(57)【要約】本発明は、クルマエビ類および非クルマエビ類プローンの閉鎖系養殖場における水の硝化方法に関し、この方法は水をアンモニア酸化性連携反応体で処理し、養殖場系の水中に存在するアンモニウムをＮＯ２に変換する第一工程および亜硝酸塩を亜硝酸塩酸化性連携反応体により酸化させ、ＮＯ２をＮＯ３に変換する第二工程を包含する。
2004511329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クルマエビ類および非クルマエビ類プローンの閉鎖系養殖場における水の硝化方法であって、水をアンモニア酸化性連携反応体で処理し、養殖系の水中に存在するアンモニウムをＮＯ２に変換する第一工程および亜硝酸塩を亜硝酸塩酸化性連携反応体により酸化させ、ＮＯ２をＮＯ３に変換する第二工程を包含する、上記方法。
【請求項２】
クルマエビ類養殖系用のアンモニア酸化性連携反応体が、非クルマエビ類養殖系のアンモニア酸化性連携反応体とは相違している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
クルマエビ類養殖系用の亜硝酸塩酸化性連携反応体が、非クルマエビ類養殖系の亜硝酸塩酸化性連携反応体とは相違している、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
連携反応体を支持体上に不動化する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記支持体がプラスティック製ビーズを包含する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
クルマエビ類および非クルマエビ類プローンの閉鎖系養殖場における水の硝化用装置であって、外郭および内部カートリッジを包含し、少なくとも１本のパイプはエアリフトポンプであり、上記内部カートリッジはクルマエビ類および非クルマエビ類養殖系用のアンモニア酸化性連携反応体または亜硝酸塩酸化性連携反応体を含有している、上記硝化用装置。
【請求項７】
上記反応器内に保持されている複数本の帯状ビーズまたは数珠状ビーズを含有し、このビーズ上に連携反応体が不動化されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
上記ビーズが、ポリスチレンまたは低密度ポリエチレンなどのプラスティック製である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
上記内部カートリッジは、水がそこを通って流動することを可能にする複数の間隔をあけて存在するスリットを有し、および上記帯状ビーズまたは数珠状ビーズは、水がそこを通って流動するための複数の間隔をあけて存在する孔を有する、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
クルマエビ類および非クルマエビ類プローンの閉鎖系養殖場における水の硝化用装置であって、そこから上方に向かって伸びている複数本の空気パイプであるパイプを備えた基板を有する反応器を包含し、この反応器内にはアンモニアまたは亜硝酸塩酸化性連携反応体が配置されており、および上記基板に連絡している処理水排出用出口を備えている装置。
【請求項１１】
上記アンモニアまたは亜硝酸塩酸化性連携反応体が、ビーズに埋め込まれており、この帯状ビーズまたは数珠状ビーズが上記反応器内に伸びている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
下方タンクに連絡した頭上タンクを備えており、上記下方タンクの出口はそこにアンモニア酸化性連携反応体を含有する第一反応器に連絡しており、上記第一反応器はそこに亜硝酸塩酸化性連携反応体を含有する第二反応器に連絡しており、上記第二反応器の出口は採取用タンクに連絡しており、ここから水が上記頭上タンクに押出される、請求項１０および１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
本明細書に実質的に記載され、例示されているクルマエビ類および非クルマエビ類プローンの閉鎖系養殖場における水の硝化方法。
【請求項１４】
本明細書に実質的に記載され、例示されているクルマエビ類および非クルマエビ類プローンの閉鎖系養殖場における水の硝化用装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
プローン養殖場（ｐｒａｗｎ ｈａｔｃｈｅｒｉｅｓ）において、アルカリ性ｐＨ（＞７．５）で＞０．１ｐｐｍの非イオン化アンモニアは幼生（ｌａｒｖａｅ）にとって有毒である。閉鎖幼生飼育系において、ＮＨ４＋／ＮＨ３はプローン幼生の窒素代謝の排泄生成物として、およびまた糞のアンモニア化生成物として蓄積し、餌上に残される。プローン養殖場内のこのようなアンモニアの存在は毒性に関与することが一般に認識されている。当技術で公知の養殖系は約３０ｐｐｔ付近の最高塩分を含有するクルマエビ類養殖系または１３ｐｐｔ付近の最高塩分を含有する非クルマエビ類養殖系であることができる。
【０００２】
（発明の目的）
本発明の目的は、クルマエビ類（ｐｅｎａｅｉｄ）および非クルマエビ類（ｎｏｎｐｅｎａｅｉｄ）プローンの閉鎖系養殖場における水の硝化方法を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、簡単であり、また同時に効果的であるクルマエビ類および非クルマエビ類プローンの閉鎖系養殖場における水の硝化方法を提供することにある。
本発明のさらにもう一つの目的は、クルマエビ類および非クルマエビ類プローンの閉鎖系養殖場における水硝化用生物反応器（ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ）を提供することにある。
【０００３】
本発明のもう一つの目的は、幼生用タンクそれ自体で用いることができるクルマエビ類および非クルマエビ類プローンの閉鎖系養殖場における水硝化用生物反応器を提供することにある。
本発明のさらにもう一つの目的は、当該養殖系の外部で使用されるクルマエビ類および非クルマエビ類プローンの閉鎖系養殖場における水硝化用生物反応器を提供することにある。
【０００４】
（発明の説明）
本発明に従い、クルマエビ類および非クルマエビ類プローンの閉鎖系養殖場における水の硝化方法が提供され、この方法は、第一工程において、水をアンモニア酸化性連携反応体（ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ）により処理し、養殖系の水中に存在するアンモニアをＮＯ２に変換し、次いで第二工程において、亜硝酸塩を亜硝酸塩酸化性連携反応体により酸化し、ＮＯ２をＮＯ３に変換することを包含する。
【０００５】
本発明の方法および生物反応器には、２種の生物、例えば１．アンモニア酸化性（ＮＨ４＋→ＮＯ２−）細菌および２．亜硝酸塩酸化性（ＮＯ２→ＮＯ３）細菌が基本的に必要である。他の生物と同様に、硝化性生物はまた、最適塩分値（ｓａｌｉｎｉｔｙ）を有し、従って両方ともに、約３０ｐｐｔの最高塩分値を有するアンモニアおよび亜硝酸塩酸化性連携反応体がプローン養殖系の生物反応器手段として開発され、また約１３ｐｐｔの最高塩分値を有する硝化性連携反応体が非クルマエビ類養殖場系用の生物反応器手段として開発された。
【０００６】
このような酸化剤は、
１．ＡＭＯＰＣＵ−１：クルマエビ類養殖系用のアンモニア酸化性連携反応体手段。
２．ＮＩＯＰＣＵ−１：クルマエビ類養殖系用の亜硝酸塩酸化性連携反応体手段。
３．ＡＭＯＮＰＣＵ−１：非クルマエビ類養殖系用のアンモニア酸化性連携反応体手段。
４．ＮＩＯＮＰＣＵ−１：非クルマエビ類養殖系用の亜硝酸塩酸化性連携反応体手段。
これらの連携反応体は、アンモニアおよび亜硝酸塩をそれぞれ、亜硝酸塩および硝酸塩に酸化するケモリトトロフィック（ｃｈｅｍｏｌｉｔｈｏｔｒｏｐｈｉｃ）およびミキソトロフィック（ｍｉｘｏｔｒｏｐｈｉｃ）硝化剤を包含する。これらと連携して、硝化剤の浸出物上で生存する有機栄養性細菌を存在させる。このような成分は、それらの相互作用が最高の硝化力および良好な性能の達成に必須であるものとして、区別されたことはなかった。
【０００７】
連携反応体の最適成長要件
最適ｐＨ、温度、基質濃度およびこれらの酸化剤の塩分値は、培養器におけるそれらの大量産生にとって、およびまた反応器支持材料に対する不動化にとって基本的条件である。
【０００８】
2004511329.tif 000003
【０００９】
培養器内の硝化性連携反応体の大量産生
硝化性連携反応体は、上記最適成長条件を提供する要件により増幅させることができる。この増幅は、１０％（容積／容積）出発時培養から始めることができる。（ＮＨ４）２ＳＯ４およびＮａＮＯ２などの基質は、１０ｐｐｍよりも少なくないＮＨ４＋−ＮまたはＮＯ２−−Ｎレベルが維持されるように、これらの消費にしたがい少量づつ添加する。培養容器は、硝化剤の光不活性化を防止するために黒布で覆う。基質（ＮＨ４＋−ＮまたはＮＯ−−Ｎ）吸収および生成物（ＮＯ２−−ＮおよびＮＯ３−Ｎ）生成の中断を特徴とする定常期への到達には、２５〜３０日を要する。全部の場合に、深部壁成長が見出され、これらを掻き取り、次いで培養物全体を培養容器から取り出し、ｐＨを調整し、基質を最適まで添加し、次いでガラスまたはポリテン製ビン内で４℃に維持する。基質が枯渇し、ｐＨ変化が生じた場合、これらは手動的に調節しなければならない。
【００１０】
連携反応体の単位硝化活性（ＵＮＡ）
硝化性連携反応体の１単位硝化活性（ＵＮＡ）は、最適条件において、アンモニア酸化剤（ＵＮＡａ）の場合、１μモルＮＯ２−−Ｎｍｉｎ−１Ｌ−１の発生および亜硝酸塩酸化剤（ＵＮＡｎ）の場合、１μモルＮＯ２−−Ｎｍｉｎ−１Ｌ−１の消費をもたらすことができる硝化性バイオマス量であると定義される。これは、期待される活性を得るために反応器に供給するために使用されるべき培地の量が如何なる程度であるかを評価し、また予測するために、全部の硝化反応体の力価を定量するための最適方法である。
【００１１】
連携反応体の量の決定
最適ｐＨおよび基質濃度を有する相当する培地を、５００ｍｌネジ栓付ビン（７．５ｃｍＯ．Ｄおよび２１ｃｍ高さ）に３通りで調製し、血清学的水浴中で最適温度に維持する。フィルター殺菌した（空気コンプレッサーからの空気またはピペリン膜フィルターを通した空気流からの空気を通すことによる）空気を、１Ｌ．ｍｉｎ−１の速度で、培地中に浸した空気散布機に通す。このビンに、連携反応体を種々の量（１ｍｌ、５ｍｌ、１０ｍｌ、１５ｍｌ）で接種する。蒸発による損失は、無菌蒸留水の添加により補給する。２４時間の時点で、基質利用度および生成物生成を、２時間毎に測定する。これらの数値に基づき、連携反応体１ｍｌあたりで利用される単位の総数を決定することができる。ここから、反応器１個あたりの連携反応体の量にかかわる要件を引き出すことができ、この容量は反応床における不動化に用いられる量である。
【００１２】
例１
指定ＡＭＯＰＣＵ−１各１ｍｌは、１０ＵＮＡａを含有するものと見なされる、連携反応体の能力は、下記のとおりである：
１ＵＮＡａ：ＮＨ４＋−Ｎから１μモルＮＯ２−−Ｎｍｉｎ−１Ｌ−１の産生
１μモル：１４．０μｇ　ＮＯ２−−Ｎｍｉｎ−１Ｌ−１
１０μモル：１４ｘ１０μ．ｍｉｎ−１Ｌ−１
これは、連携反応体各１ｍｌが１４０μｇ　ＮＯ２−−Ｎｍｉｎ−１Ｌ−１を生成することができることを意味する。この培地は１０μｇＮＨ４＋−ＮｍＬ−１（１０，０００μｇＮＨ４−Ｎ−１Ｌ−１）を含有する。これは、最適条件下に７１．４３分でＮＨ４＋−Ｎの全量（１０，０００μｇＬ−１）を消費することができる連携反応体の能力の尺度である。
【００１３】
硝化性細菌不動化用支持体材料
水性系における不活性度、光の量、疎水性度、いずれかの形態に成型する容易性および容易な利用性などの種々の因子を考慮して、支持用基礎材料としてプラスティックが選択されている。例えば、中央部が２．００ｍｍ径の孔を有し、その表面でスパークしている（ｓｐａｒｋｉｎｇｓ）、５．０ｍｍ径のビーズを、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ナイロンおよびＡＢＳから成型し、次いで各連携反応体に対して選別する。不動化する細胞、価格および成型の容易性を考慮して、下記の種類のプラスティックを、各連携反応体について選択した。
【００１４】
連携反応体の名　　　　　　　　　　　プラスティックの種類
ＡＭＯＰＣＵ−１　　　　　　　　　　ポリスチレン（ＰＳ）
ＮＩＯＰＣＵ−１　　　　　　　　　低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）
ＡＭＯＮＰＣＵ−１　　　　　　　　ポリスチレン（ＰＳ）
ＮＩＯＮＰＣＵ−１　　　　　　　　低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）
【００１５】
添付図面を引用する発明の説明
本発明の目的および利点は、添付図面を参照して読んだ場合、下記説明からさらに明白にされるものと見なされる。
図１は、内部（ｉｎ−ｓｉｔｕ）に存在する数珠状床が吊り下げられている反応器（ＳＢＳＢＲ）の外郭を示す。
図２は、ＳＢＳＢＲの内部カートリッジを示す。
図３は、外部に存在する充填床（ｅｘ−ｓｉｔｕ ｐａｃｋｅｄ ｂｅｄ）を有する生物反応器（ＰＢＢＲ）を示す。
図４は、一列に配置した２個のＰＢＢＲを示す。
【００１６】
本発明に従い、これらの図面は２種の型式の反応器を例示している。図１および２に示されている第一の型式の反応器は、幼生養殖期間中、幼生養殖タンクそれ自体で用いられる、内部に存在する数珠状床が吊り下げられている生物反応器（ＳＢＳＢＲ）であり、また第二の型式、すなわち外部に存在する充填床を有する生物反応器（ＰＢＢＲ）は、幼生養殖に使用する前に新鮮な海水を入れ、幼生サイクルの完了後は廃水を含有する硝化用装置である。この水は、図３および４に示されているように、再循環することができる。これらの反応器は、クルマエビ類［ペナエウス　インディカス（Ｐｅｎａｅｕｓ ｉｎｄｉｃｕｓ）およびペナエウス　モノドン（Ｐｅｎａｅｕｓ ｍｏｎｏｄｏｎ）］および非クルマエビ類［マクロブラキウム　ローゼンベルギー（Ｍａｃｒｏｂｒａｃｈｉｕｍ ｒｏｓｅｎｂｅｒｇｉｉ）］の両方に使用することができる。
【００１７】
図１および２を参照すると、このＳＢＳＢＲ反応器は、例えば繊維ガラスから製造された外郭ＯＳを備え、水導入用の入口Ｗ１を有する。内部カートリッジＩＣは、外郭ＯＳ内に配置されている。この反応器は、水面下１フィートの位置に吊り下げて保持する。図２は、パースペックス（ｐｅｒｓｐｅｘ）などのプラスティックから形成された内部カートリッジＩＣを示している。内部カートリッジＩＣは、エアリフトポンプＬＰを有する。このエアリフトポンプＬＰは、水が外郭の頭上壁部ＴＰ上の孔Ｐ１を通過して反応器に導入され、次いでカートリッジＩＣを通過し、次いで中央パイプまたはエアリフトポンプＬＰを通って排出されるように動作する。内部カートリッジの外枠は、反応器を通過する幼生、プランクトンおよび餌粒子が分解および損傷を伴うことなく排出されるように形成する。図示されているように、この反応器は、そこに不動化されている酸化剤を有する数珠状ビーズＳＢを通す孔Ｐ２を有する。
【００１８】
外部に存在する充填床を有する生物反応器（ＰＢＢＲ）
図３の反応器は、例えば３０ｃｍ２で、全長４５ｃｍの基板ＳＢ上に設置されている繊維ガラス製外郭ＳＨからなる。基板ＳＢは、孔を有し、例えば１０ｃｍの等距離で、基板の上５ｃｍに位置するＰＶＣ支持体上に配置されている２ｃｍ径の９本のＰＶＣパイプＬＰを有する。出口パイプＯＰは反応器の基板から突出し、上方に向かって屈曲している。有孔板ＳＢ上に配置されているパイプＬＰはそれぞれ、空気が通された時点で、エアリフトポンプとして機能する。このエアリフトポンプを取り囲んでいる領域はそれぞれ、その上に各連携反応体にかかわり選択された酸化剤不動化剤を有するプラスティック製ビーズＰＢが充填され、孔Ｐ２を通して配置された場合、エアセルとしてデザインすることができる。９個のこのようなエアセルは、例の方法により動作することができる。この反応器には、そのエアリフトポンプの頂点まで、使用される連携反応体に適するビーズを満たす。
【００１９】
図４に示されているように、外部に存在するＰＢＢＲは、水貯蔵設備および再循環装置を有することができる。図４の反応器は、頭上タンク（Ａ）を有し、このタンクは底部（Ｃ）でタンクに開口している。このタンク（Ｃ）の底部からの出口管（Ｄ）は、第一反応器Ｆ１（アンモニア酸化剤を含有する）に連絡している。この反応器からの出口管は、亜硝酸塩酸化剤を含有する第二反応器（Ｆ２）に連絡している。この反応器は、中味を採取タンク（Ｋ）に出し、この採取タンクの中味は頭上タンクにポンプで戻すことができ、または幼生養殖に使用することができる。反応器Ｆ１およびＦ２は標準サイズであり、このような反応器の各培養に要求される総数は、シーズン毎に使用される水量に依存する。
【００２０】
図４において、反応器Ｆ１およびＦ２は、底部に保持されているタンクＣとタンクＫとの間に配置されている。従って、水は頭上タンクＡからタンクＣに重力により流動し、次いで反応器に、さらに採取タンクＫに向かって流動する。操作に要するエネルギーは、水（消毒および塩分調節後の消耗した水または海水）の頭上タンクへの押出しのみである。硝化が当該装置を通る１回の循環／通過によって完了しない場合、当該処理装置にさらに、再度、再循環させることができる。しかしながら、当該装置における水の流動速度が延長された水力保持期間が得られるように調整される場合、この再循環は効果的に回避することができる。
【００２１】
タンクＡ、ＣおよびＫは、所望により、均一サイズを有し、また例えば繊維ガラスから形成することができる。タンクＣはまた、水に適度の空気が通気されないと、生物の劣化が生じる恐れがある場合、水の空気貯蔵器としての役目も果たす。
重要な利点の一つは、粒状物質を除去するための相違する種々のフィルターおよびＵＶ水消毒手段をまた、当該装置のいずれかの修正を要することなく、当該生物反応器のラインに連絡することができる点にある。
【００２２】
外部に存在するＰＢＢＲは、例えば９個の通気セルを有し、これらのセルのそれぞれを通して空気を通すことができ、これにより当該装置の総合能力に柔軟性を付与することができる。
従って、硝化する水中のＮＨ４＋−ＮおよびＮＯ２−−Ｎ含有量が多い場合、エアリフトポンプを通る空気量を充分に増加させることができる。これは、水の再循環率を強化し、およびビーズに不動化されている硝化剤との接触時間を増加させることができ、さらにまた水力保持期間をまた、流動速度の調整により調節することにより接触時間をさらに長くすることができる。
【００２３】
この反応器のもう一つの利点は、クルマエビ類養殖に使用されている場合、反応器内の不動化ＡＭＯＰＣＵ−１およびＮＩＯＰＣＵ−１の代わりに、非クルマエビ類用のＡＭＯＮＰＣＵ−１およびＮＩＯＮＰＣＵ−１を使用するのみにより、非クルマエビ類用に非常に容易に変換することができる点にある。
【００２４】
反応器の活性化
ａ．内部に存在する数珠状ビーズが吊り下げられている生物反応器
この生物反応器は、活性化装置に活性モードで設置する。これは、使用される連携反応体の最適温度に設定されている血清学的水浴からなる。反応器の頭上のフタを取り除き、パースペックスから形成された透明なアエロゾル防止用具で覆う。この反応器に、必要な塩分を含有するオートクレーブ処理した海水を満たし、次いでそれぞれ１０ｐｐｍのＮＨ４＋−ＮおよびＮＯ２−−Ｎを供給する。反応器に、所望の活性を得るのに必要な単位の硝化性連携反応体を添加する（この添加量は反応器毎に要求される最低硝化力および連携反応体のＵＮＡに基づいて決定される）。
【００２５】
エアリフトポンプは、毎分１Ｌの速度でコンプレッサーから空気を通すことによって操作する。２４時間の時点で、アンモニアおよび亜硝酸塩酸化性反応器の両方でそれぞれ、ＮＨ４＋−ＮおよびＮＯ２−−Ｎの消費によるＮＯ２−−ＮおよびＮＯ３−Ｎの生成を、ｐＨの調節に従い測定する。取り出しに応じて、基質を添加し、活性化を７２時間にわたり継続する。この期間により、硝化性連携反応体は、支持材料上に吸着される。ここで、この反応器は、現場に移動するのに充分な用意が整っている。現場に到着した反応器は浮玉に吊り下げることができる。養殖場の主要空気供給機に通気管を連絡し、空気の流速を毎分１Ｌの速度に調整する。
【００２６】
ｂ．外部に存在する充填床を有する反応器
反応器（Ｆ１およびＦ２）に、１０ｐｐｍのＮＨ４＋−ＮおよびＮＯ２−−Ｎを補給した適度の塩分を含有する海水を満たす。エアリフトポンプを操作し、各２０Ｌの連携反応体を添加し（反応器Ｆ１およびＦ２にそれぞれ、アンモニア酸化性反応体および亜硝酸塩酸化性反応体を添加する）、次いで硝化が確立されるまで操作を継続する。次いで、頭上タンクのバルブを開け、流動速度を硝化の完了の達成に充分な水力保持が得られるように調整することによって、水循環を確立する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、内部に存在する数珠状床が吊り下げられている反応器（ＳＢＳＢＲ）の外郭を示す。
【図２】
図２は、ＳＢＳＢＲの内部カートリッジを示す。
【図３】
図３は、外部に存在する充填床を有する生物反応器（ＰＢＢＲ）を示す。
【図４】
図４は、一列に配置した２個のＰＢＢＲを示す。
【国際公開パンフレット】
2004511329.tif 000004
2004511329.tif 000005
2004511329.tif 000006
2004511329.tif 000007
2004511329.tif 000008
2004511329.tif 000009
2004511329.tif 000010
2004511329.tif 000011
2004511329.tif 000012
2004511329.tif 000013
2004511329.tif 000014
2004511329.tif 000015
2004511329.tif 000016
2004511329.tif 000017
2004511329.tif 000018
2004511329.tif 000019
2004511329.tif 000020
2004511329.tif 000021
2004511329.tif 000022
【国際調査報告】
2004511329.tif 000023
2004511329.tif 000024
2004511329.tif 000025