JP7450194B1 - 海洋深層水の低温性を利用した異種生物の多段階循環濾過式養殖方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、多種多様な元素を含む豊富なミネラルと、表層海水に比べてpHが低く、有機物含量が少なく表層海水から分離され、低温高圧下で長い期間熟成された熟成性を持っている。
海洋深層水の低温性、富栄養性、高ミネラル性を活用すれば、これまで養殖しにくかった寒海性高付加価値魚種を畜養したり、養殖できる新しい事業領域を開拓することができ、新たな将来潜在産業を育成することができる。海洋深層水を利用した水産分野の研究は海外ではすでに70年代から行われ、米国、台湾、ノルウェーではすでに産業化が進んでいる。
また、現在の水産分野の産業的活用としては、蟹などの寒海性魚種をしばらく保管する畜養程度の活用である。
そこで、本発明は低温性、富栄養性、高ミネラル性などの特性を持つ海洋深層水を利用して高付加価値のある様々な魚種を段階的に養殖できるシステムを提供する。
第1養殖水槽で排水された飼育水は、第2養殖水槽に供給され、水温10~12℃で寒海性海藻類を養殖する。
第2養殖水槽で排水された飼育水は、第3養殖水槽に供給され、水温14~16℃で鮭類を養殖する。
前記第3養殖水槽で排水された飼育水は、第4養殖水槽に供給され、水温16~18℃でナマコを養殖する。
取水された海洋深層水は前記第1~第4養殖水槽を順次的に移動して供給され、前記養殖水槽は水位差で海洋深層水が移動可能に設けられ、単一の位置エネルギーで養殖水槽に海洋深層水を供給及び移動できる。
また、本発明により海洋深層水を活用した低水温飼育環境の維持が可能となり、養殖される寒海性水産資源サケ類、海藻類及びナマコのような対象生物を年中生産可能となる。
図1は、本発明の海洋深層水を用いた異種生物の多段階養殖方法の模式図を示し、図2は本発明の海洋深層水を用いた異種生物の多段階養殖方法の模式図を示す。
本発明の海洋深層水を用いた異種生物の多段階養殖方法は、海洋深層水が位置する水層の海水を取水する海洋深層水取水段階(A)、取水された海洋深層水を第1養殖水槽に供給し、水温3~5℃で寒海性甲殻類を養殖する第1養殖水槽供給段階(B)、前記(B)段階で飼育水として使用され、排水された飼育水を第2養殖水槽に供給して水温10~12℃で寒海性海藻養殖する第2養殖水槽供給段階(C)、前記(C)段階で排水された飼育水を第3養殖水槽に供給し、水温14~16℃でサケ類を養殖する第3養殖水槽供給段階(D)、前記(D)段階で排水された飼育水を第4養殖水槽に供給して水温16~18℃でナマコを養殖する第4養殖水槽供給段階(E)からなる。
本発明の海洋深層水は、水深200m以下に位置する太陽光が到達しない海水で、2℃以下水温の清浄性、低水温性、水質安定性に優れ、溶存酸素量が少なくミネラルと栄養塩類が豊富な海水である。
また、本発明の海洋深層水を取水する方法は、取水管を海底に延長して取水する。前記取水方法は、従来公知された方法を選択することができる。
(B)段階で養殖される水産生物は、水温3~5℃で養殖することができる寒海性甲殻類である。本発明の実施形態では、蟹畜養が実施された。
本発明で取水された海洋深層水は、低温性、清浄性、細菌及びウイルスが含まれないという特性があり、別途の加温と水質管理なしに飼育水として供給ができる。
前記(C)段階で養殖される水産生物は、水温10~12℃で養殖することができる寒海性海藻類である。海藻類は、昆布、わかめなどを含むことができる。
本発明の実施例では、第2養殖水槽では昆布を養殖した。昆布は12~3月に幼葉が出て7月まで成長し、水温12~13℃を超えると枯れ、初秋10℃以下では活発に生育する寒海性植物として年中海藻養殖が可能である。
(D)段階で養殖される水産生物は、水温14~16℃で養殖されるサケ類が望ましい。
本発明の第3養殖水槽及び第4養殖水槽は、循環濾過養殖システムからなるものがよい。
本発明の循環濾過養殖システムは、第2養殖水槽または第3養殖水槽から排水された飼育水が供給され、鮭類やナマコを飼育する飼育水槽100が1つ以上設けられる。
前記飼育水槽で排水された飼育水は沈殿槽200に貯蔵された後、有機物除去装置300、脱気装置400、濾過装置500、オゾン注入装置600を順次的に経て再供給水として、一部は第3養殖水槽水槽に再供給され、残りは第4養殖水槽の飼育水として供給することができる。
本発明の循環濾過養殖システム(Recirculating aquaculture system; RAS)は、高密度養殖が可能で、生産性増大と養殖に必要な飼育水を再利用することにより、少ない水量だけで運転が可能となり、膨大な揚水用消費電力を低減することができる。
飼育水槽100は、鮭が飼育される場所である。沈殿槽200は、飼育水槽から排水された飼育水の固形物を一次的に除去する。
本発明の有機物除去装置300は、上部に開閉可能に装着された蓋を備えた処理槽1と、前記処理槽1の中間には、処理槽を上部処理槽3と下部処理槽4に分けるように傾斜して延びる傾斜仕切り部10が設置される。
傾斜仕切り部10の下部には、上部処理槽3と下部処理槽4に飼育水の流通が可能な流通管11が設けられている。傾斜仕切り部10の下部には、エア供給ライン80を経由して上部処理槽3に流入した空気が下部処理槽4を経由して処理槽外に排水されるように抜ける通気管12が形成される。
通気管12の下流端の出口は下部処理槽4内に配置され、下部処理槽4内の傾斜仕切り部10の上下面に隣接して浮遊した有機物層の上面と前記有機物吐出口90に向かって開口される。前記吐出口90から排出された有機物は、後述する第4養殖水槽で飼育されるナマコの餌として活用が可能である。
前記通気管を経由して搬送される飼育水に発生した微細空気粒子及び微細空気粒子の界面活性反応により、空気粒子表面に付着した有機物残渣が泡の形態で有機物吐出口90に徴集される。
下部処理槽4に貯蔵された飼育水に含まれる浮遊物質である有機物は、水面上に浮かび上がり、有機物吐出口90付近に収集される。
上部処理槽3に供給された飼育水は、水平多孔仕切り部20の上に落下する。落下した飼育水は水平多孔仕切り部20の上に浅い層として積層され、水平多孔仕切り部20に形成された複数の貫通孔を通過してバイオボール層上に落ちる。
収集された有機物は、通気管12を通って放出される空気によって有機物吐出口90に向かって押し出され、処理槽から排出される。
本発明の脱気装置は一定サイズで内部が空である形態の充填塔410が設けられる。
前記充填塔410の内部には濾過媒体440が積層設置される。本発明による脱気装置の送風量は、25m3/分~50m3/分の送風量で運転することができる。
また、空気注入口460および空気排出口470の空気注入および排出量を調整することができる空気調整弁480を設けてもよい。
前記空気排出口470及び空気注入口460の数量は関係なく設置が可能であるが、空気排出口470の断面積の合計より空気注入口460の断面積の合計が小さくなければならない。さらに、空気排出口470および空気注入口460は、空気流の効率を高めるために対向するように設置する。
充填塔の上部には飼育水流入管420が連結設置される。飼育水流入管420に流入する飼育水は、有機物が除去された飼育生物の呼吸によって発生した高濃度の溶存二酸化炭素が溶解したものを含む。
飼育水排出管420はSトラップ構造で形成され、充填塔内部に空気が注入されず、収集された飼育水のみ外部に排出されるようにする。前記媒体を通過して二酸化炭素が除去され、下部に収集された飼育水を後段の濾過装置に移動させることができる。
しかし、オゾンは高い生物危害がある。特に、オゾン由来残留酸化物に養殖生物が鋭敏に反応し、養殖方法に適用するのに多くの困難があるため、種特異性に合った適正水質環境(水温、塩分度)を考慮した安全濃度のオゾン注入が必要である。
TROの生成および作用に関して海水にオゾンを処理するプロセスは、淡水とは異なり、海水中に豊富に臭素イオン(Br-)が存在するのため、化学反応プロセスははるかに複雑である。
海水中のオゾン反応は、いくつかの化学的海水化合物と非常に迅速に反応しながら複数の反応を形成するため、オゾンの半減期はわずか数秒である。オゾンによって生成される酸化剤はOPOと呼ばれ、主なOPOはハイポアブロミン酸(HOBr)とハイポアブロミン酸イオン(OBr-)である。OPOは濃度値によって魚への毒性が大きいため、循環段階で残留OPOを制御することは養殖魚の保護に最も重要である。
本発明の実施形態によるオゾン発生装置は、無性放電方法、電解法、光化学反応、放射線照射法、高周波電界法のうちの1つ以上を選択してオゾンを発生させるものである。
また、前記オゾン発生装置には、オゾン溶解器及び酸素発生装置を追加的に設置可能である。
本発明の第4養殖水槽供給段階(E)は、上記(D)段階で排水された飼育水を第4養殖水槽に供給して養殖する段階である。
(E)段階で養殖される水産生物は、水温16~18℃で養殖されるナマコが好適である。上記(D)段階で、排水される飼育水には、鮭類養殖から排出される鮭の***物と飼料残渣を含む有機物とを一緒に排出することができ、このような養殖有機物はナマコの餌として提供することができる。また、本発明の第4養殖水槽は、上述した第3養殖水槽と同様の方法による循環濾過養殖システムとして運用することができる。
上記(D)~(E)段階に移動する飼育水は、後段階に移動する際に加温処理をせずに貯水槽に一時的に収集し、室温で水温が上がるようにしたり、加温装置で加温して各水槽に設定された水温に供給することができる。
しかしながら、本発明による養殖方法は、前後の養殖段階で要求される水温差が大きくないため、加温に要するエネルギーが少なく、水温維持のミスによる水生物の斃死を防止することができる。
上記各段階による養殖方法は、分離及び結合が可能であるため、必要に応じて生産しようとする魚種のみ養殖可能な効果がある。
<実験例1> 脱気装置の二酸化炭素濃度の確認
実験例1は、正常稼働している第3養殖水槽の循環濾過システムに脱気装置を設置後、未稼働状態と正常稼働状態を区分して二酸化炭素を測定した。
飼料はそれぞれ5日間正常供給し、飼料供給を停止した後、二酸化炭素が最高点と最低点に到達するのにかかる速度を測定し、脱気装置の稼働有無による飼育水内の二酸化炭素濃度の還元効率を比較した。飼育水中の二酸化炭素濃度は10分間隔で測定し、飼料供給最終日から濃度最低点まで測定した。
脱気装置を運転しなかった場合、19.4mg/Lから始まり、最大29.2mg/Lまで上昇した。二酸化炭素が最低点11.4mg/Lに達するのに約29.5hr程度が必要であった。
一方、脱気装置を起動した場合、約16.1mg/Lから始まり、最大24.7mg/Lまで上昇し、最低点11.3mg/Lに達するために24.9hr程度が必要であった。
脱気装置が稼働していない場合、稼働した場合よりも二酸化炭素の濃度は最大濃度基準1.18倍高く、脱気装置によって改善されることが示された。運転中に二酸化炭素の濃度も低く保たれることがわかった。
実験例2は実験例1と同様に実施した。以下の表1は脱気装置に供給される送風量による除去効率条件を示し、図8は脱気装置の稼動による二酸化炭素除去率を示す図である。
脱気装置の送風量が0m3/minで稼動していない場合は、平均31.8±7.3%で不安定な低い除去効率を示したが、送風量が25m3/minの場合は、平均46.2±2.9%、送風量が50m3/minの場合は、平均59.0±3.1%の安定した除去効率が示された。
正常稼働している脱気装置の送風量に応じたシステム内の二酸化炭素の溶存濃度維持範囲と除去効率を調べるため、0m3/min(未可動)、25m3/分、50m3/分の送風量の差を置いて比較した。飼料は正常供給(6個水槽×5kg=30kg/日間)しながら飼育水内の溶存二酸化炭素の濃度を10分間隔で5日間連続測定した。
脱気装置の送風機を稼動していない場合は最低25~38mg/Lの範囲に維持したが、送風量が25m3/minの場合は20~30mg/Lであった。
そして、送風量が50m3/minの場合、18~28mg/Lの範囲で分布した。
実験例3では、本発明によるTRO連続測定装置を用いてリアルタイム飼育水槽内のTRO濃度を測定し、飼育生物の行動(飼料摂取量基準)変化と飼育水内の微生物変化を調査した。
本発明の実験例3による実験魚は海マスで、高密度飼育システムにおけるオゾン処理の効果を調べた。飼料摂取量の調査は、1日2回飼料供給時の満腹供給を基準に供給飼料の残りが発生しないように手作業で供給した。
微生物調査項目は、生物学的濾過槽の濾過微生物と関連が深く、濾過効率に影響を及ぼす可能性があるheterotrophic marine bacteriaと魚類疾患に大きく関与する病原性微生物であるgram-negative strainとVibrio sppを対象に調査した。
飼育生物の飼料摂取量は、TRO 0.00実験区(対照区)で2,168g/day、TRO 0.04実験区で2,155g/day、0.08実験区で713g/dayであり、TRO 0.08以上の濃度では飼育生物の飼料摂取に異常の変化が発生すると判断される。
Gram-negat ive strainは、対照区で1.4×103CFU/ml、0.04実験区で5.6×101CFU/ml、0.08実験区を4.5×101CFU/mlで検出した。
TRO 0.04mg/L実験区で魚類病に大きく影響するGram-negat ive strainおよびVibrio spp微生物の個体数がそれぞれ1/26、1/41レベルに減少し、0.08mg/L実験区でGram-negat ive strainは1/32で大きな変動はなかったが、Vibrio sppは1/127レベルで0.04に比べて3倍ほど減少したことが分かった。
10:傾斜仕切り部
11:流通管
12:通気管
20:水平多孔仕切り部
3:上部処理槽
30:バイオボールレイヤー
31:バイオボール
4:下部処理槽
40:ベンチュリ管
41:ポンプ
42:第1給水供給ライン
43:第2給水供給ライン
60:曝気管
80:エア供給ライン
81:エア供給元
90:吐出口
100:飼育水槽
200:沈殿槽
300:有機物除去装置
400:脱気装置
410:充填塔
420:飼育水流入管
430:流入量調節弁
440:濾過媒体
450:排出管
460:空気注入口
470:エアアウトレット
480:エアコントロールバルブ
500:濾過装置
600:オゾン注入装置
Claims (2)
- 取水された海洋深層水を第1養殖水槽に供給し、水温3~5℃で寒海性甲殻類を畜養し、第1養殖水槽から排水された飼育水は第2養殖水槽に供給し、水温10~12℃で海藻類を養殖し、
第2養殖水槽から排水された飼育水は、第3養殖水槽に供給され、水温14~16℃でサケ類を養殖し、前記第3養殖水槽から排水された飼育水を第4養殖水槽に供給し、水温16~18℃でナマコを養殖し、
前記取水された海洋深層水は、水位差移動エネルギーで第1~第4養殖水槽に順次的に供給され、第3及び第4養殖水槽は循環濾過養殖システムで構成され、飼育水を再循環し、
前記飼育水の総残留酸化物(TRO)濃度は0.04~0.08(mg/L)以下に維持することを特徴とする海洋深層水を用いた異種生物多段階養殖方法。 - 前記循環濾過養殖システムには、飼育水槽が1つ以上設けられ、前記飼育水槽で排水された飼育水は沈殿槽に貯蔵された後、有機物除去装置、脱気装置、濾過装置、オゾン注入装置を順次に経て飼育水槽に再供給され、
前記有機物除去装置から分離された有機物は外部に排出されるか、第4養殖水槽のナマコ餌として供給され、脱気装置で飼育水と分離された二酸化炭素と濾過装置で飼育水と分離された窒素化合物は、第2養殖水槽の海藻類の栄養塩として供給されることを特徴とする請求項1記載の海洋深層水を用いた異種生物多段階養殖方法。
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