(57)【要約】  本発明は、効率的に水を調整して硝酸塩レベルを低減し、カルシウムを添加してｐＨ（４、５）を高め、陰極液（１１）及び陽極液を使用し、また酸素塔（８）を介して汚染物質を除去するための好気性（２）及び嫌気性（３）のステップと、水槽（１０）の水の調整の改良及び水生生物の成長状態の改良のための脱ガスステップ（６）とを含む新規な生物学的システム及び方法を開示している。
2007508813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水生生物用の収容環境内の水を調整するための方法であって、
前記流れ内の水の酸素濃度を実質的に低減するために、前記収容環境から第１の装置にある量の水を流すステップと、
水中の硝酸塩レベルを実質的に低減するために、前記第１の装置から嫌気性細菌を含む第２の装置に水を流すステップと、
水を前記第２の装置から前記収容環境に流すステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の装置が、水が第１の室を通して流れるときに水中の酸素含有量を実質的に低減するために、十分な好気性細菌を支持する第１の媒質を収容する前記第１の室を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の室が、水の酸素含有量を２ｐｐｍ未満のレベルに低減する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の装置が、水が第２の室を通して流れるときに水中の窒素含有量を実質的に低減するために、十分な嫌気性細菌を支持する硫黄媒質を収容する前記第２の室を備える、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の室が、水の硝酸塩含有量を０〜２０ｐｐｍの範囲のレベルに低減する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
水が前記収容環境に流れる前に、１つ以上のカルシウム源を収容する第３の装置に、低減レベルの硝酸塩を有する水を流すことによって、カルシウムを水に添加する追加ステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記水流が前記第３の装置を離れるときに、前記水流が約６〜約８の範囲内のｐＨを有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記嫌気性細菌が、チオバシルスディニトリフィカン細菌を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記好気性細菌が、ニトロソモナス及びニトロバクタ細菌から選択された少なくとも１つの細菌を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記嫌気性細菌が、チオバシルスディニトリフィカン、チオバシルスベルスタス、チオバシルスチアシリス、チオスフェーラパントトローファ、パラコッカスディニトリフィカン、及びチオミクロスピラディニトリフィカンから選択された少なくとも１つの細菌を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
水が前記収容環境に流れる前に、水を前記第２の室からタンパク質スキマに流す追加ステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１２】
前記タンパク質スキマが、ｐＨを上げると共に酸素を水に添加する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記タンパク質スキマが、混合エダクタを使用して、酸素含有ガスと前記タンパク質スキマ内の水とを混合する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
水が前記第２の室を離れた後にまた水が前記収容環境に流れて戻る前に、水中の硫酸塩濃度を低減するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１５】
硫酸塩濃度を低減する前記ステップが水を脱硫器に導入することによって達成され、前記脱硫器が、水流を受け入れるための筐体を含み、前記筐体が、嫌気性光合成細菌が支持される媒質を収容し、また水が硫酸塩レベルを有効に低減するように媒質に接触しつつ前記筐体を通して流れる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
水生生物を保持するための環境に水が戻される前に、低減レベルの硝酸塩を有する水を酸素塔に流す追加ステップをさらに含み、前記酸素塔が、水流を受け入れるための筐体を含み、前記筐体が、垂直から角度θｏｘｙで内側に傾斜する側壁を有し、媒質が前記側壁の内面に配置されて、酸素塔内の藻類成長のための支持部として機能し、また前記藻類が水から汚染物質を有効に除去して、水のｐＨを上げることを可能にするように、水が前記藻類に接触しつつ前記側壁を流れ落ちる、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
水生生物を保持するための収容環境内の水を調整するためのシステムであって、
前記収容環境と流体連通し、かつ前記収容環境から流れる水の酸素レベルを実質的に低減できる好気性細菌を支持できる第１の媒質を収容する第１の室と、
実質的に低減された酸素レベルを有する水が前記第１の室から前記第２の室に流れること、及び前記第２の室を離れる水が前記収容環境に流れて戻ることを可能にするように、前記第１の室及び前記収容環境の両方と流体連通する前記第２の室であって、水中の硝酸塩レベルを実質的に低減できるチオバシルスディニトリフィカン細菌を支持できる硫黄を含む第２の媒質を収容する前記第２の室と、
を備えるシステム。
【請求項１８】
前記収容環境に戻る前に、水が前記第２の室から前記第３の室に流れることを可能にするように、前記第２の室及び前記収容環境の両方と流体連通する第３の室をさらに備え、前記第３の室が第１のカルシウム源を収容する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
酸素塔であって、
水流を受け入れるための筐体であって、垂直から角度θｏｘｙで内側に傾斜する側壁を有する筐体と、
前記側壁の内面に位置決めされた藻類成長を支持できる媒質と、
前記藻類が水から汚染物質を有効に除去して、水のｐＨを上げることができるように、前記藻類との接触を維持しつつ前記側壁の表面に沿った水流を可能にするように、水を前記筐体内に導入するための前記媒質の上方に位置決めされた入口と、
水が前記酸素塔を出ることを可能にする前記筐体の底部に配置された出口と、
を備える酸素塔。
【請求項２０】
前記側壁が、切頭円錐形状を形成し、また前記入口が、前記筐体の頂部円周の内側に沿って位置決めされた水路を備え、前記水路が、前記筐体内に水を導入できる複数の出口を有する、請求項１９に記載の酸素塔。
【請求項２１】
角度θｏｘｙが５°〜４５°の範囲にある、請求項１９に記載の酸素塔。
【請求項２２】
角度θｏｘｙが１０°〜２０°の範囲にある、請求項１９に記載の酸素塔。
【請求項２３】
藻類成長を支持できる前記媒質がスクリーンの形態である、請求項１９に記載の酸素塔。
【請求項２４】
光合成及び藻類成長のための十分な光を供給するために、前記塔に位置決めされた人工光源をさらに備える、請求項１９に記載の酸素塔。
【請求項２５】
前記人工光源が、最適な藻類成長を提供するように配置された多数の電球を含む、請求項２４に記載の酸素塔。
【請求項２６】
前記筐体に取り付けられた少なくとも１つの支持部材によって前記筐体の上方に適所に保持された反射性材料と、光合成及び藻類成長のために十分な光を供給する前記反射性材料と前記筐体との間に位置決めされた光源と、をさらに備える、請求項２４に記載の酸素塔。
【請求項２７】
処理された水から汚染物質を除去するためのタンパク質スキマであって、
水流を前記室内に導入するための入口を有する混合室と、
強制水流を発生するためのポンプと、
酸素を含むガスと前記室内の水とを混合するための混合エダクタであって、前記強制水流を前記ポンプから前記室内に導入するための取水路と、前記室の内部からの水が前記混合路内に随伴されることを可能にするように、前記取水路の近くに位置決めされたフレア形の入口領域、及び水及び泡の強制流が前記室内に方向付けられるフレア形の出口領域の両方を有する混合路と、前記室の外側から前記混合路内に酸素を含むガスを導入して、水とガス泡との混合物を形成するための流路とを、含む混合エダクタと、
を備えるタンパク質スキマ。
【請求項２８】
酸素を含むガスを導入するための前記流路が、前記混合路の中心長手方向軸線から角度θｔで、前記混合路を通した前記水流内に位置決めされた管である、請求項２７に記載のタンパク質スキマ。
【請求項２９】
前記角度θｔが、０°〜９０°の範囲にある、請求項２８に記載のタンパク質スキマ。
【請求項３０】
θｔが、３０°〜６０°の範囲にある、請求項２８に記載のタンパク質スキマ。
【請求項３１】
θｔが４５°である、請求項２８に記載のタンパク質スキマ。
【請求項３２】
前記流路の出口が前記混合路の中心長手方向軸線に又はその近くに配置されるように、酸素を含むガスを導入するための前記流路が、前記混合路を通した前記水流内に位置決めされた管である、請求項２７に記載のタンパク質スキマ。
【請求項３３】
前記フレア形の出口領域の長さが、約１インチ（２．５４ｃｍ）〜約８０インチ（２０３．２ｃｍ）の範囲にある、請求項２７に記載のタンパク質スキマ。
【請求項３４】
前記フレア形の出口領域が前記混合路の中心長手方向軸線から角度θｆで拡開し、さらに、角度θｆが約１°〜約６０°の範囲にある、請求項３３に記載のタンパク質スキマ。
【請求項３５】
前記フレア形の出口領域の長さが、約２０インチ（５０．８ｃｍ）〜約６０インチ（１５２．４ｃｍ）の範囲にある、請求項２７に記載のタンパク質スキマ。
【請求項３６】
θｆが、約３０°〜約４５°の範囲にある、請求項３５に記載のタンパク質スキマ。
【請求項３７】
前記混合室に位置決めされた１つ以上の追加の混合エダクタをさらに備える、請求項２７に記載のタンパク質スキマ。
【請求項３８】
前記室に水を導入するための前記入口が、前記混合室の内側に沿って位置決めされ、また入ってくる水流を円運動でかつ前記室の底部に向かって方向付けるように構成される、請求項２７に記載のタンパク質スキマ。
【請求項３９】
混合エダクタであって、
強制流体流を受け入れるための取水路と、
前記混合エダクタを囲む流体が混合路内に随伴されることを可能にするように前記取水路の近くに位置決めされたフレア形の入口領域と、前記強制流体及び随伴流体が方向付けられるフレア形の出口領域とを有する前記混合路と、
泡の形態のガスを前記混合路に導入して、前記強制流体流、前記随伴流体と前記ガス泡との混合物を形成する流路と、
を備える混合エダクタ。
【請求項４０】
ガスを導入するための前記流路が、前記混合路の中心長手方向軸線から角度θｔで、前記混合路を通した前記流体流内に位置決めされた管である、請求項３９に記載の混合エダクタ。
【請求項４１】
前記角度θｔが、０°〜９０°の範囲にある、請求項４０に記載の混合エダクタ。
【請求項４２】
θｔが、３０°〜６０°の範囲にある、請求項４０に記載の混合エダクタ。
【請求項４３】
θｔが４５°である、請求項４０に記載の混合エダクタ。
【請求項４４】
前記流路の出口が前記混合路の中心長手方向軸線に又はその近くに配置されるように、ガスを導入するための前記流路が、前記混合路を通した前記流体流内に位置決めされる、請求項３９に記載の混合エダクタ。
【請求項４５】
ガス流を導入するための前記流路が、２つ以上の管を備える、請求項３９に記載の混合エダクタ。
【請求項４６】
前記フレア形の出口領域が前記混合路の中心長手方向軸線から角度θｆで拡開し、θｆが、約３０°〜約４５°の範囲にある、請求項３９に記載の混合エダクタ。
【請求項４７】
ガス流を導入するための前記流路が、前記混合路を通した流体流れ内に位置決めされた２つ以上の管を備える、請求項３９に記載の混合エダクタ。
【請求項４８】
前記フレア形の出口領域の内面に形成された薄片であって、螺旋通路内の前記出口領域を通した流体運動を方向付けるように前記出口領域の内側の周りを回転し、これによって渦流を生成する薄片をさらに備える、請求項３９に記載の混合エダクタ。
【請求項４９】
前記薄片が、前記出口領域の内面から約１／１６インチ（２．５４ｃｍ／１６）〜約１インチ（２．５４ｃｍ）の距離だけ延びる、請求項４８に記載の混合エダクタ。
【請求項５０】
水中の硫酸塩濃度を低減するための脱硫器であって、
水流を受け入れるための室と、
硫黄濃度を低減するための嫌気性光合成細菌を支持できる媒質と、
光源と、
を備える脱硫器。
【請求項５１】
前記室が、外側円筒壁と、該外側円筒壁の内側に同心に配置された内側円筒壁とを有する円筒形状室であり、前記媒質が前記外側円筒壁と前記内側円筒壁との間に収容される、請求項５０に記載の脱硫器。
【請求項５２】
前記室の壁部が光透過性である、請求項５１に記載の脱硫器。
【請求項５３】
前記媒質を収容する室の体積が、酸素の進入を可能にしないように気密である、請求項５１に記載の脱硫器。
【請求項５４】
支持媒質が光透過性である、請求項５１に記載の脱硫器。
【請求項５５】
前記支持媒質がバイオフィルムである、請求項５４に記載の脱硫器。
【請求項５６】
水中の酸素濃度を低減するための好気性細菌室であって、前記室が、好気性細菌を支持できる媒質を収容するタンクを備え、前記タンクが、水中の酸素レベルが前記細菌によって有効に低減されることを可能にする程度に十分に気密である、好気性細菌室。
【請求項５７】
前記タンクの下方部分が、底部に定着する沈殿物の収集を可能にするように先細り形状を有する、請求項５６に記載の好気性細菌室。
【請求項５８】
前記室からガスを通気するために、通気口が前記タンクの頂部に配置され、さらに、前記通気口が、前記室内への大部分の外気量の進入を可能にしないように逆止弁を組み込む、請求項５７に記載の好気性細菌室。
【請求項５９】
前記媒質が、砂、破砕サンゴ及びバイオフィルムから選択される、請求項５７に記載の好気性細菌室。
【請求項６０】
アンモニアを亜硝酸塩に及び亜硝酸塩を硝酸塩に還元するためのバイオフィルタであって、
好気性細菌を支持できる媒質を収容するタンクと、
強制水流を発生するためのポンプと、
酸素を含むガスと前記タンク内の水とを混合するための混合エダクタであって、前記強制水流を前記ポンプから前記タンク内に導入するための取水路と、前記タンクの内部からの水が前記混合路内に随伴されることを可能にするように前記取水路の近くに位置決めされたフレア形の入口領域と、前記水及びガスの強制流が前記タンク内に方向付けられるフレア形の出口領域とを有する混合路と、前記タンクの外側から前記混合路内に酸素を含むガスを導入して、水とガス泡との混合物を形成するための流路と、を含む混合エダクタと、
を備えるバイオフィルタ。
【請求項６１】
前記タンクの下方部分が、底部に定着する沈殿物の収集を可能にするように先細り形状を有する、請求項６０に記載のバイオフィルタ。
【請求項６２】
排水口及び弁をタンクの底部に配置して、沈殿物の周期的な除去を可能にでき、さらに、前記排水口と前記弁との間のパイプの透明セクションを使用して、沈降物の堆積を監視できるように前記排水口の視覚的検査を可能にできる、請求項６１に記載のバイオフィルタ。
【請求項６３】
前記媒質が、砂、破砕サンゴ及びバイオフィルムから選択される、請求項６０に記載のバイオフィルタ。
【請求項６４】
前記混合エダクタがタンク内部に位置決めされて、前記タンクの内面に沿って円周方向に強制水流を方向付ける、請求項６０に記載のバイオフィルタ。
【請求項６５】
水生生物を保持するための収容環境内の水を調整するための方法であって、
第１の流量で、前記収容環境からバイオフィルタに第１の水流を提供するステップであって、前記バイオフィルタがアンモニアを亜硝酸塩に及び亜硝酸塩を硝酸塩に還元するステップと、
第２の流量で、前記収容環境から脱硝システムに第２の水流を提供するステップであって、前記脱硝システムが、水中の硝酸塩レベルを実質的に低減するための嫌気性細菌を収容する１つ以上の室を含むステップと、
水生生物を保持するための前記環境に前記第１及び第２の水流を戻すステップと、
を含む方法。
【請求項６６】
前記脱硝システムが、嫌気性細菌を収容する前記１つ以上の室に水が導入される前に、前記第２の水流内の水の酸素濃度を低減する好気性細菌を収容する室を使用する、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
前記第２の水流が、嫌気性細菌を収容する前記室を出た後に、前記脱硝システムが、前記第２の水流のｐＨを調整するためのカルシウムを収容する１つ以上の室を使用する、請求項６５に記載の方法。
【請求項６８】
水が前記脱硝システムを出た後、前記第２の水流がバイオフィルタに提供される、請求項６５に記載の方法。
【請求項６９】
前記バイオフィルタからの前記第１の水流及び前記脱硝システムから酸素塔への前記第２の水流の両方を提供する追加ステップを含み、水生生物を保持するための前記環境に戻される前に、前記第１及び第２の水流が共に組み合わせられる、請求項６５に記載の方法。
【請求項７０】
前記酸素塔が、水流を受け入れるための筐体を含み、前記筐体が、垂直から角度θｏｘｙで内側に傾斜する側壁を有し、媒質が前記側壁の内面に配置されて、前記酸素塔内の藻類成長のための支持部として機能し、さらに、前記藻類が水から汚染物質を有効に除去して、水のｐＨを上げることを可能にするように、前記水流が前記藻類に接触しつつ前記側壁を流れ落ちる、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記第１の水流が前記バイオフィルタ室を離れた後にまた前記第１の水流が前記酸素塔に提供される前に、前記第１の水流をタンパク質スキマに提供するステップをさらに含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７２】
前記タンパク質スキマが、水流を受け入れるための筐体と、前記筐体内の混合エダクタと、強制水流を前記混合エダクタに導入するためのポンプとを含み、前記混合エダクタが、前記ポンプからの前記強制水流を受け入れるための第１の流路と、前記タンパク質スキマの筐体から水を随伴するための第２の流路と、酸素を含むガス流を前記筐体の外側から受け入れるための第３の流路とを含み、動作時の前記混合エダクタが、前記強制水流と、前記随伴水と、前記筐体内のガスとを混合する、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
水生生物用の収容環境内の水を調整するための方法であって、
十分な量の陰極液を水に添加して、前記水生生物の健康を促進するステップを含む、
方法。
【請求項７４】
前記水生生物の健康を促進するために、十分な量の陰極液が添加される、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記陰極液が周期的に水に添加される、請求項７４に記載の方法。
【請求項７６】
前記陰極液が、長期の時間期間にわたって連続的に水に添加される、請求項７４に記載の方法。
【請求項７７】
前記陰極液が、混合エダクタを使用して水に添加される、請求項７３に記載の方法。
【請求項７８】
前記陰極液が周期的に水に添加される、請求項７３に記載の方法。
【請求項７９】
前記陰極液が、長期の時間期間にわたって連続的に水に添加される、請求項７３に記載の方法。
【請求項８０】
水生生物用の収容環境内の水を調整するための方法であって、
十分な量の陽極液を前記収容環境内の水に添加して、水中の有害な細菌を実質的に排除し、これによって、前記水生生物の健康を促進するステップを含む、
方法。
【請求項８１】
陽極液が前記収容環境に添加される前に、水の一部分を前記収容環境から除去して、前記除去された水を別個の環境に配置し、これによって、前記除去された水の有益な細菌を維持するステップ、及び
前記収容環境内の残留水に陽極液を添加するステップが完了され、前記陽極液が不活性状態に分解した後に、前記制御された環境に前記除去された水を添加して戻すステップ、  の追加ステップをさらに含む、請求項８０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の記載
本出願は、２００３年９月３０日に出願された米国特許出願第第１０／６７３，６３４の利益を主張する。この出願の開示全体が依拠され、参考として本出願に組み込まれている。
【０００２】
本発明は、魚、無脊椎動物、哺乳動物、及びサンゴを含む他の水生生物を保持するための水槽及び同様の環境内の水を調整するための装置及び方法に関する。より詳しくは、本発明は、淡水、汽水及び塩水用途における水生目的のために硝酸塩を除去し、さもなければ水を調整するための脱窒反応器システム及び方法に関する。
【０００３】
さらに、本発明は、水槽の水の調整の改良及び水生生物の成長状態の改良をもたらす本発明の装置及び方法による陰極液及び陽極液の使用に関する。
【背景技術】
【０００４】
硝酸塩の蓄積は、塩水及び淡水両方の水槽及び同様の水生環境における主要な問題である。硝酸塩は、魚屑、及び窒素性化合物を含有する食物の通常の追加のため、これらの環境で急速に増加する。十分に高い濃度において、硝酸塩は水生生物にとって有害である。この問題に取り組むため、健全な水槽を維持するために、水槽からの汚染水は、新しい水に頻繁に取り替えられる。環境内への硝酸塩汚染水の投げ捨ては、世界的に、水供給の硝酸塩汚染を助長する。特に、水槽が、海洋又は汚染されていない他の水槽用の水源に近くにない塩水用水槽である場合、この水の交換には時間がかかり、また水生物愛好者及び商業用水槽等の経営者の両方にとって高価であることがある。
【０００５】
水の交換以外の様々な方法が、水槽から硝酸塩を除去するための関連技術で知られている。１つの共通の方法は、硝酸塩に変換する前に窒素性化合物を排除するためのタンパク質スキマの使用である。タンパク質スキマは、頂部に収集カップを有する管又は塔に構成される。これらのスキマは、大量の非常に微細な気泡を管内に噴射することで作動する。上昇する気泡は管内のリフトとして作用し、望ましくない窒素性化合物が泡に付着して、表面に上昇することを可能にし、この表面で、それらは収集カップに捕捉されて廃棄処理される。
【０００６】
硝酸塩を低減するための他の方法は、細菌の使用を含む。このようなシステムの例は、ジョーベール（Ｊａｕｂｅｒｔ）への米国特許第４，９９５，９８０号、クリストフィー・ソレール（Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅ  Ｓｏｌｅｒ）による論文、表題「硫黄の独立栄養脱窒による硝酸塩除去」、及びマルクラングート（Ｍａｒｃｋ  Ｌａｎｇｏｕｅｔ）による論文、表題「硫黄の独立栄養脱窒の状況？」に記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、水槽及び同様の環境の水を調整するための改良された方法及びシステムを提供することである。
【０００８】
本発明は、効率的に硝酸塩レベルを低減し、さもなければ水槽水及び同様の環境の水を調整するための新規な生物学システム及び方法を含む。本発明の方法及びシステムは、健全で効率的な好気性バククテリア培養を維持し、好気工程で水中のアンモニアを亜硝酸塩に及び亜硝酸塩を硝酸塩に還元し、水が嫌気性バククテリアによって処理される前に水中の酸素を低減して、Ｃ０２を発生させ、健全で効率的な嫌気性細菌培養を維持し、細菌培養のために十分な食料供給が維持されることを保証し、硝酸塩を容認可能なレベルに効率的に低減し、ｐＨを安全なレベル内に制御し、健全なミネラルを水に添加し、及び独立栄養脱窒工程で形成された硫化水素ガスの製造によって生じた臭気を低減する。本発明のシステムは、水槽又は同様の閉じた水環境の寸法と較べ重量が小さく、使用が容易であり、保守をほとんど必要とせず、また詰まり又はオーバフローが生じにくい。
【０００９】
本発明はまた、システム内の水生生物のための水生システム内にマイナスイオンを添加することを含む。イオン化空気、より詳しくは空気中のマイナスイオンの健康上の利点は、周知である。同様の健康上の利点が、水中のマイナスイオンの存在から生じる。例えば、水中のマイナスイオンは水生生物の血流に吸収され、より効率的な動物の食物処理を補助する。この結果、動物の健康維持により少ない食物で済み、健康の向上はより速い成長をもたらす。
【００１０】
本発明はまた、調整工程中に陽極溶液及び陰極溶液を水に添加することを含む。陽極液及び陰極液は、関連技術で公知の電気化学作動と呼ばれる工程によって製造される作動溶液である。これらの溶液を製造できる機械は、商業的に入手可能である。
【００１１】
本発明において、陽極液は、細菌、ウイルス、及び藻類に対して非常に強力な消毒剤として使用される。本発明に従って使用された陽極液は、好ましくは約６．５〜８．５の範囲のｐＨを有する中性の陽極液である。
【００１２】
本発明において、陰極液及び陽極液は、水処理の品質及び効率を改善するために使用される。本発明に使用した陰極液は、好ましくは約１１５〜１３の範囲のｐＨを有するアルカリ性の陰極液である。アルカリ性の陰極溶液は、本発明の水調整システム及び方法に多数の用途を有し、複数の利点を提供することができる。例えば、陰極溶液は、凝集（例えば、重金属の）、凝固、洗浄、及び抽出に有用であることが判明している。さらに、陰極溶液はまた、本発明の処理工程に使用される微生物の健康及び成長を促進することができる。この結果、水は、より効率的に処理され、これによって、水生システムの所望の効果を達成するために必要なフィルタの数を低減することができる。最後に、陰極液はマイナスイオンの液体源であり、同様に、システムの水生生物に有益である。上述のように、これらのマイナスイオンは、動物の健康、給飼速度、及び成長速度を改善することができる。
【００１３】
本発明の一実施形態は、水生生物用の水槽水又は他の閉鎖環境を調整するための方法に関する。この方法は、好気性細菌を支持する第１の媒質を収容する第１の室を通して水を流し、次に、生物学的工程を通して硝酸塩を窒素ガスに還元する嫌気性細菌を支持する硫黄を含む第２の媒質を収容する第２の室を通して水を流すことを含む。好ましい実施形態において、陰極溶液の供給が、この脱窒ステップで直接的又は間接的に水に添加される。陰極液は、硝酸塩の除去を補助するシステム内の細菌の健康及び成長を改善する量で添加される。好ましくは、陰極液は、システムを通して流れる水の合計体積の約１〜約２０パーセント、より好ましくは約５〜約２０パーセントの範囲の量で添加される。好ましい実施形態において、陰極液は、電気化学工程で水から陰極液及び陽極液を生成する機械によって現場で製造される。新たに製造された陰極液の供給は、機械又は保持タンクからシステムに直接加えられる。
【００１４】
好ましくは、好気性バククテリアは、同様に二酸化炭素を発生して、水中の酸素レベルを最小レベルに著しく減少させつつ、水中のアンモニア及び亜硝酸塩と反応して、硝酸塩を発生できる。好ましくは、嫌気性細菌は、処理される水が硝酸塩をほとんど含有しないか又は全く含有しない場合にも、硫黄基材によって支持されることができる。このような１つの種類の細菌は、チオバシルスディニトリフィカンであるが、以下に説明するように、他の細菌を使用してもよい。これらの細菌によって達成される脱窒工程は、同時に水のｐＨを減少させつつ、水中の硝酸塩濃度を低減する。好ましくは、次に、水は少なくとも１つの室を通して流されて、水のｐＨを高める。一例としてのみ、室がカルシウム源を収容する場合がある。水がカルシウム室を通して流れるとき、カルシウム源は水中の水素イオンと反応して、水のｐＨを高める。好ましくは、水は、硫黄室から、異なる水処理特性を有する多数の室を通して流れる。一実施形態において、複数の室は異なるカルシウム源を有する。さらに、陰極液を添加して、ｐＨの増加を補助することができる。
【００１５】
塩水用途、特に生きているサンゴを有する塩水用途では、異なるカルシウム源を有する多数の室の使用が著しく好ましい。好ましい実施形態のこれらの室は、白雲石、次にアラゴナイト、次に方解石、あるいはそれぞれこれらの好ましい形態のカルシウムの品質及び特性を有する他の形態のカルシウムを含む。次に、水が水槽に戻される前に、水を脱ガスし、追加の汚染物質を除去し、ならびに酸素を水に添加するために、１つ以上の追加の室又は装置を通して水を流すことが可能である。
【００１６】
一実施形態において、水が水槽に戻されるとき、十分な供給の陰極液が水に添加される。水槽内の陰極液は、動物の健康、給飼速度、及び成長速度を高める。陰極液は有毒ではなく、短時間後に、陰極液は変換して水に戻される。代替実施形態において、タンク内の一定の水流がタンクから除去され、その水流は、混合エダクタを通してタンク内に循環して戻されるときに陰極液と混合される。陰極液は、システムを通して流れる水の合計体積の約１〜約２０パーセントのように、システム内の細菌の健康及び成長を改善する程度に十分な量で添加することができる。
【００１７】
本発明の他の実施形態は、水生生物用の閉鎖環境の水を調整するための生物学的システムに関する。このシステムは、好気性細菌を支持できる第１の媒質を収容する第１の室を備える。第２の室は、水槽水が流れる第１の経路によって第１の室に接続される。第２の室は、第２の媒質、チオバシルスディニトリフィカン細菌のような嫌気性細菌を支持できる好ましくは硫黄を収容する。第１のカルシウム源を収容する第３の室は、水槽水が流れる第２の経路によって第２の室に接続することが可能である。さらに、第２のカルシウム源を収容する第４の室を、水槽水が流れる第３の経路によって第３の室に接続してもよい。好ましい実施形態において、第３のカルシウム源を収容するための第５の室を加えてもよい。好ましくは、システムは、水が水槽に戻される前に、水を脱ガスするための１つ以上の追加の室又は装置を含む。本発明の好ましい実施形態は、閉鎖環境に水を添加する必要がほとんどないか又は全くないように、濾過工程中の水損失を最小にするように設計された装置を含む。
【００１８】
以下に説明するように、本発明の方法及び装置は、単独で又は他の濾過システムと接続して使用可能であり、また環境に害を及ぼさない効率的かつ経済的な方法で、清浄で健康な水を水生生物に提供するために、大型及び小型の水槽に適用可能である。開示した方法及び装置はまた、全体的又は部分的に、有毒な硝酸塩を水から除去しなければならず、また水を効率的かつ経済的に処理しなければならない他の用途に使用することができる。例えば、本発明の脱窒及び処理工程は、水の他の形態と共に、水生農場、家畜農場、下水処理、飲料水の浄化、工業用の廃水処理、及び硝酸塩が水供給に発生されまた制御されなければならない同様の用途に適用することができる。
【００１９】
本発明の上記及び他の実施形態について、実施形態の詳細な説明により詳細に説明する。
【００２０】
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図は、本発明の模範的な実施形態を示し、記述した説明と共に、本発明の原理の説明に役立つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、一例として、本発明の実施が可能な特定の模範的な実施形態を示している添付図を参照する。これらの実施形態について、当業者による本発明の実施を可能にする程度に十分に詳細に説明するが、他の実施形態の利用が可能であること、及び本発明の範囲から逸脱することなしに変更を行うことが可能であることを理解すべきである。したがって、次の詳細な説明は、限定的な意味で理解されるべきでない。可能な限り、同一又は同様の部分を指すために、同一の参照番号が図面全体にわたって使用される。
【００２２】
本発明の方法及びシステムは、淡水用途及び塩水用途の両方における水生生物用の異なる種類の水槽及び同様の環境に適用できる。本発明のシステム及び方法は、比較的小さな家庭用水槽から数百万ガロン以上の水槽の範囲の様々な異なる水槽及び同様の環境の魚、ならびにサンゴ及び他の水生生物を支持する水質を制御するように設計できる。本発明の最も広範な原理は、これらの可能な用途のすべてでないとしても、その多くに適用できるが、好ましい方法及びシステムが、特定の用途、又は用途の範囲について開示される。
【００２３】
本発明のシステムの物理的特性は、なお本発明を実施する間に著しく変化することがある。本発明の可能な実施形態のすべてではないが、そのいくつかの例が、図２〜図３１ｂに示されている。
【００２４】
図１ａは、本発明の様々な工程ステップ１〜８を示した工程フロー図であり、一般に本発明の工程を説明するために次に使用される。本発明のすべての実施形態に、図１ａに示した工程ステップのすべては必要でない。むしろ、利用する工程ステップは、水槽、又は工程が使用される他の水生システムの要件に合うように所望のように選択可能である。本発明の好ましい実施形態の例も提供される。
【００２５】
図１ａを参照すると、本発明の工程は、処理すべき水がフィルタを通過する濾過ステップ１を含むことが可能であり、これに、好気性バククテリア処理ステップ２及び嫌気性細菌処理ステップ３が続く。追加の工程ステップは、陰極液又は陽極液のような望ましい栄養を水に添加し、ｐＨを調整し、望ましくないガスを低減し、酸素を水に添加するためのステップ、あるいはさらなる水調整に望ましい他の任意のステップを含むことが可能である。例えば、ステップ４と５において、処理される水は、２つの別個の室にわたって流されて、カルシウムを添加し、ｐＨを高める。同様に、陰極液をカルシウム室に添加して、ｐＨを高めてもよい。一実施形態において、水は２つの別個のカルシウム混合物の上方を流れる。ステップ６は、とりわけ、望ましくないガス及び化合物を水から除去する脱ガス室を通して水が流される脱ガス工程を表している。脱ガス工程の代わりに又は加えて、活性炭室を通して水を流すことによって、水槽水から硫化水素ガスを低減するために、工程ステップ７を使用してもよい。なお他の代わりの工程が、「酸素塔」と称される室を通して水が流されるステップ８によって表され、この酸素塔は、望ましくない汚染物質を除去し、ｐＨを高め、また酸素を水に添加するために藻類及び／又は細菌を収容する。これらのステップの各々は、特定の水槽又は問題に対する各々の可能な適用に必要でない。
【００２６】
図１ｂを参照すると、本発明の工程は陰極液の添加を含むことが好ましい。図１ｂに示したように、陰極液は外部源から製造され、ステップ１からステップ５の終了の前の任意の時間に水に添加することができる。陰極液は、単一のステップで又は多数のステップで添加することができる。好ましい実施形態において、陰極液は、電気化学工程で水から陰極液及び陽極液を生成する装置によって現場で製造される。新たに製造された陰極液の供給は、機械又は保持タンクから水に直接添加される。
【００２７】
図１ａに示した工程ステップの各々は、別個の室で実行可能である。代わりに、単一の室で、あるいは実行される工程ステップの各々に貢献する多数の部分を有する室又はハウジングで、工程ステップの２つ以上を実行してもよい。本発明の工程を実施するためのシステムの例は、本明細書に説明する好ましい実施形態の形態で提供される。
【００２８】
図１ａの工程ステップは、処理すべき水が水槽１０又は他の閉鎖環境から、１つの室を通して他の室に流れ、次に水槽に戻るように、互いに関連付けられる。図１ａの工程ステップが行われるシステムは、時に本明細書でニトラフィックス（Ｎｉｔｒａｆｉｘ）システムと称される。
【００２９】
処理すべき水は、水槽からニトラフィックスシステムに直接流れ、次に水槽に戻ってもよい。代わりに、水生システムは、図１ａに示したような水だめ９を含んでもよい。このような水だめは、水槽タンクの外側の水槽水を収集し、濾過処理し、さもなければ処理するための水槽技術で知られている。水は水槽タンクから水だめに流れ、次に水槽タンクに戻る。水だめから流れる水のすべて又は一部分は、水が水槽タンクに戻される前に処理するためのニトラフィックスシステムに迂回させてもよい。ニトラフィックスシステムによる処理後、水は、図１ａに示したような水だめに、又は水槽タンクに直接戻してもよい。
【００３０】
一般に、水だめを通した流量は、従来知られているように、１時間当たり水槽の体積の３倍である。本発明の脱窒システムを通して流される水量は、はるかに少ない。例えば、本発明による脱窒室に加えられる水は、１時間当たり水槽の体積の約１％であることができ、性能的に優れていることが確認されている。特定の用途のための特定の流量は、変更して、ルーチン試験を通して最適化できる。１時間当たり水槽の体積の約１％〜約１０％の範囲の流量が、大部分の用途に最適であると考えられるが、約１％〜約３％が水槽用途にとってより好ましいかもしれない。
【００３１】
ニトラフィックスシステムを通して水を強制するための手段は、空気ポンプ、エアストーン又は機械式ポンプ装置の使用のような関連技術で公知の任意の手段でもよい。水が水槽タンクからニトラフィックスシステムに吸い上げられる場合のような重力送りも、関連技術で公知のように使用可能である。
【００３２】
次に、図１ａの工程ステップの各々のより詳細な説明を行う。工程のステップ１は、処理すべき水から微粒子又は他の固体が除去される任意の濾過ステップである。処理すべき水は、魚屑、砂及び藻類のような様々な種類の固形物を含むことがある。この固形物を水から除去することは、より清潔な、より魅力的な水槽を提供するだけでなく、ニトラフィックスシステムの詰まりの防止に役立つ。この濾過は、スクリーン又はカートリッジフィルタのようなメカニカルフィルタを使用することによって達成可能である。関連技術で公知の他のフィルタも使用可能である。ニトラフィックスの詰まりを防止するため、フィルタは、５０μｍ以上の微粒子を除去することが好ましい。
【００３３】
一実施形態において、陰極液はステップ１の前に水に添加される。陰極溶液は、一般に図１ｂに示されるように外部源から提供され、関連技術で公知の任意の手段によって水に添加することが可能である。好ましくは、陰極液は、水生環境からステップ１のフィルタに流れるときに、溶液を水中に滴下することによって添加され、陰極液が細菌処理室下流側に流れる前に水との十分な混合を保証する。陰極液は、システムを通して流れる水の合計体積の約１〜約２０パーセントの範囲の量で添加される。
【００３４】
図１ａに示した工程のステップ２は、水を処理するための好気性バククテリア処理を使用する。処理すべき水は、好気性バククテリアが定着可能な好ましくは大きな表面積を有する支持媒質を収容する室を通して流される。このような媒質の例は、砂、可塑性の粒子、及び同様の媒質を含む。好気性バククテリアは、水槽水内に存在し、成長し、システムが作動されるときに、室内の媒質に定着する。ステップ２で利用される好気性バククテリアの種類は、例えば、ニトロソモナス及びニトロバクタ細菌を含んでもよい。これらの自然に発生する細菌は、水槽水内のアンモニア及び亜硝酸塩を分解して、硝酸塩を形成する。アンモニア及び亜硝酸塩の分解工程中、好気性バククテリアはＣ０２を製造して、水中の溶存酸素レベルを低減する。好ましくは、好気性バククテリアを収容する室、ならびに室内の媒質は、水中の酸素のすべてではないが、その大部分が、室を通して水が流れるときに除去されるように寸法決めされる。この室は好ましくはアンモニア及び亜硝酸塩を分解するが、この室はまた、水が次の室を通して流れる前に水からすべての又は大部分の酸素を取り出し、かつ硝酸塩を水から低減する際になお有効である他の化学的又は機械的手段を使用するように、設計できるであろう。
【００３５】
一実施形態において、陰極液はステップ２の前に水に添加される。陰極溶液は、図１ｂに一般に示されるように外部源から提供され、関連技術で公知の任意の手段によって水に添加することが可能である。好ましくは、陰極液は、ステップ１のフィルタからステップ２の室に流れるときに、溶液を水中に滴下することによって添加され、室内の陰極液の優れた分布を保証する。陰極液は、システムを通して流れる水の合計体積の約１〜約２０パーセントの範囲の量で添加される。
【００３６】
通常の装入及び給飼により水槽の水中の合計の平均溶存酸素含有量は、約５ｐｐｍである。当然、各々の水槽の溶存酸素の平均レベルは、水槽への魚の装入量及び飼料供給に応じて、５ｐｐｍ程度でよい。ステップ２の工程は、ステップ２の工程が使用されない場合に対しステップ３の硝酸塩の低減を高める程度に十分な量で、室に入る水の中の溶存酸素のレベルと比較して、好気性バククテリア処理室を離れる水の中の溶存酸素含有量を実質的に低減することが好ましい。このように、合計の溶存酸素含有量は、例えば、５ｐｐｍ未満、より好ましくは２ｐｐｍ未満、なおより好ましくは約１．６４ｐｐｍ以下に低減されることが好ましい。
【００３７】
ステップ２の好気工程に続き、嫌気処理ステップ３が次に使用され、硫黄脱窒として公知の工程によって水中の硝酸塩濃度を独立栄養的に低減する。好ましい実施形態において、硫黄脱窒は、チオバシルスディニトリフィカンのような硫黄酸化細菌を利用する。好気条件下で、これらの細菌は、硫黄を酸化させるために酸素を使用する。しかし、酸素の存在が不十分な場合、細菌は、硫黄を硫酸塩に酸化させるために硝酸塩を使用する。このように、ステップ２の酸素の低減は、水中に存在する硝酸塩が嫌気型工程の細菌によって効率的に利用されることを可能にする。このようにして、水中の硝酸塩濃度は、ステップ３の工程で低減される。
【００３８】
硝酸塩の低減に加えて、脱窒室内の細菌は、亜硝酸塩のような他の望ましくない窒素化合物を低減することも可能である。脱窒工程はまた、水のｐＨを減少させる。開始からの運転の最初の数日の間、脱窒室は、亜硝酸塩を製造することがあることを指摘したい。しかし、製造される亜硝酸塩の量はその後減少し、室は、亜硝酸塩レベルの低減の補助を開始することが好ましい。
【００３９】
ステップ２の好気工程は、酸素濃度が十分に減少させられ、一方、効率的な嫌気性硫黄脱窒工程を維持するために硝酸塩濃度が十分に高められることを保証するのを助ける。結果として、所望の量の硝酸塩を除去するために、好気工程が使用されない場合よりも、嫌気性細菌用の支持媒質が少なくて済む。このことは、ステップ３の工程のために、より小さく、相当軽い重量の脱窒室を可能にするが、この理由は、室内で使用される硫黄媒質が比較的重いことがあるからである。さらに、室内の溶存酸素レベルの低減は、ベッギアトアアルバ（Ｂｅｇｇｉａｔｏａ  Ａｌｂａ）のような、ある望ましくない硫黄低減細菌の増殖を防止するのを補助することが可能である。ベッギアトアアルバ（Ｂｅｇｇｉａｔｏａ  Ａｌｂａ）は、糸状であることが知られており、硫黄媒質を収容する室の詰まりを引き起こすことがあるであろう厚い、ぬるぬるした被覆を硫黄媒質に形成する。
【００４０】
ステップ２の好気性バククテリア工程は、水が脱窒室に入る前にその再酸素化を防止するように、好ましくは脱窒ステップ３と直列に、かつそれに近接して行われるべきである。
【００４１】
本出願人は、ステップ２の好気性バククテリアによって製造された二酸化炭素により、脱窒室の細菌が硝酸塩をより効率的に除去できることも可能であると考える。しかし、細菌工程の上述の機構が、特許請求の範囲によって規定されるような本発明の範囲全体を限定することは意図されない。
【００４２】
脱窒ステップ３は、水中の硝酸塩を分解する嫌気性細菌を支持する媒質を利用する。好ましくは、水中の硝酸塩の濃度が低い場合でも、媒質は嫌気性細菌を支持する。好ましい実施形態において、媒質は硫黄であり、細菌はチオバシルスディニトリフィカンである。上述のように、酸素レベルが十分に低い適切な条件下で、これらの細菌は嫌気性呼吸を実施し、元素の硫黄及び／又は還元硫黄を硫酸塩に酸化しつつ、硝酸塩を還元する。例えば、脱窒室に入る水の溶存酸素含有量は、好ましくは０〜２ｐｐｍである。水の温度及びｐＨのような他の条件も、細菌にとって健全なレベルに維持されるべきである。例えば、チオバシルスディニトリフィカンが使用される場合、室内の水は好ましくは２５〜３０°Ｃの範囲の温度及び約６〜８の範囲のｐＨを有するべきであるが、細菌はこれらの範囲外で機能することが可能である。硫黄を酸化させる間に硝酸塩を低減する他の細菌も、チオバシルスディニトリフィカンの代わりに又はそれに加えて使用してもよい。本発明に使用するために容認可能なこのような細菌の例は、チオバシルスベルスタス（Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｖｅｒｓｕｔｕｓ）、チオバシルスチアシリス（Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｔｈｙａｓｉｒｉｓ）、チオスフェーラパントトローファ（Ｔｈｉｏｓｐｈａｅｒａ  ｐａｎｔｏｔｒｏｐｈａ）、パラコッカスディニトリフィカンス（Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓ  ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ）、及びチオミクロスピラディニトリフィカンス（Ｔｈｉｏｍｉｃｒｏｓｐｉｒａ  ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ）を含む。本発明の範囲は、室内の媒質で生き残り、かつ除去しなければならない硝酸塩を有する水流で本発明の脱窒工程を効率的かつ有効に実行できる任意の嫌気性細菌の適用を含む。
【００４３】
他の実施形態において、陰極液が嫌気性細菌の健康を改善できるように、陰極液が脱窒ステップ３の前に水に添加される。陰極溶液は、図１ｂに一般に示されるように外部源から提供され、関連技術で公知の任意の手段によって水に添加することが可能である。好ましくは、陰極液は、ステップ２の室からステップ３の室に流れるときに、溶液を水中に滴下することによって添加され、ステップ３の室内の陰極液の優れた分布を保証する。添加は、水への酸素添加を最小にするように行われることが好ましい。陰極液は、システムを通して流れる水の合計体積の約１〜約２０パーセントの範囲の量で添加される。脱窒室を囲むか又は形成する構造体は、光が殆ど又は全く室内に存在しないように不透明であることが好ましい。この理由は、嫌気性細菌が光を好まないからである。光のある環境に配置された場合、細菌は、より暗い環境の室の中心に移動する。これによって、このことは、水から硝酸塩を排除又は低減する際に細菌の効率を減少させるであろう。
【００４４】
脱窒室の出口における水中の硝酸塩レベルは、脱窒への入口流の硝酸塩の量、脱窒室を通した水の流量、及び水と硫黄媒質との接触時間に関係することがある。最適な条件下で、脱窒室は、実質的にすべての硝酸塩を低減することが可能である。例えば、出口における硝酸塩レベルは、約０ｐｐｍ〜約２０ｐｐｍ、より好ましくは約０ｐｐｍ〜１０ｐｐｍ、なおより好ましくは約０ｐｐｍ〜５ｐｐｍの範囲にあることが可能である。
【００４５】
水のｐＨは脱窒工程中に低減される。したがって、脱窒室を離れる水槽水のｐＨは、約４〜約８、より好ましくは約５〜約７の範囲にあることが可能である。このような低い範囲は、ある水生生物には健全でないかもしれない。脱窒室を離れる水槽水のｐＨは、例えば、室を通した水の流量を調整することによって調整可能である。ｐＨを望ましいレベルに調整する他の方法は、カルシウムを水に添加することである。カルシウムは、骨格及び／又は殻を形成するためにカルシウムを使用するサンゴチュウのような多くの海洋生物に有益である。陰極液はまた、ｐＨレベルの増加を補助するシステムに添加することができる。陰極液から提供される健康上の利点に加えて、ニトラフィックスの好気工程及び嫌気工程に使用される細菌は、例えば６〜９のｐＨのような、使用する特定の細菌にとって健康な範囲内にｐＨが維持される場合、より有効である。したがって、ニトラフィックスシステムを通して水が連続的に再循環される閉鎖システムでは、カルシウム、又はカルシウム及び陰極液を使用して、適切なｐＨを維持することにより、より有効な工程の達成を補助することができる。
【００４６】
水のｐＨを所望の範囲に調整するために、ならびにカルシウムを水に添加するために、図１ａの工程はステップ４と５を含み、これらのステップで、脱窒室を離れる水が多数のカルシウム源の上方に流される。異なる溶解度を有する異なるカルシウム源を使用して、水中に溶解されるカルシウムの量及び種類のみを制御するだけでなく、同時に、新しいカルシウム媒質が添加されなければならない前にシステム内のカルシウム媒質の寿命を延ばすことが好ましい。容認可能なカルシウム源は、白雲石、アラゴナイト、方解石、破砕サンゴ、ならびに他の公知の源を含む。これらのカルシウム源は、同様に水生生物に有益であることができるマグネシウム及びストロンチウムのような他の鉱物及び微量元素を含む。水がカルシウム源を通して流れるとき、カルシウム源は溶解して、カルシウム及び他の元素の有益な量を水に添加し、水のｐＨを高める。図１ａは、２つのステップで添加されるカルシウムを示しているが、カルシウムを単一のステップであるいは３又は４つのステップで添加してもよい。
【００４７】
図１ｂは、カルシウム室を通して水を通過させてｐＨを調整することを含む任意の又はすべてのステップの間に、陰極液を添加できることを例示している。このステップは、ステップ４の前に、ステップ５の前に、またステップ５の後に水を添加することを含む。陰極液は、外部源から提供され、関連技術で公知の任意の手段によって水に添加することが可能である。好ましくは、陰極液は、カルシウム添加ステップで使用される室の間を流れるときに、溶液を水中に滴下することによって添加され、陰極液が室に入る前に水との十分な混合を保証する。陰極液は、システムを通して流れる水の合計体積の約１〜約２０パーセントの範囲の量で添加される。
【００４８】
多数のステップでカルシウムを添加することは、最小の詰まり量で長い寿命を与えるように、カルシウム源の配置を可能にする利点を有する。例えば、カルシウム源は、脱窒室から来る水が、より可溶性の他のカルシウム源の前に可溶性の最も低いカルシウム源と接触するように配置可能である。これにより、システム内のカルシウム媒質の寿命増加がもたらされるが、この理由は、水の酸度が、より低い可溶性のカルシウム源と接触するときに低減され、この結果、低減された酸分を有する水が、より遅い速度でより可溶性のカルシウム媒質を溶解するからである。さらに、方解石の砂のような非常に微細な媒質は、カルシウム室内の詰まりの問題を生じる可能性がある。詰まりは、方解石の砂と同一の室に、破砕サンゴのような大きな媒質を利用することによって防止可能である。カルシウムを配置して、長い寿命及び詰まりの低減を可能にする特定の例は、好ましい実施形態に提供される。
【００４９】
ある用途では、ステップ４と５を省略して、カルシウムを添加しなくてもよい。このような用途では、水が水槽に再供給される前に、水のｐＨを他の手段によって上げることが好ましい。一実施形態において、陰極液が脱窒室から流出した後に陰極液が水に添加され、ｐＨを調整する。
【００５０】
脱ガスステップ６を工程に加えてもよい。脱ガスステップは脱ガス室で実行してもよく、ここで水は脱ガスされ、水槽タンクに戻る前に再度酸素が添加される。脱ガスステップは、硫化水素ガスのような臭気ガス、及び室内で行われる生物学的工程から放出される可能性がある他の望ましくない汚染物質を低減する利点を提供する。脱ガスは、二酸化炭素レベルを低減することによって水のｐＨを高めるためにも有用であることができる。
【００５１】
例えば、一実施形態において、従来のタンパク質スキミングステップを図１ａの工程に加えることが可能であり、このステップは、窒素性及び他の有機化合物のような望ましくない化合物を除去し、ｐＨを上げ、また酸素を水に添加する。脱ガス塔、ストーンを通した圧縮空気のような滴下システムと、ベンチューリシステムとを含む、関連技術で知られている脱ガス用の他のシステムをステップ６に使用してもよい。
【００５２】
他の任意の工程ステップは、図１６に示したような活性炭室を利用する。室２０は、硫化水素ガスレベルを低減するためのシステムに加えることが可能である。ニトラフィックスシステムが所望の流量で作動しているとき、このシステムは、あるとしても、比較的僅かな硫化水素を製造する。しかし、ニトラフィックスシステムを通した流れが、ある時間期間停止された場合、あるいは脱窒室の細菌に十分な硝酸塩を提供するには、流れがあまりにも低い場合、ある種類の硫黄低減細菌が硫酸塩を硫化水素に還元し始める。十分に大量の硫化水素ガスが製造されるならば、これは、魚のような水生生物にとって致命的である可能性がある。これらの故障時間にニトラフィックスシステムによって発生された硫化水素の量を容認可能なレベルに低減するために、図１６に示したような活性炭室２０を使用してもよい。このような室がまた、本発明の工程を通して発生される他のガスを低減することが可能である。
【００５３】
好ましい一実施形態において、室２０は活性炭２１で充填される。室２０は、水が室内に流れることを可能にするための、室の頂部から距離「Ａ」に配置される入口２２と、室の底部の近くに配置された出口２３とを備える。室２０に入る水は、水中の硫化水素ガスを含む汚染物質を脱ガスして吸着する活性炭室の湿潤ゾーン「Ｂ」を通して下方に流れる。硫化水素ガスを含むガス排出物は、活性炭室の乾燥ゾーン「Ａ」を通して流れ上がり、通気口２８を通して流れ出る。硫化水素ガスは、乾燥ゾーンの活性炭によって吸着され、このように、硫化水素ガスの特性である「腐った卵」の臭いを低減する。入口２２と出口２３の口部に配置されたスクリーン２６は、室の詰まりの防止を補助する。
【００５４】
好ましくは、室２０は、脱窒ステップの後の工程で、また水が水槽タンクに戻される前に使用される。例えば、室２０は、直接脱窒室の出口で、あるいはニトラフィックスシステムの１つ又は複数のカルシウム室の後に使用可能である。代わりに、室２０は水だめに着座してもよい。例えば、室は、取付け部２７によって水だめの縁部に締結してもよい。図１６に示したように、出口２３は、点線によって示されるように、側面よりもむしろ、室２０の底部面２９に配置可能である。好ましくは、室２０は、水が室２０から下方に水だめの中に流れ込むように、水だめの水位の上方にある高さに配置されるべきである。
【００５５】
活性炭、又は硫化水素ガスの除去を可能にするであろう関連技術で公知の他の任意の媒質を、室２０で使用できるであろう。本発明に使用するための好ましい種類の活性炭の例は、木又はココナッツの殻から作られる活性炭である。一実施形態において、活性炭は粒状活性炭（ＧＡＣ）である。活性炭の細粒は、大きな表面積を提供するために小さいことが好ましい。例えば、活性炭は、１／４〜１／８インチ（２．５４ｃｍ／４〜２．５４ｃｍ／８）以下の平均粒度を有することが可能である。
【００５６】
代わりに、活性炭システムは多数の室を含んでもよい。例えば、処理される水が流れる第１の湿潤炭素室を、硫化水素ガスのような汚染物質を水から除去するために利用してもよい。水位の上方に配置される第２の乾燥炭素室を使用して、望ましくないガス状排出物を除去することができるであろう。除去すべき汚染物質の所望の吸着を提供する限り、活性炭以外の媒質をこれらのシステムに使用してもよい。
【００５７】
なお他の新規な処理ステップ８をニトラフィックス工程に加えることが可能であり、このステップは、水中の望ましくない汚染物質を分解及び／又は除去するために、藻類及び細菌の使用を含む。「酸素塔」と呼ばれる室で実行されるこの工程は、酸素を添加して、ｐＨを上げ、またリン酸塩、硫酸塩及び残りの硝酸塩を水から除去する。酸素塔の詳細な説明は、好ましい実施形態の説明で以下に提供される。一般に図１ｂに示したように、水が酸素塔内に流れる前に、陰極液をステップ５の後に添加することができる。
【００５８】
図１ａに図示していない、なお他の処理ステップを、水槽水の硫酸塩及び／又は硫化水素濃度を低減するために、図１ａの工程に加えてもよい。この工程ステップは、好ましい実施形態の説明で以下に説明する脱硫器を利用する。硫酸塩を低減するための工程は、潜在的に工程の任意の場所で実施可能である。例えば、工程は、脱窒ステップ３の直後に、又はカルシウムステップ５の後に実施してもよい。陰極液は、硫酸塩を低減するステップの前又は後に添加してもよい。図１ａは、工程ステップ６、７と８の任意の１つを使用して、水を処理することが可能であることを示しているが、他の実施形態において、所望の水質を達成するために、これらのステップの組み合わせを工程に加えることが可能である。例えば、活性炭室及びタンパク質スキマの両方を使用してもよい。さらに、いくつかの用途では、脱窒室を離れる水は、直接酸素塔又は脱ガス塔に、次に水槽に流れることができる。
【００５９】
これらのシステム用の室及び接続パイプを含む、本出願に記載した本発明のシステムを構成するための材料は、水生生物にとって安全かつ無毒であるように選択されることが好ましく、耐食性である。このような材料の例は、ＰＶＣ、ポリエチレン、ポリプロピレン、メタクリル酸又はアクリルプラスチックのようなプラスチック、あるいはガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、あるいはステンレス鋼のような金属を含む。
【００６０】
好ましい実施形態
ある好ましい実施形態について、次に説明する。これらの実施形態は、限定的な意味でなく、本発明の様々な構想の説明として理解されるべきである。
【００６１】
図２ａは、本発明による、水槽水を調整するためのニトラフィックスシステムの一実施形態の概略図を示している。図２ａに示したようなニトラフィックスシステム１００は、好気性バククテリア室１１０と、嫌気性細菌を収容する脱窒室１２０と、カルシウム源を収容する２つの室１３０と１４０とを備える。システムはまた、脱ガス室として使用される追加の室１５０を備えてもよい。図２ｂに示したように、ニトラフィックスシステムは、外部源１６０と組み合わせて、システムの各々の室に陰極液を提供することができる。
【００６２】
次に、システム１００の室１１０、１２０、１３０、及び１４０の詳細な説明が、図３、図４、図５、図６に関して提供される。図３、図４、図５と図６に示したように、室の各々は、有孔プレート１０２と１０３によって３つの別個の部分に分割される。各室の頂部セクション１０９は、脱窒室１２０から放出される硫化水素ガスのような、室内で行われる生物学的工程から放出される可能性がある臭気ガスを吸収又は除去するために有用な活性炭で満たすことが可能である。各室のセクション１０８は、システム１００の能動工程が各室内で行われる場所である。例えば、セクション１０８は、それぞれ室１１０と１２０の好気性及び嫌気性細菌と、室１３０と１４０のカルシウム源とを支持する媒質で充填される。室の各々の底部セクション１０７は、セクション１０８の媒質を通した水の循環及び分散の改善を可能にする空領域である。
【００６３】
図３は、システム１００の好気性バククテリア室１１０の１つの例を示している。室１１０のセクション１０８は、好気性バククテリア用の基材として作用する支持媒質１１２で部分的又は完全に充填することが可能である。好気性バククテリアは、すでに水槽の水中に存在し、容易に基材に定着する。媒質１１２は、好気性バククテリアの定着を支持できる任意の種類の媒質でもよい。慣行の任意の寸法及び形状を有する媒質が使用可能であるが、大きな表面積を有する媒質が好ましい。例えば、比較的大きな表面積を有する砂及び他の媒質が使用可能である。支持媒質の一形態は、好ましくは小さな球又は管の形態のプラスチックであるが、関連技術で公知の任意の形状を使用してもよい。プラスチック媒質は軽量であり、水槽水の中で浮くことが可能である。この媒質は容易に詰まらず、細菌の定着用に大きな表面積を提供する。このようなプラスチック媒質の１つの例は、バイオフィルムとして知られている。使用可能なバイオフィルムの例は、カルドネス（Ｋａｌｄｎｅｓ）又はビーセル（Ｂｅｅ−Ｃｅｌｌ）を含み、その両方はウォータマネジメントテクノロジーズ社（Ｗａｔｅｒ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．）によって製造されている。ＲＥＮＡからの生物・化学スターズ（Ｂｉｏ−Ｃｈｅｍ  ｓｔａｒｓ）のような他の媒質も使用可能である。
【００６４】
図４は、本発明の実施形態による脱窒室１２０の１つの例を示している。脱窒室１２０のセクション１０８は、嫌気工程で使用される細菌を支持する、硫黄を含む媒質１２２で部分的又は完全に充填することが可能である。室の大部分又はすべては好ましくは硫黄で充填されるので、室は長い寿命を有する。好ましくは、硫黄は、より多くの嫌気性細菌が所定の空間に生きることができるように、表面積を最大にする寸法及び形状を有するべきである。好ましい一実施形態において、媒質は、重量で９０％以上の硫黄、より好ましくは重量で９９％〜１００％の硫黄を含んでもよい。このように、硫黄は、３〜５ｍｍの直径の顆粒又はパステル形状を有するが、関連技術で公知の任意の寸法及び形状を使用してもよい。この媒質は、媒質の頻繁な交換の必要性を回避するために、比較的長い寿命を有することが好ましい。例えば、関連技術で公知のいくつかの媒質は、最長２０年の寿命時間を有することが可能である。
【００６５】
室、したがって、室によって保持できる硫黄及び嫌気性細菌の量は、水中の硝酸塩を延長時間、好ましくは少なくとも１〜１０年間にわたって安全なレベルに低減するために、十分な嫌気性細菌を収容するような寸法及び形状であることが好ましい。室の壁部は不透明であることが好ましい。水中の硝酸塩の低減度は、室を通した水の流量、支持された媒質の表面積、ニトラフィックスで処理する前の水中の硝酸塩レベル、及び処理すべき水の合計の体積を含むいくつかの変数に左右される。
【００６６】
図５と図６を参照すると、カルシウム反応室１３０と１４０のセクション１０８は、カルシウムを含む媒質で部分的又は完全に充填することが可能である。好ましくは、多数のカルシウム源が使用可能である。上述のように、使用可能なカルシウム媒質の例は、破砕サンゴ、白雲石（ＣａＭｇ（Ｃ０３）２）のような炭酸塩鉱物、及びアラゴナイト及び方解石のようなＣａＣＯｓの形態を含む。例えば、一実施形態において、媒質は、３〜５ｍｍの平均直径を有する砂利形態にある。
【００６７】
図５に示したように、入口１３１に最も近いセクション１０８の部分は、白雲石１３２で充填されることが好ましく、一方、出口１３４に最も近い部分は、アラゴナイト媒質１３３で充填される。脱窒室からの水は、最初に、アラゴナイトよりも遅い可溶化速度を有する白雲石媒質を通して流れる。水が白雲石の上方を流れるとき、水のｐＨは上げられる（すなわち、水の酸度が減少される）。次に、減少した酸度の水は、より速く可溶化するアラゴナイト媒質を通して流れ、この結果、アラゴナイト媒質は、室１３０に入るより酸性の水に溶解される場合よりも遅く溶解される。このようにして、カルシウム室内の媒質の寿命が延び、水の望ましいミネラル含有量が達成される。
【００６８】
図６は、反応室１４０で使用可能なカルシウム媒質の配置の一例を示している。室１４０のセクション１０８は方解石１４２で充填され、かつ破砕サンゴ１４３によって囲まれる。一実施形態において、方解石媒質は、水透過性バッグに収容される砂の形態でもよい。水は方解石を囲む破砕サンゴを容易に循環できるので、この配置は、室の詰りを防止する利点を有する。方解石は、骨格及び／又は殻を作るために方解石を使用するサンゴ、藻類、及び無脊椎動物を収容する水槽に有益である。室１４０の代替実施形態（図示せず）において、カルシウム媒質はセクション１０８の下方部分を充填し、一方、活性炭がセクション１０８の頂部に配置される。セクション１０９の活性炭は乾燥したままであり、一方、水がセクション１０８の活性炭を通して流れる。本実施形態において、セクション１０９の活性炭は、図１６の活性炭室に関し上述したように、セクション１０８の活性炭によって水から除去された硫化水素ガス排出物を低減する。セクション１０８の活性炭の体積は、セクション１０９の乾燥活性炭の体積にほぼ等しいことが可能であるが、いずれかのセクションの量は、活性炭の所望の利点を得るために、活性炭と、セクション１０８の水又はセクション１０９の排出物との所望の接触時間を提供するように最適化可能である。
【００６９】
一般的な用途では、脱窒室で使用される硫黄は、２０年の範囲内の耐用寿命を有することが可能であり、一方、好ましい実施形態に配置された場合のカルシウムは、約１〜５年の寿命を有することが可能である。一般に、媒質交換の間の期間を延ばすために、より長い寿命時間を有する媒質が好ましい。より大きな用途では、硫黄、カルシウム、及び他の媒質等のような少なくともある構成要素及び材料を周期的に交換又は清掃する必要がある。
【００７０】
上述のように、一実施形態において、脱ガス室１５０が、図２ａに示したように生物学的システム１００に加えられる。より小型の水槽のために脱ガス室１５０が使用可能であるが、脱ガス室１５０は、より大型の水槽のために使用されることが多い。上述のような任意の従来の脱ガスシステムを脱ガス室１５０として使用することが可能である。代替実施形態において、図１６の活性炭室又は図１８ａの酸素塔が、脱ガス室１５０の代わりに使用される。
【００７１】
任意の実行可能な配置を使用して、室を通して水を強制することが可能である。一実施形態において、図２ａの流れ構成から理解できるように、水は、好気室１１０を通して頂部から底部に流れ、一方、室１２０、１３０と１４０の流れの方向は底部から頂部である。全室又は少なくとも室１２０、１３０、及び１４０の底部から頂部の流量が好ましいが、この理由は、このような流れが、これらの室の詰まりの防止を補助し、また室内に形成されたガスが室の頂部を通してより良く逃れることを可能にするからである。室のカバーは、ガスが逃れることを可能にするように穿孔される。一実施形態において、脱ガス室１５０を通した流れは、図２ａに示したように頂部から底部である。
【００７２】
生物学的システム１００の室は、円筒又は箱形状のような任意の実行可能な形状を有することが可能である。室の寸法は、水槽の要件に従って変更してもよい。
【００７３】
本発明の他の好ましい実施形態が図８ａ〜図８ｃに示されている。このシステムの３次元図が図１４に示されている。本実施形態は、コンパクトなシステム設計を可能にするために、室のすべてが単一の一体ユニット内に収容されるように修正されたこと以外、図２ａに示したシステム１００の実施形態と同様である。さらに、例示した実施形態において、室のすべては同一の形状及び寸法を有するが、状況に応じて、それぞれの室を異なって寸法決めすることができる。図８の実施形態の室のすべては、図１４に示したように、単一の立方体形状の容器に嵌合可能である。
【００７４】
図８ａは、好気室１１０、脱窒室１２０、及びカルシウム室１３０と１４０の各々が単一の容器内に配置されるシステムの実施形態の頂面図を示している。図８ｂに示したように、水は、システムを通した水の流量の制御を可能にするゲート弁１０１ａを備える入口１０１を通してシステム内に流れる。ニードル弁のような他の種類の弁を使用してもよい。入口１０１はまた、詰まりが検出されるように、水流の視覚的検査を可能にする導管１０１ｂの透明部分を含む。入口１０１及び出口１４１の両方は、例えば、直径が１／２インチ（２．５４ｃｍ／２）であるＰＶＣパイプを備えることが可能である。
【００７５】
システム内に流れる水は、好気室１１０を通して流れ下り、セクション１０９の開口部を通して室１２０の底部の近くに入る。次に、水は、脱窒室１２０のセクション１０８の硫黄媒質を通して上に流れる。水は、セクション１０８の頂部の近くで室１２０を出て、室壁の開口部１２１を通して室１３０のセクション１０８の頂部内を交差して真っ直ぐに流入し、この結果、水はカルシウム室１３０の頂部から底部に流れる。この流れ構成は、室１３０内の水が底部から頂部に流れる図２ａに示した流れ構成よりもコンパクトな設計を可能にする。
【００７６】
カルシウム室１３０から流れる水は、セクション１０９の底部の近くの第２のカルシウム室１４０に入り、セクション１０８の媒質を通して上に流れ、また出口１４１を通してシステムを出る。出口１４１はまた、導管１４１ａの透明なセクションを有するオーバフローエルボ１４１ｂを備え、この透明なセクションは、システムがオーバフローしているかどうかを決定するための外観検査を可能にする。図８ｂと図８ｃの開口部１２１によって示されるような多数の開口部も使用して、水が室１１０と１２０及び室１３０と１４０の間に流れることを可能にできる。通気口１５０を室のカバー１０４に配置して、室に製造されたガスがシステムから逃れることを可能にできる。通気口１５１は、隣接する室の間に配置してもよく、これによって、活性炭を収容する各々の室の上方セクション１０７の間のガス流が可能になる。
【００７７】
一実施形態において、管部分は、入口とニトラフィックス室との間の圧力を等化するために、通気口（図示せず）と通気口１５０とを接続するために使用される。このことは、透明なプラスチック管１０１ｂの水位がニトラフィックスの水位を正確に反映することを保証する補助となる。水がニトラフィックスシステムを通して適切に流れているとき、透明な管１０１ｂの水位は、出口１４１とほぼ同一の水位にあるべきである。管１０１ｂの水位が出口１４１よりも低い場合、気泡が出口内に形成されることがあるか、あるいはシステムが詰まる可能性がある。水が出口側の出口の上方の透明なエルボ１４１ａを通して流れている場合、システムはオーバフローしている。
【００７８】
上述のように、図８の実施形態の室１１０、１２０、１３０と１４０の各々のセクション１０８は、それぞれ、図２から図６に示した実施形態の室１１０、１２０、１３０と１４０について上述したのと同一の媒質を収容することが可能である。しかし、他の好ましい実施形態において、図８の実施形態の室１４０のセクション１０８の上方部分は、活性炭で充填してもよく、一方、セクション１０８の下方部分は、図６ａに示した破砕サンゴ及び方解石の砂の構成のようなカルシウムで充填してもよい。セクション１０８の活性炭の体積は、セクション１０９の乾燥活性炭の体積にほぼ等しいことが可能であるが、いずれかのセクションの量は、活性炭の所望の利点を得るために、活性炭と、セクション１０８の水又はセクション１０９の排出物との所望の接触時間を提供するように最適化可能である。このようにして、図８のシステムがコンパクトのままであることをなお可能にしつつ、脱ガスのような活性炭を通して水を走らす利点を実現することが可能である。図８の実施形態の室のセクション１０７も、乾燥活性炭を収容することが可能であり、セクション１０９は、図２ａ〜図６に示した実施形態について上述したように空のままであることが可能である。
【００７９】
図８ａ〜図８ｃのニトラフィックス用の容器は、関連技術で公知の任意の適切な材料から製造可能である。一実施形態において、材料は１／４インチ（２．５４ｃｍ／４）のプラスチックである。ＰＶＣ、ポリエチレン、ポリプロピレン、メタクリル酸又はアクリルプラスチック、あるいはガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、あるいはステンレス鋼のような他の材料も使用できる。嫌気性細菌は、暗い環境で硝酸塩を除去することにおいてより効率的であるので、容器は、光を通さないように不透明であることが好ましい。例えば、容器は黒色のアクリル酸プラスチックでもよい。
【００８０】
図８の実施形態の寸法は、任意の寸法の水槽の処理に適切に調整することが可能である。例えば、最大５０００ガロン（１８９２６．５リットル）の水槽を処理することが可能である。Ｎ−５００として知られる一実施形態において、図８の容器は、１４インチ（３５．５６ｃｍ）の幅、１４インチ（３５．５６ｃｍ）の深さ、２０インチ（５０．８ｃｍ）の高さを有し、約１０〜５００ガロン（３７．８５３〜１８９２．６５リットル）を保持する水槽を処理するために使用される。
【００８１】
室体積に対する室高さの比率は、水が各室内の所定の体積の媒質との接触を維持する時間量、ならびに室内の媒質体積（したがって表面積）を制御するために調整可能である。室内の媒質のより長い接触時間及び／又はより大きな表面積は、任意の所定量の媒質のより効率的な処理及び／又は室を通した水の所定の流量のより速い処理時間を可能にすることができる。図７の一実施形態において、室のセクション１０８の高さＨ２は、Ｌの３〜５倍であり、ここで、Ｌは円筒状室の直径であるか、あるいは立方体又は箱形状の室の幅である。セクション１０９と１０７の高さＨ１とＨ３それぞれは、任意の高さであることができる。一実施形態において、Ｈ１とＨ３の各々は、Ｈ２の高さの少なくとも１／８の高さを有するように選択される。
【００８２】
室の寸法のような本発明のシステムの仕様、使用すべき媒質の体積、及びシステムを通した流量、あるパラメータに関係する。これらのパラメータは、例えば、開始ｐＨ及び処理すべき水槽の硝酸塩レベル、水槽に添加される魚装入量及び飼料の量、ならびに所望のｐＨ及び水槽の硝酸塩レベルを含む。必要なパラメータを前提とすると、本明細書に記載した本発明のシステムの各々の最適な仕様は、特定の用途に適用するため、特定の装置又はシステムが本発明の原理の下で開発されつつあるとき、実験及び試験を通して決定することができる。
【００８３】
ニトラフィックスシステムを設計するときに最適な仕様を決定するのを補助するために、システムを通した流量、システムの室の各々の媒質の体積、及び再循環システム内の水の９９．９９％を処理するための時間を計算するために、次の式を使用することが可能である。
【００８４】
所望の流量は、式Ｉに従って決定することができる。
Ｆ＝Ｖｔ／Ａ（Ｉ）
ここで、Ｆは、１時間当たりのガロン（３．７８５３リットル）の流量であり、
Ｖｔは、１時間当たり処理すべき水槽内の水の体積（ガロン（３．７８５３リットル））であり、また
Ａは、水の硝酸塩レベル、濾過の品質、及び処理すべき水の体積を含むいくつかの変数に関係する値を有する実験的に決定された係数である。硝酸塩レベルがより大きくなると、それだけＡの値が大きくなる。Ａの値は、例えば、３０〜２００の範囲であることが可能である。計算を簡略化しかつ実験を回避するために、１０，０００ガロン（３７，８５３リットル）以下の水の体積を有する水槽のために、１００の値が使用可能であるが、より大きな正確性が所望である場合、Ａの値を実験的に決定してもよい。一般的に、より大きなシステムは、２０〜５０のような１００よりも低い値を有することが可能であるが、これらのより大きなシステムの正確な値は、一般に実験的に決定される。
【００８５】
室の各々のセクション１０８の媒質の体積は、式ＩＩに従って計算可能である。
Ｖｍ＝Ｖｔ／Ｎ（ＩＩ）
ここで、
Ｖｍは、室内の媒質の体積であり、
Ｖｔは、処理すべき水槽内の水の体積であり、
Ｎは、処理すべき水の体積（Ｖｔ）及びタンクに加えられた食物の量、又はＴＡＮに関係する、１００〜５００の値を有する実験的に形成された係数である。最大１０，０００ガロン（３７，８５３リットル）の典型的な魚飼育用の水槽では、Ｎは２００であるように選択可能である。Ｎの値は、より大型の水槽又はより少ない魚を有する水槽について増加可能である。Ｎの値は、多数の魚を有する水槽について減少可能である。
【００８６】
一例において、硝酸塩は、１１．３６ｃｍ２／ｇの表面積、及びこの例のためにランダムに選択されたＮ＝４００の値を使用して計算された媒質体積を有するパステル形状の硫黄媒質を使用して、塩水内で、１つのサイクルで約１００ｐｐｍだけ低減されると算定される。
【００８７】
再循環システム内の水の９９．９９％を処理するためにかかる時間（すなわち、１サイクル当たりの時間の長さ）を決定するための式は、次式によって決定される。
Ｔ＝９．２  Ｖｔ／Ｆｏ
ここで、
Ｔは、１サイクル当たりの時間量（時間）であり、
Ｖｔは、ガロン（３．７８５３リットル）で処理されるべき体積であり、また
Ｆｏは、ガロン／時間の硫黄を通した流れである。
【００８８】
図８の実施形態によって処理される水が水槽タンクに戻される前、例えば１０，０００ガロン（３７，８５３リットル）以上の特に大きな水槽では、酸素を水に添加することが望ましい。一実施形態において、これを実施するために、タンパク質スキマのような脱ガス室又は他の従来の脱ガス室が使用される。使用可能な新規なタンパク質スキマの１つの例について、図２０ａ〜図２２ｂの記載で以下に説明する。代替実施形態において、酸素を水に添加するためにも、上述のような酸素塔が使用される。
【００８９】
他の好ましい実施形態が図１５に示されており、単一の室５００を通して垂直に配置された多数のセクションを備えるシステムを示している。セクションは、有孔プレート５０３によって分離される。セクション５１０は、室に入る水が流れることができる空の空間である。セクション５２０は、本明細書に前述した好気性バククテリアのような好気性バククテリアを支持できる媒質を収容する。セクション５３０は、前述した嫌気性バククテリアのような嫌気性バククテリアを支持できる硫黄媒質を収容する。セクション５４０と５５０の両方は、カルシウム媒質を収容する。入口に最も近いカルシウム室であるセクション５４０のカルシウム媒質は、セクション５５０に収容されたカルシウム媒質と比較して、比較的より低い可溶性の媒質を収容する。セクション５６０と５８０の両方は、工程中に製造される可能性がある硫化水素ガスのような望ましくない汚染物質を捕捉する活性炭媒質を収容することが好ましい。セクション５７０は、システム５００からの水の容易な流出を可能にするために空のままにされる。
【００９０】
水は、入口５１６を通しパイプ５１３を下ってまたパイプ５０１を通して流れ、システム５００を通して上がり、パイプ５１１を通して出る。工程中に発生された排気ガスは、排気口５５０を通してシステム５００を出ることができる。排気口５５０から上に延びる管５１７は、システムからのオーバフローの前に水が上昇しなければならない水位を上げるために選択的に使用可能である。透明なパイプの部分を使用して、システムの視覚的検査を可能にすることが好ましい。例えば、図１５に示したような透明なパイプセクション５１３及び／又は透明なパイプセクション５１４を使用して、入口パイプ５０１及び排気パイプ５５０をＴパイプ連結部５１６のいずれかの端部に接続してもよい。一般に、任意の種類の透明なパイプが使用可能である。例えば、透明なパイプセクションのために、ガラス又は透明なＰＶＣのような透明プラスチックを使用してもよい。システム５００を通した上向きの水流は、詰まりの防止を補助する。
【００９１】
室５００の寸法は、水槽の要件に従って変更可能である。室５００は、例えば、円筒形状を有することが可能である。一実施形態において、室５００は、約４インチ（１０．１６ｃｍ）の直径及び約２０インチ（５０．８ｃｍ）の長さを有するＰＶＣパイプであり、各セクションは、次のおよその長さを有する。
空の空間、セクション５１０    １．５インチ（３．８１ｃｍ）
好気性バククテリア用の媒質、セクション５２０    ２．５インチ（６．３５ｃｍ）
硫黄媒質、セクション５３０    ４インチ（１０．１６ｃｍ）
硬質のカルシウム媒質、セクション５４０    ３インチ（７．６２ｃｍ）
軟質のカルシウム媒質、セクション５５０    ３インチ（７．６２ｃｍ）
活性炭媒質、セクション５６０    ２．５インチ（６．３５ｃｍ）
空の空間、セクション５７０    １．５インチ（３．８１ｃｍ）
活性炭、セクション５８０    ２インチ（５．０８ｃｍ）
【００９２】
この２０インチ（５０．８ｃｍ）の実施形態の総重量は、約１２ポンド（５４４３．２ｇ）である。この実施形態は、最大約１２０ガロン（４５４．２３６リットル）の体積の水を有する水槽のために使用することができる。ある用途では、本実施形態は、投げ捨てることができる使い捨て可能なユニットであることができる。他の用途では、システム内の媒質は必要に応じて交換できる。室の直径及び長さとセクション５１０〜５８０の長さは、より大型又はより小型の水槽を処理するために、所望に応じて、増加又は減少させることができるであろう。
【００９３】
図１２ａは、本発明の他の実施形態を示している。図１２ａに示したように、システムは、穿孔された壁部４０３で示されるように、様々な室又はカートリッジに分割された外側容器４０２を備える生物学的システム４００を備える。外側容器は、例えばアクリルのようなプラスチック材料から製造可能である。材料は、黒色のプラスチックのように不透明でもよい。媒質を収容する室はまた、ポリエチレン又はポリプロピレンのようなプラスチックから製造可能である。
【００９４】
システム４００は、一般に、５〜５０ガロン（１８．９２６５〜１８９．２６５リットル）のタンクを有するより小型の水槽に使用される。しかし、同様に、より大型のシステムに使用してもよい。システムは、図１３に示したように、タンク壁部にわたってかつ水槽内に下方に延びる入口４０１及び出口４１１の両方を有する水槽タンク壁部に掛かるように設計される。住宅用の水槽では、本実施形態によるシステムは、ユニット内に要素及び構成要素のすべてを有する閉鎖構造で購入できる使い捨て可能なユニットに構成される。このような使い捨て可能なユニットは、例えば、その中で使用される媒質の寿命に応じて約１から２年の範囲の寿命を有することが可能である。
【００９５】
脱窒室４２０は、前述の硫黄媒質の任意のもののような硫黄媒質で充填される。カルシウム室４３０は、上述のカルシウム源の任意のもののような１つ以上のカルシウム源で充填される。好ましい実施形態において、室４３０は、アラゴナイト、白雲石及び方解石の混合物で充填される。代わりに、室は、これらのカルシウム源の３つのすべてよりもむしろ、１つ又は２つのみで充填してもよい。脱窒室４２０及びカルシウム室４３０は、上述の実施形態の脱窒室及びカルシウム室と同様に、硝酸塩を除去し、カルシウムを添加し、またｐＨを制御するように機能する。
【００９６】
一実施形態において、室４１０と４４０の両方は、水槽水の流れを除いて実質的に空のままである。水は、入口４０１を通して室４１０内に流れる。次に、水は、穿孔された壁部４０３を通して室から室に流れ、最初に脱窒室４２０、カルシウム室４３０を通して流れ、次に室４４０内に流れる。システムを通して水を強制するために、空気は、空気ホース４６０を通して、室４４０内に下方に延びる出口導管４１１内にポンプ供給される。出口導管４１１を通して立ち上がる気泡は、水を上方に強制して、システムから追い出す。例えばミニポンプのような空気ポンプの代わりに、システム４００を通して水を移動するための関連技術で公知の他のシステムを使用してもよい。
【００９７】
室４０７は、脱窒室で製造された硫化水素ガスの臭気を除去するように作用する活性炭で充填される。システムから放出されたガスは、有孔プレート４０４を通して上昇し、通気口４５０を通してシステムを離れることができる。
【００９８】
他の実施形態が図１２ｂに示されている。本実施形態は、好気性バククテリアを支持するための媒質で充填される室４１５が、室４１０と４２０との間に加えられること以外、図１２ａについて上述した実施形態と同様である。室４１５の媒質は、例えば、破砕サンゴ又はバイオフィルムのような好気性バククテリアを支持できる任意の媒質でもよい。室４１５のこの目的は、図２ａと図８の実施形態について好気室１１０に関し上述したのと同様に、酸素を除去して、アンモニアを亜硝酸塩に及び亜硝酸塩を硝酸塩に還元することである。
【００９９】
本発明の他の実施形態は、例えば、１０，０００ガロン（３７，８５３リットル）以上の体積を有する大型の淡水及び塩水水槽に対する本発明の適用である。本明細書に開示した他のニトラフィックスシステムと同じように、本発明の実施形態は、淡水及び塩水の両方の水槽、ならびに汽水水槽に適用可能であり、大型の塩水水槽用の標準システム下で行われるように、水槽内の塩水のすべて又は部分を置き換えるために他の利用可能な源を有しない内陸の場所で稼働する塩水水槽の創出を可能にする。このようなシステムは一般に図１７ａに示されている。
【０１００】
一般に図１ｂに示したように、陰極液は、大型水槽に使用するためのニトラフィックスシステムに添加することができる。好ましい実施形態において、陰極液は、電気化学工程で水から陰極液及び陽極液を生成する機械６９０によって現場で製造される。新たに製造された陰極液の供給は、機械６９０又は保持タンクからシステムに直接加えられる。
【０１０１】
図１７ａと図１７ｂに示したように、水槽からの水は、最初に、水中のアンモニア及び亜硝酸塩を低減しかつ硝酸塩の濃度を高める好気性バククテリアの定着を支持する室６１０に供給される。例えば、両方が関連技術で周知のサンドフィルタ又は浮遊床反応器フィルタを、室６１０として使用してもよい。使用可能な特定のサンドフィルタ及び浮遊床フィルタの例は、養殖システム技術（ａｑｕａｃｕｌｔｕｒｅ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）からのビードフィルタ及びジャクジ（Ｊａｃｕｚｚｉ）からのサンドフィルタを含んでもよい。これらのフィルタは、硝酸塩を増加させ、同時にＣ０２濃度を高め、かつ水中の溶存酸素を低減又は除去しつつ、望ましくない材料を水から濾過除去すると共に同様に水中のアンモニア及び亜硝酸塩を低減する好気工程を支持するであろう。前述したように、好気性バククテリア室は、嫌気性細菌によって脱窒工程の効率を高め、また第２の室に必要とされる細菌及び硫黄の量を低減する。
【０１０２】
次に、図１７ａと図１７ｂのシステムに使用するための新規な好気室の一実施形態について、図２４を参照して説明する。室６１０はタンク１０８を備える。タンク１０８の下方部分は、底部に定着する沈殿物を収集するために先細り形状を有することが好ましいが、平坦な底部を有してもよい。排水口３２６ａ及び弁３２６ｂを６１０の底部に含めて、沈殿物の周期的な除去を可能にできる。望むなら、パイプ３２６ｃの透明なセクションを使用して、沈殿物の堆積を監視できるように排水口の視覚的検査を可能にできる。
【０１０３】
蓋１０６を使用して、タンク１０８を覆うことが可能である。室６１０は、水中の酸素のレベルが好気性バククテリアによって有効に低減されるように、比較的気密であるべきである。室からのガスを通気するために、逆止弁１１４を有する通気口１１３が使用されるが、室内への外気量を大部分許容しないことが好ましい。
【０１０４】
室は、水が室に入りまた出ることができる入口１１１及び出口１２１を有する。詰まりを回避し、また媒質を室内に収容するために、スクリーン１０１が出口及び入口にわたって配置されることが好ましい。入口管パイプ１１１ａの高さＨ１は、室６１０の水位を制御する。一実施形態において、陰極液は好気室に添加することができる。陰極液は、図１７ｂに一般に示されるように外部源から提供され、関連技術で公知の任意の手段によって室に添加することが可能である。好ましくは、陰極液は、室６１０に入る前に、入口１１１を通して流れるときに水中に溶液を滴下することによって添加される。陰極液は、システムを通して流れる水の合計体積の約１〜約２０パーセントの範囲の量で添加される。
【０１０５】
室６１０のセクション１０８は、好気性バククテリア用の基材として作用する支持媒質１１２で部分的又は完全に充填することが可能である。好気性バククテリアは、すでに水槽の水中に存在し、容易に媒質に定着する。媒質１１２は、好気性バククテリアの定着を支持できる任意の種類の媒質でもよい。慣行の任意の寸法及び形状を有する媒質が使用可能であるが、大きな表面積を有する媒質が好ましい。例えば、比較的大きな表面積を有する砂、破砕サンゴ及び他の媒質が使用可能である。支持媒質の好ましい一形態は、小さな球又は管の形態であることが可能なプラスチックであるが、関連技術で公知の任意の形状を使用してもよい。プラスチック媒質は軽量であり、水槽水の中で浮くことが可能である。この媒質は容易に詰まらず、細菌の定着用に大きな表面積を提供する。このようなプラスチック媒質の１つの例は、バイオフィルムとして知られている。バイオフィルムの１つの特定の例は、カルドネス（Ｋａｌｄｎｅｓ）又はビーセル（Ｂｅｅ−Ｃｅｌｌ）の名前でウォータマネジメントテクノロジーズ社（Ｗａｔｅｒ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．）によって製造されている。ＲＥＮＡからの生物・化学スターズ（Ｂｉｏ−Ｃｈｅｍ  ｓｔａｒｓ）のような他の媒質も使用可能である。一実施形態において、媒質１１２が浮遊しない場合、沈殿物がタンクに定着する空間を可能にするために、有孔プレート又はスクリーン１１５が使用され、円錐形の底部の上方に媒質を保持する。
【０１０６】
図１７ａと図１７ｂに示したように、システムは、互いに並流に配置される複数の嫌気性の脱窒室６２０を含む。代わりに、室は、直列に配置してもよく、この場合、水は１つの脱窒室から次の脱窒室に流れる。各室は、例えば、約６インチ（１５．２４ｃｍ）〜１０フィート（３０４．８ｃｍ）の範囲の直径、及び約８〜２０フィート（２４３．８４〜６０９．６ｃｍ）の範囲の高さを有する円筒状の室でもよい。室は、水槽施設の地下室、又はある他の容認可能な場所に容易に配置できるように寸法決めすることが可能である。これらの室は、水槽それ自体から相当離れた位置を含めて、水槽とは異なる場所に配置することができる。前述した用途のように、室内の嫌気性細菌は硝酸塩濃度を低減する。
【０１０７】
好ましくは、脱窒室は、脱窒工程中に製造される可能性がある硫化水素のような有毒ガスから臭気を除去するために、脱ガス材料を含むか、あるいは脱窒工程中に製造された排気ガスが、脱ガス材料を収容する別個の室に流れることを可能にするための出口を提供する。脱ガス材料は、例えば、活性炭でもよい。
【０１０８】
一実施形態において、陰極液が脱窒室に添加される。陰極液は、図１７ｂに一般に示されるように外部源から提供され、関連技術で公知の任意の手段によって室に添加することが可能である。好ましくは、陰極液は、室６２０に入る前に、入口を通して流れるときに水中に溶液を滴下することによって添加される。陰極液は、システムを通して流れる水の合計体積の約１〜約２０パーセントの範囲の量で添加される。
【０１０９】
大型水槽用に使用可能な脱窒室の例は、図９と図１１に示され、次に説明する。大量の硫黄媒質が水槽水を処理するために使用される場合、硫黄は、室の下方部分でそれ自体の重量で押し潰され、詰まりを引き起こすことがある。詰まりを回避するために、ならびに生物学的システムの効率を高めるために、図９に示した実施形態による脱窒室２２０が使用可能である。図９に示したように、硫黄媒質１２２は室内の棚２２３に配置される。棚は、室を通した水流を可能にするために穿孔される。室底部２２５は、沈殿物を収集するために先細り形状を有する。排水口３２６ａ及び弁３２６ｂを室１２０の底部に含めて、沈殿物の周期的な除去を可能にできる。望むなら、パイプ３２６ｃの透明なセクションを使用して、沈殿物の堆積を監視できるように排水口の視覚的検査を可能にできる、室は、水が室に入りまた出ることができる入口２１１及び出口２２１を有する。
【０１１０】
図１１は、硫黄を含む浮遊ボールを利用する他の脱窒室実施形態を示している。図１０は、本発明の一実施形態による、硫黄を含む浮遊ボール３２２を示している。ボールは、水の密度未満の密度を有し、したがって水中で浮く。ボールは、硫黄媒質とプラスチック又は発泡スチロール媒質との混合物で充填される中空プラスチック又は発泡スチロールボールでもよい。ボール内の穴３２３は、水がボール内にまたそこから流れ出て、ボール内に収容された硫黄媒質に接触することを可能にする。ボール及びボール内に収容された媒質は、任意の実行可能な寸法又は形状でよい。例えば、一実施形態において、ボールは、１  １／２〜３インチ（３．８１〜７．６２ｃｍ）の直径を有し、ボール内に直径１／８〜５／３２インチ（２，５４ｃｍ／８〜２．５４ｃｍＸ５／３２）の孔が穿孔され、またボール内の媒質は、例えば、１／８インチ〜１／４インチ（２．５４ｃｍ／８〜２．５４ｃｍ／４）の直径を有する。
【０１１１】
硫黄を含む浮遊ボールは、例えば、図１１に示した室３２０のような室に配置される。
図１１に示した室は、沈殿物を収集するために、円錐形状の底部３２５を有するシリンダである。透明な管３２６は、収集可能な沈殿物の視覚的観察を可能にするために、室底部３２５の先端に配置してもよい。弁３２７は、必要な場合、沈殿物の室底部からの排出を可能にする。室３２０は、例えば、ＰＶＣ、ポリエチレン、ポリプロピレン、メタクリル酸又はアクリルプラスチック、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、あるいはステンレス鋼から製造可能である。一実施形態において、水槽水が、硫黄を収容する媒質を通して上に流れ、出口３２１を通して室を出るように、入口３１１は室の底部の近くに配置され、出口３２１は頂部の近くに配置される。ガス出口３２４が室３２０のトップに配置され、室内に製造されたガスが逃れることを可能にする。次に、排気ガスは、大気内に解放される前に、硫化水素ガスを除去するために活性炭を通して流される。
【０１１２】
室３２０は、浮遊硫黄媒質で充填される。好ましい実施形態において、タンクの体積の１／２〜３／４が浮遊硫黄ボール３２２で充填される。ある実施形態において、ボールは、室の作動中に洗浄してもよい。例えば、図１１の実施形態において、室から水をポンプ供給し、次に、浮遊ボールに近接した出口を有する導管を通して室に戻す逆洗ポンプ３２８が、ボールを洗浄するために使用される。代替実施形態において、噴射器（図示せず）を使用して、ボールを洗浄するために室に炭酸ガスを噴射してもよい。ボールの洗浄は、ボールの上又は間に堆積することがあるすべての粒子状物質の除去を補助する。このような形成は、ボール内の孔を通した、ならびに室それ自体を通した水流を低減する可能性があり、望ましくない。さらに、逆洗ポンプ又は噴射器は、室内部のボールの循環を増すことによって、ボールの硫黄表面領域と処理される水との接触時間を増加させることが可能である。さらに、逆洗ポンプ又は噴射器によって引き起こされるボールの運動は、工程中にボール内部に形成するガスの放出を補助することが可能であり、これにより、より多くの水がボールに入ることができ、したがって、硫黄と水との接触時間を増加させる。
【０１１３】
図１７ａと図１７ｂに開示したシステムで脱窒が行われた後、次に、１つ以上のカルシウム室６３０又は他の室又はシステムを通して流れるように水を方向付けて、水のｐＨを高め、水槽内の海洋生物及びサンゴの健康のために適切な鉱物を添加することができる。図１７ｂに示したように、陰極液がカルシウム室又は他のシステムに流れるときに、陰極液を水に添加することができる。
【０１１４】
大型水槽用のカルシウム室の１つの実施形態が図２５に示されている。水槽水を処理するために大量のカルシウム媒質が使用される場合、カルシウムは、室の下方部分でそれ自体の重量で押し潰され、詰まりを引き起こすことがある。詰まりを回避するために、ならびにシステムの効率を高めるために、図２５に示した実施形態によるカルシウム室６３０が使用される。図２５に示したように、カルシウム媒質６３２は室内の棚６３３に配置される。ニトラフィックスの他の実施形態と関連して上述したように、アラゴナイト、方解石及び白雲石のような様々なカルシウム源が使用可能である。多数のカルシウム源が使用される場合、カルシウム媒質の寿命を延ばすために、より溶解し難いカルシウムを底部棚に、またより溶解しやすいカルシウムを上方の棚の上に置くことが好ましい。媒質の寸法は、関連技術で公知の慣行の寸法でもよい。例えば、その直径寸法は、３〜１０ｍｍの範囲にあることが可能である。
【０１１５】
棚は、室を通した水流を可能にするために穿孔される。室底部６３５は、棚６３３の孔を通して落ちる沈殿物及び小さなカルシウム粒子を収集するために、先細り形状を有することが好ましいが、平坦な底部を有してもよい。排水口３２６ａ及び弁３２６ｂを室６３０の底部に含めて、沈殿物及びカルシウムの周期的な除去を可能にできる。望むなら、パイプ３２６ｃの透明なセクションを使用して、沈殿物の堆積を監視できるように排水口の視覚的検査を可能にできる、室は、水が室に入りまた出ることができる入口６３１及び出口６４１を有する。蓋６３６は室を覆うために使用可能であり、また室からのガスを通気するための逆止弁を有する通気口を収容することが可能である。
【０１１６】
一実施形態において、陰極液が室６３０に入る前に入口６３１を通して流れるとき、陰極液を水中に滴下することによってカルシウム室に添加される。陰極液は、例えば、システムを通して流れる水の合計体積の約１〜約２０パーセントの範囲の量で添加される。
【０１１７】
他の実施形態も、大型水槽に有用である。例えば、脱窒室からの水は、１つ又は複数のカルシウム室に加えて又はその代わりに、次のシステム、すなわち、タンパク質スキマ６５０、脱ガス塔６６０、酸素塔６７０、及び脱硫器６８０の１つ以上に方向付けることができる。タンパク質スキマ６５０、脱ガス塔６６０、酸素塔６７０、及び脱硫器６８０は、ここでは、大型水槽に使用するための図１７ａと図１７ｂの実施形態に関連して記載されているが、それらは、５０ガロン（１８９．２６５リットル）以下の家庭用水槽を含む任意の寸法の水槽に使用するためにも考慮される。
【０１１８】
次に、新規なタンパク質スキマについて、図２０ａ〜図２０ｅに関連して説明する。タンパク質スキマの目的は、さもなければ溶解有機化合物（ＤＯＣ）として知られる望ましくない有機物のような汚染物質を水から除去すること、ならびに水の酸素レベルを高めることである。図２０ａに示したようなタンパク質スキマ６５０は、混合室６５１、収集カップ６５２、混合エダクタ６５３、及びボウル形状のカップ６５５を含む。図２０ａのタンパク質スキマは、水が約１．０２０よりも大きな比重を有する塩水用途に使用されることが好ましいが、淡水用途に使用してもよい。
【０１１９】
水は、入口６５４を通して、処理中に実質的に水で充填されたままである混合室６５１に流入する。混合室内の水はポンプ６５６を使用して循環され、このポンプは、室６５１からパイプ６５８を通して水を引いて、エダクタ取水路６５３ａを通して水を強制する。代わりに、エダクタ取水路６５３ａに行く水は、チャンバ６５１の外側の源から、例えば、水だめ又は水槽それ自体から供給できるであろう。エダクタ混合路６５３ｂを通過する水は、空気、酸素ガス、オゾン、イオン化ガス、又はその混合気のような酸素含有ガスと混合される。オゾンを使用することにより、システムはより効率的になり、硫酸塩が低減又は排除される。酸素含有ガスから構成された泡を有する酸化された水流は、エダクタから流出して、凹面６５５に向かって室６５１内に下方に流れる。カップあるいはボウル形状を有することが可能である凹面６５５は、次に、水及び泡の流れを上方に混合室内に再び方向付ける。泡が室内で上昇するとき、望ましくない汚染物質が泡に付着して表面に上昇し、ここで、汚染物質が収集カップ６５２に捕捉されて、廃棄処理される。エダクタ６５３は、比較的小さな電力量を使用して、比較的大量のガスの液体内への混合を可能にする。エダクタ６５３の拡大図が図２１ａに示されている。混合路６５３ｂは、一般に円筒形状の首部領域６５３ｅによって接続されるフレア形入口領域６５３ｆ及びフレア形出口領域６５３ｇを備える。
【０１２０】
例えば、ノズルであることが可能なエダクタの取水路６５３ａは、混合路６５３ｂのフレア形の入口の近くに配置され、この結果、室６５１からの水が取水路の外側と混合路のフレア形の入口領域の内側との間の開口部６５３ｄを通して随伴されることを可能にするように、取水路６５３ａの中心長手方向軸線は、混合路６５３ｂの中心長手方向軸線に沿って整列される。効率的であるため、水流が混合路６５３ｂ内に流れるとき、混合路６５３ｂを通した水流が入口６５３ａからの水流よりも相当大きいように、入口６５３ａからの水流が室６５１から比較的大きな水量を随伴することが好ましい。例えば、図２１ｂに示したように、随伴される水の流量「Ｂ」は、入口６５３ａからの流量「Ａ」よりも３〜６倍より大きい、好ましくは４倍より大きいことが可能である。エダクタを出る水の流量は、したがって「Ａ」＋「Ｂ」である。このようにして、タンパク質スキマのエダクタの使用は、比較的少量の電力を利用して、比較的大きな体積の水とガスとの混合を可能にする。
【０１２１】
さらに、エダクタの使用は、泡と水との混合を改善することによってガス泡と液体との接触時間を増加させ、これにより、本発明のスキマは従来のタンパク質スキマよりも小型化され、より効率的であることが可能である。
【０１２２】
図２１ｂに示したように、管６５３ｃは、路６５３ｂの中心長手方向軸線から角度θｔで、路６５３ｂを通した水流内に位置決めされる。角度θｔを調整することにより、水の随伴及び水とガスとの混合の改良が提供されることが判明している。角度θｔは、例えば０から９０°の範囲にあることが可能であるが、θｔが好ましくは３０〜６０°の範囲にあり、より好ましくは約４５°である。図２１ｂに示したような管開口部の角度θｏを随伴の改良を可能にするように調整してもよい。例えば、角度θｏは、９０〜１３５°に調整可能である。管は、好ましくは、管６５３ｃの出口が好ましくは混合路６５３ｂの中心長手方向軸線に又はその近くに配置されるように、混合室の流路内に延びる。管の直径は、混合路を通した流れに不利に干渉することなく、混合路内への多少のガスを可能にするように調整可能である。例えば、管は、１／８インチ（２．５４ｃｍ／８）〜１インチ（２．５４ｃｍ）の範囲の直径を有することが可能である。管６５３ｃを通過して流れる水は吸込みを生じ、このように、管６５３ｃ内の流体が管から混合路６５３ｂ内に吸い込まれるようにする。
【０１２３】
図２１ｄに示した一実施形態において、２つの異なる直径を有する管は、混合路を通した流れに干渉することなく、より大きな量のガスが混合気内に流れることを可能にするために使用される。図２１ｄに示したように、管６５３ｉはジェットミキサの管６５３ｃに空密に接続し、この結果、ガス源から管６５３ｉを通して混合エダクタに向かって流れるガスは、管６５３ｃを通して混合路内に流れる。管６５３ｉの直径Ｄは、管６５３ｃの直径ｄの１〜１０倍の範囲にあることが可能である。一実施形態において、Ｄは、ｄの３〜４倍の範囲にある。例えば、一実施形態において、直径ｄは、１／８インチ（２．５４ｃｍ／８）〜１インチ（２．５４ｃｍ）の範囲にあることが可能であり、一方、直径Ｄは１インチ（２．５４ｃｍ）よりも大きな直径を有する。管６５３ｃの直径ｄに対する管６５３ｉのより大きな直径Ｄは、ジェットミキサへのガス流の増加、したがって、タンク内の水に導入されるガス泡の体積の増加を可能にする。
【０１２４】
ノズル、混合室及び管を含む混合エダクタは、プラスチック又は金属のような様々な材料から製造可能である。このような材料の特定の例は、ＰＶＣ、ポリエチレン、ポリプロピレン、メタクリル酸又はアクリルプラスチック、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、あるいはステンレス鋼を含む。関連技術で公知の他の任意の材料を使用してもよい。混合エダクタは、他の用途に使用するために考えられている。例えば、多数の液体を共に混合できるように、ガスよりもむしろ、液体を管６５３ｃを通して流すことが可能である。さらに、１つ以上の管６５３ｃを混合路に位置決めしてもよい。例えば、管６５３ｃと同様の方法で混合路に位置決めされた２つ、３つ、４つ以上の管を有する混合エダクタが考えられる。エダクタの実施形態の３次元の図面が、図２１ｃによって示されている。
【０１２５】
淡水用途に好ましくは使用されるタンパク質スキマの他の実施形態が、図２０ｂに示されている。本実施形態は、エダクタの寸法、及び凹状面６５５を除いて、上述のような図２０ａの実施形態と同様である。図２０ｂに示したように、出口円錐６５３ｇの長さは、図２０ａの実施形態に使用されたエダクタよりも長く、例えば、約１インチ（２．５４ｃｍ）〜約８０インチ（２０３．２ｃｍ）の範囲にあることが可能であり、より好ましくは、約２０〜約６０インチ（５０．８〜１５２．４ｃｍ）であることが可能である。さらに、出口円錐の角度θｆは、円錐が室内の比較的大きな体積の水を取り囲むように調整可能である。例えば、角度θｆは、約１°〜約６０°の範囲にあることが可能であり、より好ましくは、約３０°〜約４５°であることが可能である。より大きな円錐は、凹面６５５によって上方に強制されるガス泡を捕捉するように作用して、泡が表面に上昇することが可能にされずに、円錐と表面６５５との間に閉じ込められたままであるようにし、円錐と表面６５５との間で、水が十分に混合され、泡が水を通して循環するように強制される。これにより、泡と水が最終的に円錐の下から逃げる前に泡と水との接触時間が増大され、これによって、泡によって捕えられた有機物の量を増加させる。必要ならば、円錐の下の泡をより有効に捕捉するために、凹面６５５の寸法及び形状も、表面６５５と円錐６５３ｇの端部との間の空間「Ｌ」を低減するように調整可能である。例えば、Ｌは、約１／４インチ（２．５４ｃｍ／４）〜約６０フィート（１８２８．８ｃｍ）の範囲にあることが可能であり、より好ましくは、約８インチ（２０．３２ｃｍ）〜１０フィート（３０４．８ｃｍ）であることが可能である。
【０１２６】
より長い接触時間は、淡水には特に重要であるが、この理由は、淡水内に形成される泡が、エダクタによって形成される塩水中の泡よりも本性的により小さく、このことは、淡水に形成される泡の合計表面積を有効に減少させ、したがって、スキマの効率を低下させるからである。泡寸法のこの差は、塩及び淡水の異なる比重によって引き起こされると考えられる。いずれにしろ、図２０ｂの用途の泡の接触時間の増加は、淡水内の泡の合計表面積の減少の補償に役立つ。しかし、図２０ｂの実施形態は、淡水に限定されず、泡と水との接触時間の増加が望ましいとき、常に使用可能である。
【０１２７】
図２２ａと図２２ｂに示したなお他の実施形態において、エダクタの出口円錐６５３ｂは、翼部、又は薄片、６５３ｄを出口円錐の内面に加えることによって改造される。薄片は、螺旋通路内の円錐を通した水の運動を方向付けるように作用する出口円錐の内面の周りを回転し、これによって渦流を生成する。このような円形運動は、水と泡との接触時間を増加させるように作用し、これによって、水中の有機物の除去の効率を高めることが可能である。薄片の寸法は、所望の円形運動を創出する任意の寸法又は形状であるように修正可能である。例えば、薄片は、出口円錐６５３ｄの全長又は長さの一部分のみについて、円錐の内面から約１／１６インチ（２．５４ｃｍ／１６）〜約１インチ（２．５４ｃｍ）の距離だけ延びることが可能であり、また約１／３２〜１／８インチ（２．５４ｃｍ／３２〜２．５４ｃｍ／８）の幅を有することが可能である。
【０１２８】
タンパク質スキマの好ましい実施形態が、図２０ｄに示されている。本実施形態において、タンク内に通じる入口６５４の部分は、スキマ内部の水の下向きの円形流を誘発するようにタンクの側面に沿って水流を方向付けるように位置決めされる。この下向きの円形流は、エダクタから上昇する泡の通常の方向流に対する抵抗を創出し、したがって、水と泡との接触時間を増加させる。本実施形態はまた、図２０ｂの任意の円錐を含むスキマ用について説明した他の特徴と関連して使用できる。
【０１２９】
図２０ｃに示したように、単一のタンクに多数のエダクタを使用する実施形態も考えられる。エダクタは、任意の所定の形状又は寸法のタンク用に泡の所望の循環を提供するために、垂直に及び／又は水平の両方でタンク内に配置して、有機物の除去を最大にすることが可能である。
【０１３０】
新規なタンパク質スキマは、図１７ａと図１７ｂに示したように、大型水槽用のシステムに使用するために説明されているが、本発明のタンパク質スキマは、タンパク質スキマが望ましい任意のシステムに使用してもよい。例えば、本発明のタンパク質スキマは、本明細書に開示した他のニトラフィックスシステムの任意のものと組み合わせて使用してもよい。タンパク質スキマを通した流れは、所望の水質を達成するために最適化可能である。一実施形態において、スキマを通した流量は、１時間当たり、水槽体積の少なくとも１〜３倍である。
【０１３１】
本発明のエダクタは、タンパク質スキマのほかに、最大３つの異なる流体が混合される他の用途に使用するために考えられる。１つ以上の液体又はガスがエダクタを使用して混合される場合、一般に図１ｂに示したように、管６５３ｃと同様の方法で、多数の管を混合路に位置決めすることができる。
【０１３２】
一実施形態において、陰極液又は陽極液は、入口６５４を通してタンパク質スキマに添加される。好ましくは、陰極液又は陽極液は、室６５１に入る前に、入口を通して流れるときに水中に滴下される。代替実施形態において、陰極液又は陽極液は、混合エダクタ６５３を通して水と混合される。本実施形態において、陰極液又は陽極液は、管６５３ｃを通して添加することができる。代わりに、陰極液又は陽極液は、外部源（図示せず）から、パイプ６５８を通して循環する水に添加し、混合エダクタ６５３ａを通して導入してもよい。
【０１３３】
図１７ａに戻って参照すると、他の代替実施形態は、嫌気室から、酸素を水中に入れてｐＨを上げる従来の脱ガス塔６６０に水を流すことを可能にする。脱ガス塔では、水が、プラスチックボールを通して又はスクリーンにわたって滝のように流れ落ち、水を砕いて水と空気との表面接触を増し、これによって、水中に空気を随伴する。このような脱ガス塔は、関連技術で周知である。
【０１３４】
なお他の実施形態において、嫌気室からの水は、図１８ａと図１８ｂに示される本発明の酸素塔６７０に供給される。酸素塔は、硝酸塩、亜硝酸塩、リン酸塩、二酸化炭素及び重金属を水から除去し、ならびに酸素を水に添加する。酸素を水に供給することによって、ｐＨは、酸素が不足している水よりも安定して留まる。さらに、酸素塔はまた、蒸発によって水の冷却を補助する。
【０１３５】
本発明の酸素塔は、図１８ａに示したように、例えば、５〜４５°、より好ましくは１０〜２０°の角度θｏｘｙで内側方向に傾斜する側壁６７１ａを有する逆円錐形状である。スクリーン６７２のような媒質は、円錐の内面に配置されて、酸素塔内の藻類の成長の支持部として使用される。水を送り込むための溝のようなパイプ６７５ａ又は他の手段が、酸素塔室の頂部内周に沿って配置される。パイプ６７５ａは、その外周に沿って配置された孔又はジェットのような複数の出口６７６を有し、この出口を通して、スクリーンの頂面に沿って水を滴下するか又は噴霧することが可能である。管６７５ａは、図１８ｂに示したように、支持部６７５ｂによって酸素塔の壁部に接続される。人工光６７３が、スクリーンで成長する藻類による光合成を支援するために適用される。代わりに、日中に日光が施されるように酸素塔を配置してもよい。
【０１３６】
酸素塔の運転中、水が入口６７４を通してパイプ６７５ａ内に流れて、出口６７６からスクリーン６７２の頂部に滴下されるか又は噴霧される。次に、水は重力によってスクリーンに滴下する。
【０１３７】
図１８ｃに示した一実施形態において、酸素塔は、室の反対側端部に位置決めされた２つの入口６７４を有し、この入口によってパイプ６７５ａ内に水が送られる。各出口６７６の直径は異なり、小さな出口は入口により近く位置決めされ、より大きな出口は、パイプの円周に沿って入口から遠い位置に位置決めされる。このようにして、最大の出口は、２つの入口から等距離のパイプの円周に沿った２つの位置にある。最小から最大の出口のこの配置は、出口が同一の寸法である場合よりも、スクリーンにわたる水のより均一な分布を可能にする。例えば、本実施形態は、１分間当たり最大３００ガロン（１１３５．５９リットル）の水をスクリーンの上方に均一に分布できる。
【０１３８】
水がスクリーン表面の下方に滴下するとき、スクリーンは水を砕いて表面積の増加をもたらし、これにより、水の有効な脱ガスが可能になる。さらに、スクリーンで成長する藻類は、リン酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩及び重金属のような水中の望ましくない汚染物質を除去し、藻類はこれを成長するときの栄養として使用する。次に、水は出口６７７を通して塔から流れ出る。出口からの水は、水からデブリスを除去するためのストレーナ又はメカニカルフィルタ６７８ａを通して通過させることが可能である。図１８ａに示したように、除去したデブリスを保持するために、捕捉バスケット６７８ｂが使用可能である。
【０１３９】
塔を通した水流は、変化することがある。酸素塔が有効であるために、処理される水の体積が、１日当たり２．５回、酸素塔を通過することが好ましい。処理される水の体積が、１時間当たり１回、酸素塔を通過することがより好ましい。
【０１４０】
図１８ａに示したように、酸素塔の壁部は傾斜していることが好ましいが、壁部、ならびに壁部によって支持されたスクリーンは、酸素塔が円筒形状を有するように、垂直であることが可能である。酸素塔の壁部は、水生生物にとって安全である任意の中性プラスチック（すなわち、処理される水との反応が最小であるか又は水と反応しないプラスチック）から製造できる。適切な材料の例は、ＰＶＣ、ポリエチレン、ポリプロピレン、メタクリル酸又はアクリルプラスチック、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、あるいはステンレス鋼を含む。酸素塔は、最大８フィート（２４３．８４ｃｍ）の直径を有することが可能であり、任意の慣行の高さを有することが可能である。
【０１４１】
スクリーン６７２は、水生生物にとって安全でありかつ弾性であり、塩水中で腐食しない任意の材料から製造可能である。例えば、スクリーンは、軟質ナイロン又はグラスファイバ材料から製造してもよい。スクリーンは、１つの連続的な部片であることが可能であるが、容易な清掃のために多数の部片であることが好ましい。例えば、スクリーンは、４、６又は８つの部分を有してもよい。スクリーンは、様々な形状、寸法及びハッチングパターンを有することが可能である。好ましい実施形態において、スクリーンは、ダイヤモンドの各脚部について長さが３／１６インチ〜１／４インチ（３／１６Ｘ２．５４ｃｍ〜１／４Ｘ２．５４ｃｍ）であるダイヤモンド形状のクロスハッチングを有する。スクリーン、又はスクリーンセクションは、予め形成されたプラスチック製支持部に取り付けられる。次に、プラスチック製支持部は、塔の内部に取り付けられる。代わりに、スクリーンと同様の機能を達成するスクリーン以外の媒質を使用してもよい。例えば、スクリーンの代わりにカーペットを使用してもよい。
【０１４２】
酸素塔の運転中、汚染物質を水から除去するための藻類の最適な成長を促進するために、スクリーンを周期的に清掃すべきである。スクリーンの全部表面積を一度で清掃しないことが好ましい。例えば、４つのセクションのスクリーンがある実施形態において、２つ以上のセクションを一度に清掃しないことが好ましい。最善の結果のため、スクリーンは、交代ベースで周期的に清掃され、この場合、１つのスクリーンが清掃され、次に清掃されたスクリーンで藻類が成長し始めた後、他のスクリーンが次に清掃される。スクリーンの清掃は、藻類の根元を除去しないように慎重に行われるべきである。根元が除去された場合、藻類は不完全にまた遅く成長する。好ましくは、スクリーンは、藻類を傷つけないように、漂白、圧力清掃、又は化学物質で清掃されるべきでない。
【０１４３】
一実施形態において、陰極液が酸素塔に添加される。好ましくは、陰極液は、パイプ６７５ａ内に流れる前に、入口６７４を通過するときに水に添加される。このようにして、陰極液は、出口６７６から流出する前に水中に混合される。陰極液は、関連技術で公知の任意の手段によって、例えば、陰極液を入口６７４内に滴下することによって外部源から添加することができる。
【０１４４】
光源６７３は、光合成及び藻類成長に必要な光を提供する任意の光源でよい。光源は、自然光又は人工光でよく、直接的又は間接的に藻類に提供することが可能である。一実施形態において、例えば、スクリーンの表面が、処理すべき水について１ガロン（３．７８５３リットル）当たり２平方インチ（５．０８平方ｃｍ）であり、また水流がスクリーン表面について０〜０．０２ガロン（０〜０．０７５７０６リットル）／分／平方インチ（２．５４平方ｃｍ）である場合、光源は、スクリーン表面について１０インチ2（１０Ｘ２．５４ｃｍ2）当たり少なくとも０．７５ワット、例えば、スクリーン表面について１０インチ2（１０Ｘ２．５４ｃｍ2）当たり１ワットを提供することが好ましい。光源の例は、自然の日光、コンパクト電力管、４０００Ｋ〜１０，０００Ｋのスペクトルを有する高出力（ＨＯ）又は非常に高い出力（ＶＨＯ）の蛍光灯を含む。メタルハライド電球も使用可能である。一実施形態において、電球は、酸素塔の高さに沿って垂直にかつ連続的に装着される。光源６７３は、藻類の光合成及び成長の促進のために有効なスクリーンからある距離に配置されるべきである。例えば、上記のＨＯ又はＶＨＯ蛍光灯が、図１８ａの実施形態に使用される場合、塔は、スクリーンから光までの距離を最適化するために、４〜８フィート（１２１．９２〜２４３．８４ｃｍ）の最大直径を有することが好ましい。
より大型のユニットでは、反射器付き又は反射器なしのメタルハライド電球が使用可能である。ランプは、最適な藻類成長のため、１日当たり２４時間点灯したままであることが好ましい。
【０１４５】
電球は、水から保護するために、半透明のアクリル又はガラスカバーで覆うことができる。より大型のユニットでは、保護カバー６７３ｂは、図１９ａに示したように、ユニット全体を通して延びることが好ましく、換気の向上を可能にするため開口部６７３ｃと６７３ｄを有する。ランプから発生される熱は上昇し、これによって、上昇気流が生じ、保護のカバー６７３ｂの底部開口部６７３ｃから冷気を吸い込み、電球６７３ａを冷却する。ファン（図示せず）のような空気を運動させるための装置を加え、さらにランプを換気して、冷却をより効率的にすることができる。
【０１４６】
図１９ｂに示した他の実施形態において、多数の電球６７３ａを支持するために、ステンレス鋼製の棒状体６７３ｅが使用される。本実施形態において、ランプの数は、藻類成長の向上及び水からの汚染物質除去のため、光量を最適化するように選択される。
【０１４７】
一般に図１９ｃに示した好ましい実施形態において、酸素塔は、円錐形状の反射器６７３ｆを収容する。反射器６７３ｆは、関連技術で公知の任意の手段によって酸素塔内部に位置決め可能である。一実施形態において、反射器６７３ｆは、一方の端部で酸素塔室に取り付けられた３つの部材６７３ｇから形成された支持部から吊設され、また酸素塔の頂面図を示している図１９ｄにより明瞭に示されているように、反対側端部は酸素塔の上方に昇って、塔の中心軸線に沿った箇所で交差する。１０００ワットの電球６７３ａは、反射器と酸素塔室との間の空間に配置され、また反射器は、電球からのすべての光が酸素塔内の藻類を収容するスクリーンに反射されるように位置決めされることが好ましい。使用する光のスペクトルは、５０００Ｋ〜１５，０００Ｋ、好ましくは６０００Ｋ〜１０，０００Ｋの範囲の可能な限り自然の日光に近くなければならない。一実施形態において、酸素塔の直径が６フィート（１８２．８８ｃｍ）、６インチ（１５．２４ｃｍ）であり、また酸素塔の壁部が５０°の傾斜を有する場合、スクリーンは、藻類が成長するために４２平方フィートの表面積を提供する。本実施形態において、１０００ワットの電球により、約１．６ワット／平方インチ（２．５４平方ｃｍ）で、スクリーン表面積全体に十分な光を提供できる。
【０１４８】
他の実施形態において、酸素塔は、望ましくないデブリスが内部に入るのを防止するために、頂部カバー６７１ｃを有する。カバーは、自然の日光のような光の室内への進入を可能にするために、透明であることが可能である。カバーは、酸素塔からのガス排出物を収集する及び／又は通気することが可能な煙突６７１ｄを有してもよい。例えば、煙突は、硫化水素ガスを吸着するために使用可能な活性炭で充填することが可能である。
【０１４９】
室６７１ｂの底部は平坦であることが可能であるか、あるいは図１８ａに示したように円錐状に成形することが可能である。円錐形状の底部６７１ｂは、デトリタスの収集のためにより優れている。
【０１５０】
酸素塔内に空気を吹き込ために、任意の送風機６７９を使用することが可能であり、この送風機は、塔内の蒸発を増加させて、水を冷却し、ならびに水の脱ガスを補助する。送風機を使用して水を冷却する場合、冷却効率の向上のために塔を断熱することが好ましい。さらに、二酸化炭素を酸素塔内に吹き込んで、藻類による酸素の呼吸及び生産を増加させることにより、水中の酸素レベルを引き上げてもよい。
【０１５１】
本発明の酸素塔は、５００ガロン（１８９２．６５リットル）以上の水槽の水を処理して調整するために、少なくとも好気性及び嫌気性の本発明の室と組み合わせた使用に特に適している。しかし、酸素塔は、より小型の水槽のために使用してもよく、また本明細書に記載したシステムの任意のものと組み合わせて使用してもよい。さらに、本発明の酸素塔は、本発明の脱窒方法及びシステムがない場合にも、水を処理すべき他の用途に適用できる。例えば、酸素塔は、標準的な商業用途のタンパク質スキマの代わりに使用できる。
【０１５２】
さらに、酸素塔は、例えば、廃水処理、飲料水浄化、及び藻類を使用して汚染物質を除去することが有用であろう他の用途に使用するための広範囲の他の用途に使用するために考えられる。
【０１５３】
本明細書に記載したニトラフィックスシステムの任意のシステムに加えることが可能な別の工程ステップを、硫酸塩濃度を低減するために使用できる。上述のように、本発明のシステムの脱窒工程は、水中の硫酸塩レベルの増加をもたらす。さらに、脱窒室がある時間停止された後、ある時間に、例えば始動時に、望ましくない量の硫化水素が製造される可能性がある。
【０１５４】
したがって、いくつかの水槽システムでは、硫酸塩及び／又は硫化水素のレベルを低減することが望ましいかもしれない。したがって、水槽水内の硫酸塩濃度及び硫化水素濃度を低減するための新規な方法及び脱硫装置について、図２３ａ〜図２３ｃを参照して次に説明する。方法及び装置は、本発明のシステムの使用に限定されず、硫酸塩濃度を低減するために望ましい任意のシステムに使用できるであろう。
【０１５５】
本発明の脱硫器は、淡水及び塩水システムの両方の硫酸塩レベルを低減するために、嫌気性光合成細菌を利用する。硫酸塩レベルを低減する任意の種類の嫌気性光合成細菌が使用可能である。このような細菌の例は、クロマティウムビノッスム（Ｃｈｒｏｍａｔｉｕｍ  ｖｉｎｏｓｓｕｍ）、チオスピリルム属ジェネンセ（Ｔｈｉｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ  ｊｅｎｅｎｓｅ）、ロドスピリルムルブルム（Ｒｈｏｄｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ  ｒｕｂｒｕｍ）、紅色細菌スフェロイド（Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒ  ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ）、クロロビウム属リミコラ（Ｃｈｌｏｒｏｂｉｕｍ  ｌｉｍｉｃｏｌａ）、プロステコクロリス属エストゥアリ（Ｐｒｏｓｔｈｅｃｏｃｈｌｏｒｉｓ  ａｅｓｔｕａｒｉｉ）のような紅色細菌、紅色無硫黄細菌、及び／又は緑色硫黄細菌を含むことが可能である。光が存在すると、これらの細菌は、水中の硫酸塩及び／又は他の硫黄化合物を分解するために光合成を使用する。
【０１５６】
脱硫装置６８０の好ましい一実施形態が図２３ａに例示されている。本実施形態の脱硫装置は、硫黄細菌を支持するための媒質７０３を収容する室７００、光源７０２、ならびに水が室に流入しまた流出することを可能にするための入口７０１及び出口７０４を備えることが好ましい。
【０１５７】
室７００は、任意の形状であることができるが、外側円筒７０６と、外側円筒の内側に同心に配置された内側円筒７０６とを有する円筒形状室であることが好ましい。室の壁部は光透過性であることが好ましく、また例えば、透明なアクリル酸プラスチックから製造可能である。細菌を支持するための媒質７０３は、図２３ｂに示したように、壁部７０５と７０６の間に収容される。媒質を収容する室の部分は、室内への酸素の導入を許容しないように気密であるべきである。弁７１１を有する通気口７１０を使用して、室内で製造された排気ガスが逃れることを可能にする。弁部７１１は、室からのガス流出を許容するがガス流入は許容しない．一方向流動弁である。
【０１５８】
一実施形態において、陰極液が脱硫装置に添加され、細菌の成長を助ける。陰極液は、外部源から装置に添加され、関連技術で公知の任意の手段によって添加することができる。好ましくは、陰極液は、室７００に入る前に、入口７０１を通して流れるときに水中に陰極液を滴下することによって添加される。陰極液は、システムを通して流れる水の合計体積の約１〜約２０パーセントの範囲の量で添加される。
【０１５９】
支持媒質７０３は、光透過性であることが好ましい。例えば、媒質は、ＷＭＴによって製造されるカルドネス（Ｋａｌｄｎｅｓ）のような透明バイオフィルムであることが可能である。ＲＥＮＡからの生物・化学スターズ（Ｂｉｏ−Ｃｈｅｍ  ｓｔａｒｓ）のような他の媒質も使用可能である。媒質によって提供される表面積は、比較的大きいことが好ましい。例えば、媒質は、１立方メートル当たり５００平方メートル以上の平均表面積、より好ましくは１立方メートル当たり８５０平方メートル以上の平均表面積を有することが可能である。
【０１６０】
室の直径に対する室の高さの比率は、水と、媒質を支持する細菌との十分な接触時間を可能にするために、３〜５であることが好ましい。
【０１６１】
室に使用する光は、自然の日光又は人工光、あるいはその両方であることができる。例えば、光源７０２ａは、室の全体にわたって光を提供するために、図２３ｄ、図２３ｅと図２３ｆに示したように、シリンダ７０６の内部を通して下方に延びることが可能である。図２３ｄは、両方の端部７０２ｂと７０２ｃで動力源に接続されなければならないＨＯ又はＶＨＯ管の使用を示している。図２３ｅは、所望の量の光を細菌に提供するために、図示したように室の中心の下方に垂直に配置可能なメタルハライド電球又は白熱電球７０２ｂを示している。図２３ｆは、一方の端部のみで動力源に接続される利点を有するコンパクト電力管７０２ｂのこの使用を示している。シリンダ７０６は、例えば図２３ｄに示したように、光源に対する換気を可能にするために、その端部で開口可能である。図２３ｅに示したように、ファン７１３のような空気を運動させるための装置を、開示した光源の任意の光源に使用して、シリンダ７０６を通した換気量を増加させることが可能である。
【０１６２】
壁部７０５と７０６及び媒質７０３は、光源からの光に対し透明であるので、細菌を収容する室の最大体積が光に露出され、したがって、室の効率を高める。使用する光のスペクトルは、４０００Ｋ〜２５，０００Ｋの日中のスペクトル光であることが好ましい。ランプは、効率の向上のため連続的に点灯状態に置くことが可能である。
【０１６３】
室７００を通した水流は、詰まりを回避するために、底部から頂部であることが好ましい。さらに、図２３ｃに示したように、スクリーン７１２は、詰まりを防止するためまた室内の媒質を収容するため、入口７０１及び出口７０４の前に配置可能である。室を通した水の流量は、所望の量の硫酸塩低減を可能にするように調整可能である。脱硫装置に使用する細菌は無酸素性であるので、室に入る水は、低い酸素含有量を有することが好ましい。必要ならば、水の酸素含有量を低減するためのシステムを利用して、水が室に入る前に酸素濃度を低減してもよい。
【０１６４】
水を濾過して調整するためのシステムのさらに他の好ましい実施形態について、図２６ａを参照して次に説明する。システムは、より大型の水槽に使用するために設計されているが、システムは、任意の寸法の水槽に使用可能である。システムはまた、魚が養殖用途で育てられるアクアタンクの水を維持するために使用してもよい。
【０１６５】
水は、水槽又はアクアタンク１１６からフィルタ１０１に流れる。このフィルタは、水が加圧なしにフィルタポンプからフィルタを通過することを可能にし、このように電力を節約する機械式濾過装置であることが好ましい。しかし、フィルタポンプを必要とするフィルタを含む関連技術で公知の任意のフィルタを使用してもよい。フィルタは、約３０ミクロン〜約２００ミクロンの微粒子を水から除去する。関連技術で知られているフィルタの例は、ドラムフィルタ、ディスクフィルタ、及びソックスフィルタを含む。
【０１６６】
次に、水は、フィルタ１０１から水だめ１０２に流れる。水だめ１０２は、システムの停止時にシステムからの水のオーバフローを防止する程度に十分大きな体積を有することが好ましい。メカニカルフィルタ１０１及び水だめ１０２の両方は、水槽又はアクアタンク１１６から機械式濾過装置及び水だめに、重力によって水が流れることを可能にするために、水槽又はアクアタンク１１６よりも低い高さに配置可能であり、これによって、エネルギが節約され、運転コストが低減される。フィルタ１０１と水だめ１０２が水槽１００よりも低い高さに配置されない場合、ポンプを使用して、水槽１００からフィルタ１０１及び水だめ１０２に水をポンプ供給してもよい。
【０１６７】
水だめ１０２から、水がいくつかの他の処理装置に流れ、この装置で水がさらに浄化されて調整される。これらの装置は、バイオフィルタ１０７、タンパク質スキマ１０９、酸素塔１１０、脱窒システム１１２、脱硫器１１１、水の温度を調整するための任意のヒータ又はチラー１１４、及び水が水槽又はアクアタンク１１６に戻る前に水を消毒するための紫外線殺菌装置１１３を含む。
【０１６８】
図２６ａに示したように、水の一部分は、水だめからバイオフィルタ１０７に流れ、次にタンパク質スキマ１０９に、次に酸素塔１１０に流れる。水だめから流れる残りの水は、脱窒システム１１２及び脱硫器１１１に流れ、次に酸素塔１１０に流れる。水だめからバイオフィルタ１０７に流れる水、及び水だめから脱窒システム１１２に流れる水の割合は、所望の水の状態を達成するために調整可能である。一実施形態において、例えば、水の約９０％〜約９９％は、水だめからバイオフィルタ１０７に流れ、一方、約１％〜１０％が水だめから脱窒システム１１２に流れる。より好ましくは、水の約９７％〜約９９％は、水だめからバイオフィルタ１０７に流れ、一方、約１％〜３％が水だめから脱窒システム１１２に流れる。
【０１６９】
酸素塔１１０から、水は、水槽又はアクアタンク１１６の水を魚にとって容認可能な温度に維持するために、任意のヒータ又はチラーを通して流れることが可能である。ヒータ及びチラーは、養殖技術で周知である。次に、水は、水槽に流れて戻る前に、魚に有害である可能性がある細菌のようなすべての水中微生物を殺す紫外線殺菌装置１１３を通して流れる。このような紫外線殺菌装置も、関連技術で周知である。
【０１７０】
一般に図２６ｂに示したように、陰極液をいくつかの位置の源１６０からシステムに添加することができる。一実施形態において、図３１ａに示したように、陰極液は、水生生物を保持するためのタンク１１６に直接添加される。ポンプ１１６ａは、水をタンクから抽出して、混合エダクタ１１６ｂを通してタンク内に循環して戻す。陰極液は、外部源１６０から提供され、混合エダクタに通じる入口管を通して添加される。本実施形態は、陰極液とタンクからの水とを混合するだけでなく、タンク全体にわたって水／陰極液の混合物の徹底的な混合を促進する。
【０１７１】
図３１ｂに示した他の実施形態において、混合エダクタ１１６ｂは、濾過システム１１６ｃの出口からの水流を受け入れて、タンク１１６内への水流を創出するように位置決めされる。陰極液は混合エダクタの入口管を通して添加される。
【０１７２】
代わりに、陰極液は、好ましくは溶液をタンク内に滴下することによって、外部源１６０からタンク１１６内に直接添加することができる。
【０１７３】
バイオフィルタ１０７は、水を処理して、アンモニアを亜硝酸塩に及び亜硝酸塩を硝酸塩に還元するために、好気性バククテリア処理を使用する。処理すべき水は、好気性バククテリアが定着可能な支持媒質を収容する室を通して流される。好気性バククテリア工程の効率を改善するために、酸素含有ガスが室に導入される。
【０１７４】
バイオフィルタの１つの実施形態が図２７に示されている。本実施形態において、バイオフィルタ１０７はタンク１０８を備える。好ましくは、タンク１０８の下方部分は、底部に定着する沈殿物を収集するために先細り形状を有するが、平坦な底部を有してもよい。例えば、タンク１０８は、円錐形状底部を有する円筒の形状であることが可能である。排水口３２６ａ及び弁３２６ｂをタンク１０８の底部に含めて、沈殿物の周期的な除去を可能にできる。望むなら、パイプ３２６ｃの透明なセクションを使用して、沈殿物の堆積を監視できるように排水口の視覚的検査を可能にできる。蓋１０６を使用して、タンク１０８を覆うことが可能である。
【０１７５】
図２８に示した他の実施形態において、２つの弁の排水システムを使用して、タンクからの水損失を最小にする方法で、タンクの底部に定着する固形物を収集することが可能である。排水パイプに位置決めされた上方弁２０６ａは、タンクの通常の機能中に開口したままであり、一方、下方弁２０６ｂは閉鎖したままである。これにより、タンクの底部に定着している廃棄物は、排水パイプを通して移動して、沈殿物収集器２０５ａに集まることが可能である。収集器２０５ａは、ダイヤモンドの形状であることが好ましい。
【０１７６】
タンクからの水は、上方弁２０６ａを通して、水管２０５ｂ内に流れ、弁２０６ａと２０６ｂの間に配置された収集器２０５ａと戸外との間の流体接続を提供する。固体は、収集器２０５ａに堆積した後、弁２０６ａを閉じ、弁２０６ｂを開くことによって除去される。固体は、弁を通して２０６ｂを排出され、水管２０５ｂからの水は収集器２０５ａの壁部から残りのすべての固体を洗い流す。これにより、固形物は、タンク１０１からの余剰水を取り除くことなく、代わりに水管２０５ｂ内の水のみを使用して、排出されることが可能である。水管２０５ｂは、タンクそれ自体の少なくとも高さに延び、したがって、水がタンク内の水位と平衡な水位に達するまで、水は水管を満たす。代替実施形態において、水管２０５ｂは、管のみの体積よりも大きな体積の洗浄水を提供するためのタンク２０５ｃを有する。
【０１７７】
収集器２０５ａの一部分のすべては、パイプセクションに収集された固体のレベルが視覚的に監視でき、また弁２０６ａと２０６ｂが手動で開閉できるように透明でもよい。代わりに、弁２０６ａと２０６ｂは、自動的に開閉するように電子的に制御できる。本実施形態において、収集器内の固体レベルを決定して、パイプセクションの排水を行う必要に応じて排水口を開閉するための信号を送るために、センサを使用できるであろう。関連技術で公知の任意のセンサ及び自動弁を本発明の実施形態に使用することができる。
【０１７８】
本実施形態は、上述のバイオフィルタの使用に限定されない。実際に、本実施形態は、本発明に従って説明したタンクの大部分と両立できる。
【０１７９】
再び図２７を参照すると、バイオフィルタ室は、水が室に入りまた出ることができる入口１１１及び出口１２１を有する。詰まりを防止し、また媒質を室内に収容するため、スクリーン１０１が出口及び入口にわたって配置されることが好ましい。入口管パイプ１２１ａの高さＨ１は、バイオフィルタ１０７内の水位を制御する。一実施形態において、陰極液は、タンク１０８内に直接滴下されるようにバイオフィルタに添加される。他の実施形態において、陰極液は、タンク１０８の上流側の水に添加され、次に、入口１１１を通してバイオフィルタ１６０内に流れる。バイオフィルタ内の陰極液の添加は、細菌の健康を向上させ、細菌の成長を助ける。次に、細菌の健康の向上により、水質が改善され、より効率的な濾過を可能にする。バイオフィルタ１０７は、好気性バククテリア用の基材として作用する支持媒質１１２で部分的又は完全に充填することが可能である。好気性バククテリアは、すでに水槽の水中に存在し、容易に媒質に定着する。媒質１１２は、好気性バククテリアの定着を支持できる任意の種類の媒質でもよい。慣行の任意の寸法及び形状を有する媒質が使用可能であるが、大きな表面積を有する媒質が好ましい。例えば、比較的大きな表面積を有する砂、破砕サンゴ及び他の媒質が使用可能である。支持媒質の好ましい一形態は、好ましくは小さな球又は管の形態のプラスチックであるが、関連技術で公知の任意の形状を使用してもよい。プラスチック媒質は軽量であり、水槽水の中で浮くことが可能である。この媒質は容易に詰まらず、細菌の定着用に大きな表面積を提供する。
このようなプラスチック媒質の１つの例は、バイオフィルムとして知られている。使用可能なバイオフィルムの例は、ウォータマネジメントテクノロジーズ社（Ｗａｔｅｒ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．）によって製造されるカルドネス（Ｋａｌｄｎｅｓ）又はビーセル（Ｂｅｅ−Ｃｅｌｌ）を含む。ＲＥＮＡからの生物・化学スターズ（Ｂｉｏ−Ｃｈｅｍ  ｓｔａｒｓ）のような他の媒質も使用可能である。
【０１８０】
混合エダクタ６５３は、酸素含有ガス又は液体をタンク内に放出するために使用される。泡は、取水路６５３ａ、混合室６５３ｂ、及び管６５３ｃを備える混合エダクタ６５３によってタンク内の水と十分に混合される。ポンプ６５６は、バイオフィルタ１０７から管６５８を通して取水路６５３ａに水を循環させ、ここで、水は混合室６５３ｂを通して強制されて、管６５３ｃからのガス又は液体及びバイオフィルタから混合エダクタによって随伴された追加の水と混合される。代替実施形態において、エダクタ取水路６５３ａに行く水は、バイオフィルタ室の外側の源から、例えば、水だめ又は水槽それ自体から供給される。混合エダクタ６５３及びその操作は、図２１ａから図２２ｂを参照してより詳細に上に説明されている。
【０１８１】
一実施形態において、陰極液は、陰極液がエダクタの混合室を通して強制されて、室内の水と混合されるように、酸素をエダクタに添加するために使用される管６５３ｃと同様の方法で混合路に位置決めされる第２の管を通してバイオフィルタ１０７に添加される。他の実施形態において、混合エダクタ６５３は、図３０ａと図３０ｂに示した方法で、支持部６５７によってバイオフィルタ１０７の内部に支持される。図３０ｂに示したように、混合室６５３ｂは、混合エダクタの入口円錐が、有孔プレート又はスクリーン６５７ａと、頂部プレート６５７ｃと、底部プレート６５７ｂとから構成された小さな室の内部に収容されるように、プレート６５７ｃによって支持される。有孔プレート又はスクリーン６５７ａを通して流れる水は、混合室６５３ｃの入口円錐内に随伴される。
【０１８２】
図２９に示したような好ましい実施形態において、入口１１１及び出口１２１の両方はタンクの頂部に向かって配置される。入口には、逆止弁が取り付けられ、また出口には、すべての媒質の漏れを防止するためのスクリーンが取り付けられる。タンクの下方部分は、好ましくは水平から５度の角度で下方に傾斜する壁部を有する円錐形状の底部を有する。混合エダクタ６５３は、タンクの内側の周りに円形方向に水が流れることを強制するように、タンクの内面に沿って位置決めされる。さらに、エダクタの詰まりを防止するために、ストレーナ１５７がエダクタの周りに配置される。本実施形態において、媒質を通した円形の水流は、より長い接触時間、したがって、より優れた濾過を提供する。
【０１８３】
好気性バククテリアは、水中に存在し、成長し、システムが作動されるときに、バイオフィルタ室内の媒質に定着する。バイオフィルタ１０７で利用される好気性バククテリアの種類は、例えば、ニトロソモナス及びニトロバクタ細菌を含んでもよい。これらの自然に発生する細菌は、水中のアンモニア及び亜硝酸塩を分解して、硝酸塩を形成する。
【０１８４】
バイオフィルタを通した流量は、所望の水質を達成するために最適化可能である。例えば、バイオフィルタを通した流量は、１時間当たり、水槽の体積の１〜３０倍、より好ましくは１時間間当たり、３〜１０倍の範囲にあることが可能である。
【０１８５】
バイオフィルタ１０７からの水は、タンパク質スキマ１０９に流れる。タンパク質スキマの目的は、さもなければ溶解有機化合物（ＤＯＣ）として知られる望ましくない有機物のような汚染物質を水から除去すること、ならびに水の酸素レベルを高めることである。
関連技術で公知の任意のタンパク質スキマをこの用途のために使用可能である。
【０１８６】
好ましい一実施形態は、泡を水中に導入するために混合エダクタを利用する新規なタンパク質スキマを使用する。この新規なタンパク質スキマは、図２０ａ〜図２０ｃに関連して上に説明されている。
【０１８７】
タンパク質スキマを通した流量は、所望の水質を達成するために最適化可能である。例えば、タンパク質スキマを通した流量は、１時間当たり、水槽の体積の１〜３０倍、より好ましくは１時間間当たり、３〜１０倍の範囲にあることが可能である。
【０１８８】
タンパク質スキマ１０９からの水は酸素塔１１０に流れ、この酸素塔は、リン酸塩、硫酸塩及び硝酸塩を水から除去するために藻類を利用する。酸素塔は、酸素を水に添加することも可能である。酸素を水に供給することによって、ｐＨは、酸素が不足している水よりも安定して留まる。さらに、酸素塔はまた、蒸発によって水の冷却を補助する。酸素塔の詳細な説明は、図に１８ａ〜図１９ｂに関連して提供されている。代替実施形態において、水が酸素塔に流れるとき、陰極液の供給が水に添加される。
【０１８９】
上述のように、水だめから流れる水の一部分は、水中の硝酸塩濃度を低減するために使用される脱窒システム１１２に流される。水中の硝酸塩レベルを管理するために、関連技術で公知の任意の脱窒システムが使用可能である。一実施形態において、水が脱窒システムに流れるとき、陰極液の供給が水に添加される。
【０１９０】
好ましい実施形態において、脱窒システム１１２は、本明細書に上述したようなニトラフィックスシステムである。上述のニトラフィックスシステムの任意のシステムを潜在的に使用できるであろう。好ましくは、使用するニトラフィックスシステムは、処理すべき水がフィルタ（図示せず）を通過する任意の濾過ステップ１と、任意の好気性バククテリア処理ステップ２と、嫌気性細菌処理ステップ３と、ｐＨを維持し、かつカルシウムを添加するために１つ以上のカルシウム反応器が使用される任意のステップ４と、を含むであろう。
【０１９１】
大型の商業用途では、脱窒システム１１２は、上記の図１７ａと関連して説明したシステムを使用することが好ましい。例えば、好気室６１０、１つ以上の脱窒室６２０、及び選択的に１つ以上のカルシウム室６３０を使用できるであろう。例えば、好ましい一実施形態において、好気室は、図２４に関連して説明した室であり、脱窒室は、図９と図１１に関連して説明した室の１つから選択され、またカルシウム室は使用されないか、あるいは図２５に関連して説明したような１つ以上のカルシウム室が使用される。なお他の実施形態において、好気室なしの、またカルシウム室なしの、あるいは１つ以上のカルシウム室を有する１つのみ又はより多くの脱窒室６２０が使用される。
【０１９２】
代わりに、脱窒システム１１２は、上記の図２ａ〜図６と関連して説明したニトラフィックスシステムを使用することが好ましい。例えば、カルシウム室なしの又は１つ以上のカルシウム室を有する好気室１１０が使用される。なお他の実施形態において、カルシウム室なしの又は１つ以上のカルシウム室を有する脱窒室１２０が使用される。カルシウムが使用される場合、単一の源又は多数の源のカルシウム源が使用可能である。
【０１９３】
代替実施形態において、ニトラフィックスシステムの室は、図８ａ〜図８ｃ又は図１５に説明したように、単一の容器に配置される。
【０１９４】
なお他の実施形態において、硫酸塩濃度を低減するために、本明細書に説明した脱窒システム１１２の後に、別の工程ステップが加えられる。上述のように、本発明のシステムの脱窒工程は、水中の硫酸塩レベルの増加をもたらす。さらに、脱窒室がある時間停止された後、ある時間に、例えば始動時に、望ましくない量の硫化水素が製造される可能性がある。したがって、いくつかの養殖システムでは、硫酸塩及び／又は硫化水素のレベルを低減することが望ましいかもしれない。したがって、水中の硫酸塩濃度及び硫化水素濃度を低減するために、図２３ａ〜図２３ｆを参照して上述した新規な方法及び脱硫装置が使用可能である。代わりに、水中の硫酸塩を低減するための関連技術で公知の任意のシステムが使用可能である。
【０１９５】
図２６ａに戻って参照すると、監視システム１１５を使用して、温度、ｐＨ、塩分、溶存酸素、ＯＲＰ（水伝導率）、流れ、圧力、レベル、及び電源故障のようなアクアタンク水の特性を監視することが可能である。次に、図２６ａの水処理システムのパラメータは、監視システム１１５からのフィードバックに基づき制御可能である。例えば、オゾンは水を清浄にし、したがって水伝導率に影響を及ぼすので、水伝導の基準であるＯＲＰを使用して、タンパク質スキマ内のオゾンレベルを制御することが可能である。
【０１９６】
いくつかの例では、魚を保持するか又は成長させるための水槽又は養殖タンクを清掃することが必要かもしれない。例えば、養殖場では、収穫されるべきタンクから魚の収穫が取り除かれると、養殖業者は、次の収穫を収穫し始める前にタンクを清掃する。同様に、魚が病気になると、魚の治療が必要であり、また有害な細菌のようなすべての汚染物質を除去するために、タンクも殺菌する必要がある。これらの状態では、本発明のシステムと関連して陽極液を使用して、水及び水が接触する装置を殺菌することができる。陽極液は、潜在的に、バイオフィルタ、脱硝装置、及び細菌を収容する他のフィルタの作動に必要な細菌を殺すことがあるので、これらのフィルタ内に陽極液は添加されない。例えば、一実施形態において、タンクからの水流は、水流がタンパク質スキマのみに方向付けられて、タンク内に戻されるように、濾過システムの大部分から切断できる。存在するとすれば、動物は、陽極液による治療中にタンク内に留まることができる。陽極液は、例えば滴下によって、陽極液を直接養殖タンクに添加することを含むいくつかの異なる方法で外部源から添加することができる。さらに、タンクには、図３１ａの陰極液を添加するために使用されるような混合エダクタ及びポンプを装備することができる。濾過システムがタンクから切断される時間の間、タンク内の水生生物によって解放される汚染物質及び副生成物を寄食する濾過システム内の細菌は、例えば、細菌を収容する室にアンモニウム塩を添加することによって、生存維持されることができる。
【０１９７】
一実施形態において、添加された陽極液の量は、図２６ａの監視システム１１５のようなセンサによって監視することができる。関連技術で公知のこのような１つのセンサは、ＯＲＰシステムである。水の品質が向上するにつれ、ＯＲＰを使用して、水中の伝導率がある点に達したときに陽極液の添加を自動的に停止することができる。
【０１９８】
水が清浄にされ、魚が健康になった後、実質的にすべての陽極液を、濾過システムを通して循環される前に、水から取り除くか、又は不活性にしなければならない。一実施形態において、陽極液を中和するために、陰極液が水に添加される。
【０１９９】
時に、追加の水を図２６ａと図２６ｂのシステムに添加する必要があるかもしれない。その場合、例えば、水道水を濾過して、魚にとって安全にするために使用可能な逆浸透装置１０３によって、水を供給することが可能である。
【０２００】
一実施形態において、図２７に示したように、ポンプ１０４を使用してバイオフィルタ１０７及び脱窒室１１２に水がポンプ供給される。代わりに、バイオフィルタ１０７及び脱窒室１１２は、水が重力によってこれらの室を通して流れて、水槽１００に戻るように、タンパク質スキマ、酸素塔及び脱硫器を含むシステム内の他の室よりも高い高さに配置され、したがって電力を節約する。他の実施形態において、タンパク質スキマ、酸素塔及び脱硫器のような他の室に水をポンプ供給するために、別個のポンプが使用される。ポンプ１０４は、流動ポンプのような比較的低いエネルギを消費する種類のポンプであることが好ましい。図２６ａに示したようなポンプ１０６と１０８は、例えば、圧力ポンプでもよい。ポンプ１０４、１０６と１０８のために、関連技術で公知の他の種類のポンプも使用可能である。
【０２０１】
図２６ａと図２６ｂのシステムは、獲得すべき所望の水質及びシステムのコストに従って修正してもよい。例えば、一実施形態において、脱硫器１１１は、水が脱窒室１１２から酸素塔１１０に直接流れるように、図２６のシステムで使用されない。なお他の実施形態において、バイオフィルタ１０７からの水が酸素塔１１０に直接流れるように、タンパク質スキマ１０９は使用されない。なお他の実施形態において、水がバイオフィルタ１０７、また脱硫器１１１、又は脱窒室１１２（脱硫器が使用されない場合）から、タンパク質スキマ１０９に、次に任意のチラー／ヒータ及び紫外線殺菌装置を介して、タンパク質スキマ１０９から水槽又はアクアタンク１１６に流れるように、酸素塔１１０は省略される。なお他の実施形態において、水がバイオフィルタ１０７から酸素塔１１０に、次にタンパク質スキマ１０９に、次に任意のチラー／ヒータ及び紫外線殺菌装置を介して、下方に水槽に流れるように、タンパク質スキマ及び酸素塔の順序は逆にされる。この最後の実施形態において、水は、脱硫器１１１、又は脱窒室１１２（脱硫器が使用されない場合）から、タンパク質スキマ１０９又は酸素塔１１０に流れることが可能である。なお他の実施形態において、水が、任意のチラー／ヒータ及び紫外線殺菌装置を介して、脱窒室１１２からバイオフィルタ１０７に、またバイオフィルタ１０７から水槽に流れるように、タンパク質スキマ、酸素塔及び脱硫器はすべて省略される。なお他の実施形態において、水がバイオフィルタ１０７から同時にスキマ及び酸素塔に、次に任意のチラー／ヒータ及び紫外線殺菌装置を介して、下方に水槽に流れるように、酸素塔及びスキマを通した流れは平行であることが可能である。
【０２０２】
なお他の実施形態において、バイオフィルタ出口からの水流は、バイオフィルタ１０７の出口からの水の一部分のみがスキマ１０９に流れ、一方、残りの部分がチラー／ヒータ及び紫外線殺菌装置に、又は直接水槽に流れるように分割してもよい。例えば、バイオフィルタからの水の１／３がタンパク質スキマに流れてもよく、一方、流れの２／３が、任意のチラー／ヒータ及び紫外線殺菌装置を介して水槽に行ってもよい。
【０２０３】
本明細書に挙げたすべての実施形態において、紫外線殺菌装置１１３及びチラー又はヒータ１１４の両方が省略可能である。さらに、水だめを使用する必要はなく、代わりに、水をポンプ供給して、直接水槽タンクに戻すことが可能である。
【０２０４】
他の流れ構成も考えられる。例えば、脱窒室１１２、脱硫器１１１、酸素塔１１０、タンパク質スキマ１０９及びバイオフィルタ１０７を含む室の各々は、水だめ又は水槽からの水を直接各室に流して、次に水だめ又は水槽に直接戻すことができるように、別個に使用することが可能である。当業者によって理解されることが可能であるように、なお他の流れ構成及び構造が可能である。
【０２０５】
図２６ａと図２６ｂのシステムは、「スキッド」として知られる単一の支持体に、コンパクトに組み立てることが可能である。これにより、システムを現場外で製造して組み立て、次に、使用態勢にあるアクアタンク位置に出荷することが可能である。このような統合システムはまた、現場で建設したシステムよりも廉価であろう。
【０２０６】
実施例
本発明のシステムを通した水の流量に関し、５〜７ｇｐｈの範囲内の流量が、２５０〜５００の範囲の寸法の水槽について、図１４に示した実施形態に従って製造された脱窒室に実行可能であることが判明した。サービスを受ける水槽が５０〜５００ガロン（１８９．２６５〜１８９２．６５リットル）の範囲内にある当該の種類の脱窒室に、３〜５ｇｐｈの範囲の流量が容認可能であることが判明した。システムが本来オンラインに配置された場合、弁システムを通して流れを調整することができる。流れを調整する１つの方法は、所望の流量が達成されるまで、流れが測定されかつ調整ができるように、所定の体積のガラスを出口に置くことである。さらに、硝酸塩レベルが、システムが３０〜９０日間が運転された後に、５ｐｐｍのように所望よりも大きい場合、所望の硝酸塩レベルを達成するために、より高いレベルに流量を調整することができる。
【０２０７】
本出願に開示し生物学的システムを塩水水槽及び淡水水槽の両方、ならびに汽水水槽に使用することができる。システムは、冷水水槽及び温水水槽の両方に使用可能である。水槽水が本発明の生物学的システムに入る前に、細菌を効率的にすることが可能な温度範囲に水槽水を加熱することにより、改良された結果を提供することが可能である。例えば、チオバシルスディニトリフィカンが使用される場合、室内の水は好ましくは２５〜３０°Ｃの範囲の温度を有するべきである。
【０２０８】
本発明の方法、装置、及びシステムは、水槽用の水の処理に使用することについて開示してきたが、開示された発明のすべて又は形態は、水を処理しなければならない他の用途にも使用することができる。例えば、養殖場、養豚場、及び高レベルの硝酸塩が製造され、かつその除去及び／又は処理が必要な他の用途に、他の装置及び方法と共に、脱窒方法及びシステムを使用することができる。
【０２０９】
本明細書に開示したシステムの様々な室、パイプ及び他の部分の構造について、ある材料が開示されているかもしれないが、関連技術で公知の他の材料も使用可能であることが容易に理解されるであろう。
【０２１０】
本発明について、ある実施形態及び詳細な説明に関連して本明細書に開示してきたが、本発明の一般的な構想から逸脱することなく、このような詳細の修正又は変更を行うことができることが、当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、特許請求の範囲によって限定されるべきであり、上に行った実施形態及び詳細な説明によって限定されるべきでない。
【０２１１】
図８に示した実施形態と同様である本発明による生物学的システムが、比較的多数の魚を収容する５００ガロン（１８９２．６５リットル）の水槽を濾過するために使用された。タンクは最初に約５０ｐｐｍの硝酸塩濃度を有した。上述の生物学的システムによる３週間の水の調整後、水槽の硝酸塩含有量は、５ｐｐｍのＮＯ３以下の安全なレベルに低減され、数カ月間ほぼそのレベルに維持された。
【図面の簡単な説明】
【０２１２】
【図１ａ】本発明による、水を調整するために使用可能な様々な工程ステップのフローを表す工程フロー図である。
【図１ｂ】本発明による、陰極液及び陽極液を添加することが可能なステップを示したフロー図である。
【図２ａ】本発明による、水生生物用の水を調整するための１つのシステムの概略図である。
【図２ｂ】本発明の実施形態による、陰極液及び陽極液を作るための装置を含む水生生物用の水を調整するためのシステムの概略図である。
【図３】本発明の実施形態による、好気性バククテリアを支持できる浮遊媒質を収容する室の概略図である。
【図４】本発明の実施形態による、嫌気性バククテリアを支持できる硫黄媒質を収容する脱窒室の概略図である。
【図５】本発明のある実施形態による、カルシウムを含む媒質構成を収容する生物学的システムの室の概略図である。
【図６】本発明のある実施形態による、カルシウムを含む媒質構成を収容する生物学的システムの室の概略図である。
【図７】本発明の実施形態による、生物学的システムの１つの室のある寸法を示した概略図である。
【図８ａ】本発明の実施形態による、生物学的システムの様々な室の構成の概略頂面図及び概略側面図である。
【図８ｂ】本発明の実施形態による、生物学的システムの様々な室の構成の概略頂面図及び概略側面図である。
【図８ｃ】本発明の実施形態による、生物学的システムの様々な室の構成の概略頂面図及び概略側面図である。
【図９】本発明の実施形態による、嫌気性バククテリアを支持できる硫黄媒質を収容する脱窒室の概略図である。
【図１０】本発明の実施形態による、嫌気性バククテリアを支持できる硫黄を含む媒質の概略図である。
【図１１】本発明の実施形態による、嫌気性バククテリアを支持できる硫黄媒質を収容する脱窒室の概略図である。
【図１２ａ】本発明による、硫黄を収容する室と、カルシウムを収容する室とを有する生物学的システムの別の実施形態の概略図である。
【図１２ｂ】図１２ａの実施形態と同様であるが、好気性バククテリア用の媒質を収容する追加の室を有する生物学的システムの別の実施形態の概略図である。
【図１３】入口パイプ及び出口パイプに関し空気ポンピングシステムの詳細を含むシステムの外側を示している図１２の生物学的システムの追加の概略図である。
【図１４】本発明による、図８の生物学的システムの３次元の図面である。
【図１５】本発明の他の実施形態による、単一の円筒室に配置された多数の部分を備える生物学的システムの３次元の図面である。
【図１６】本発明の実施形態による活性炭室の概略図である。
【図１７ａ】本発明の実施形態による、大型水槽用の水を調整するためのシステムの概略図である。
【図１７ｂ】本発明の実施形態による、陰極液及び陽極液を作るための装置を含む大型水槽用の水を調整するためのシステムの概略図である。
【図１８ａ】本発明の実施形態による、水から汚染物質を除去するために藻類を利用する室の側面図及び頂面図を含む図面である。
【図１８ｂ】本発明の実施形態による、水から汚染物質を除去するために藻類を利用する室の側面図及び頂面図を含む図面である。
【図１８ｃ】本発明の実施形態による、水から汚染物質を除去するために藻類を利用する室の側面図及び頂面図を含む図面である。
【図１９ａ】本発明の別の実施形態による、水から汚染物質を除去するために藻類を利用する室内の光源の配置を示した概略図である。
【図１９ｂ】本発明の実施形態による、図１８と図１９ａに示した室に使用可能な光源の概略図である。
【図１９ｃ】本発明の実施形態による、図１８に示した室中に使用可能な光源のそれぞれ側面図及び頂面図を含む概略図である。
【図１９ｄ】本発明の実施形態による、図１８に示した室中に使用可能な光源のそれぞれ側面図及び頂面図を含む概略図である。
【図２０ａ】本発明による様々なタンパク質スキマの実施形態を示した概略図である。
【図２０ｂ】本発明による様々なタンパク質スキマの実施形態を示した概略図である。
【図２０ｃ】本発明による様々なタンパク質スキマの実施形態を示した概略図である。
【図２０ｄ】本発明による様々なタンパク質スキマの実施形態を示した概略図である。
【図２０ｅ】本発明による様々なタンパク質スキマの実施形態を示した概略図である。
【図２１ａ】本発明の実施形態による流体を混合するためのエダクタを示した概略図である。
【図２１ｂ】本発明の実施形態による流体を混合するためのエダクタを示した概略図である。
【図２１ｃ】本発明の実施形態による流体を混合するためのエダクタを示した概略図である。
【図２１ｄ】本発明の実施形態による流体を混合するためのエダクタを示した概略図である。
【図２２ａ】本発明による流体を混合するためのエダクタの他の実施形態を示した概略図である。
【図２２ｂ】本発明による流体を混合するためのエダクタの他の実施形態を示した概略図である。
【図２３ａ】本発明の実施形態による硫酸塩を除去するための室を示した概略図である。
【図２３ｂ】本発明の実施形態による硫酸塩を除去するための室を示した概略図である。
【図２３ｃ】本発明の実施形態による硫酸塩を除去するための室を示した概略図である。
【図２３ｄ】本発明の実施形態による硫酸塩を除去するための室を示した概略図である。
【図２３ｅ】本発明の実施形態による硫酸塩を除去するための室を示した概略図である。
【図２３ｆ】本発明の実施形態による硫酸塩を除去するための室を示した概略図である。
【図２４】本発明の実施形態による好気室の図面である。
【図２５】本発明の実施形態によるカルシウム室の図面である。
【図２６ａ】本発明の実施形態による、水槽又は養殖用途の水を濾過するためのシステムの図面である。
【図２６ｂ】本発明の実施形態による、陰極液及び陽極液の添加を含む水槽又は養殖用途の水を濾過するためのシステムの図面である。
【図２７】本発明の実施形態によるバイオフィルタ室の図面である。
【図２８】本発明の実施形態による、水損失を最小にするための排水システムの図面である。
【図２９】本発明の実施形態による他のバイオフィルタ室の図面である。
【図３０ａ】本発明の実施形態による、図２７のバイオフィルタ室に使用される混合エダクタ用の支持部の図面である。
【図３０ｂ】本発明の実施形態による、図２７のバイオフィルタ室に使用される混合エダクタ用の支持部の図面である。
【図３１ａ】アクアタンクを清浄にするための陽極液及び陰極液の使用の概略図である。
【図３１ｂ】アクアタンクを清浄にするための陽極液及び陰極液の使用の概略図である。
【図１ａ】
2007508813.tif 000003
【図１ｂ】
2007508813.tif 000004
【図２ａ】
2007508813.tif 000005
【図２ｂ】
2007508813.tif 000006
【図３】
2007508813.tif 000007
【図４】
2007508813.tif 000008
【図５】
2007508813.tif 000009
【図６】
2007508813.tif 000010
【図７】
2007508813.tif 000011
【図８ａ】
2007508813.tif 000012
【図８ｂ】
2007508813.tif 000013
【図８ｃ】
2007508813.tif 000014
【図９】
2007508813.tif 000015
【図１０】
2007508813.tif 000016
【図１１】
2007508813.tif 000017
【図１２ａ】
2007508813.tif 000018
【図１２ｂ】
2007508813.tif 000019
【図１３】
2007508813.tif 000020
【図１４】
2007508813.tif 000021
【図１５】
2007508813.tif 000022
【図１６】
2007508813.tif 000023
【図１７ａ】
2007508813.tif 000024
【図１７ｂ】
2007508813.tif 000025
【図１８ａ】
2007508813.tif 000026
【図１８ｂ】
2007508813.tif 000027
【図１８ｃ】
2007508813.tif 000028
【図１９ａ】
2007508813.tif 000029
【図１９ｂ】
2007508813.tif 000030
【図１９ｃ】
2007508813.tif 000031
【図１９ｄ】
2007508813.tif 000032
【図２０ａ】
2007508813.tif 000033
【図２０ｂ】
2007508813.tif 000034
【図２０ｃ】
2007508813.tif 000035
【図２０ｄ】
2007508813.tif 000036
【図２０ｅ】
2007508813.tif 000037
【図２１ａ】
2007508813.tif 000038
【図２１ｂ】
2007508813.tif 000039
【図２１ｃ】
2007508813.tif 000040
【図２１ｄ】
2007508813.tif 000041
【図２２ａ】
2007508813.tif 000042
【図２２ｂ】
2007508813.tif 000043
【図２３ａ】
2007508813.tif 000044
【図２３ｂ】
2007508813.tif 000045
【図２３ｃ】
2007508813.tif 000046
【図２３ｄ】
2007508813.tif 000047
【図２３ｅ】
2007508813.tif 000048
【図２３ｆ】
2007508813.tif 000049
【図２４】
2007508813.tif 000050
【図２５】
2007508813.tif 000051
【図２６ａ】
2007508813.tif 000052
【図２６ｂ】
2007508813.tif 000053
【図２７】
2007508813.tif 000054
【図２８】
2007508813.tif 000055
【図２９】
2007508813.tif 000056
【図３０ａ】
2007508813.tif 000057
【図３０ｂ】
2007508813.tif 000058
【図３１ａ】
2007508813.tif 000059
【図３１ｂ】
2007508813.tif 000060
【国際調査報告】
2007508813.tif 000061
2007508813.tif 000062
2007508813.tif 000063