JPH09294502A - 濾過一体型水槽および濾過方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 魚飼育用水槽水中に含有する汚染有機物の早
期分解、魚毒のアンモニア、亜硝酸塩の早期酸化処理、
魚毒性は低いが蓄積されると魚を飼育する上で弊害とな
る硝酸塩を除去あるいは硝酸塩の蓄積防止し、魚類の生
活環境を改善し魚類の長期飼育および飼育者の飼育の簡
便化を提供する。 【解決手段】 水槽を任意縦二分割とし一方空間を、サ
イホン（９）を備えた間欠濾過槽（１）、間欠濾過槽
（１）の落流水を受け底部にポンプ吸水口（５）を備え
底板に孔板（６）を設けた動水濾過槽（２）、孔板
（６）を天板とし流水濾過槽（２）を貫通した通気管
（４）を孔板（６）に設けた止水濾過槽（３）の三つの
生物濾過機能を収容した濾過一体型水槽および濾過方式

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、観賞魚愛好家用の
魚飼育における生物濾過形式、方式に係るものであり、
特に魚飼育水中の汚染窒素酸化物である硝酸塩と亜硝酸
塩の低減、除去および蓄積防止を目的とした濾過一体型
水槽および濾過方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より特に観賞魚飼育用水槽において
魚の***物、残餌によって汚染される飼育水の浄化は、
汚染有機物中の窒素をアンモニアに、アンモニアを亜硝
酸塩へさらに亜硝酸塩から最終生成物の硝酸塩に酸化変
成していく過程で背面濾過、上部濾過、外部濾過、内部
濾過、底面濾過さらにオーバフロー方式等の各生物濾過
形式が生物濾過機能方式にはウエット方式、ドライ方
式、間欠ドライ方式等があり、各方式の濾過槽の濾過材
内外に発生している種々の微動物や好気性有機栄養微生
物さらに好気性無機栄養微生物である硝化細菌の働きに
よる生物濾過作用で浄化が行われ、最終的に硝化作用で
生成される硝酸塩となる。

【０００３】しかしこの硝酸塩の蓄積含有も飼育水汚染
の一種であり従来の生物濾過における濾過槽形式、方式
ではいかに早く魚毒であるアンモニアと亜硝酸塩を比較
的無害な硝酸塩に変成させるかに重点が置かれており、
濾過槽形式、方式で硝酸塩を低減、除去の方策はなされ
ていない。

【０００４】この硝酸塩の水中の含有量の軽減、除去
は、飼育水の頻繁な水替えによって行われており、これ
が観賞魚飼育における一つの大きな課題である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】魚類、特に海水魚や海
水生物を飼育する上で魚の***物や残餌によって汚染さ
れた飼育水を浄化するには、種々の微動物や有機栄養微
生物および硝化細菌の作用によって汚染有機物を分解し
窒素分をアンモニアへ、アンモニアを亜硝酸塩へ、さら
に亜硝酸塩から最終生成物の硝酸塩に酸化変成される、
この過程において生じる弊害は汚染有機物による飼育水
の黄ばみや白濁、魚飼育において飼育水中に存在しては
ならない魚毒となり魚や他の水生生物を死に至しめるア
ンモニアと亜硝酸塩、魚毒性は低いが蓄積されると魚を
飼育する上で魚にストレスを与えてしまうＰＨ値の降下
や水質悪化に敏感なサンゴ類の体調に悪影響を及ぼし、
さらに硝酸塩が蓄積されるとコケ等藻類の異常発生が起
こり観賞としての美観が損なわれるばかりか緑藻の後に
表れるラン藻類には魚毒物質を生産する有害なコケも発
生すると言われている。

【０００６】このため汚染有機物は早期分解、アンモニ
アと亜硝酸塩は早期酸化変成させる必要があり、最終生
成物の硝酸塩の低減、除去は水槽の頻繁なコケの清掃除
去作業や水槽水の頻繁な水替作業を行わなければならな
いという問題を有する。

【０００７】一部の飼育者は水替作業を行わないで硝酸
塩が蓄積された状態で順調に魚飼育を行っているが、こ
こで飼育されている魚は硝酸塩が畜積された飼育水に順
応し生存しており特に観賞用の魚は色あせが激しい、ま
た硝酸塩が濃縮された飼育水に新たに魚を入れようとし
た場合、水質の極端な変化に新たな魚が対応できずショ
ックをおこし体調を崩し長期飼育は難しくなるという問
題点を有する。

【０００８】さらに一部の飼育者において飼育水中に硝
酸塩がほとんど蓄積しないと言う飼育水もあるが、これ
は生物濾過において偶然に濾過槽内に硝酸還元を行う脱
窒細菌の無酸素的好条件な棲息場所が確保され、硝酸塩
があるいは亜硝酸塩の段階で窒素ガスまで還元され、大
気へ放出されていると思われ、濾過槽内で同じ生物濾過
状態を再度作り出すことは難しいという問題もある。

【０００９】脱窒細菌を利用し、脱窒作用で飼育水中の
硝酸塩含有量の低減、除去方法は現在の一般的観賞魚愛
好家用の魚飼育用水槽の濾過形式、方式では確立してい
ない。

【００１０】本発明の目的は観賞魚愛好家用の魚飼育に
おける飼育水の汚染物質や魚毒物質の早期処理と、特に
飼育水に蓄積含有する硝酸塩の低減、除去方法および硝
酸塩と亜硝酸塩の蓄積防止の確立をはかったものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における濾過一体型水槽および濾過方式は、
魚飼育用の水槽１２を任意縦二分割とし間に入る仕切板
７の上部任意箇所に一個以上の溢水口８を設け、前記水
槽１２の縦二分割した一方空間を上部より三つの機能を
持つ濾過槽を配置し、一としてサイホン９を備え、多孔
質濾過材１１を敷き詰めて多孔質濾過材１１が飼育水と
空気に繰り返し接触する間欠濾過槽１、二として前記間
欠濾過槽１の落流水を受け、底部に多孔パイプとしたポ
ンプ吸水口５を備え、多孔質濾過材１１を敷き詰め、底
板に一個以上の孔を開けた孔板６を設けた動水濾過槽
２、三として前記孔板６を天板とし動水濾過槽２を貫通
し空気域に延び、細菌の基質となる餌投入管を兼ねた通
気管４を孔板６に設けた止水濾過槽３の三つの生物濾過
機能を持つ濾過槽を収容してなるものである。

【００１２】なお、底部に設けられたポンプ吸水口５、
およびサイホン吸水口は、多孔質濾過材１１に埋もれた
状態では、多孔質濾過材１１によってポンプ吸水口５、
およびサイホン吸水口が塞がれる可能性がある、このた
め動水濾過槽２、および間欠濾過槽１を二重底板として
上底板を多孔板とした多孔上底板（２２）を設け下底板
となる孔板６との間にポンプ吸水口５、およびサイホン
吸水口を収容することもできる。

【００１３】

【発明の実施の形態】魚飼育用の水槽１２の仕切板７上
部の溢水口８から逆Ｕ字管あるいは二重管式のサイホン
９を備えた間欠濾過槽１に溢れ導かれた飼育水はサイホ
ン作用によってある水位まで上昇すると動水濾過槽２に
落流し、落流し終わると再び間欠濾過槽１の水位は上昇
する、落流した飼育水は動水濾過槽２の水位を定位変化
させながら底部に設けられた常時稼働しているポンプ１
０のポンプ吸水口５に吸い込まれ順次魚飼育用の水槽１
２へ戻る、飼育水はこの循環を繰り返す。

【００１４】この飼育水の一連の循環において水中にお
ける汚染物質中窒素の最終生成物である硝酸塩を止水濾
過槽（３）中に発生棲息する通性嫌気性細菌である脱窒
細菌によって還元し最終的に窒素ガスあるいは亜酸化窒
素ガスとして大気放出し硝酸塩を希釈低減しあるいは除
去する。

【００１５】本発明の用途は観賞魚愛好家用の魚飼育用
途に限定するものでなく魚飼育用の水槽１２の飼育水
量、生体量、給餌量、硝酸塩発生量、硝酸塩除去量、水
槽水の循環量、濾過材の微生物着床有効表面積等で各相
関関係が成り立つと思われるので水族館等大規模な水槽
設備でも利用可能である。

【００１６】以下、図１および図２にもとずいて説明す
ると、間欠濾過槽１は、サイホン作用によって間欠濾過
槽１内の多孔質濾過材１１を間欠的に空気と飼育水に触
れさせることになり、間欠濾過槽１の生物濾過機能を考
えれば、多孔質濾過材１１内に発生する生物は必然的に
空気中の酸素を必要とする微動物や好気性微生物の棲息
場所となる。

【００１７】つまり自然界における特に海水浄化の浄化
効果能力が最も高い間欠的に空気と海水の接触に会う砂
浜の波打ち際を再現する。

【００１８】飼育水が魚の***物や残餌によって汚染さ
れると微動物や好気性微生物の活発な活動を促し魚の排
泄物、残餌中の有機物は、より短時間に分解され有機物
中の窒素はアンモニアに、さらに硝化細菌による生物濾
過作用で魚毒であるアンモニア、亜硝酸塩の硝酸塩への
早期酸化変成処理が行われる。

【００１９】間欠濾過槽１から落流した飼育水は動水濾
過槽２内飼育水の水位１３を定位変化させながら動水濾
過槽２内の多孔質濾過材１１を通り底部に設けられた常
時稼働しているポンプ１０のポンプ吸水口５に吸い込ま
れ順次魚飼育水槽へ戻る。

【００２０】動水濾過槽２の水位１３は底部に設けられ
た常時稼働しているポンプ１０のポンプ吸水口５に吸い
込まれる飼育水量が一定であり、間欠濾過槽１がら落流
する飼育水も間欠一定量のため、間欠濾過槽１から落流
する飼育水量で定位で常時変化する。

【００２１】動水濾過槽２内の多孔質濾過材１１内にお
けるの生物濾過は間欠濾過槽１の二次的生物濾過として
働き特に魚毒であるアンモニア、亜硝酸塩の硝酸塩への
早期酸化変成処理が行われる。

【００２２】動水濾過槽２の生物濾過機能を考えれば多
孔質濾過材１１の微生物棲息環境は、多孔質濾過材１１
の上層部で好気性微生物の棲息環境となるが多孔質濾過
材１１の下層部では多孔質濾過材１１の上層で好気性微
生物による酸素消費のため多孔質濾過材１１の敷き詰め
た下層になるほどより嫌気的微生物の棲息環境となって
いく。

【００２３】細菌の基質となる餌投入口を兼ねる通気管
４を設けてある止水濾過槽３の飼育水は動水濾過槽２の
飼育水と一個以上の孔を開けた孔板６によって連絡する
が止水濾過槽３の飼育水は止水的状態で保持され、飼育
水中の溶存酸素が好気性生物に消費された溶存酸素の少
ないあるいは溶存酸素のない死水状態となる。

【００２４】このため止水濾過槽３の生物濾過機能を考
えれば多孔質濾過材１１を詰めても、詰めなくても微生
物棲息環境は嫌気的微生物の棲息環境となり止水濾過槽
３の飼育水中に硝酸塩あるいは亜硝酸塩と細菌の基質と
なる餌が存在すれば無酸素的状態で硝酸塩や亜硝酸塩中
の酸素を呼吸に利用することもできる通性嫌気性であり
有機栄養微生物である脱窒細菌が活動することとなり硝
酸塩や亜硝酸塩の除去あるいは硝酸塩の蓄積防止が行わ
れる。

【００２５】脱窒細菌の活動、繁殖については、呼吸に
利用される硝酸塩は動水濾過槽２までの飼育水の一連の
行程で生成され供給できるが脱窒細菌の基質となる餌、
例えば餌となり得る有機物は生物濾過の一連の流れの中
で動水濾過槽２までに消費され皆無状態と考えられるの
で、脱窒細菌の基質となる餌は、現在、生分解型高分子
体として固体あるいは液状で販売されている市販品を細
菌の基質投入口を兼ねる通気管４から定期補給すること
によって供給でき脱窒細菌の活動、繁殖を促す。

【００２６】動水濾過槽２を貫通し空気域に延びた通気
管４を孔板６に設け、一個以上の孔を開けた孔板６を天
板とする止水濾過槽３の飼育水は、動水濾過槽２の飼育
水と孔板６によって連絡し、ポンプ１０稼働状態で、動
水濾過槽２の水位１３変化に影響され通気管４の内面積
と動水濾過槽２の水位変化値を乗じた容積量の飼育水が
間欠濾過槽１のサイホン作動周期で動水濾過槽２の飼育
水と止水濾過槽３の飼育水が部分混合し、止水濾過槽３
内で脱窒細菌で還元処理された硝酸塩が少ないあるいは
硝酸塩の無い止水濾過槽３の飼育水と、硝酸塩が多い動
水濾過槽２の飼育水とが攪拌、拡散作用で換水効果が生
じ、硝酸塩濃度の希釈低減された飼育水が魚飼育用の水
槽１２に戻ることになる。

【００２７】

【実施例】以下、本案の実施例について説明する。魚飼
育用の水槽１２の３０％空間を任意に縦二分割し３０％
空間側を水浄化槽１４とする。魚飼育用の水槽１２と水
浄化槽１４の間に飼育水の流通がないように仕切板７を
設け、この仕切板７の上部、魚飼育用の水槽１２の水位
箇所に魚飼育用の水槽１２から溢れる飼育水が間欠濾過
槽１に入るよう一個以上の溢水口８を設ける。縦二分割
した３０％空間側を上から下方に三つの生物濾過機能を
もたせた濾過槽とし、一として逆Ｕ字管あるいは二重管
式のサイホン９を備え、多孔質濾過材１１を敷き詰め、
多孔質濾過材１１が飼育水と空気に繰り返し接触するよ
うにした、水槽水量の５〜６％濾過材容積の間欠濾過槽
１、二として間欠濾過槽１の落流水を受け底部に多孔パ
イプとしたポンプ吸水口５を備え、多孔質濾過材１１を
敷き詰め、底板にポンプ吸水流の影響を受けにくい底板
端周囲箇所に一個以上の孔を開けた孔板６を設けた、水
槽水量の７〜８％濾過材容積の動水濾過槽２、三として
孔板６を天板とし、動水濾過槽２を貫通し空気域に延び
細菌の基質となる餌投入管を兼ねた通気管４を孔板６に
設けた、水槽水量の３．５〜４％容積の止水濾過槽３と
する三つの濾過槽を収容した空間を水浄化槽１４とした
濾過一体型水槽および濾過方式である。

【００２８】本発明は以上のような構造であり実施にあ
たって魚飼育用の水槽１２および水浄化槽１４に適当水
量を張り込んで水中ポンプとした、ポンプ１０を稼働す
れば、まず魚飼育用の水槽１２に水浄化槽１４の飼育水
が流入し魚飼育用の水槽１２水位は仕切板７の溢水口８
の水位で保たれ、余分の飼育水は仕切板７の溢水口８か
ら間欠濾過槽１に入り間欠濾過槽１の水位は上がってく
る、と同時に動水濾過槽２の水位１３は下がりつづけ間
欠濾過槽１のサイホン９が作動するまで続く、サイホン
９が作動し始めると間欠濾過槽１から飼育水が動水濾過
槽２へ落流し、動水濾過槽２の水位１３は逆に上がり始
め間欠濾過槽１のサイホン９が停止するまで続く、この
繰り返しにおいて止水濾過槽３内の飼育水は動水濾過槽
２の水位１３変化に影響され動水濾過槽２を貫通し空気
域に延びている通気管４の内面積と動水濾過槽２の水位
１３変化値を乗じた容積量の飼育水が間欠濾過槽１のサ
イホン作動周期で動水濾過槽２の飼育水と止水濾過槽３
の飼育水が部分混合し攪拌、拡散作用で換水を繰り返
す。ポンプは稼働し続け魚飼育用の水槽１２および間欠
濾過槽１にはポンプの一定吐出量が常時流入する。

【００２９】この繰り返しの循環行程において各濾過槽
の生物濾過機能と各濾過槽との関連について説明する。
間欠濾過槽１での生物濾過は多孔質濾過材１１がサイホ
ン９作動によって間欠的に空気と飼育水の接触に会い多
孔質濾過材１１に接触含浸する飼育水は、常に飽和状態
に近い溶存酸素量が存在することとなりこの溶存酸素に
よって多孔質濾過材１１内の汚染有機物を分解する好気
性微生物や微動物および魚毒であるアンモニアや亜硝酸
を酸化処理する硝化細菌の活発な活動と繁殖を促す。他
濾過槽との関連について、間欠濾過槽１のサイホン９作
動が止水濾過槽３内の飼育水と動水濾過槽２内の飼育水
の部分混合を司る。

【００３０】動水濾過槽２の生物濾過は間欠濾過槽１で
の生物濾過の二次的に働き間欠濾過槽１での未処理の汚
染有機物やアンモニア、亜硝酸を動水濾過槽２の多孔質
濾過材１１内に発生している好気性微生物や微動物さら
に硝化細菌で処理し、さらに止水濾過槽３に発生する脱
窒細菌の硝酸還元環境である嫌気的状態に導くため間欠
濾過槽１から流入した飼育水内の溶存酸素を消費させ、
より無酸素的な飼育水とすると同時に脱窒細菌の呼吸に
利用される硝酸塩や亜硝酸塩を止水濾過槽３に供給す
る。止水濾過槽３内で発生する飼育水部分混合量に動水
濾過槽２の水位１３変動値で関与する。

【００３１】止水濾過槽３内における生物濾過は、止水
的状態で維持されて飼育水中の溶存酸素が好気性生物等
に消費された溶存酸素の極めて少ない死水状態であり、
動水濾過槽２で好気性生物等によって酸素が消費された
溶存酸素の少ない飼育水の部分的間欠流入となるので止
水濾過槽３の飼育水は硝酸還元環境を維持し、基質とな
る餌を供給すれば脱窒細菌による硝酸塩の希釈低減、除
去が行われる。孔板６を天板とし動水濾過槽２を貫通し
空気域に延び細菌の基質となる餌投入管を兼ねた通気管
４を孔板６に設けているので動水濾過槽２の水位変動値
を一定とした場合、通気管４の内面積の変更によって止
水濾過槽３内の飼育水と動水濾過槽２内の飼育水の部分
混合量を必要によって変えることも可能となる。

【００３２】通気管４を動水濾過槽２内の飼育水に没し
た場合、あるいは通気管４を設置しなかった場合は動水
濾過槽２内の飼育水の表層だけが上下するだけで止水濾
過槽３内の飼育水と動水濾過槽２内の飼育水の部分混合
が行われず、単に飼育水の拡散効果だけになるので硝酸
塩の希釈低減、除去および硝酸塩の蓄積防止効果はある
が、効率は低下する。

【００３３】なおこの濾過方式は図３および図４のごと
く、魚飼育用の水槽と独立させた水質浄化装置として、
さらに図４のごとく、三つの濾過槽を分離独立させた一
連の水質浄化装置としても利用可能であり、魚飼育の飼
育水量、生体量、給餌量、硝酸塩発生量、硝酸塩除去
量、水槽水の循環量、濾過材の微生物着床有効表面積等
で各相関関係が成り立つと思われるので家庭魚飼育用の
小水槽だけでなく水族館等大規模な水槽設備の図３およ
び図４方式の解放重力式水質浄化装置として、必要によ
っては解放重力式水質浄化装置とする図３および図４の
通気管４を窒素ガスで封気したり、図３および図４の止
水濾過槽３に溶存酸素計や酸化還元電位計等の計器１９
を備え、図３の通気管４や、図３の孔板６に代わる図４
の多孔管１８に制御弁２０を配備し、図３および図４の
止水濾過槽３に入出し部分混合する飼育水を連続あるい
は間欠制御することも可能であり水替え頻度の削減等、
コスト削減も可能となる。

【００３４】

【発明の効果】魚類を飼育する上で種々の微生物や微動
物の働きによって弊害となる飼育水中に含有する汚染有
機物の早期分解、魚毒となるアンモニアと亜硝酸塩の早
期酸化変成処理および、魚毒性は低いが畜積されると魚
類を飼育する上で弊害となる硝酸塩を還元処理すること
によって除去し魚類や水生動物および海水性動物の長期
飼育を可能とさせ水槽の頻繁な清掃作業や水槽飼育水の
頻繁な水替作業の軽減等飼育および作業の簡便化がはか
れる。副効果として濾過一体型水槽のため内部および外
形がすっきりしており、海水生物飼育において空気ポン
プによる曝気も特に必要とせず音が静かで、海水の飛散
による析塩、つまり塩ダレによる汚れ、電気製品に対す
る危険性、金属類の腐食発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の斜視図

【図２】本発明の方式説明図

【図３】本発明請求項３の解放重力式水質浄化装置の流
れ図

【図４】本発明請求項４の解放重力式水質浄化装置の流
れ図

【符号の説明】

１ 間欠濾過槽 ２ 動水濾過槽 ３ 止水濾過槽 ４ 通気管 ５ ポンプ吸水口 ６ 孔板 ７ 仕切板 ８ 溢水口 ９ サイホン １０ ポンプ １１ 多孔質濾過材 １２ 水槽 １３ 水位 １４ 水浄化槽 １５ 解放管 １６ 餌投入口 １７ 溢水管 １８ 多孔管 １９ 計器 ２０ 制御弁 ２１ 落水管 ２２ 多孔上底板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水槽（１２）を任意縦二分割とし仕切板
   （７）の上部任意箇所に一個以上の溢水口（８）を設
   け、前記水槽（１２）の縦二分割した一方空間を、サイ
   ホン（９）を備えた間欠濾過槽（１）、前記間欠濾過槽
   （１）の落流水を受け、底部にポンプ吸水口（５）を備
   え、底板に一個以上の孔を開けた孔板（６）を設けた動
   水濾過槽（２）、前記孔板（６）を天板とし、動水濾過
   槽（２）を貫通した通気管（４）を孔板（６）に設けた
   止水濾過槽（３）の三つの濾過槽を収容したことを特徴
   とする濾過一体型水槽および濾過方式。
2. 【請求項２】 サイホン（９）を備えた間欠濾過槽
   （１）、前記間欠濾過槽（１）の落流水を受け、底部に
   ポンプ吸水口（５）を備え、底板に一個以上の孔を開け
   た孔板（６）を設けた動水濾過槽（２）、前記孔板
   （６）を天板とし、動水濾過槽（２）を貫通した通気管
   （４）を孔板（６）に設けた止水濾過槽（３）の三つの
   濾過槽を一体収容した請求項１記載の濾過方式。
3. 【請求項３】 外上部に解放管（１５）と溢水管（１
   ７）を設け、内部にサイホン（９）を備え、外下部に落
   水管（２１）を設けた間欠濾過槽（１）、外上部に解放
   管（１５）を設けると共に前記落水管（２１）を連結
   し、内中部にポンプ吸水口（５）を備え、前記ポンプ吸
   水口（５）の下部に一個以上の孔を開けた孔板（６）を
   設け、外下部に外上部まで伸びる通気管（４）および前
   記通気管（４）上部に餌投入口（１６）を設けた槽の上
   中部部を動水濾過槽（２）、中下部部を止水濾過槽
   （３）とする、以上の三つの濾過槽の連系を特徴とする
   請求項１記載の濾過方式
4. 【請求項４】 外上部に解放管（１５）と溢水管（１
   ７）を設け、内部にサイホン（９）を備え、外下部に落
   水管（２１）を設けた間欠濾過槽（１）、外上部に解放
   管（１５）を設けると共に前記落水管（２１）を連結
   し、内底部にポンプ吸水口（５）を備えた動水濾過槽
   （２）、外上部に通気管（４）と餌投入口（１６）を設
   けた止水濾過槽（３）、前記動水濾過槽（２）と前記止
   水濾過槽（３）を連絡する両端を多孔とした多孔管（１
   ８）を連結する、以上の三つの濾過槽の連系を特徴とす
   る請求項１記載の濾過方式。