(57)【要約】【課題】  水槽水等の浄化を安定的に進めることのできる浄化方法および浄化材を提供する。【解決手段】  木綿を焼成してできた炭化綿に硝化菌を着床させてなる着床体１０を、循環器７のろ過用フィルターとして使用する。同時に、平均サイズを１ｍｍ以下に粉砕した生の籾殻２０を不織布２１の内部に入れ、それを水槽水３の中に漬けて保持する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中または水の循環流路に、硝化菌の着床体および生の籾殻を同時に設置することによって、水中のアンモニア、亜硝酸および硝酸塩を低減させることを特徴とする水の浄化方法。
【請求項２】
上記硝化菌の着床体として、アンモニア分解菌と亜硝酸分解菌とを事前に着床させたものを使用することを特徴とする請求項１に記載した水の浄化方法。
【請求項３】
上記籾殻として、脱窒素菌が付いているとともに１ｍｍ以下のサイズに粉砕されているものを使用し、当該籾殻は空気または酸素と接しにくい箇所に設置することを特徴とする請求項１または２に記載した水の浄化方法。
【請求項４】
透水性容器の内部に生の籾殻が入れられていることを特徴とする水の浄化材。
【請求項５】
硝化菌の着床体と上記籾殻とが、一体的にまたは距離をおいて、水中または水の循環流路に設置できるよう構成されていることを特徴とする請求項４に記載した水の浄化材。
【請求項６】
上記硝化菌の着床体が、木綿を焼成して得られる炭化綿にアンモニア分解菌と亜硝酸分解菌とが着床したものであることを特徴とする請求項４または５に記載した水の浄化材。
【請求項７】
上記籾殻が、脱窒素菌が付いているとともに１ｍｍ以下のサイズに粉砕されたものであることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載した水の浄化材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
請求項に係る発明は、魚介類の飼育用水槽水の浄化や、家畜・魚介類等の飼育にともなう廃水の浄化、工場もしくは畜産現場の排水処理等に使用できる、水の浄化方法および浄化材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
魚介類の飼育用水槽水を浄化する手段は、たとえば下記の特許文献１・２に記載されている。
【０００３】
特許文献１の発明では、木綿を炭化して得られる炭化綿に硝化菌（アンモニア分解菌および亜硝酸分解菌）を着床させ、それを水槽の内側等に取り付けることにより、その水槽の水を浄化する。魚等が排泄した有害なアンモニアは、アンモニア分解菌によって亜硝酸（亜硝酸イオン）に変化させられ、その亜硝酸は、亜硝酸分解菌の作用で硝酸塩（硝酸イオン）に変えられる。こうしてできる硝酸塩は、適切な条件で水槽内に脱窒素菌がいる場合には当該細菌で窒素ガスに換えられて除去される。
【０００４】
特許文献２では、中空体であって内外間の隔壁に多数の細孔を有するものを水中に漬けておき、表面付近の細孔に生育する好気性細菌と中空部内に生育する嫌気性細菌との作用でアンモニア等を分解・浄化する。すなわち、好気性細菌（硝化菌）の作用でアンモニアを硝酸塩に変え、さらに、嫌気性細菌（脱窒素菌）によって硝酸塩を窒素等に分解する。
【特許文献１】特開２００５−１１７９２５号公報
【特許文献２】特開２００５−１３１４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者の調査によれば、水槽内の有害物質は、つねに上記各特許文献に記載されたとおりに分解されるとは限らない。つまり、水槽水の状態によっては亜硝酸または硝酸塩の分解が進まず、それらが魚介類の生存に不適当な水準にまで増えてしまうことがある。
【０００６】
たとえば特許文献１の発明では、脱窒素菌が適切に活動する環境をいかに形成するかが確立されておらず、硝酸塩を窒素ガスに換える作用を安定的には継続しがたい。また、一般に亜硝酸分解菌は増殖速度が遅いため、何らの処置もとらなければ亜硝酸の分解が進みにくく、水中に亜硝酸が増加してしまう場合も多い。
【０００７】
特許文献２の場合も、上記と同様の理由で亜硝酸の分解が進みにくいうえ、やはり嫌気性細菌（脱窒素菌）の活動しやすい環境を作りがたいため、当該嫌気性細菌による硝酸塩の分解が停滞しがちである。嫌気性細菌のための栄養源を水中に確保するのが難しいからだと推測される。
【０００８】
請求項の発明は、かかる課題を解決し、水槽水等の浄化を安定的に進めることのできる浄化方法および浄化材を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項に係る水の浄化方法は、水中または水の循環流路に、硝化菌の着床体および生の籾殻を同時に設置することによって、水中のアンモニア、亜硝酸および硝酸塩を低減させることを特徴とするものである。生の籾殻とは、籾米よりすり落とされた殻であって、何ら焼いていないものである。
【００１０】
この方法によれば、硝化菌によって水中のアンモニアおよび亜硝酸（亜硝酸イオン）が低減されるとともに脱窒素菌により硝酸塩（硝酸イオン）が低減される、という作用が長期間安定的に持続する。硝化菌は、培養して上記の着床体中に事前に着床させてもよく、水中もしくは水の循環流路に置いた着床体中に自然発生させるのもよい。一方、脱窒素菌は、生の籾殻に元々付いていることが多いが、硝化菌とともに上記の着床体中に着床させたり自然発生させたりして利用するのもよい。
この発明において発明者が採用した生の籾殻は、上記の各細菌を活発化させるミネラルと各細菌の栄養源となる炭素源（糖分）とを含んでいて、腐敗することなくそれらを水中でゆっくりと溶かし出し、長期間供給し続けることができる。そのため、この方法では、栄養源等となる薬液類を水中に点滴供給したりしなくとも、水槽水等を、硝化菌および脱窒素菌の生息および活発化に適した状態に長く保つことができるのである。
【００１１】
上記した硝化菌の着床体としては、アンモニア分解菌と亜硝酸分解菌とを事前に着床させたものを使用するのが好ましい。
硝化菌を事前に着床させておくと、その着床体を使用した当初からアンモニア・亜硝酸が分解され水中より低減される。硝化菌のうち亜硝酸分解菌は増殖速度が遅いため、事前に十分に増殖させて着床させておくのがとくに有利である。なお、この発明では、増殖の遅い亜硝酸分解菌の活動をも籾殻中のミネラル（とくにシリカ）によって活発化させるため、従来は低減速度を早め難かった亜硝酸を短期間で効果的に低減できるようになる、という利点もある。
【００１２】
上記の籾殻として、脱窒素菌が付いているとともに１ｍｍ以下のサイズに粉砕されているものを使用し、当該籾殻は空気または酸素と接しにくい箇所に設置するのがよい。
籾殻が１ｍｍ以下のサイズに粉砕されていると、籾殻と水との接触面積が拡大してミネラルや炭素源の溶け出しが盛んになる等の理由により、硝化菌や脱窒素菌の活動が活発になって、水中のアンモニア、亜硝酸および硝酸塩が効果的に低減する。また、籾殻には脱窒素菌が付きやすく、したがってあらかじめ脱窒素菌を籾殻に生息させることも容易であること、および、そのような籾殻を空気または酸素と接しにくい箇所に設置することにより嫌気性である脱窒素菌に適した環境を形成できることから、上記のようにすると脱窒素菌の活動を活発化させ、従来は難しかった硝酸塩の円滑な分解が可能になる。
なお、籾殻は、水槽等において水１リットルに対し１または２グラム程度以上、望ましくは２．５グラム以上使用するのがよい。
【００１３】
請求項に係る水の浄化材は、透水性容器の内部に生の籾殻を入れたことを特徴とする。透水性容器とは、布、透水性のあるフィルム類、または多孔質固体（セラミックスや樹脂等にてなるもの）などをさす。つまりこの発明の浄化材は、それらで生の籾殻を包み、またはそれらの内部に生の籾殻を充填したものである。
【００１４】
このような浄化材を、従来使用されている浄化手段（特許文献１・２等に記載されたもの。すなわち硝化菌を使用し、またはさらに脱窒素菌をも使用して水中のアンモニア等を分解するもの）と併用すれば、上記請求項に係る浄化方法を実現することができ、アンモニア等を安定的に低減させることができる。透水性容器の内部に入れた生の籾殻からミネラルと炭素源とがゆっくりと長期間にわたって水中に溶け出すことにより、硝化菌や脱窒素菌が活発化させられるからである。また生の籾殻が、水中に露出するのでなく、透水性容器を介して水と接触するため、元々籾殻に付着していることの多い嫌気性の脱窒素菌が酸素と接触しがたく、したがって繁殖しやすい、という利点もある。
【００１５】
発明の浄化材については、硝化菌の着床体と上記籾殻とを、一体的にまたは距離をおいて、水中または水の循環流路に設置できるよう構成すると好ましい。つまり、たとえば、硝化菌の着床体と上記籾殻とを一体的にまたは別々に収容することができ、壁面等に吸着させるなどして水槽内部や水の循環流路に取り付けられる容器を使用するとよい。
このようにした浄化材であれば、それを水槽の内部等に取り付けて設置するだけで上述の浄化方法を容易に実現することができる。つまり、各細菌の本来の性質と、籾殻にて各細菌が活発化させられることとによって、水中のアンモニア、亜硝酸および硝酸塩を長く安定的に低減させることが可能になる。
【００１６】
上記硝化菌の着床体としては、木綿を焼成して得られる炭化綿にアンモニア分解菌と亜硝酸分解菌とが着床したものを使用するとよい。
炭化綿は、硝化菌等の細菌を着床させやすく、その培養・保存も容易である（特開２００５−８７０８３号公報を参照）ほか、広い面積を介し硝化菌を水に接触させることができる。そのため、炭化綿を上記硝化菌の着床体とするなら、アンモニア・亜硝酸の分解をとくに効率的に進めることができる。また、硝化菌がすでに着床している炭化綿を使用するなら、前述のように、その着床体を使用した当初からアンモニア・亜硝酸を水中より低減させることが可能である。
【００１７】
上記籾殻として、脱窒素菌が付いているとともに１ｍｍ以下のサイズに粉砕したものを使用するとなおよい。
そのようにすれば、ミネラルや炭素源の溶け出しが盛んになるとともに、脱窒素菌をはじめとする細菌の活動が活発化する等の理由により、水中のアンモニア、亜硝酸および硝酸塩が効果的に低減する。
【発明の効果】
【００１８】
請求項に係る水の浄化方法によれば、生の籾殻が、ミネラルと炭素源とを水中にゆっくり安定的に供給し続けるため、硝化菌および脱窒素菌の活動が長く活発に保たれ、もって各細菌による水中のアンモニア、亜硝酸および硝酸塩の分解作用が長期間安定的に維持される。
【００１９】
硝化菌の着床体としてアンモニア分解菌と亜硝酸分解菌とを事前に着床させたものを使用すると、その着床体を使用した当初からアンモニア・亜硝酸が分解され水中より低減される。従来は低減速度を早め難かった亜硝酸についても、短期間で効果的に低減できるようになる。
上記の籾殻として、脱窒素菌が付いているとともに１ｍｍ以下のサイズに粉砕されたものを使用し、当該籾殻を空気または酸素と接しにくい箇所に設置するなら、硝化菌や脱窒素菌の活動がとくに活発になり、アンモニア等の低減効果が強くなる。
【００２０】
請求項に係る水の浄化材は、従来使用されている浄化手段とともに使用すれば、上記請求項に係る浄化方法を実現することができ、アンモニア、亜硝酸および硝酸塩を安定的に低減させることができる。
【００２１】
硝化菌の着床体と上記籾殻とを、一体的にまたは距離をおいて、水中または水の循環流路に設置できるよう構成すると、一般家庭等のユーザーでも上述の浄化方法を容易に実現することができる。
硝化菌の着床体として、木綿を焼成して得られる炭化綿にアンモニア分解菌と亜硝酸分解菌とが着床したものを使用すると、硝化菌等の着床率・着床数にすぐれ、したがってアンモニア・亜硝酸の分解をとくに効率的に進めることができる。
上記籾殻として、脱窒素菌が付いているとともに１ｍｍ以下のサイズに粉砕したものを使用するなら、細菌が活発化しやすいこと等から、水中のアンモニア等がとくに効果的に低減する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
水棲動物の飼育用水槽における水の浄化例を、図１に基づいて説明する。水槽１には、底部に砂２を敷き、水３を入れたうえで熱帯魚４などの水棲動物を放ち飼育する。水草５やエアストーン６を水３中に入れているほか、ポンプ（図示省略）を用いて水３を循環しろ過する循環器７も付設し、通常の飼育環境を形成している。
【００２３】
このような水槽１において、水３の浄化のためにつぎのような手段をとることとする。
【００２４】
第一には、循環器７のろ過用フィルターとして、木綿の焼成物である炭化綿に硝化菌を着床・固定化させた着床体１０を使用する。炭化綿は、不活性ガス雰囲気または無酸素雰囲気において３８０℃〜９００℃（木綿の完全な熱分解温度を超える温度）で木綿を加熱焼成することにより製造することができる。木綿がこのように炭化することにより、木綿の表面を覆っていたクチクラ層が除去されて複数の繊維状セルロース層が露出するが、これら繊維状セルロースの複数層の間に吸着物質をはさみこめることから、炭化綿には、フィルターとして好ましいすぐれた吸着性能がもたらされる。また、炭化綿は菌着床性にもすぐれており、硝化菌などが短期間で着床するとともに、一度着床した硝化菌が離れがたいという特性が備わっている。
【００２５】
炭化綿には、硝化菌（ニトロソモナス属などのアンモニア分解菌、およびニトロバクター属などの亜硝酸分解菌）を別の培養槽（図示省略）であらかじめ培養したうえ着床させている。水槽１の水中に着床体１０を入れておけば自然発生的に硝化菌が炭化綿に着床するが、水槽１の使用当初から水３の浄化を進めるために、硝化菌の事前着床を実施するのである。着床体１０は、そうした炭化綿を、目の粗い（網目の穴の大きさが１〜３ｍｍ程度の）ネットに入れることにより構成したものである。
【００２６】
このような炭化綿を含む着床体１０を循環器７に入れて循環水に接触させておけば、炭化綿に着床した上記二種の硝化菌の作用により、魚４などの排泄物に含まれるアンモニア（ＮＨ3）が亜硝酸（亜硝酸イオンＮＯ2−）に分解され、さらにそれが硝酸塩（硝酸イオンＮＯ3−）に変換される。
【００２７】
水槽１の水３の浄化に採用する第二の手段として、水３の中に生の籾殻２０を漬ける。使用する籾殻２０は、通常の水田で栽培され収穫されたイネを脱穀して得られた籾米の殻であり、籾摺り機にて通常の手順で玄米と分離されたもの（焼いていない）である。その籾殻２０を、ミキサー（図示省略）で粉砕して平均サイズを１ｍｍ以下（１片の最大寸法が１ｍｍ以下）にしたうえ、二つの不織布２１（透水性容器）に分けて包み、それぞれを支持棒２２につないで水槽１内の水３の中に保持させる。
【００２８】
上記の過程を経て得られる通常の生の籾殻２０には、多くの場合、脱窒素菌（シュードモナス属など）が多数付着している。したがって、籾殻２０を不織布２１に包んだうえ、エアストーン６による気泡６ａから離して水中に置くと、嫌気性の当該細菌が無酸素状況で水中の硝酸塩を窒素ガスに変換するはたらきをする。なお、脱窒素菌は、培養して積極的に多数を籾殻２０に着床させるのもよい。また、籾殻２０中に替えて（または籾殻２０中とともに）、前記着床体１０のうち内側付近（空気に触れにくい部分）の炭化綿（もしくは籾殻２０とは別の籾殻）中に脱窒素菌を着床させておくのもよい。
【００２９】
籾殻２０として上記のように細かくしたものを適量使用すると、生の籾殻２０が有するミネラルおよび炭素源が水中に溶け出し、脱窒素菌および硝化菌の活性を高める効果がもたらされる。とくに、硝化菌のうち増殖の遅い亜硝酸分解菌は、籾殻２０からシリカ等のミネラルの供給を受けることにより活発に亜硝酸を分解するようになり、脱窒素菌は、籾殻２０からグルコース等の糖分を受け取って硝酸塩を活発に分解するようになる。
【００３０】
各種の水槽１において上記の浄化手段を採用した場合の実験結果を、下記の実施例１〜４に示す。
【実施例１】
【００３１】
小型の水槽１に淡水を２０リットル入れて熱帯魚４を５匹飼育した例である（表１を参照）。実験を開始した３月２６日より、炭化綿に硝化菌を着床・固定化させた着床体１０を循環器７に使用するなど、図１に示す水槽１のうち籾殻２０（および不織布２１・支持棒２２）を除くすべての機器・部品を継続的に使用した。実験開始の日より、水３の中にはほとんどアンモニア（ＮＨ3）が検出されず、また亜硝酸（亜硝酸イオンＮＯ2−）も微量に保たれている。ただし、実験開始後２カ月以上を経た６月中旬には、硝酸塩（硝酸イオンＮＯ3−）が２５０ｍｇ／Ｌにまで増加していた。
６月１７日に、上に説明した生の籾殻２０（および不織布２１・支持棒２２）を図１のとおり水中に漬けたところ、翌日より硝酸塩が大幅に減少した。籾殻２０を水中に着け続けると、硝酸塩の少ない状態はその後も１カ月以上継続した。アンモニアと亜硝酸が少ない状態にも変化がなかった。６月１７日に投入したものは、前記した通常の籾殻２０を、上述のように平均サイズ１ｍｍ以下に粉砕したものであり、２０リットルの水３（淡水）に対して合計５０グラム（水３の１リットルに対して籾殻２０が２．５グラムの割合）強を、不織布２１に包んで使用した。
【００３２】
【表１】
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【実施例２】
【００３３】
中型の水槽１に海水を６０リットル入れて熱帯魚４を５匹飼育した例である（表２を参照）。実験を開始した５月２２日より、炭化綿に硝化菌を着床・固定化させた着床体１０を循環器７に使用するなど、図１に示す水槽１のうち籾殻２０（および不織布２１・支持棒２２）以外のものを継続的に使用した。実験開始の日より、水３の中にはほとんどアンモニア（ＮＨ3）が検出されず、また亜硝酸（亜硝酸イオンＮＯ2−）も微量に保たれている。ただし、実験開始後約１カ月である６月中旬には、硝酸塩（硝酸イオンＮＯ3−）がやや多くなっていた。
６月２１日に、上に説明した生の籾殻２０（および不織布２１・支持棒２２）を水中に漬けたところ、翌日より硝酸塩が減少した。籾殻２０を水中に着け続けると、硝酸塩の少ない状態はその後も続いた。アンモニアがほとんど検出されないことには変化がなく、亜硝酸はそれまでよりも少なくなった。６月２１日に投入したものは、前記した通常の籾殻２０を、上述のように平均サイズ１ｍｍ以下に粉砕したものであり、６０リットルの水３（海水）に対して合計１５０グラム（水１リットルに対して籾殻２０を２．５グラムの割合）、不織布２１に包んで使用した。
【００３４】
【表２】
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【実施例３】
【００３５】
同じく中型水槽１に海水を６０リットル入れて熱帯魚４を５匹飼育した例である（表３を参照）。実施例２の実験を７月１日に一旦打ち切り、翌７月２日から、生の籾殻２０（および不織布２１・支持棒２２）を使用して再度実験を開始した。炭化綿に硝化菌を着床・固定化させた着床体１０を循環器７に入れるなど、図１に示す機器・部品は実験開始日よりすべて使用している。
実験開始日である７月２日より１カ月近く、水中のアンモニア（ＮＨ3）および亜硝酸（亜硝酸イオンＮＯ2−）が微量に保たれているほか、硝酸塩（硝酸イオンＮＯ3−）も安定的に低レベルに保たれている。籾殻２０としては、実施例２と同じもの（使用量も同じ）を、同じく不織布２１に包んで使用した。
【００３６】
【表３】
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【実施例４】
【００３７】
小型の水槽１に淡水を１０リットル入れて熱帯魚４を５匹飼育した例である（表４を参照）。実験を開始した７月１４日より、炭化綿に硝化菌を着床・固定化させた着床体１０を循環器７に使用するなど、図１に示す水槽１のうち籾殻２０（および不織布２１・支持棒２２）を除くすべてを継続的に使用した。実験開始日より、水中のアンモニア（ＮＨ3）は低レベルに保たれているものの、亜硝酸（亜硝酸イオンＮＯ2−）および硝酸塩（硝酸イオンＮＯ3−）が増加傾向にあった。
７月２５日に、生の籾殻（粉砕していないもの。不織布２１・支持棒２２を使用）２５グラム（水１リットルに対して籾殻２０を２．５グラムの割合）を水中に漬けた。翌日より、アンモニアがほとんどゼロとなったほか、硝酸塩の増加が多少抑制され亜硝酸も減少しはじめたが、約１週間経過すると、硝酸塩も亜硝酸も再度増加した。
そこで８月４日に、上に説明したとおり、平均サイズ１ｍｍ以下に粉砕した生の籾殻２０（および不織布２１・支持棒２２）を２５グラム（水１リットルに対して籾殻２０を２．５グラムの割合）、水中に漬けた。すると翌日より、硝酸塩および亜硝酸の量が大幅に低減した。籾殻２０を水中に着け続けると、その状態が継続し、アンモニアが少ない状態にも変化がなかった。
【００３８】
【表４】
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【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】発明の実施の形態として、水棲動物の飼育用水槽１とその水槽１における水３の浄化手段を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  水槽
３  水
７  循環器
１０  着床体
２０  籾殻
２１  不織布（透水性容器）
【図１】
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