(57)【要約】【課題】海水中のアンモニアの分解除去を電気分解によって効率良く行なうことができる魚介類の養殖装置を提供する。【解決手段】魚介類を飼育する飼育する飼育水槽１の海水を循環経路２を通して循環させながら電気分解槽３で海水中のアンモニア等の窒素成分を除去するようにした魚介類の養殖装置に関する。循環経路２内に臭素イオンを添加する臭素イオン添加装置４を具備すると共に、電気分解槽３より水の流れの下流側位置において循環経路２に、入口部と出口部にそれぞれ残留次亜ハロゲン酸検知部５，６を有する貯溜槽７を接続する。そして貯溜槽７の入口部と出口部の残留次亜ハロゲン酸検知部５，６で測定された海水中の残留次亜ハロゲン酸の濃度の差が所定の設定値より小さいときに臭素イオン添加装置４から臭素イオンが添加されるようにする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
魚介類を飼育する飼育水槽の海水を循環経路を通して循環させながら電気分解槽で海水中のアンモニア等の窒素成分を除去するようにした魚介類の養殖装置において、循環経路内に臭素イオンを添加する臭素イオン添加装置を具備すると共に、電気分解槽より水の流れの下流側位置において循環経路に、入口部と出口部にそれぞれ残留次亜ハロゲン酸検知部を有する貯溜槽を接続し、貯溜槽の入口部と出口部の残留次亜ハロゲン酸検知部で測定された海水中の残留次亜ハロゲン酸の濃度の差が所定の設定値より小さいときに臭素イオン添加装置から臭素イオンが添加されるようにして成ることを特徴とする魚介類の養殖装置。
【請求項２】
臭素イオン添加装置が、臭素塩溶液あるいは臭化水素溶液を循環経路内の水に滴下して添加する装置であることを特徴とする請求項１に記載の魚介類の養殖装置。
【請求項３】
臭素イオン添加装置が、臭素塩の粉末あるいは錠剤を循環経路内の水に溶解させて添加する装置であることを特徴とする請求項１に記載の魚介類の養殖装置。
【請求項４】
電気分解槽より下流側の貯溜槽において臭素イオンを添加するようにして成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の魚介類の養殖装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海水（人工海水を含む）を閉鎖系で循環させて再利用しながら、飼育水槽で魚介類を養殖したり一時的に畜養したりするようにした閉鎖循環式の魚介類の養殖装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
海水面から離れた陸上地点で、食用あるいは鑑賞用の魚介類を飼育する閉鎖式の養殖装置が従来から検討されている。この閉鎖循環式の養殖装置では、飼育魚介類の排泄物や残餌等を飼育水槽から除去する処理を、周辺環境への排出希釈によることなく、系内で行なう必要がある。このために、飼育水槽に循環経路を接続し、飼育水槽の海水を循環経路に通して循環させる間に、海水中の魚介類の排泄物や残餌等を除去して浄化することが行なわれている。
【０００３】
魚介類の排泄物のうち、海水に溶解しているアンモニア等の窒素成分を分解除去するにあたって、従来は硝化細菌を用いる微生物処理が主流であるが、電気化学処理によって分解除去する方法も提案されている。すなわち、飼育水槽の循環経路に電気分解槽を接続し、海水を電解分解することによって生成される次亜ハロゲン酸をアンモニアと反応させ、アンモニアを除去するようにしたものである（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１０７２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、海水中にはハロゲンイオンとして２００００ｍｇ／リットルを超える濃度の塩素イオンの他に、６０ｍｇ／リットルの濃度で臭素イオンが含まれている。そして海水を電気分解すると塩素イオンと臭素イオンはともに酸化され、次亜塩素酸と次亜臭素酸が生成されるが、次亜塩素酸は臭素イオンの存在下では次の反応式（１）のように、極めて速やかに臭素イオンに酸素が奪われて塩素イオンとなると共に、次亜臭素酸に変換される。
【０００６】
ＣｌＯ−＋Ｂｒ−  →  Ｃｌ−＋ＢｒＯ−      （１）
従って、海水を電気分解してアンモニア脱窒を行なう場合、アンモニアが反応するのは殆ど次亜臭素酸である。次亜臭素酸とアンモニアの反応の総括式は次の式（２）の通りである。
【０００７】
２ＮＨ４＋＋３ＢｒＯ−＋２ＨＯ−  →  ４Ｎ２＋３Ｂｒ−＋５Ｈ２Ｏ  （２）
このように、次亜臭素酸がアンモニアと反応すると、次亜臭素酸は臭素イオンに戻るが、次亜臭素酸は反応性に富むので、アンモニア以外とも良く反応し、例えば海水中の有機物と反応して揮発性物質を形成したり、養殖装置の配管材料の表面に結合したりし易く、これに伴って海水中の臭素が失われ易い。このように養殖装置の循環系の海水中から臭素が徐々に失われることは実際に観測されている。
【０００８】
そしてこのように海水中から臭素が喪失されて不足すると、海水の電気分解によってアンモニアと反応するのは殆ど次亜塩素酸であるが、次亜塩素酸と次亜臭素酸との間にはアンモニアの脱窒反応において明瞭な差があり、次亜臭素酸の方がアンモニアとの反応効率が高い。すなわち、海水を電気分解することによって生成される次亜ハロンゲン酸とアンモニアとの反応は、先ず次亜ハロゲン酸とアンモニアが結合してモノクロラミン等のハロアミン物質ができ、次にこのハロアミン同士が反応して、窒素が生成されると共に次亜ハロゲン酸はハロゲンイオンに戻るという反応であるが、上記の総括式（２）のようには効率よく進行せず、反応の進行には次亜ハロゲン酸が過剰に存在することが必要である。そしてこの過剰状態が、次亜塩素酸の場合は次亜臭素酸の場合の３〜５倍必要であることが観測されているのである。
【０００９】
このように、海水中に臭素イオンが不足する系では、電気分解槽で余剰な次亜塩素酸などの次亜ハロゲン酸を生成させるためにより大きな電力が必要となる。また魚介類の飼育において次亜ハロゲン酸は毒性を発揮するので、次亜ハロゲン酸を除去するための除去槽を設置する必要があるが、余剰な次亜ハロゲン酸の増大に伴って除去槽も大型化することになる。従って、臭素イオンが不足する海水で魚介類の養殖を行なう場合には、設備コストや運転コストの増加を招くことになるという問題が生じるものであった。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、海水中のアンモニアの分解除去を電気分解によって効率良く行なうことができる魚介類の養殖装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る魚介類の養殖装置は、魚介類を飼育する飼育水槽１の海水を循環経路２を通して循環させながら電気分解槽３で海水中のアンモニア等の窒素成分を除去するようにした魚介類の養殖装置において、循環経路２内に臭素イオンを添加する臭素イオン添加装置４を具備すると共に、電気分解槽３より水の流れの下流側位置において循環経路２に、入口部と出口部にそれぞれ残留次亜ハロゲン酸検知部５，６を有する貯溜槽７を接続し、貯溜槽７の入口部と出口部の残留次亜ハロゲン酸検知部５，６で測定された海水中の残留次亜ハロゲン酸の濃度の差が所定の設定値より小さいときに臭素イオン添加装置４から臭素イオンが添加されるようにして成ることを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項２の発明は、請求項１において、臭素イオン添加装置４が、臭素塩溶液あるいは臭化水素溶液を循環経路２内の水に滴下して添加する装置であることを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項３の発明は、請求項１において、臭素イオン添加装置４が、臭素塩の粉末あるいは錠剤を循環経路内の水に溶解させて添加する装置であることを特徴とするものである。
【００１４】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、電気分解槽３より下流側の貯溜槽７において臭素イオンを添加するようにして成ることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、魚介類が飼育される飼育水槽１に循環経路２が接続してあり、循環経路２に設けた循環ポンプ１１を作動させることによって、飼育水槽１中の海水を循環経路２を通して循環させるようにしてある。そしてこの循環経路２には、海水の流れの方向に沿った順で、沈殿槽１２、微細気泡ＳＳ分離装置１３、電気分解槽３、貯溜槽７、ハロゲン除去槽１４、循環ポンプ１１、熱交換器１５が接続してある。
【００１７】
また循環経路２を流れる海水が貯溜槽７に流入する入口部と、貯溜槽７から海水が流出する出口部にそれぞれ次亜ハロゲン酸濃度検出センサを設けて、入口側の残留次亜ハロゲン酸検知部５と出口側の残留次亜ハロゲン酸検知部６が形成してある。この次亜ハロゲン酸濃度検出センサとしては、電流検知型センサーやＯＲＰ（酸化還元電位）センサーを用いることができる。
【００１８】
この貯溜槽７には臭素イオン添加装置４が接続してあり、貯溜槽７内の海水に臭素イオンを添加することができるようにしてある。臭素イオンの添加源としては臭化ナトリウムなどの臭素塩や臭化水素を用いることができる。そして臭素イオン添加装置４としては、臭化ナトリウム水溶液など臭素塩溶液あるいは臭化水素の水溶液など臭化水素溶液を貯溜槽７内に滴下することによって、循環経路２中の海水に添加する装置として形成したものを用いることができる。あるいは、臭化ナトリウムなど臭素塩の粉末あるいは錠剤を貯溜槽７内に投入して海水に溶解させることによって、循環経路２中の海水に添加する装置として形成したものを用いることもできる。また、上記の貯溜槽７の入口部と出口部の残留次亜ハロゲン酸検知部５，６は、制御回路を内蔵して形成される臭素イオン添加制御部１７に電気的に接続してあり、各残留次亜ハロゲン酸検知部５，６で検知された残留次亜ハロゲン酸量のデータが臭素イオン添加制御部１７に入力されるようになっている。この臭素イオン添加制御部１７は臭素イオン添加装置４のポンプ４ａにも電気的に接続してあり、臭素イオン添加装置４による臭素イオンの添加を制御することができるようにしてある。
【００１９】
上記のように形成される閉鎖循環式養殖システムにあって、飼育魚介類の排泄物や食べ残された餌を含む飼育水槽１内の海水は、飼育水槽１の底部からまず沈殿槽１２に送られ、比較的大きな粒子が沈降分離された後、微細気泡ＳＳ分離装置１３で浮遊性の固形物が微細気泡による加圧浮上分離により取り除かれる。微細気泡ＳＳ分離装置１３ではまた、魚の体表分泌物由来のタンパク質等の溶解性高分子物質が泡沫として、浮遊性固形物とともに取り除かれる。このように、沈殿槽１２と微細気泡ＳＳ分離装置１３で物理的ろ過処理された海水は電気分解槽３に送られ、電解処理される。
【００２０】
電気分解槽３内には一対の電極１９，１９が対向させて配設してある。この一対の電極１９，１９は海水の流れと平行の向きに配置してあり、電源装置２０から直流電流が印加されるようにしてある。電極１９は白金／イリジウムめっきチタン板などからなるものであり、予め設定された時間毎に、印可される電位を逆転させて陽極と陰極を交代させるようにしてある。電源装置２０から印加される電解電圧は３〜２０Ｖ程度、電解電流値は１０〜２０Ａ程度が好ましい。そして電気分解槽３内において、海水は既述のように、亜臭素酸によるアンモニア脱窒反応を受けて、海水中のアンモニアが除去される。また海水中に含まれる亜硝酸が硝酸に酸化され、さらに次亜ハロゲン酸の酸化力によって海水の脱色及び殺菌がなされる。
【００２１】
このように電気分解槽３で電解処理された海水は、貯溜槽７を通過した後、ハロゲン除去槽１４に送られる。ハロゲン除去槽１４には活性炭が充填してあり、反応に消費されずに余った活性ハロゲンが活性炭の触媒作用で分解され、活性ハロゲンの濃度を魚毒性が発揮される濃度以下に抑える処理がなされる。ハロゲン除去槽１４で処理された海水は、循環ポンプ１１を経由して熱交換器１５を通過し、魚介類の飼育に適した温度に温度調整された後、飼育水槽１に返送される。このようにして海水を浄化しながら、飼育水槽１の海水を循環させることによって、飼育海水を交換する必要なく長期間に亘って魚介類を飼育水槽１で飼育することができるものである。
【００２２】
また、上記のように飼育水槽１の海水を循環経路２を通して循環させながら運転を行なうにあたって、電気分解槽３で処理された海水は、貯溜槽７に流入して所定時間貯溜された後に流出するようになっている。そして貯溜槽７に流入する入口部での海水の残留次亜ハロゲン酸濃度が残留次亜ハロゲン酸検知部５で測定されており、また貯溜槽７内で滞留した後に流出する出口部の海水の残留次亜ハロゲン酸濃度が残留次亜ハロゲン酸検知部６で測定されている。このように各残留次亜ハロゲン酸検知部５，６で検知された残留次亜ハロゲン酸濃度のデータは臭素イオン添加制御部１７に入力して演算され、両濃度の差が予め設定された所定値より大きいときには、海水中に十分な量の臭素イオンが存在すると判定されると共に、この両濃度の差が予め設定された所定値より小さいときには、海水中の臭素イオンが不足すると判定される。
【００２３】
すなわち、既述の式（１）のように次亜塩素酸は臭素イオンの存在下では速やかに次亜臭素酸に変換されるので、臭素イオンが存在する状態では海水中の残留次亜ハロゲン酸は次亜臭素酸のみになっている（海水中のヨウ素は微量であるので殆ど無視できる）。そしてこの次亜臭素酸は既述のように反応性に富むので、貯溜槽７に滞留している間に、有機物や槽７の表面材料と反応して失われ易く、海水中の次亜臭素酸の濃度は大きく低下する。従って、海水中に臭素イオンが十分に存在すると、海水が貯溜槽７に滞留している間に次亜臭素酸の濃度、すなわち次亜ハロゲン酸の濃度が大きく低下し、貯溜槽７から流出する出口部の残留次亜ハロゲン酸検知部５で検出される海水の残留次亜ハロゲン酸濃度は、貯溜槽７に流入する入口部の残留次亜ハロゲン酸検知部６で検出される海水の残留次亜ハロゲン酸濃度よりも小さくなる。一方、海水中の臭素イオンの量が少なくなると、次亜塩素酸は次亜臭素酸に変換されなくなるので、電気分解槽３で生成された海水中の次亜塩素酸はそのまま次亜塩素酸として存在し、貯溜槽７に流入する海水中の残留次亜ハロゲン酸は次亜塩素酸のみになっている。そしてこの次亜塩素酸は次亜臭素酸よりも反応性が低いので、海水が貯溜槽７に滞留してもその間に反応して失われる量は少ない。従って、海水中の臭素イオンの量が少ないと、海水が貯溜槽７に滞留している間に次亜塩素酸の濃度、すなわち次亜ハロゲン酸の濃度が大きく低下するようなことがなくなり、貯溜槽７から流出する出口部の残留次亜ハロゲン酸検知部６で検出される海水の残留次亜ハロゲン酸濃度は、貯溜槽７に流入する入口部の残留次亜ハロゲン酸検知部５で検出される海水の残留次亜ハロゲン酸濃度よりもあまり小さくならない。
【００２４】
このように、海水中の臭素イオンの濃度が高いときには、貯溜槽７の入口部での海水の残留次亜ハロゲン酸濃度と、貯溜槽７の出口部での海水の残留次亜ハロゲン酸濃度との差が大きくなり、海水中の臭素イオンの濃度が低いときには、貯溜槽７の入口部での海水の残留次亜ハロゲン酸濃度と、貯溜槽７の出口部での海水の残留次亜ハロゲン酸濃度との差が小さくなる。そして貯溜槽７に海水が滞留する時間が、海水中に十分な量の臭素イオンが存在するときに、貯溜槽７の出口部での海水の残留次亜ハロゲン酸濃度が貯溜槽７の入口部での海水の残留次亜ハロゲン酸濃度の１０％〜５０％の範囲で減少するように設定しておけば、海水中の臭素イオン濃度が不足しているときには、この残留次亜ハロゲン酸濃度の減少は１０％未満になる。従ってこの場合、貯溜槽７の入口部の残留次亜ハロゲン酸検知部５で測定される残留次亜ハロゲン酸濃度と、貯溜槽７の出口部の残留次亜ハロゲン酸検知部６で測定される残留次亜ハロゲン酸濃度の差が１０％以上であれば、海水中の臭素イオン濃度は十分であると判定することができる。またこの残留次亜ハロゲン酸濃度の差が１０％未満であれば、海水中の臭素イオン濃度は不十分であると判定することができるものであり、このように判定されると臭素イオン添加制御部１７によって臭素イオン添加装置４のポンプ４ａを作動させるように制御し、貯溜槽７に臭素イオン添加装置４から臭素塩あるいは臭化水素を供給し、海水に臭素イオンを添加して補充することができるものである。
【００２５】
海水への臭素イオンの添加の箇所は、循環経路２の中のどの箇所であってもよいが、上記の実施の形態のように、電気分解槽３の後段に位置する貯溜槽７に臭素イオンを添加するようにすれば、電気分解槽３で生成される次亜塩素酸を、アンモニアに対する反応性が高い次亜臭素酸に変換させることができ、アンモニア除去の効率の上で好ましい。
【００２６】
ここで、上記のように海水に人為的に臭素イオンを添加して臭素イオン濃度を増加させる場合、臭素イオン濃度が高くなり過ぎると、電気分解槽３の別の機能である、水中の亜硝酸を酸化する性能が劣化するという知見が観測結果から得られている。すなわち、養殖装置の槽内や配管内の電気分解槽３よりも海水の流れの上流側で、意図せずに硝化細菌が成育し、この硝化細菌の生物的硝化反応でアンモニアが亜硝酸に酸化されることがあり、この亜硝酸は魚介類に対して強い魚毒作用を発揮する。そしてこの亜硝酸を含む海水が電気分解槽３に流入すると、電気分解によってこの亜硝酸は酸化され、魚毒性が亜硝酸よりはるかに低い硝酸に変換することができるのである。しかし、海水中に過剰に臭素イオンが添加されて臭素イオン濃度が高くなり過ぎると、亜硝酸の酸化が阻害され、亜硝酸が海水中に残留することによる危険な状態が発生することになる。これは、電気分解槽３の電極１９の表面での反応確率は反応物濃度に依存し、臭素イオン濃度が亜硝酸濃度より過剰に高いと亜硝酸の酸化反応が阻害されるためであると考えられるものであり、実験結果では、海水中の臭素イオン濃度が６００ｍｇ／リットルを超えると、亜硝酸の酸化が阻害されると判断されている。従って、海水への臭素イオンの添加量は、養殖装置の系内の海水中の臭素イオン濃度が６００ｍｇ／リットルを超えないように設定するのが好ましい。
【００２７】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る魚介類の養殖装置は、魚介類を飼育する飼育水槽の海水を循環経路を通して循環させながら電気分解槽で海水中のアンモニア等の窒素成分を除去するようにした魚介類の養殖装置において、循環経路内に臭素イオンを添加する臭素イオン添加装置を具備すると共に、電気分解槽より水の流れの下流側位置において循環経路に、入口部と出口部にそれぞれ残留次亜ハロゲン酸検知部を有する貯溜槽を接続し、貯溜槽の入口部と出口部の残留次亜ハロゲン酸検知部で測定された海水中の残留次亜ハロゲン酸の濃度の差が所定の設定値より小さいときに臭素イオン添加装置から臭素イオンが添加されるようにしたので、海水中の残留次亜ハロゲン酸の濃度に基づいて臭素イオンの不足を検出することができると共に、臭素イオンの不足の検出に応じて海水に臭素イオンを添加することによって、海水中の臭素イオン濃度を保つことができるものであり、電気分解槽による海水中のアンモニアの分解除去を効率良く行なうことができるものである。
【００２８】
また請求項２の発明は、請求項１において、臭素イオン添加装置が、臭素塩溶液あるいは臭化水素溶液を循環経路内の水に滴下して添加する装置であるので、海水に対する臭素イオンの添加を確実に行なうことができるものである。
【００２９】
また請求項３の発明は、請求項１において、臭素イオン添加装置が、臭素塩の粉末あるいは錠剤を循環経路内の水に溶解させて添加する装置であるので、海水に対する臭素イオンの添加を確実に行なうことができるものである。
【００３０】
また請求項４の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、電気分解槽より下流側の貯溜槽において臭素イオンを添加するようにしたので、電気分解槽で生成される次亜塩素酸を、貯溜槽において直ちに、アンモニアに対する反応性が高い次亜臭素酸に変換させることができ、アンモニア除去の効率を高く得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１  飼育水槽
２  循環経路
３  電気分解槽
４  臭素イオン添加装置
５  残留次亜ハロゲン酸検知部
６  残留次亜ハロゲン酸検知部
７  貯溜槽
【図１】
2004254576.tif 000003