(57)【要約】【課題】貯水の交換を頻繁に行う手間や労力面を軽減することができばかりでなく、短時間かつ簡便に設置できる濾過装置及びこれを利用した懸濁粒子濃縮装置並びに水産生物の育成装置を提供する。【解決手段】粒子状濾材６を充填した濾過槽２に汚濁水を上向きに通水することで、粒子状濾材６が水の流れにより流動化を起こしつつ水の浄化を行う濾過装置において、上面又は下面が開放された筒状で、その内部に乱流場２ｂと層流場２ａとなる流動層を交互に積層した濾過槽２を備えると共に、外部と通水及び通気可能にされた上昇流発生チューブ３又は４を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子状濾材を充填した濾過槽に汚濁水を上向きに通水することで、当該粒子状濾材が水の流れにより流動化を起こしつつ水の浄化を行う濾過装置において、上面又は下面が開放された筒状で、その内部に乱流場と層流場となる流動層を交互に積層した濾過槽を備えると共に、外部と通水及び通気可能にされた上昇流発生チューブを備えたことを特徴とする濾過装置及びこれを利用した懸濁粒子濃縮装置並びに水産生物の育成装置。
【請求項２】
汲水上昇流型と汲水下降型の濾過槽を単一の処理水槽内又は単一の処理水域内に配設したことを特徴とする請求項１記載の濾過装置及びこれを利用した懸濁粒子濃縮装置並びに水産生物の育成装置。
【請求項３】
濾過槽は、その下部が浄化対象水域に水没するように設置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の濾過装置及びこれを利用した懸濁粒子濃縮装置並びに水産生物の育成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、濾過装置に関し、とくに水産生物を活かしておくための簡易設置型水槽の濾過装置、懸濁粒子濃縮装置並びに、アサリ、ハマグリ、シジミ等の稚貝や幼生といった種苗あるいはナマコ等の水産生物を効率的に養殖することができる育成装置としても使用できる濾過装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、河川や湖沼などの汚濁水の浄化方法としては、接触酸化法あるいは浸漬濾床法などと呼ばれる浄水処理が知られている。また、これらの浄水処理においては、とくにバクテリアによる酸化分解作用が浄化に大きく貢献することから生物濾過法と呼ばれる。【０００３】  この浄水処理は濾材として、ハニカムチューブ、ナイロン帯、プラスチック成形濾材、木炭、あるいは活性炭、セラミック、砂などの粒状濾材を濾過槽に充填し、この濾過槽内に汚濁水を通水させて原水中の汚濁物質（ＳＳ）や有機物などを除去するものである。そして、原水中に自生していたバクテリアが次第に濾材表面上に繁殖し、生物膜と呼ばれる膜が形成されることにより、汚濁物の除去効果を促進する。【０００４】  ところで、例えば、クルマエビ活エビ販売用水槽のような簡易設置型の水槽においては、クルマエビの糞等により貯水が直ぐに汚れてしまい、エビも見えない状態にまで懸濁する。例えば、２５０リットル容量程度の箱型水槽で販売期間が一ヶ月程度である場合、貯水の交換を頻繁に行うことは手間や労力面で困難をきすものであり、短時間で貯水を濾過して透明度の高い水質を維持する必要があった。【０００５】  このような小型水槽等における貯水の浄水処理として、上述したバクテリアを用いた生物濾過法又は濾過フィルター等を用いた機械的浄化法も考えられるが、一ヶ月程度の稼働期間で迅速に浄水能力を発揮しなければならない場合では、バクテリアが発生するための十分な時間が無く、生物濾過法は採用できない。したがって、機械的な濾過システムを使わざるを得ないが、高価なシステムは使えない。また、短時間で製作設置する必要がある。【０００６】  機械的な濾過システムとしては、固定床式と流動床式に大別することができる。そのうちの流動床式濾過は、原水の流れにより濾材層を流動化させながら濾過を行うもので、水の比重よりもやや大きな比重の粒状の濾材を用いて原水を上向きに通水し、濾材層を流動化させるのが一般的なものである（例えば、特許文献１参照。）。【０００７】  他にも、養魚水が流入される浄化槽と、この浄化槽内に、浄化槽内底面とは所定の空間が存在するように、かつ養魚水中に没するように配置された反応筒と、反応筒内下部に配置され、エアレーションパイプに接続されて反応筒内にエアーを噴出するディフーザーと、反応筒内にフェノール露出基のある化合物を含む微生物代謝産物もしくは腐植物からなる溶出充填材が充填された充填層と、安山岩質、流紋岩質等の活性化した珪酸分が含まれる砕石からなる溶出充填材が充填層と、浄化槽内に沈積した汚泥を引き抜く汚泥引抜管を備えた魚飼育用浄水装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。【０００８】  水槽と、この水槽の上方内に位置している回転体と、この回転体の外周壁を形成している通水壁と、回転体内に空間部をおいて収容されていると共に、粒状濾材から成る濾材層と、回転体の回転軸心線上を貫通して水槽外に延びる濾水流出管と、水槽の下方において原水を漸時下降する渦巻流が生じるように水槽内に流入させる流入口と、下降した渦巻流の中央上昇流を濾材層を通して水槽外部に流出させると共に、回転体内における濾水流出管に形成されている濾水流出���と、水槽に形成されている沈殿物排出口を有し、通水壁がフィルター網で形成された濾過装置が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。【０００９】  水に浮上する軽量の浮上濾材の充填層を濾過槽中段部に形成し、原水を充填層内を通過させる間に濾過し、目詰まりして濾過効率が低下したとき、上部から逆洗洗浄水をスクリーンを通過させ下向流速で濾材充填層内に導入して洗浄するようにした濾過装置が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。【００１０】  微生物を付着させた接触材に原水を接触させて浄化を行う生物処理装置と、この生物処理された原水を濾過膜に透過させて固液分離を行い処理水を系外に取り出す膜濾過装置、更には、この生物処理装置および膜濾過装置の下方に位置し、原水中に含まれている固形物および沈殿物を分離する濃縮装置を、単一の処理槽内に配設し、生物処理および膜濾過を行い、濃縮装置で濃縮する各処理を一工程で連続処理することができる浄水装置が提案されている（例えば、特許文献５参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平３−３８２８９号公報
【特許文献２】特公平７−４１２４６号公報
【特許文献３】特公昭６１−１９２８５号公報
【特許文献４】特開２００４−４１９１６号公報
【特許文献５】特開平７−３２３２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  しかしながら、極めて短期間で小量の貯水に大量に出入りするエビ等の水産生物により漸次排出される汚物に対して、微細なメッシュによる濾過フィルター等を使用した場合、直ぐに目詰まりを起こすため使用できない。
本発明は、上記のような従来技術の課題に鑑み、貯水の交換を頻繁に行う手間や労力面を軽減することができるばかりでなく、短時間かつ簡便に設置できる濾過装置及びこれを利用した懸濁粒子濃縮装置並びに水産生物の育成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  上記目的を達成するため、本発明の濾過装置及びこれを利用した懸濁粒子濃縮装置並びに水産生物の育成装置は、粒子状濾材を充填した濾過槽に汚濁水を上向きに通水することで、当該粒子状濾材が水の流れにより流動化を起こしつつ水の浄化を行う濾過装置において、上面又は下面が開放された筒状で、その内部に乱流場と層流場となる流動層を交互に積層した濾過槽を備えると共に、外部と通水及び通気可能にされた上昇流発生チューブを備えたことを第１の特徴とする。また、汲水上昇流型と汲水下降型の濾過槽を単一の処理水槽内又は単一の処理水域内に配設したことを第２の特徴とする。さらに、濾過槽は、その下部が浄化対象水域に水没するように設置されていることを第３の特徴とする。【００１４】  本発明では、濾過槽容器内の水が上面から排出され、その補償水として容器底面から水槽の貯水等が流入し、濾過槽内部の水の交換が起き、外部から流入する水に含まれる懸濁物質が濾過槽内で濃縮される。【００１５】  本発明で使用する濾過容器の材質及び形状は特に限定されないが、耐水、耐光性のあるプラスチック又は金属からなる筒状であるのが好ましい。また、濾過容器の底面は、容器内への水の流入を著しく妨げない状態に開口したものであればよく、例えば、剛性強化のために、底部内周縁にフランジを形成したものでもよい。
【発明の効果】
【００１６】  本発明は、水産生物を活かしておくための貯水の交換を頻繁に行う手間や労力面を軽減することができる簡易設置型水槽の濾過装置、懸濁粒子濃縮装置並びに、アサリ、ハマグリ、シジミ等の稚貝や幼生といった種苗あるいはナマコ等の水産生物を効率的に養殖することができる育成装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る濾過装置の一実施例を示す概念図である。
【図２】本発明に係る濾過装置を連結した浄水システムを示す斜視図である。
【図３】水面浮上式の濾過装置示す斜視図である。
【図４】本発明に係る濾過装置の他の実施例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１８】  図１に示すように、本発明の濾過装置１は、汲水上昇流型１Ａと汲水下降流型１Ｂの２タイプに大別される。濾過槽２は、濾材６の層（乱流場）２ｂと空隙層（層流場）２ａが互層となる構造とされている。通常の濾過槽は、濾材を濾過器の中に充填して、濾過対象流体をポンプ等により圧送して、濾材の濾過効果を利用して濾過している。また、濾過器も濾過対象水槽又は水域の外部に設置していることが多いが、本発明の濾過装置１は、濾過対象水中に水没させて設置することが特徴となっている。また、濾材６の粒径あるいは濾材６同士の間隙は、濾過対象懸濁粒子径より大きな間隙とされ、濾材６の目詰まりによる濾過機能の低下を防止する。【００１９】  濾過槽２内部は多孔板１０で複数の層に画成され、空隙層２ａと濾材・育成培地層２ｂが設けられている。濾材層２を構成する濾材粒子としては、ボラ土や活性炭やアンスラサイト、クリストバライト、ゼオライトなどの天然の鉱物、あるいは珪砂などが用いられる。濾材粒子の大きさは濾過対象懸濁粒子径により変化させるとよいが、好ましくは１ｍｍ前後のものを用い、濾材の選定に際しては濾材粒子の大きさと密度に応じて濾材層２を流動化させる流速を適度に調整する。【００２０】［濾過濃縮原理］
本発明の濾過装置１は、前述したように、汲水上昇流型１Ａと汲水下降流型１Ｂの２タイプであるが、共にポンプ等で水圧をかけて濾過槽２内に流体を強制的に押し込むのではなく、濾過槽２から排出される流体をＵ字型排水チューブ３又はＬ字型排水チューブ４を用いてエアーリフト方式に排水することで、その補水効果により濾過槽２内に流体が静かに層流状態を保ちながら吸水される現象を利用したものである。【００２１】  濾過装置１に吸水される海水等の流体には、プランクトンやデトライタス（生物砕片）等の懸濁粒子が含まれている。この懸濁粒子は、粒子表面がマイナス電子に帯電しており、互いのマイナス電子同士で反発しあって凝集が起こりづらい状態となっている。このような懸濁粒子が含まれている流体が、濾材６の空隙を通過するときは、流速や流向が激しく変化する乱流場２ｂに侵入してくるために、懸濁粒子間の衝突によるマイナス電子の離脱や濾材６との接触により、懸濁粒子表面のマイナス電子配列に乱れが生じて、結果的に凝集作用を起こすことになる。【００２２】  これらの凝集作用による比重の増加や懸濁粒子間の濾材６の間隙を通過する際の流速、流向の激しい乱れによる摩擦抵抗の変化等で流体の汲水移動速度と懸濁移動速度に変化を生じるようになる。つまり、流体の速度により懸濁粒子の相対速度が遅くなる。これらの傾向は、濾材層２ｂを通過して上部の空隙２ａに層流状態で流体が移送する際に顕著に現われる。【００２３】  この流体と懸濁粒子との移動速度の変化は、濾材層２ａと空隙２ｂ間を互層構造にすることで更に助長されることとなり、結果的に懸濁粒子は徐々に装置内で濃縮、貯留されることになる。また凝集懸濁粒子は、結果的に粒径を増すことになるので、空隙上層部２ｂの濾材６を通過しづらくなり、濃縮がさらに助長される。【００２４】  濾過装置１内に貯留される懸濁粒子径あるいは貯留速度は、濾材６の粒子径、間隙率、濾材６の材質及び通過させる流体速度を変化させることで、流体摩擦抵抗や電気伝導度の差によるマイナス電子の伝搬等の違いにより変化させることができる。結果として、濾材６の質や粒子径、流体通過速度を変化させることで、濾過装置１内に貯留される懸濁粒子の粒子径や貯留速度を選択的に変化させることができる。因みに流体の通過速度を変化させるには、動力として利用している気泡の粒径や送気量を変化させることで容易に調整が可能である。そのため、気泡注入のための送気チューブ３には、送気調整バルブ５を付加している。尚、気泡を注入する部分の水深を変化させることでも調整は可能である。【００２５】［水質浄化装置（濾過装置）］としての利用
上記の濾過濃縮原理説明で述べたように、本発明の濾過装置１は、水質浄化装置あるいは水質濾過装置としてその機能を十分に発揮する、図２に示すように、この装置を水槽８に設置して、これらを連結稼働することで、水質浄化プラントを構築することも可能である。また、図３に示すように、浮体７を取り付けたものを、汚水地、水路等に浮遊した状態で設置したり、固定設置しても同様な効果を得られる。【００２６】［懸濁粒子の濾過濃縮装置の育成器としての利用］
海水や自然の淡水中の懸濁粒子とは、鉱物系の粒子だけではなく、プランクトンやデトライタス（生物破片）等の生物由来の有機系粒子も含まれている。これら有機系懸濁粒子は、それらを摂食する生物にとっては、餌料として位置づけられる。この視点から見ると、本発明の濾過装置１は、餌料濃縮装置として見ることもできる。【００２７】  有機系懸濁粒子を餌料とする代表的な水産生物としては、アサリ・シジミといった２枚貝があげられる。濾材６に付着した有機物や濾材上に沈降堆積した有機系懸濁粒子を摂食する生物としては、ナマコ類がある。また、濾材６中に生息してこれらを摂食する生物群には、イソメ等の多毛類、貧毛類がある。この多毛類、貧毛類は釣り餌等の生物として利用価値がある。【００２８】  つまり、これら水産生物にとって、本発明装置１は、装置外の水域Ｗより餌料濃度が高く、且つ海水交換流を持つ（溶存酸素等の供給）育成装置として有効である。これにより、本発明装置１周辺の水域より、水産生物の成長や生存率及び生息密度を高めることができる。【００２９】  濾材６中に生息する生物には、アサリ等２枚貝の潜砂性生物、多毛類や貧毛類等の砂中生物にとっては、濾材６がそのまま育成培地になる。アサリ等の２枚貝稚貝のように、それ自体が粒子状の形態を持つ水産生物を収容する場合には、濾材６を使用しないで、収容生物自体を濾材代わりとして収容育成しても同様な効果が得られる。【００３０】［２枚貝等水産生物の産卵幼生の集積育成装置としての利用］
本発明の濾過装置１が懸濁態有機物を濃縮・貯留することはすでに述べたとおりであるが、濾過槽２に、２枚貝等を収容して放卵・放精が行われると、受精卵は、濾過槽２内に貯留される確率が高くなる。とくに、濾過装置１を水槽やタンク内に設置して貯水状態で循環させることで、卵の貯留状態効率も上がり、加えて海水の循環効率も上がるため、溶存酸素濃度も維持され、洗卵効率等も上がることから、体外受精率や幼生の生残生息率を上げる可能性が高くなる。つまり、産卵、孵化装置や幼生育成装置・稚貝育成装置としても利用できる。【００３１】  濾過槽２内に濃縮・貯留された卵や幼生あるいはそれより発達育成した稚貝等を水槽外に育成装置毎引き抜き取り出す場合、とくに、汲水上昇型装置１Ａの場合は、図４に示すように、底部開口１ａに逆止弁９を付加することで、装置１Ａを水外に引き抜くときの流失を防止することができる。尚、本装置１内で産卵させなくても、他の水槽で採卵、採取された受精卵や幼生をこの本装置１が設置された水槽８に直接投入しても、同様な効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３２】１    濾過装置
１Ａ  汲水上昇型濾過装置
１Ｂ  汲水下降型濾過装置
１ａ  底部開口部
１ｂ  上部開口部
２    濾過槽
２ａ  乱流場（濾層・育成培地）
２ｂ  層流場（濾層間の空隙）
３    Ｕ字型排水チューブ
４    Ｌ字型排水チューブ
５    送気調整バルブ
６    濾材
７    浮体
８    水槽（人工水域）
９    逆止弁
１０  多孔板（仕切板）
Ｗ    設置水面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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