪化して魚介類に悪影響を及ぼす。
【０００３】
そこで、飼育水槽の水を循環させる循環経路に硝化槽と脱窒槽を設け、硝化槽において硝化菌の働きでアンモニアを亜硝酸さらに硝酸へと硝化させてアンモニアを硝酸態窒素に変換し、さらに硝化槽で硝化された硝酸を脱窒槽において、脱窒菌の働きで硝酸態窒素を分解して窒素ガスに変換し、硝酸態窒素を窒素ガスとして水中から系外に除去することが行なわれている（特許文献１等参照）。
【０００４】
一方、硝酸態窒素を脱窒するにあたって、硫黄基材の粒子を脱窒剤として用い、硝酸態窒素を含む水をこの硫黄基材粒子で処理することが提案されている。このものは、硫黄基材に生息する硫黄酸化脱窒細菌が硝酸態窒素の硝酸イオンの酸素を吸収することによって、硝酸態窒素を窒素ガスに変換し、窒素ガスを系外に排出することによって脱窒を行なうようにしたものである。硫黄基材には炭酸カルシウムも含有されており、同時に生成される硫酸イオンはカルシウムと結合して硫酸カルシウムとなって水質に影響を与えないようになっている（特許文献２参照）。
【０００５】
そして硫黄基材の粒子を脱窒剤として用いた硫黄酸化型脱窒素処理装置を、上記の脱窒槽に変わるものとして使用することが検討されている。硫黄酸化型脱窒素処理装置は、処理槽に脱窒剤として硫黄基材の粒子を入れて形成されるものであり、処理槽に下部から硝酸態窒素を含む水を流入させると共に硫黄基材粒子で硝酸態窒素を脱窒処理した水を処理槽の上部から流出させることによって、硝化槽の水を脱窒処理することができるものである。
【特許文献１】特開２００２−１５９２４４号公報
【特許文献２】特許第３４３０３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように処理槽に硫黄基材粒子を入れて形成される硫黄酸化型脱窒素処理装置にあって、飼育水中には飼育魚介類の糞などの排泄物由来の有機物を含むため、硫黄基材の粒子間が閉塞され、処理槽内で短絡流が生じ、硫黄基材粒子による脱窒処理効率が低下するという問題があった。
【０００７】
また、硫黄酸化型脱窒素処理装置の処理槽に流入する水中の硝酸態窒素の濃度が低いと、硫黄基材粒子による脱窒能力が低下し、それと共に生成される硫酸イオンが減少するが、さらに硝酸態窒素の濃度が低くなると魚介類に猛毒となる硫化水素が発生するという問題があった。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、脱窒処理の効率が低下することを防ぐことができる硫黄酸化型脱窒素処理装置を提供することを目的とするものであり、また硫化水素の発生を抑制することができる硫黄酸化型脱窒素処理装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る硫黄酸化型脱窒素処理装置は、飼育水槽１の水を浄化しながら循環させて飼育水槽１で魚介類を飼育するようにした循環式養殖装置に用いられ、脱窒剤である硫黄基材の粒子２を内部に備えた処理槽３に下部から硝酸態窒素を含む水を流入させると共に硫黄基材粒子２で硝酸態窒素を脱窒処理した水を上部から流出させることによって、飼育水槽１に循環させる水を脱窒処理するようにした硫黄酸化型脱窒素処理装置において、処理槽３の下部に水を流入させる流入路４に一端が分岐接続され、他端が処理槽３の上部に接続された洗浄路５と、硝酸態窒素を含む水を流入路４から処理槽３に流入させるときには少ない流量で水を送り、処理槽３内の水を洗浄路５から流入路４を通して循環させるときには多い流量で水を送るように制御される流量制御手段６と、処理槽３内の底部に設けられる給気手段７とを備え、処理槽３内の硫黄基材粒子２を洗浄する洗浄運転の際に、給気手段７から処理槽３内に空気を吐出させると共に、処理槽３内の水を洗浄路５から流入路４を通して循環させて、処理槽３内の硫黄基材粒子２を洗浄するようにして成ることを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項２の発明は、請求項１において、処理槽３の水の水質を検出する水質検出手段８を備え、水質検出手段８で検出された水質に応じて、飼育水槽１に循環させる水を処理槽３で脱窒処理する脱窒運転を停止するようにして成ることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、流量制御手段６によって多い流量で処理槽３内の水を洗浄路５から流入路４を通して循環させることによって、処理槽３内の水の流速を速めることができ、処理槽３内の硫黄基材粒子２をこの速い水流によって洗浄することができると共に、給気手段７から吐出される空気によるエアーレションによって硫黄基材粒子２の洗浄を行なうことができるものであり、硫黄基材の粒子２間が閉塞されて脱窒処理効率が低下することを防ぐことができるものである。
【００１２】
また請求項２の発明によれば、水のｐＨや硫化水素濃度などの水質の変化を水質検出手段で検出し、硫化水素が発生し易い水質のときに脱窒運転を停止することによって、硫化水素の発生を低減することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１４】
図２は閉鎖循環式養殖装置の一例を示すものであり、飼育水槽１に循環経路１１が接続してあり、この循環経路１１には硝化槽１２が設けてある。この循環経路１１には必要に応じて循環ポンプ、ろ過槽等を設けることができる。そして硝化槽１２には硫黄酸化型脱窒素処理装置が接続してある。
【００１５】
硫黄酸化型脱窒素処理装置は図１に示すように、縦形筒状の処理槽３内に硫黄基材の粒子２を投入して形成されるものである。硫黄基材の粒子２は硫黄と炭酸カルシウムの多孔体として形成されるものであり、硫黄基材粒子２は処理槽３内の水中に沈降して堆積されている。処理槽３の底部には流入路４が、処理槽３の上端部には流出路１３がそれぞれ接続してあり、流入路４は硝化槽１２の水の流れの下流側端部に、流出路１３は硝化槽１２の水の流れの上流側端部にそれぞれ接続してある。
【００１６】
流出路１３には開閉バルブ１５が設けてあり、この開閉バルブ１５より処理槽３側の位置において流出路１３に排水路３６を分岐して接続し、排水路３６に排水バルブ１６が設けてある。また流入路４には開閉バルブ１７が設けてあり、この開閉バルブ１７より処理槽３側の位置において流入路４に洗浄路５の一端が分岐して接続してある。洗浄路５の他端は処理槽３の上部に、流出路１３の接続高さより低い位置において接続してあり、洗浄路５には開閉バルブ１８が設けてある。さらに流入路４には開閉バルブ１７より硝化槽１２に近い位置において給水ポンプ１９が設けてあり、洗浄路５には開閉バルブ１８より処理槽３の上部への接続箇所に近い位置において洗浄ポンプ２０が設けてある。この給水ポンプ１９と洗浄ポンプ２０で流量制御手段６が形成されるものであり、洗浄ポンプ２０の送水量が給水ポンプ１９の送水量より大きくなるように設定して、流量制御をするようにしてある。洗浄ポンプ２０の送水量は例えば２０〜７０Ｌ／分、給水ポンプ１９の送水量は例えば３Ｌ／分に設定されるものである。尚、上記の各バルブ１５，１６，１７，１８の代りに、流路を開閉したり切り換えたりすることができる任意の手段を用いることができるものである。
【００１７】
処理槽３は下端部内を仕切り２３で仕切って上側の処理室２４と下側の流入室２５とが処理槽３内に形成してあり、流入路４は流入室２５に接続されるものである。また硫黄基材粒子２は処理室２４内に入れられるものである。この仕切り２３の上面に移流管２６が複数本立設してあり、移流管２６の上端には整流体２７が取り付けてある。整流体２７は図３に示すように、内部が中空の球体２８に多数本のスリット状開口２９を設けて形成されるものであり、流入路４から流入室２５に流入した水は、移流管２６を通って整流体２７のスリット状開口２９から整流された状態で処理室２４内に供給されるようにしてある。図１において３０は点検口である。
【００１８】
また処理槽３の処理室２４の上端にはガス抜き３２が設けてあり、処理室２４内の水面より上方の位置に水質検出手段８として硫化水素センサ８ａが設けてある。硫化水素センサ８ａとしては定電位電解式センサなどを用いることができる。さらに処理槽３の処理室２４の下部内には多孔質チューブなどで形成される散気管３３が設けてあり、この散気管３３には送風機３４が接続してある。この散気管３３と送風機３４によって給気手段７が形成されるものである。図１において３１は機械ボックスであり、機械ボックス３１内にポンプ類や送風機３４などが収容してある。
【００１９】
上記のような硫黄酸化型脱窒素処理装置を備えた循環式養殖装置にあって、飼育水槽１の海水などの飼育水は循環経路１１を通して循環されるものであり、循環経路１１を循環する際に、水中のアンモニアは硝化槽１２で硝化され、硝酸態窒素に変換される。硝酸態窒素（主として硝酸）の濃度が低いレベルでは魚介類の成長に影響はないが、高濃度に蓄積されると魚介類の摂餌に影響が生じる。このため、分光光度計などの分析器で週に一回程度飼育水槽１の水を分析し、管理濃度（魚の場合、例えば３００ｍｇ／Ｌ）になった時点で、硫黄酸化型脱窒素処理装置によって脱窒処理を行なう。
【００２０】
硫黄酸化型脱窒素処理装置によって脱窒処理する脱窒運転の際には、給水ポンプ１９を「作動」、洗浄ポンプ２０を「停止」、送風機３４を「停止」、開閉バルブ１５を「開」、排水バルブ１６を「閉」、開閉バルブ１７を「開」、開閉バルブ１８を「閉」に設定するように制御されるものである。そして硝化槽１２の硝酸態窒素を含む水は、給水ポンプ１９の作動によって流入路５を通して処理槽３の流入室２５に流入し、移流管２６及び整流体２７を通して処理室２４内に下部から流入する。ここで、水中の溶存酸素量が多いと、硫黄基材粒子２の剤に消耗が起こり易い。すなわち、硝酸態窒素中の酸素ではなく水中の溶存酸素を利用して硫黄を酸化する反応が起こり易くなって、脱窒効率が低下すると共に硫酸イオンの生成量が多くなる。このため、硝化槽１２の水の流れの下流側端部内（硝化槽１２の出口側端部内）の溶存酸素量が少ない水を流入路５から処理槽３に導入するようにしてある。
【００２１】
このように処理槽３の処理室２４に流入した硝酸態窒素を含む水は、硫黄基材粒子２が堆積された層を通過する際に脱窒処理を受けて、硝酸態窒素は窒素ガスに変換される。このとき、給水ポンプ１９による送水流量は小さいので、処理室２４内の硫黄基材粒子２は沈降して堆積した状態を保持され、堆積した硫黄基材の粒子２間を水が通過する際に脱窒処理を効率良く受けることができる。また給水ポンプ１９による送水流量は、処理室２４内の通過流速と、処理室２４内の滞留時間に応じて決定されるものであり、流速が遅すぎると水中に生成される窒素ガスの水中からの抜けが悪くなり、また硫黄基材粒子２に対する水の接触効率が低下して処理能力が低下する。逆に流速が速すぎると、硫黄基材粒子２の表面の細菌が剥離されて処理能力が低下したり、硫黄基材粒子２間に水道ができてショートパスを起こすおそれがある。例えば、給水ポンプ１９による送水流量を３Ｌ／分に設定して、流速が３．７ｍ／時間になるように設定することができる。
【００２２】
そしてこのように生成された窒素ガスはガス抜き３２を通して処理槽３の処理室２４から排出される。このようにして、水中の硝酸態窒素を窒素ガスとして系外へ排出する脱窒を行なうことができるものである。脱窒処理を受けた処理室２４内の水は、オーバーフローして流出路１３に流入し、流出路１３を通して硝化槽１２に返送される。ここで、処理槽３による脱窒処理が不十分で、硝酸態窒素の亜硝酸濃度が高いと、魚介類に悪影響を及ぼすおそれがある。このため、処理槽３で処理された水は硝化槽１２の水の流れの上流側端部（硝化槽１２の入口側端部）に返送されるようにしてあり、水の亜硝酸濃度が高くても、硝化槽１２で再度硝化されて魚毒作用が低い硝酸に変換されるようにしてある。
【００２３】
上記のように脱窒運転を行なうと、有機物などの汚泥で硫黄基材粒子２間が閉塞されるので、例えば１〜３ヶ月に一回程度、処理槽３内の硫黄基材粒子２を洗浄する。硫黄基材粒子２を洗浄する洗浄運転の際には、給水ポンプ１９を「停止」、洗浄ポンプ２０を「作動」、送風機３４を「間欠的に作動」、開閉バルブ１５を「閉」、排水バルブ１６を「閉」、開閉バルブ１７を「閉」、開閉バルブ１８を「開」に設定するように制御されるものである。そして洗浄ポンプ２０の作動によって、処理槽３の処理室２４の上部内の水は洗浄路５に吸い出されて、洗浄路５から流入路４及び流入室２５を通して処理室２４の下部に返送され、処理室２４内の水は循環される。ここで洗浄ポンプ２０の送水流量は上記のように２０〜７０Ｌ／分程度に大きく設定してあり、処理室２４の下部に返送される水の流速が速くなるようにしてある。このため、この返送される流速の速い水流によって処理室２４内の硫黄基材粒子２を洗浄することができるものである。また散気管３３から間欠的に空気が水中に吐出され、このエアレーションによっても硫黄基材粒子２を洗浄することができるものである。ここで、エアーレーションだけで硫黄基材粒子２を洗浄するようにすると、水中の溶存酸素の量が増加して上記のように脱窒反応の効率が低下するので、エアーレーションを間欠的にして補助的に行なうことによって、溶存酸素の量が増加を最小限に抑えるようにしてある。尚、このように散気管３３によるエアーレーションを間欠的にして、洗浄運転中に飼育水槽３の水が流出路１３にオーバーフローしない場合には、開閉バルブ１５は不要である。
【００２４】
上記のように洗浄運転を行なうと、硫黄基材粒子２から汚泥が剥離して処理槽３内の水が汚れるので、処理槽３内の水を排水する排水運転が行なわれる。排水運転の際には、給水ポンプ１９を「作動」、洗浄ポンプ２０を「停止」、送風機３４を「停止」、開閉バルブ１５を「閉」、排水バルブ１６を「開」、開閉バルブ１７を「開」、開閉バルブ１８を「閉」に設定するように制御されるものである。そして給水ポンプ１９を作動させると、硝化槽１２から水が流入路４を通して処理槽３の流入室２５に流入し、さらに処理室２４へと流入する。このように処理槽３に下部から流入する水によって、処理槽３内の汚れた水は押し上げられ、流出路１３を通して排水バルブ１６から排出されるものである。
【００２５】
ここで、上記のように硫黄酸化型脱窒素処理装置で脱窒運転するにあたって、処理槽３に流入する水中の硝酸態窒素の濃度が低いと脱窒能力が低下し、さらには魚介類に猛毒となる硫化水素が発生する。そしてこのように水中に硫化水素が発生すると、処理室２４の上部の空間部の硫化水素濃度が高くなる。そこで、処理槽３の処理室２４に設けた硫化水素センサー８ａで処理室２４の上部の空気層中の硫化水素の濃度を測定し、硫化水素センサー８ａによる測定濃度が閾値（例えば１ｍｇ／Ｌ）を超えると、給水ポンプ１９を停止させると共に開閉バルブ１７を閉じるように制御して、脱窒運転を停止し、魚介類に悪影響を与える以上の硫化水素が生成されないようにしてある。
【００２６】
図４は本発明の他の実施の形態を示すものであり、このものでは、処理槽３の底部の流入室２４に排水路３６を接続し、この排水路３６に排水バルブ１６を設けるようにしてある。また、流入路４と流出路１３にそれぞれｐＨセンサ８ｂ，８ｃが接続してあり、処理槽３に流入される水のｐＨはｐＨセンサ８ｂで、処理槽３から流出する水のｐＨはｐＨセンサ８ｃで検出されるようにしてある。このｐＨセンサ８ｂ、８ｃで水質検出手段８が形成されるものである。その他の構成は図１（ｂ）や図２のものと同じである。
【００２７】
この実施の形態にあって、脱窒運転及び洗浄運転は上記図２（ｂ）の実施の形態と同様にして行なうことができる。そして排水運転を行なうにあたっては、給水ポンプ１９を「停止」、洗浄ポンプ２０を「停止」、送風機３４を「停止」、開閉バルブ１５を「閉」、排水バルブ１６を「開」、開閉バルブ１７を「閉」、開閉バルブ１８を「閉」に設定するように制御されるものであり、洗浄で汚れた処理槽３内の水を排水バルブ１６を通して排水路３６から排水することができるものである。
【００２８】
ここで、硫黄酸化型脱窒素処理装置で脱窒運転するにあたって、処理槽３に流入する水中の硝酸態窒素の濃度が低いと脱窒能力が低下し、上記のように魚介類に猛毒となる硫化水素が発生する。そこで、流入路４に設けたｐＨセンサ８ｂで処理槽３に流入される水のｐＨを測定し、流出路１３に設けたｐＨセンサ８ｃで処理槽３から流出する水のｐＨを測定し、流入水と流出水のｐＨの差を検出して、ｐＨの差が設定された閾値（例えば０．３）より小さくなると、脱窒運転を停止するようにしてある。例えば、飼育水槽１の水の硝酸濃度が２００ｍｇ−Ｎ／Ｌであるときは、ｐＨセンサ８ｂで測定される流入水のｐＨは７．３、ｐＨセンサ８ｃで測定される流出水のｐＨは６．８で、その差は０．５であるが、飼育水槽１の水の硝酸濃度が５０ｍｇ−Ｎ／Ｌであるときは、ｐＨセンサ８ｂで測定される流入水のｐＨは同じ７．３であるが、ｐＨセンサ８ｃで測定される流出水のｐＨは７．０になり、その差は０．３になる。このように処理槽３に流入する水中の硝酸態窒素の濃度が低くなると、流入水と流出水のｐＨの差が小さくなるので、ｐＨの差が設定された閾値より小さくなると、給水ポンプ１９を停止させると共に開閉バルブ１７を閉じるように制御して、脱窒運転を停止し、魚介類に悪影響を与える以上の硫化水素が生成されないようにすることができるものである。
【００２９】
図５は本発明の他の実施の形態を示すものであり、洗浄ポンプ２０を備えず、インバータ制御等によって送水流量を可変に制御することができる給水ポンプ１９を用い、流入路４への洗浄路５の接続箇所と処理槽３との間に位置において流入路４にこの給水ポンプ１９を設けるようにしてある。この送水流量を可変に制御することができる給水ポンプ１９で流量制御手段６が形成されるものである。その他の構成は図１（ｂ）や図２のものと同じである。
【００３０】
この実施の形態にあって、脱窒運転の際には、給水ポンプ１９を「送水流量を少なく制御して作動」、送風機３４を「停止」、開閉バルブ１５を「開」、排水バルブ１６を「閉」、開閉バルブ１７を「開」、開閉バルブ１８を「閉」に設定するように制御されるものである。そして給水ポンプ１９の作動によって硝化槽３の硝酸態窒素を含む水は流入路５を通して処理槽３に流入し、上記と同様にして脱窒処理を行なうことができる。給水ポンプ１９の送水流量は、図１（ｂ）の実施の形態で説明した脱窒運転の際の水量に設定されるものである。
【００３１】
次に洗浄運転の際には、給水ポンプ１９を「送水流量を多く制御して作動」、送風機３４を「間欠的に作動」、開閉バルブ１５を「閉」、排水バルブ１６を「閉」、開閉バルブ１７を「閉」、開閉バルブ１８を「開」に設定するように制御されるものである。そして給水ポンプ１９の作動によって処理室２４内の水は洗浄路５と流入路４を通して循環し、上記と同様に処理室２４の下部に返送される水の水流によって硫黄基材粒子２を洗浄すると共に散気管３３による間欠的なエアレーションによって硫黄基材粒子２を洗浄することができるものである。給水ポンプ１９の送水流量は、図１（ｂ）の実施の形態で説明した洗浄運転の際の水量に設定されるものである。
【００３２】
さらに排水運転を行なうにあたっては、給水ポンプ１９を「停止」、送風機３４を「停止」、開閉バルブ１５を「閉」、排水バルブ１６を「開」、開閉バルブ１７を「閉」、開閉バルブ１８を「閉」に設定するように制御されるものであり、洗浄で汚れた処理槽３内の水を排水バルブ１６を通して排水路３６から排水することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は一部破断した斜視図、（ｂ）は概略断面図である。
【図２】同上の循環式飼育装置のシステムを示す概略図である。
【図３】同上の整流体を示す斜視図である。
【図４】同上の他の実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【図５】同上のさらに他の実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  飼育水槽
２  硫黄基材粒子
３  処理槽
４  流入路
５  洗浄路
６  流量制御手段
７  給気手段
８  水質検出手段
【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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