池バイオフィルター
水産養殖は、魚、甲殻類、軟体動物、水生植物などの水生生物の養殖であり、世界的な魚の需要が水産養殖の急速な成長の原動力となっています。 2012 年には養殖によって生産された魚は 6,660 万トンで、世界の食用魚生産量の 42.2% を占めました。 さらに、水産養殖は最も急速に成長している食料生産部門の 1 つであり、2000 年から 2012 年の期間で平均 6.5% の成長を遂げています。
水産養殖システムは、単位体積 (m 3 ) または単位面積 (m 2 ) あたりの生産量に基づいて、大規模養殖、準集中養殖、集中養殖の 3 つの主要なカテゴリに分類できます。 自然の小さな湖は典型的な大規模システムに分類され、給餌またはエアレーションを伴う池養殖は半集中型、そして再循環水産養殖システムは集中型に分類されます。
循環水産養殖システム (RAS) は、環境パラメータが完全に制御されるタンクベースのシステムであるため、魚を高密度で貯蔵することができます。 RAS テクノロジーは、過去 30 年間にわたって開発され、洗練されてきました。 RAS 技術は、より少ない水で高い生産能力を発揮する能力があり、従来の魚の養殖と比較して必須です。また、RAS は化学薬品や抗生物質の使用と廃棄物処理を削減できます。 さらに、RAS は種に適応できるため、一年中魚を生産できます。 ただし、RAS には多額の資本と運用投資が必要であり、これが主な欠点です。 さらに、スタートアップにとっては複雑なシステムであり、保守と監視には専門知識が必要です。
RAS の水質管理は、さまざまなコンポーネントによって実現されます。 一般にRASは、水温を調整するヒーターまたは熱交換器、溶存CO 2 濃度を低減するエアレーションシステム、十分な酸素を供給する酸素供給システム、浮遊物質を除去するドラムフィルター、病原菌を不活化する消毒システム（UVおよびオゾン装置）で構成されます。窒素廃棄物を除去するバイオフィルターシステム。 システム内のアルカリ度は、システムに化学物質を添加することによって制御されます。
水処理に使用されるバイオフィルムシステムには、細流バイオフィルター、回転生物学的接触器 (RBC)、粒状媒体バイオフィルター、浮遊ビーズバイオフィルター、流動床バイオフィルターなど、多くの種類がありますが、すべて長所と短所があります。 細流フィルターは体積効率が良くありません。 回転する生物学的接触器では機械的故障が頻繁に発生します。 粒状媒体バイオフィルターは定期的なバックフラッシュが必要であり、流動床反応器は水圧的に不安定です。 これに関連して、移動床バイオフィルム反応器 (MBBR) 技術が 1980 年代後半から 1990 年代前半にノルウェーで開発されました。
現在、MBBR は養殖における水処理だけでなく、都市排水や産業排水の処理にも世界中で応用されています。 水産養殖業界では、MBBR は主に硝化および有機物の除去に適用されます。 有機物を消費する従属栄養細菌が高い有機負荷で硝化細菌を抑制するのを避けるために、水産養殖システムでは MBBR は常に低い有機負荷で運転されます。
他のほとんどのバイオフィルムリアクターと比較して、MBBR はバイオマスの成長にタンク全体の容積を利用し、損失水頭もわずかで、定期的な逆洗の必要がなく、目詰まりしにくいです。 さらに、リアクター内のバイオフィルム担体の充填率は好みに左右される可能性があります。 ただし、反応器内で担体を自由に浮遊させておくために、充填率を 70 % 未満にすることが推奨されます。
MBBR はバイオフィルム理論に基づいた技術で、反応器内に懸濁された特別に設計されたプラスチック担体 (またはバイオメディア) 上で活性なバイオフィルムが成長します。 好気性条件と嫌気性条件の両方で操作でき、バイオメディアはエアレーションディフューザーによる撹拌によって懸濁状態に保たれますが、嫌気性の場合にはミキサーを使用してバイオメディアを動かし続けます。 バイオメディアはさまざまな材料から作られており、密度約 0.95g/cm 3 の高密度ポリエチレンが一般的に使用されます。最大の比表面積 (m 2 /m 3 ) を提供するには、バイオメディアはさまざまな形やサイズで設計されています。