JPH03181391A - アンモニア性窒素を分解する水処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、魚介類の種苗生産・養殖、あるいは観賞用
水棲動物飼育水槽などの水に含まれるアンモニア性窒素
の化学的処理技術に関するものである。

［従来の技術］ 魚介類の種苗生産や養殖、あるいは水族館等の観賞用水
棲動物の飼育には、飼育水槽が用いられるが、これら飼
育・生産に使用されると、水棲動物の代謝・排泄物、餌
の残渣等により水質が次第に悪化する。水質が悪化する
と、病原菌が繁殖して水棲動物を病死させたり、健全な
成長を阻害することがある。これを防ぐために、−船釣
には浄化された新しい水を水槽に流入させて水槽水の水
質が悪化しないようにしている。

その方法としては、常時一定量の清浄水を水槽に流入さ
せて水槽水と置換する流水式、あるいは一定間隔毎に一
定量の水槽水を排出し、それと同量の清浄水を補充する
換水式などの方法がある。

そのためには大量の清浄水が必要であり、また、この補
給水を水棲動物の最適飼育・生産温度に調整するための
加温あるいは冷却に要するエネルギーコストが大きい等
の欠点を有していた。

このような欠点を解決する方法として、微生物による浄
化機能を付加した循環処理式の飼育用水再利用方法が開
発され、一部で利用されている。

第５図は、たとえば、　「水産養殖と水　第２集水の有
効利用技術から沿岸環境の改善まで」、佐野和生著、サ
イエンティスト社、１１１〜１１２へ°−シーに示され
た、従来の循環式飼育用水再生処理装置のフローを示す
構成図であり、図において、（１）は飼育水槽、（２）
は循環ポンプ、（３）はろ過装置、（４）はブロワ−１
（５）は散気装置である。

次に動作について説明する。

水棲動物の代謝・排泄物、餌の残渣等により汚濁した飼
育水槽（１）の水は、循環ポンプ（２）によりろ過装置
（３）に送られ、浮遊性固形物が除去されるとともにろ
過砂に付着している微生物により、有機物およびアンモ
ニア性窒素等の一部が酸化される。処理された水は再び
飼育水槽（１）に戻るようになっている。一方、ブロワ
−（４）は水棲動物の生育に必要な酸素を供給するため
のもので、送気された空気は散気装ａ（５）を介して飼
育水槽中従来の循環式飼育用水再生処理装置は以上のよ
うに構成されており、一定の浄化性能は有している。し
かし、アンモニア性窒素の分解はろ過砂などに付着した
硝化！ＩＩＩ菌に委ねられているため、これらの細菌の
生育が十分でないとアンモニア性窒素は分解されずに蓄
積する。アンモニア性窒素や亜硝酸イオンの濃度上昇は
水棲動物の成長阻害や死滅を招くことがある。また、良
好に処理されれば硝酸イオンになり毒性は減少するが、
硝酸イオンが蓄積するとｐＨの低下をもたらすため、飼
育用水としては一般に好ましくない。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたものであり、水棲動物等の飼育によって生成するア
ンモニア性窒素を完全に除去し、硝酸イオンや亜硝酸イ
オンの蓄積の防止、ならびにｐＨの低下を防止できるア
ンモニア性窒素を分解する水処理装置を提供することを
目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明に係わるアンモニア性窒素を分解する水処理装
置は、飼育水槽、オゾン処理装置、活性炭装置、および
飼育用水循環装置から構成され、臭素イオンが添加され
た淡水よりなる飼育用水が、これらの間を直列に循環す
ると共に、上記飼育用水の流れ方向に対して上記オゾン
処理装置が上記活性炭装置の上流に設置されたものであ
る。

さらに、上記装置において、飼育水槽より流出する循環
水を２分割し、一方がオゾン処理装置を通過し、他方が
オゾン処理装置をバイパスした後、オゾン処理された循
環水と混合されて活性炭装置に流入し、かつ上記オゾン
処理装置に分割される循環水の量が、５ｘアンモニア性
窒素濃度（ｍｇ／ｌ）　ｘ循環水量（１／分）≦オゾン
吸収量（ｍｇ／ｌ）　ｘ循環水量（１／分）になるよう
に制御してもよい。

［作用］ 本発明者らはアンモニア性窒素の除去方法について根本
問題に遡って鋭意研究した結果、臭素イオンの存在下で
オゾンを使用すれば、アンモニア性窒素を完全に除去で
きることを見い出した。この発明は、その知見によりな
されたもので、飼育水槽からの循環水中に注入したオゾ
ンは、淡水よりなる飼育用水中にあらかしめ添加した臭
素イオンと反応して酸化性物質を生成し、この酸化性物
質がアンモニア性窒素を分解する。後段の活性炭処理は
、注入したオゾンあるいはオゾンと臭素イオンとの反応
により生成する酸化性物質が、水棲動物の入った飼育水
槽に流入するのを防止する。

［実施例コ この発明を見いだすにあたり、養魚水槽、循環ポンプ、
砂ろ過槽、オゾン処理槽、活性炭処理槽、養魚水槽のプ
ロセス順で閉鎖循環式水処理を行い、海水中におけるア
ンモニア性窒素の除去効果を調べた。

この結果、アンモニア性窒素は各処理プロセスを経るに
したがって順次減少した。砂ろ過槽および活性炭槽にお
けるアンモニア性窒素の減少は、ろ過砂および活性炭表
面上に付着して棲息している亜硝酸細菌による硝化作用
と考えられた。

一方、同時に測定した亜硝酸性窒素は、砂ろ過および活
性炭処理では増加あるいは横ばい状態であり、すなわち
、この実験では亜硝酸を硝酸に酸化する硝Ｍ！ＩＩＩ菌
の働きは、亜硝酸細菌に比較すると活性は低かった。亜
硝酸性窒素はオゾン処理によって顕著に減少し、実験で
用いたプロセスフローではオゾンによる亜硝酸性窒素の
除去効果が大きかった。

以上の実験結果のうち、付着性微生物による硝化作用及
びオゾンによる亜硝酸性窒素の酸化分解は以前から知ら
れていた現象である。

本実験において、本発明者が注目したことは、オゾン処
理によってアンモニア性窒素が減少したことである。ア
ンモニア性窒素は中性付近ではアンモニウムイオンとし
て存在するが、アンモニウムイオンはオゾンとは反応し
ないため、中性付近ではオゾン処理ではほとんど分解で
きないと考えられてきた（「水産増殖と水　第１集　水
質評価と技術的対応」、佐野和生著、サイエンティスト
社、　１５７ページ）。

本発明者らはこの結果から、オゾンによる海水中のアン
モニア性窒素の分解機構を次のように推察した。海水に
オゾンを注入すると、海水中に約６０ｍｇ／ｌ存在する
臭素イオンが酸化されて酸化性物質を生成し、ここで生
成した酸化性物質がアンモニア性窒素を分解する。そこ
で、海水中に存在するアンモニア性窒素を分解するのに
必要な酸化性物質を、オゾンによって生成させることに
よってアンモニア性窒素はオゾンで効率良く分解できる
であろう。さらに、淡水系に存在するアンモニア性窒素
を分解する場合においても、水中に臭素イオンを意図的
に添加しておけば、アンモニア性窒素はオゾンによって
分解可能になるのではないか。

この推察に基づき、オゾン注入量とアンモニア性窒素の
分解の関係を調べる実験を行った。

リン酸緩衝）α（ｐ）１７．３）　１　ｍ　Ｍを含むイ
オン交換水に、臭化カリウム１ｍＭ（臭素イオンとして
、約８０ｍｇ／ｌ）と塩化アンモニウム（アンモニア性
窒素として、２ｍｇ／ｌ）を添加した後、オゾン注入量
を変化させて、アンモニア性窒素濃度の減少を調べた。

その結果を第２図に示す。同図から明らかなように、ア
ンモニア性窒素２ｍｇ／ｌを完全に分解するのに必要な
オゾン量は、約１０．６ｍｇ／ｌ以上であることが判明
した（点ａ）。すなわち、アンモニア性窒素１ｍｇに対
して、約５．３倍以上のオゾンが水中に吸収されたなら
ば、アンモニア性窒素は完全に分解される。

そこで、オゾン処理Ｈａ人口水のアンモニア性窒素濃度
を検出し、オゾン消費量がアンモニア性窒素の約５．３
倍量に制御することによって、アンモニア性窒素を効果
的に分解できるフィードフォワード制御が可能である。

また、オゾン処理後の水質として、アンモニア性窒素と
ともに酸化性物質濃度を測定することによって、オゾン
注入量の過不足を修正するフィードバック制御も可能で
ある。

このように、オゾンによってアンモニア性窒素が分解さ
れ、さらにフィードバック制御などを付加することによ
ってオゾン処理は適正に行われる。

しかし、実際には必ずしもオゾン注入量を制御するシス
テムを付加できるとは限らないため、オゾン注入量の過
不足に対応した対策を講じておく必要がある。アンモニ
ア性窒素に対してオゾン注入量が過多な場合には処理水
中にオゾンや臭素酸化物などの酸化剤が残存する。酸化
性物質は酸化力が強いため、一般に水棲動物にとって毒
性があると考えられる。

以下、この発明の一実施例を図を用いて説明する。第１
図はこの発明の一実施例によるアンモニア性窒素を分解
する水処理装置を示す構成図である。同図において、（
６）は飼育用水中のアンモニア性窒素を除去するための
オゾン発生装置、（７）は散気装置、（８）はアンモニ
ア性窒素を含有する水とオゾン発生装置（６）で発生さ
せたオゾンを接触させるためのオゾン反応槽、（９）は
排オゾン処理装置、（１０）は窒素成分を分解した処理
水中に残留するオゾンなどの酸化性物質を除去するため
の活性炭処理装置である。

次に動作について説明する。飼育水槽（１）で水棲動物
の代謝・排泄等で汚濁した飼育用水は、循環ポンプ（２
）でオゾン反応槽（８）に流入され、ここでオゾン発生
装置（６）で発生したオゾンと接触させる。ここでは、
オゾンとあらかじめ添加しておいた臭素イオンとの反応
で生成した酸化性物質と、飼育用水中のアンモニア性窒
素が反応し、アンモニア性窒素は窒素ガスとなり処理さ
れる。未反応のオゾンガスは排オゾン処理装置（９）で
処理された後、大気中に放出される。

オゾン反応槽（８）でアンモニア性窒素を分解した、飼
育用水中に残留する酸化性物質などは、次に活性炭処理
装置（ｌＯ）で分解する。飼育用水は再び飼育水槽（１
）に戻され、水棲動物の飼育・生産など（こ再利用され
る。なお、オゾン反応槽（８）、活性炭処理装置（１０
）、および飼育水槽（１）間の飼育用水の移動は水位差
で行うように構成すれば便利である。

このようにオゾン処理装置と活性炭処理装置を、あらか
じめ臭素イオンを添加した飼育用水循環系に設置するこ
とにより、飼育用水中のアンモニア性窒素が、亜硝酸性
窒素や硝酸性窒素として蓄積されることなく直接除去さ
れる。また、硝酸を生成しないので、水のｐＨ低下を防
止できるため、清浄水との換水がほとんど不要になる。

さらに、活性炭処理で酸化性物質などが分解されるため
、飼育水槽に酸化性物質などが流入して水棲動物に悪影
響を与えることがない。

ところで、この発明に対して、循環ポンプ（２）とオゾ
ン反応槽（８）の間に、砂ろ過槽などの浮遊性固形物除
去装置を付加することによって、被処理水中の懸濁物質
をオゾン処理の前段で除去して、注入しにオゾンがアン
モニア性窒素の分解に効率よく利用される構成とするこ
ともできる。

次にこの発明の他の実施例について説明する。

上記実施例ではオゾンによるアンモニア性窒素の分解手
段に加えて、未反応の酸化性物質を除去する手段を講す
ることによって、循環系水処理再刊用システムで飼育動
物に悪影響を及ぼすことなく、アンモニア性窒素が分解
されうる。しかし、さきに行った実験により、アンモニ
ア性窒素と臭素酸化物との化合物であるブロマミンと推
定される物質が、活性炭処理装置で再びアンモニウムイ
オンに戻ってしまうことか示唆された。

したがって、アンモニア性窒素を分解するのに十分なオ
ゾン量が存在する場合には問題ないが、分解のために必
要なオゾン量がオゾン発生機の能力を超えた場合などに
は問題を生ずる。すなわち、オゾン量が不足の場合には
、アンモニア性窒素はＶ素ガスにまで完全分解されずに
、結合臭素化合物であるブロマミンに変化すると考えら
れるが、ブロマミンは活性炭装置で再びアンモニウムイ
オンに戻ってしまうため、オゾン処理の効果が低下する
。

これζこ対して、循環する被処理液を半分量ずつに分岐
し、一方ではオゾン処理し、もう片方ではオゾン処理を
行わないことを想定する。このようにすると、オゾン処
理系に流入してくるアンモニア性窒素の絶対量は半減す
る。たとえば、第２図おいて、全量処理では６点に相当
するオゾン処理が、また半量処理ではａ点に相当する処
理となり、アンモニア性窒素の大部分は窒素ガスにまで
分解される。オゾン処理を行わない片方の系ではアンモ
ニア性窒素は分解されないが、トータルとしてはほぼ半
分量が分解されるため、第１図の実施例による全水量の
一括処理システムより優れた結果となる。第３図はこの
ような水処理装置のシステムフローを示す構成図であり
、図において、（１１）はオゾン処理する水と処理しな
い水を任意の割合で分岐する分流器、（Ｉ２）は２系統
の水の合流器である。

次に動作について説明する。飼育水槽（１）で魚の代謝
・排泄等で汚濁した飼育用水は分流器（１１）で分岐さ
れ、一部の水はオゾン反応槽（８）に流入され、ここで
オゾン発生装置（６）で発生したオゾンと接触させ、オ
ゾンと水の反応で生成した酸化性物質と飼育用水中のア
ンモニア性窒素が反応し、アンモニア性窒素は窒素ガス
となり処理される。

未反応のオゾンガスは排オゾン処理装置（９）で処理さ
れた後、大気中に放出される。

・一方、分流器（１１）でオゾン反応槽（８）を通らな
かった水は、合流器（１２）でオゾン処理水と混合され
、活性炭処理装置（１０）へ送られる。活性炭処理装置
（１０）を経た飼育用水は再び飼育水槽（１）に戻され
、水棲動物の飼育・生産などに再利用される。

分流器（＋１）でオゾン処理槽（８）へ分流する流量は
、アンモニア性窒素を分解するのに必要な酸化性物質を
生成するオゾン量と同程度またはそれ以上とすることに
よって、少なくともオゾン処理系においてはアンモニア
性窒素はほとんど分解できる。

具体的には、第２図の結果から、アンモニア性窒素の５
倍量以上のオゾン量を吸収させる水量とすれはよい。即
ち、５ｘアンモニア性窒素濃度（ｍｇ／）Ｘ循環水量（
１／分）≦オゾン吸収量（ｍｇ／ｌ）　Ｘ循環水量（１
／分〉となるようにすれはよい。このように、分岐管に
よってオゾン処理槽へ流入させる水を一部にすることに
よって、アンモニア性窒素の中間分解体であるブロマミ
ンが多量に生成することを防止し、アンモニア性窒素の
窒素ガスへの分解が効率良く行われる。

第４図は、分流器（１１）と合流器（１２）の位置を逆
にした実施例であり、（１３）はオゾン処理槽（８）に
送水するポンプである。第４図は分流器（１１）よりも
合流器（１２）を上流側に設置したことにより、活性炭
装置（１０）に流入されるまでの両系統の水の混合を良
くしている。また、酸化性物質などとの接触時間を長く
することにより、分解反応が進行しやすくなるように図
っている。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれは飼育水槽、オゾン処理
装置、活性炭装置、および飼育用水循環装置により、ア
ンモニア性窒素を分解する水処理装置を構成し、臭素イ
オンが添加された淡水よりなる飼育用水が、これらの間
を直列に循環すると共に、上記飼育用水の流れ方向に対
して上記オゾン処理装置を上記活性炭装置の上流に設置
するようにしたので、水棲動物等の飼育によって生成す
るアンモニア性窒素を完全に除去し、硝酸イオンや亜硝
酸イオンの蓄積の防止、ならびにｐＨの低下を防止でき
る効果がある。

さらに、上記装置において、飼育水槽より流出する循環
水を２分割し、一方がオゾン処理装置を通過し、他方が
オゾン処理装置をバイパスした後、オゾン処理された循
環水と混合されて活性炭装置に流入し、かつ上記オゾン
処理装置に分割される循環水の量が、５ｘアンモニア性
窒素濃度（ｍ３／ｌ）　ｘ循環水ｆｆ１（１／分）≦オ
ゾン吸収量（ｍｇ／ｌ）　ｘ循環水１１（１／分）にな
るように制御すれば、確実にアンモニア性窒素を分解す
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による水処理装置を示す構
成図、第２図はオゾン吸収量とアンモニア性窒素濃度の
関係を示す特性図、第３図、及び第４図は各々この発明
の他の実施例による水処理装置を示す構成図、並びに第
５図は従来の水処理装置を示す構成図である。 図において、（＋）は飼育水槽、（２）は循環ポンプ、
（Ｆ３）はオゾン発生装置、（８）はオゾン反応槽、（
９）は排オゾン処理装置、（１０）は活性炭処理装置、
（１１）は分流器、（１２）は合流器である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）飼育水槽、オゾン処理装置、活性炭装置、および
   飼育用水循環装置から構成され、臭素イオンが添加され
   た淡水よりなる飼育用水が、これらの間を直列に循環す
   ると共に、上記飼育用水の流れ方向に対して上記オゾン
   処理装置が上記活性炭装置の上流に設置されたアンモニ
   ア性窒素を分解する水処理装置。
2. （２）飼育水槽より流出する循環水が２分割され、一方
   がオゾン処理装置を通過し、他方がオゾン処理装置をバ
   イパスした後、オゾン処理された循環水と混合されて活
   性炭装置に流入し、かつ上記オゾン処理装置に分割され
   る循環水の量が、５×アンモニア性窒素濃度（ｍｇ／ｌ
   ）×循環水量（ｌ／分）≦オゾン吸収量（ｍｇ／ｌ）×
   循環水量（ｌ／分）になるように制御された請求項１記
   載のアンモニア性窒素を分解する水処理装置。