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技術 微細気泡発生装置及びそれを用いた水槽システム

出願人 八馬宏樹
発明者 八馬宏樹
出願日 2018年3月15日 (2年9ヶ月経過) 出願番号 2018-071171
公開日 2018年10月4日 (2年2ヶ月経過) 公開番号 2018-153807
状態 特許登録済
技術分野 養殖 混合機の付属装置 生物膜廃水処理 溶解、混合、フローミキサー 特殊濾過機 活性汚泥処理における曝気装置
主要キーワード 本願技術 次気泡 拡散翼 開放水域 開放水 泡パイプ 微細振動 水槽システム
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (6)

課題

養殖水槽に於いてはいかに養殖生物ストレスを与えないで成長させるかが課題であった。また水槽の水換えを少なくするためには微生物を使ったろ過が有効であるが、微生物を定着させて活性化することが難題であった。更に水質酸性化を防ぐ必要もある。またカルシウム分不足がちになるのでそれの補給も必要となる。

解決手段

水中に微生物ろ過装置微細気泡発生装置を配する。発生させた微細気泡で水中の残存酸素を増やし、養殖生物と微生物を活性化する。 微細気泡発生装置は散気管から水中に放出した気泡水中ポンプ拡散翼に通して微細化して行うと騒音振動を防ぐことが出来る。カルシウムの補給には貝化石アラゴナイトを使うと微生物の定着にも効果がある。

概要

背景

都市から離れた山間地や離島では地域に根ざした産業を維持したり、新たに起こしたりするのが難しく、それが若者の育った土地から離れる原因になり、過疎化を招き、人口の高齢化が進む。
従来多くの島で地域の産業として中心をなしてきた漁業に於いては、海洋汚染や国内外の大型漁船による商業漁業の影響、自然環境保護等の問題により島民が海上において水生生物海洋生物)を捕獲するのが困難になってきている。その対策として沿岸生簀を作り養殖をすることも良く行われるが、これは実施できる場所が限定されているうえに、この方法では海洋汚染による影響は解消されないので、十分な解決策になっていない。

本願特許の出願人は一貫して、海洋汚染に影響されない水生生物の上での養殖を指向し、それを事業化する事により過疎化の問題を解決する一助になることを願って研究開発を行ってきた。
この発明はそのような背景から生まれてきたものであるが、特に過疎化の進んだ山間部や離島に於いて水生生物の養殖を行う中でなされた発明である。

まず、文中で使用しているバブル気泡)に関する用語を定義しておく。
マイクロバブル」とは、一般に気泡の直径が10マイクロメートル(1/100mm 以降10μmと記す)〜数十μm以下の微細な気泡のことをいい、
マイクロナノバブル」とは、直径が数百ナノメートル(以降nmと記す)〜10μm)の気泡のことを言う。さらに、
ナノバブル」とは気泡の直径が数百nm以下の気泡を言うが、気泡の大きさが小さく、更に短時間で水中に溶解するので目視では確認しにくい。しかし水中の気体濃度を高める働きがある。
微細気泡」とは一般に使用されている、マイクロバブル、マイクロナノバブル、ナノバブルの総称である。

マイクロバブルは時間の経過と共にマイクロナノバブル化するとされ、このサイズになると収縮速度が速くなり、急激に小さくなる。ナノバブルはこの過程で生じたものが多い。

マイクロバブルは水中酸素濃度を高め、水生生物の活性化をはかると共に、水生生物の排泄するアンモニア及び亜硝酸成分のろ過を行う微生物を活性化する。下記特許文献1乃至3に記載の様に、マイクロバブルを多量に発生させる方法として、従来から、加圧減圧法気体を加圧し大量に水中に溶解させた後減圧により再気泡化する方法)や気液せん断法(気体を液中に導入し、ファン毎秒数百回転させ、気体を切断・粉砕させ発生させる手法)や、微細な孔を有するフィルムなどに高圧の空気を通して微細気泡を発生させる微細気孔加圧法等が知られている。 また微細気泡を水中生物養殖に使用する先行技術として、下記特許文献4及び5の文献が先行技術として開示されている。

概要

養殖水槽に於いてはいかに養殖生物ストレスを与えないで成長させるかが課題であった。また水槽の水換えを少なくするためには微生物を使ったろ過が有効であるが、微生物を定着させて活性化することが難題であった。更に水質酸性化を防ぐ必要もある。またカルシウム分不足がちになるのでそれの補給も必要となる。 水中に微生物ろ過装置微細気泡発生装置を配する。発生させた微細気泡で水中の残存酸素を増やし、養殖生物と微生物を活性化する。 微細気泡発生装置は散気管から水中に放出した気泡を水中ポンプ拡散翼に通して微細化して行うと騒音振動を防ぐことが出来る。カルシウムの補給には貝化石アラゴナイトを使うと微生物の定着にも効果がある。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

水域と、送気ポンプと、前記送気ポンプに接続された送気管と、前記送気管に接続され、前記水域内に配置され前記水域内に第一次気泡を放出する散気管と、前記第一次気泡をその気泡取入口から取り入れ微細気泡化する第一次気泡微細ユニットと、前記第一次気泡微細化ユニッより水域内に放出された第二次気泡が衝突する位置に配置された気泡受け板と、前記第二次気泡をその気泡取入口から取り入れて更に微細気泡化する第二次気泡微細化ユニットとを有し、前記気泡受け板はその上部を前記第一次気泡微細化ユニットの微細気泡出口に近く、その下部を前記第一次気泡微細化ユニットの微細気泡放出口に遠くなるように傾けて配置されている事を特徴とする、微細気泡発生装置

請求項2

前記水域内の一定範囲を養殖用水槽として囲み、前記養殖用水槽内に、請求項1に記載の微細気泡発生装置と、水質ろ過に用いる微生物と、アラゴナイトまたは多孔質ゼオライトを配した水槽システム

技術分野

0001

本発明は水中に微細気泡を発生する装置(微細気泡発生装置という)に関する。
また、微細気泡発生装置を水生生物養殖に応用した場合の、水槽および養殖に使用する水をろ過する装置を含む水槽システムに関する。
また本発明の基本原理は、水槽や生簀のような閉鎖水域だけではなく、海やのような開放水域にも適用できる。

0002

また、海洋生物を養殖するときに必要な、海水の給水と排水の手間を極力減らすために、養殖用水をろ過し、循環して使うための方法として、微生物によるろ過が有効であるが、本発明は更に、微生物の定着活性化を考慮した養殖水槽の構造と微生物を定着させるろ材と微生物の活性化の方法に関する。

背景技術

0003

都市から離れた山間地や離島では地域に根ざした産業を維持したり、新たに起こしたりするのが難しく、それが若者の育った土地から離れる原因になり、過疎化を招き、人口の高齢化が進む。
従来多くの島で地域の産業として中心をなしてきた漁業に於いては、海洋汚染や国内外の大型漁船による商業漁業の影響、自然環境保護等の問題により島民が海上において水生生物(海洋生物)を捕獲するのが困難になってきている。その対策として沿岸に生簀を作り養殖をすることも良く行われるが、これは実施できる場所が限定されているうえに、この方法では海洋汚染による影響は解消されないので、十分な解決策になっていない。

0004

本願特許の出願人は一貫して、海洋汚染に影響されない水生生物の上での養殖を指向し、それを事業化する事により過疎化の問題を解決する一助になることを願って研究開発を行ってきた。
この発明はそのような背景から生まれてきたものであるが、特に過疎化の進んだ山間部や離島に於いて水生生物の養殖を行う中でなされた発明である。

0005

まず、文中で使用しているバブル気泡)に関する用語を定義しておく。
マイクロバブル」とは、一般に気泡の直径が10マイクロメートル(1/100mm 以降10μmと記す)〜数十μm以下の微細な気泡のことをいい、
マイクロナノバブル」とは、直径が数百ナノメートル(以降nmと記す)〜10μm)の気泡のことを言う。さらに、
ナノバブル」とは気泡の直径が数百nm以下の気泡を言うが、気泡の大きさが小さく、更に短時間で水中に溶解するので目視では確認しにくい。しかし水中の気体濃度を高める働きがある。
「微細気泡」とは一般に使用されている、マイクロバブル、マイクロナノバブル、ナノバブルの総称である。

0006

マイクロバブルは時間の経過と共にマイクロナノバブル化するとされ、このサイズになると収縮速度が速くなり、急激に小さくなる。ナノバブルはこの過程で生じたものが多い。

0007

マイクロバブルは水中酸素濃度を高め、水生生物の活性化をはかると共に、水生生物の排泄するアンモニア及び亜硝酸成分のろ過を行う微生物を活性化する。下記特許文献1乃至3に記載の様に、マイクロバブルを多量に発生させる方法として、従来から、加圧減圧法気体を加圧し大量に水中に溶解させた後減圧により再気泡化する方法)や気液せん断法(気体を液中に導入し、ファン毎秒数百回転させ、気体を切断・粉砕させ発生させる手法)や、微細な孔を有するフィルムなどに高圧の空気を通して微細気泡を発生させる微細気孔加圧法等が知られている。 また微細気泡を水中生物養殖に使用する先行技術として、下記特許文献4及び5の文献が先行技術として開示されている。

先行技術

0008

特開2014−069160加圧減圧法によるバブル発生特許5099612 加圧散気法によるバブル発生特開2009−119400微細気孔加圧法特開2007−152275浄化水槽特開2012−005947貫流ポンプエアレーション

発明が解決しようとする課題

0009

先行技術文献記事で微細気泡を発生させる方法の例は記述したが、しかしこれらはいずれも大掛かりな装置が必要で、小規模な水槽にはなかなか適応できない。そして、高い圧力や高速な回転を必要とするためにどうしても振動騒音が発生してしまうので、養殖する生物によっては成長遅れたり、死んでしまうこともある。

0010

たとえば特許文献1に記載の方法でバブルを発生するには、液体に気体が注入された、大気圧以上に加圧された気液混合流体を大気圧未満に減圧した後、大気圧に昇圧することにより、微細気泡を生成する方法なので、装置が大型化し、振動、騒音を免れることは出来ないので、敏感な海洋生物の養殖に用いることは難しい。

0011

また特許文献2に記載の方法は、大気圧下での2つの電極間気体放電起し、気体をプラズマ化させて活性化ガスを発生させ、マイクロバブル発生部で活性化したガス被処理液体中で直径1〜100μmの気泡へとマイクロバブル化して気液混合流体を生成するものであるが、この方法も水中生物の養殖に使うには、大きな音と振動、更に放電によって水中に溶解している物質化学変化を起こし、有害な物質が発生する可能性がある。また放電により電極に使う金属などの物質が養殖用水に混入する恐れもある。

0012

特許文献3は、水中に気体供給設備から供給される気体を微細な気泡にして散気する方法であるが、気泡発生に関しては通常用いられている方法であり、拒絶査定確定している。
そしてこの方法では微細気泡の発生量が少なく、この発生量を増やそうとすれば強力なポンプが必要となり、水槽の近傍に置くことは難しい。もちろん本願特許に使用する微細気泡発生の装置とは技術が異なる。

0013

また特許文献4には、飼育水水質を向上させることができ、かつランニングコストを低減できる水処理方法として、
マイクロナノバブル処理槽重力式濾過槽および飼育槽循環ポンプを備えて、マイクロナノバブル処理槽は、飼育槽から飼育に使用された飼育水が導入され、飼育槽からの飼育水にマイクロナノバブルを含有させるということが記載されているが、マイクロナノバブル発生装置に関しては記述が無い。

0014

また、ろ過材炭酸カルシウムを使用した事例が記載されているが、一般的に言う炭酸カルシウムはカルサイトと呼ばれる結晶であり、水に溶け出す量は少ない。また多孔質ではないので微生物が定着するろ材とはなりにくい。本願特許における炭酸カルシウムは貝化石として生成された多孔質の炭酸カルシウムであり微生物が定着し易いアラゴナイトであるが、それに関する記載はない。

0015

アラゴナイト」は和表記では石(あられいし)で、英表記ではaragoniteと表記される。一般には「アラゴナイト」のほかに「アルゴナイト」と表記されることもある。
これは石灰質等からなる各種のネクトン魚類)、プランクトン(微生物)、藻類海草等が突然おきた地殻変動によって生きたまま埋没堆積し、数千万年を経過した今日、これらの魚介類有機物が分解腐触し、原形をとどめず溶性帯びた化石体となったものと言われている。

0016

この様な経緯からアラゴナイトは、その主成分である炭酸カルシウムが蛋白質より分泌形成された極めて微粒なものの集合であり、多孔質な物体で、通常の石灰石よりはるかに活性度の高い特質を持っている。
このアラゴナイトに微生物を定着させ、水中に配し、ろ過として使用すると他の炭酸カルシウムの様態に比較して微生物の定着がよくなる。

0017

また、微生物ろ過に用いられて水中のアンモニアを酸化して亜硝酸に換える微生物は好気性微生物であり、酸素アルカリ成分を大量に消化しながら活動する。この為微細気泡を微生物に供給することにより硝化効果を飛躍的に高める。しかし同時に水を酸性化するので、それを中和するためとカルシウム成分を水中に補給することも大切になる。微生物が定着したろ材にアラゴナイトを使用し、これに微細気泡を送ることにより飛躍的にろ過効果を高めることが出来る。また、アラゴナイトは多孔質であり、微生物が定着しやすいだけではなく、水に溶解もするので、養殖生物にとって大切なカルシウムの補給効果もある。
貝殻をろ材として用いる例もあるが、微生物の定着とカルシウム補給の二つの効果が低く、これに比べると本願特許に記載の方法は圧倒的にろ過効果が高い。

0018

また特許文献5には、曝気槽養殖槽および培養槽において水流と共に多量の微細気泡を槽内全体に効率良く一様に供給するエアレション装置に関する特許が開示されている。
これは微細気泡発生機構を有する円筒多翼羽根車形状の貫流ポンプクロスフロ−ポンプ)で構成されるポンプエアレ−ション装置を曝気槽や養殖槽および培養槽内に設置し、槽内に一様で幅広の水流を微小気泡とともに供給し、効果的なエアレ−ションを行う技術とされている。
しかしこれは曝気槽や大型養殖槽に於いて用いられる技術であり、これを養殖水槽内に配置するとその振動と騒音と激しい水流で養殖水槽の水生生物は生息できない。また貫流ポンプを使用するために多量の電力消費水温の上昇を招く。この事からも小規模な養殖水槽には使用できない。

0019

また、省スペースで養殖水槽を実現するために水槽を2段に重ねる場合は、養殖用水を上部水槽と下部水槽それぞれの中で循環させるだけではなく、上部水槽と下部水槽間でも循環させるために、更に揚水ポンプを追加して水槽内に設置することが必要になる。

0020

このように養殖水槽に、騒音や振動が激しい多くのポンプを使用すると養殖生物の食欲に影響し、その成長が著しく遅くなったり、場合によっては死滅したりする。
さらに、装置が大きくなり、電力消費量が増え水槽の温度が上昇して、この面からも飼育している生物の環境に影響を与える。
また微生物を使った生物ろ過に於いては微生物の定着が難しく、養殖現場では実用レベルとして使用できなかった。観賞用水槽ではプロテインスキマーと言う装置が効果ありと言われているが、多くの場合は水換えを併用している。

解決手段

0021

気ポンプと、送気ポンプに接続された送気管と、送気管に接続され、水域内に配置され、水域内に第一次気泡を放出する散気管と、第一次気泡をその気泡取入口から取り入れて気泡微細化ユニット内で撹拌して微細気泡化する第一次気泡微細化ユニットと、第一次気泡微細化ユニッより水域内に放出された第二次気泡が衝突する位置に配置された微細気泡受け板と、第二次気泡をその気泡取入口から取り入れて更に二次気泡微細化ユニット内で撹拌して、第三次微細気泡を発生させて微細気泡化する第二次気泡微細化ユニットとを用いる。

0022

その時、微細気泡受け板はその上部を前記第一次気泡微細化ユニットの気泡放出口に近く、その下部を前記第一次気泡微細化ユニットの気泡放出口に遠くなるように傾けて配置し、第二次気泡のうち比較的大き目の気泡(マイクロバブル)を第二次気泡微細化ユニットへ導き、比較的小さめの気泡(ナノバルブ)はそのまま水槽内に放出する。

0023

前記水域内の一定範囲を養殖用水槽として囲み、前記養殖用水槽内に、請求項1に記載の微細気泡発生装置と共に微生物を定着させたアラゴナイトを配し、アラゴナイトに定着した微生物に微細気泡を供給することにより微生物を活性化し、水質ろ過効果を高める。
ここで用いる第一次気泡放出口は開放された送気管の一端であっても良いが、多孔質の素材を使用した散気管を用いると気泡の微細化がし易くなりより好ましい。

0024

次に、微細気泡発生装置に更に微細気泡備蓄室を備え、第一次気泡微細化ユニットから放出される微細気泡水を気泡備蓄室に導入し備蓄し、第二次気泡微細化ユニットの気泡吸い込み口を、第一の微細気泡発生装置の気泡放出口より高い位置に配する。

0025

第一次気泡微細化ユニットの気泡放出口より微細気泡備蓄室に放出された第二次気泡が衝突する位置に気泡受け板を配する。気泡のうち比較的大き目の微細気泡(主にマイクロバブル)はそのまま上昇し、比較的小さめの気泡(主にナノバブル)は上昇せずに漂うという性質を利用して大きさで選別する。
比較的小さめな気泡は、微細気泡水備蓄室の下部に設けた放出口より水域に放出される。
方比較的大き目の気泡(マイクロバブル)は微細気泡水備蓄室内を上昇し、第二次気泡微細化ユニットの気泡取入れ口より第二次気泡微細化ユニットへ吸込まれ、その内部の撹拌翼で撹拌され、更に気泡が微細化され、第三次気泡放出口から第三次気泡として放出される。

0026

この装置は水槽内で使われることを想定しているが、開放水面で養殖などを行うときにも使用できる。
また、微細気泡発生装置を挿入した浄化水槽を用意し、プールなどを使用した大型の養殖水槽内の水を引き込み浄化した後に大型養殖水槽に戻す様にして、大型水槽内の水をろ過する場合にも使用できる。

0027

また、水槽の設置面積を少なくするために水槽を上下に複数段に重ねて、下段水槽内に気泡微細化ユニットまたは細気泡発生装置を配置することが出来る。
気泡微細化ユニットまたは前記微細気泡発生装置を設置した水槽の微細気泡を上段水槽に送出する送泡パイプを設け、送泡パイプの先端である微細気泡放出口を上段水槽内に水平方向または下方向に向けて、上段液槽内に配して水を循環させる。

0028

また、前記水槽内に生物ろ過装置を配し、微細気泡により水槽内の微生物を活性化して、ろ過の効果を高めることも出来る。
特に、ろ過装置に、微生物を定着させた多孔質ゼオライトやアラゴナイトを用いると、ろ過効果をいっそう高める。

発明の効果

0029

本発明の微細気泡装置を用いて高濃度の微細気泡を水中に発生することによりさまざまな効果を利用することが出来る。
視認しやすいものとしては、その気泡が水中の異物に付着して浮き上がらせて、上部水槽の喫水線を超えた水とともに、オーバーフローパイプの中に流し、その水に混入している残滓を濾しとり、容易に異物の排除できるという効果がある。

0030

最も中心的な効果は、微細気泡を水中に放出し、溶融させることにより水中の酸素濃度を高めることによる効果である。
微生物の培養に於いては、乳酸菌糖化菌共生培養をすると、それぞれ単独で培養した場合に比べて10倍以上促進されると言われているが、本装置を用いると更に10倍促進されるというデータもある。この方法により微生物の大量培養が可能になる。

0031

更に本発明の技術を用いて養殖水の酸素濃度を高めると養殖生物の生長を促すのみでなく、微生物ろ過を使用した場合、ろ過に用いる微生物を活性化し、養殖用水の交換頻度を少なくする事ができる。
また、微生物によるろ過性能も高くなり、酸素濃度も高くなるため、狭い水槽中でも養殖生物を高密度に生育することができる。 これは大きな、産業上の効果である。

0032

また、本願特許発明者の経験によると、鮑の稚貝輸送時に空港で1日以上予定にない指し止めをされて仮死状態で届いた事があった。このまま通常の水槽で飼育した場合、全滅の可能性があったがこのときに本願発明の水槽で養生した事により個体の60%以上再生したという実績がある。

0033

また本願発明の装置の特徴は、第一次気泡放出口から放出されてすでに気泡となっている空気を水中ポンプで更に微細気泡化するという、二段階処理のために、それぞれの段階では装置に高圧や高回転が要求されず、振動や騒音が低い装置を実現できる点にある。

0034

水生生物の養殖に限らず養殖される生物は一般に環境により生育状況が大きく影響される。振動が加えられると食欲が急激に衰え、成長が止まるのみでなく、死滅することもある。本願発明の技術を用いれば、振動の少ない微細気泡発生装置で水の循環をするために、水生生物にとって良好な生育環境を提供可能で、その生育を促すことができる。

0035

このように、振動、騒音の少ない微細気泡発生装置を、一般に市場入手できる最小の部品点数で実現可能にする。
このように簡単な装置により陸上養殖を実施できる。

0036

また、微生物による水の浄化が効率よく実現できるために、水換えが少なくて済むので、陸上で水生生物の養殖が容易になる。特に海洋生物の養殖に於いては給水もさることながら塩分を含んだ水の排水が少なくて済み、養殖できる環境が拡がる。

0037

また水槽での養殖に使うばかりではなく、水体中に多量の気体を溶解させる必要がある用途に本願技術を応用すると、小型軽量な装置ができる。

0038

本願発明は水生生物の養殖に応用するためになされたものであるが、これに限るものではなく、他の産業にも応用できる。微細気泡が水中で圧壊するときに生じる微細振動(超音波など)による作用がある。これは洗浄、肌の刺激による美容作用などへも応用が考えられる。
たとえば、微細気泡を使った洗浄に好適に用いることが可能であり、その場合は例えば、水に換えて洗浄用オイルを使用することも同じ技術範囲で容易に考えられる。また空気に換えて、その処理に必用な気体を用いる事も可能である。

図面の簡単な説明

0039

気泡微細化ユニット微細気泡発生装置第一の実施例 第二の実施例微生物ろ過適用例

0040

図1及び図2を使用して、気泡微細化ユニット2及び微細気泡発生装置3の構成を説明する。
水中に散気管35を配置し、送気ポンプ33により送られてくる気体(空気)を導くため、散気管35に送気管34を接続する。

0041

散気管35より水中に放出された第一次気泡16が気泡微細化ユニット2の気泡吸込口22から取り込まれ易いように、散気管35の位置を気泡吸込口22より低い位置に配置する。散気管35は水槽1の床面に配置しても良いが、気泡吸込口22との位置関係を安定化するために水中ポンプ設置台(図示せず)を取付けてその上に設置しても良い。

0042

また、散気管35から放出される第一次気泡16の拡散を防ぎ、効率よく気泡吸込み口35に導くために適宜気泡飛散防止壁40を設ける。

0043

気泡微細化ユニット2は水槽1内の養殖用水11と共に気泡21を吸込み、その内部で撹拌して微細気泡26を発生させ、微細気泡放出口25から放出する。

0044

更に気泡を微細化する必要がある場合や均一な微細気泡を必要とする場合は気泡微細化ユニット2を複数台直列接続することで実現できる。ただ、この場合気泡微細化ユニット2を単に並べるのではなく、バブルの性質を考慮し、図2に示す様に高さに差をつけると効果的である。

0045

直列に接続された複数台の気泡微細化ユニット2は、バブルの流れる順に、第一次気泡微細化ユニット31、第二次気泡微細化ユニット32・・・と名づける。散気管35より放出された第一次気泡16を、第一次気泡微細ユニットの気泡吸い込み口22から取り込み、第一次気泡微細化ユニット31内で撹拌して、第二次気泡17を発生させて、第二次気泡放出口38より水域中へ放出するが、第二次気泡微細化ユニット32は前記第二次気泡17を気泡吸込み口22より取り込み、第二次気泡微細化ユニット32内で撹拌して、第三次微細気泡18を発生させて、第三次気泡放出口39より水域中に放出する。

0046

前記微細気泡発生装置内3に更に微細気泡水備蓄室37を備え、第一次気泡微細化ユニット31から放出される微細気泡水を気泡水備蓄室37導入し備蓄し、第二次気泡微細化ユニット32の気泡吸い込み口22を、第一の微細気泡発生装置31の第二次気泡放出口38より高い位置に配する。

0047

第一次気泡微細化ユニット31の気泡放出口38より放出された、前記第二次気泡17が衝突する位置に気泡受け板36を配する。微細気泡を衝突させる事と比較的大き目の微細気泡はそのまま上昇し、比較的小さめの気泡は上昇せずに漂うという性質を利用して大きさで選別する。
比較的小さめな気泡は、微細気泡水備蓄室37に蓄積された後、下部に設けた、備蓄気泡放出口41より放出される。
一方比較的大き目の気泡は第一の水中ポンプの微細気泡放出口より高い位置に配された第二次気泡微細化ユニット32の吸込み口より吸込まれ、内部で撹拌され、更に気泡が微細化される。この気泡を第三次気泡18とする。

0048

図3に第一の実施として、例微生物ろ過装置を用いた水生生物養殖装置に本願発明の微細気泡発生装置5を応用した例を示す。
この例では水槽1の床を傾斜させてあり、その低部に微細気泡発生装置3が設置されている。
これは水槽1内の水生生物の排泄物や残滓14のうち斜面に沿って下降して来たものに対して微細気泡を付着させ、浮揚しやすくするためである。

0049

図4に第二の実施例を示す。水槽1内に養殖用水11と微生物ろ過装置4とオーバーフローパイプ12を設置する。 オーバーフローパイプ12は鉛直に配置し、その下端は水槽1を貫通させてある。
そして上端は水槽1内の最高水位の高さにあわせそれ以上水位が上がらない様にする。
微細気泡が付着した排泄物や残滓は養殖用水11の表面に浮き上がり、オーバーフローパイプ12へ養殖水とともに流れ込む。流れ込んだ水は途中で残滓フィルタ56を通し排泄物や残滓を濾し取った後下部水槽62に流入させる しかし、オーバーフローパイプ12は必ずしも水槽1を貫通しなくてもよく、オーバーフロー水の排出口の高さはオーバーフローパイプ12全体の最下端に位置すればよい。

0050

水槽1内に養殖する水生生物13を入れる。
微細気泡発生装置3により発生した微細気泡19は水槽1内に拡散され、養殖水の酸素濃度を上げ、養殖生物13のみではなく、微生物ろ過に用いる上昇水フィルタ51及び下降水フィルタ52内に定着させた微生物、特に好気性微生物を活性化して水中のアンモニア及び亜硝酸を硝化する能力を著しく高める。

0051

上昇水フィルタ51及び下降水フィルタ52には多孔質の石材硝化菌を定着させたものを用いることが多いが、硝化菌が定着可能なものなら、たとえば活性炭カーボン繊維など他のものも使用可能である。

0052

毒性の強いアンモニアが硝化されると養殖水は長期に使用できるが、それでも徐々に酸性化する傾向がある。
そのためにPH調整剤を水中に投入すると良い。
また水中のカルシウムが減少するという問題も生じる。
このためにカルシウム補給剤も投入すると、これが水中に溶出されるとPHがアルカリの方に向かう。

0053

PH調整剤として、またカルシウム補給剤として炭酸カルシウムの結晶を水中に投入する。
炭酸カルシウムの結晶の一種にアラゴナイトがある。これは化石化したもので養殖水が酸性化すると水中に溶け出すことでカルシウムの補給になると共にPH調整効果(水の酸性化を防ぐ)がある。

0054

また、アラゴナイトは多孔質の素材である。微生物はろ材に根を張っているわけではないので、一時的に表面で繁殖しても水流や気泡の流れで容易に流されてしまう。多孔質の物質に定着する微生物はその孔径が微生物の大きさに合ったものになる。そうであれば多孔質ろ材に生息している微生物は孔の中からでは容易に流されないので定着し易い。
その点アラゴナイトやゼオライトは水質ろ過に使用する微生物に適した穴径をもっている。同じ炭酸カルシウムの結晶体であるカルサイト(方解石)は容易に水に溶け出さないのでこの用途には向かない。

0055

そして、孔の中に微生物を定着させるには酸素を孔の中まで十分に届ける必要がある。
しかし、気泡の径が大きいと穴の中に気泡が入り込めず、穴の中のバクテリアに十分酸素が供給されない。そのために微細気泡を微生物ろ過装置に供給することは従来のように散気管で水中に気泡放出する方法だけでは不十分である。微細気泡はろ材の孔の中の微生物に直接酸素を届けることができると共に水中酸素濃度を画期的に高めるので、更に微生物の活性化に図れる。

0056

更に微生物の活性化を効果的に行うためには、微細気泡発生装置の気泡放出口17又は18に直接送泡パイプを接続して、微細気泡を上昇水フィルタ又は下降水フィルタに直接送りと届ける方法をとることが出来る。
このとき、微細気泡発生装置の気泡放出口17と送泡パイプ63の間に水中ポンプ53を挿入すれば、確実に微細気泡水を微生物に送り込むことができる。
同じ炭酸カルシウムの結晶体であるカルサイト(方解石)は容易に水に溶け出さないのでこの用途には向かない。

0057

微生物ろ過は、養殖生物13の排出するアンモニア成分の残滓が水中へ蓄積されるのを防ぐためである。アンモニアは一般に好気性微生物により亜硝酸へ変換され、そこで生じた亜硝酸は更に好気性微生物により硝酸塩に変換される。一般に硝酸塩は植物の肥料としても有効なもので、アンモニアのような毒性は無い。
この変換は一般に硝化といわれているが、微細気泡により微生物を活性化すると硝化作用を強めることができる。

0058

また水槽による養殖で、本発明のように水を浄化しながら使用すると、水換えを少なくて済む。
これは陸上で海洋生物を養殖するときなど非常に有効であるが、長期間水換えをしないと水中のカルシウム成分が不足がちになるとともに水が酸性化してくるという問題も発生してくる。
ろ材としてアラゴナイトを使用するとこの点でも好適である。つまり水が酸性化してくると炭酸カルシウムであるアラゴナイトが徐々に水中に溶出してきて養殖水を中和し、酸性化防ぐ。

0059

しかし、アラゴナイトは比重が高いため、比較的比重の低い多孔質ゼオライトと混ぜて使用すると作業をするとき楽である。

0060

図5に微生物ろ過適用例を示す。上昇水フィルタ51は一定の容器にろ材55として微生物の定着したゼオライトやアラゴナイトを挿入しておく。その底部から微細気泡を加え、微細気泡と水の上昇流を発生させることにより、ろ材55に定着している微生物を活性化すると共に上昇水フィルタ51内の水を交換するという効果もある。

0061

更に微生物を活性化するため、下降水フィルタ52は一定容器に挿入されたろ材55に、上から微細気泡を接触させる。このとき下降水フィルタ52の下部から水を吸い出すことにより、ろ材に定着している微生物を活性化すると共に下降水フィルタ52内の水を交換する。

0062

この装置は海や河川の中に設置して用いることが可能だが、陸上で養殖用の水槽に用いることも出来る。その場合この装置を養殖水槽内に設置して使用する。

0063

更に狭い建屋などに水槽を設置して使用する場合は、前記水槽を上下に複数段に重ねて使用するが、そのときは上部水槽61と下部水槽62間に微細気泡を含んだ水を循環させる必要がある。

0064

このときには以下に示す方法が、騒音や振動を発生せずに行える有力な方法である。
前記水槽1を上下に複数段に重ね、相対的に下部に位置する下部水槽62内に微細気泡発生装置3を配置し、微細気泡発生装置3で発生した微細気泡を下部水槽62内に放出するとともに相対的に上部に位置する上部水槽61にも送出するため、送泡パイプ63を設け、送泡パイプ63の先端である上部微細気泡放出口64を前記上部水槽61内に配置する。
送泡パイプの先端である上部微細気泡放出口64は図3に示す通り上部液槽61内に水平方向に向ける。

0065

気泡微細化ユニット2は内に樹脂製の撹拌翼23を使用すると騒音や振動を発生させず緩やかな流れを作り出ことが出来る。
振動と騒音があると水生生物にストレスが加わり、食欲が低下し、成長が止まり、場合によっては死滅する場合があるので、樹脂製の撹拌翼23による穏やかな水流と微細バブル上昇力効果を用いることにより、別個の揚水ポンプなどを用いなくても、下部水槽62から上部水槽61に、水とバブルを一気押し上げ循環させることができるため、飼育生物に十分な溶存酸素を含んだ水を上部水槽61に補充するこの方式は有効である。

0066

通常はこのような第一次気泡微細化ユニット31を用いるが、より微細な気泡が必要とされる場合などは、第一次微細気泡微細化ユニット31の第二次気泡放出口38より放出される第二次気泡17を更に第二次気泡微細化ユニット32の気泡吸い込み口22から取り込み、第二次微細気泡微細化ユニット32内で攪拌して第三次気泡放出口18より微細気泡を放出する。

0067

第二次気泡放出口38より放出された第二次気泡17の中でも、比較的微細な気泡はあまり上昇せずに漂うが比較的大きい気泡はすぐに上昇する傾向にある。従って第一の微細気泡放出口38より高い位置に第二次気泡微細化ユニット32の気泡吸込み口22を高い位置に置くと第二次気泡微細化ユニット32は大きめの気泡を吸込み微細気泡化する働きを担う。
一方第二次気泡微細化ユニット32から放出された気泡のうち微細な気泡はそのまま水域に放出しても微細気泡としての効果は発揮できる。

0068

また、第一次気泡微細化ユニット31の第二次気泡放出口と第二次気泡微細化ユニット32の気泡吸い込み口22を囲う、微細気泡水備蓄室37を設けると、第一次気泡微細化ユニット31から放出された微細気泡がいきなり水中に拡散されるのを防ぎ、第二次気泡微細化ユニット32に効率的に気泡を供給できる。

0069

図4に実施例2を示す。これは水槽を2段に重ね、建屋内スペースを効率的に使うこととで、コンパクトになるので養殖時の作業の手間を省くためにも有効である。
養殖生物13は上部水槽61と下部水槽62に、ともに入れることができる。もちろんそのいずれか片方でも可能である。

0070

微生物ろ過装置は下部水槽62に設置する。
また微細気泡発生装置3も下部水槽内62に設置する。 それにより発生した微細気泡18によって上部水槽61内及び下部水槽62内の養殖水2を循環させるとともに微生物ろ過装置5内の微生物に酸素を供給して活性化する役割を果たす。

0071

また、微細気泡18は送泡パイプ63を通して上部水槽61にも送られる。場合によっては備蓄気泡放出口41と送泡パイプ63の間に水中ポンプ53を挟んで、効率よく微細気泡を上昇水フィルタ51又は下降水フィルタ51に送る。このとき気泡とともに水も上昇又は下降し、水槽内で循環する。このように上昇水流が発生するために、本発明を実施すれば別途上部水槽61に揚水するためのポンプを用いなくても良いので、低騒音化低振動化を実現し、しかも養殖水の温度上昇を防ぐこともできる。

実施例

0072

養殖生物13により水槽内に排出される固形物や餌の残りは放置すれば水中に漂う。しかし水中に気泡を放出すると固形物や餌の残りに取り付き浮き上がらせる効果がある。
水槽上部の喫水線位置に入り口を持つオーバーフローパイプ12を付加し浮遊物を流しだすことによりこれらを取り除くことができる。水と共に流しだすときに残滓フィルタ56を用い除去し、水は水槽に戻す。

0073

1水槽
11養殖用水
12オーバーフローパイプ
13養殖生物
14 浮遊または浮揚している排泄物や残渣
15 除去された排出物や残渣
16第一次気泡
17第二次気泡
18 第三次気泡
19 水中を浮遊している微細気泡
2 気泡微細化ユニット
21 気泡
22 気泡取入口
23撹拌翼
24水中モーター
25 微細気泡放出口
26 微細気泡
3微細気泡発生装置
31 第一次気泡微細化ユニット
32 第二次気泡微細化ユニット
33 送気ポンプ
34 送気管
35散気管
36 気泡受け板
37微細気泡水備蓄室
38 第二次気泡放出口
39 第三次気泡放出口
40 気泡飛散防止壁
41備蓄気泡放出口
5微生物ろ過装置
51 上昇水フィルタ
52下降水フィルタ
53水中ポンプ
54 ろ過水の流れ
55ろ材
56残滓フィルタ
6 二段水槽
61 上部水槽
62 下部水槽
63 送泡パイプ
64 上部水槽微細気泡放出口

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