再循環水産養殖システムにおける紫外線殺菌装置の分類と機能

再循環型水産養殖消毒システム

再循環型水産養殖システムでは、細菌やウイルスの危険性を過小評価してはなりません。細菌は水中の溶解酸素を大量に消費し、養殖生物が酸素不足になり、成長が遅れたり、場合によっては死に至ります。病原性細菌などは  フラボバクテリウム・コラムナレ 強力に アエロモナス・ヒドロフィラ これらは養殖生物にギルロットや敗血症などの病気を引き起こし、大規模な死亡率と水産養殖業者にとって大きな経済的損失につながる可能性があります。ウイルス感染は速い伝播と制御の困難さが特徴で、短時間で多くの養殖個体を感染させ、その生理機能を妨害し、養殖効率に深刻な影響を与えることがあります。

紫外線（UV）とオゾンは、細菌やウイルスを殺すのに非常に効果的です。UV放射は強い放射光波によって微生物の細胞膜を透過し、核に到達してDNA二重らせん構造を破壊し、細菌が増殖することを防ぎ、最終的に死に至らせる作用があります。特に水中に浮遊する細菌性微生物に対して効果的です。強力な酸化作用を持つオゾンは、細菌やウイルスと急速に反応し、その器官、DNA、RNAを破壊し、細胞の浸透性を変化させ、細胞融解と死に至らせる作用があります。これはさまざまな微生物、例えば細菌の栄養細胞、胞子、ウイルス、カビなどを殺すことができます。良好な拡散性により、オゾンは死角なしで養殖水全体を消毒することができます。

紫外線殺菌

1. 設置方法による分類

UV殺菌ランプは、設置方法に基づいて管取付型と溝取付型の2種類に分類できます：

• パイプ取り付け型の紫外線殺菌ランプは、通常循環水産養殖システムの給水管内に設置されます。水流が殺菌ランプがある管の部分を直接通過することで、水と紫外線が完全に接触し、流れている水を効率的に殺菌します。その利点としては、コンパクトな構造で配管システムとよく統合でき、比較的流量の低い状況での水殺菌に適しています。

• チャンネル取り付け型の紫外線殺菌ランプは、一般的に一定の幅と深さを持つ開放水流路の上または側面に設置され、その水流路を通る水を照射して殺菌します。広範囲の水をカバーできるため、大流量や開放水面の処理に適しており、広範囲の水が効果的に紫外線で照射され、殺菌性能が保証されます。

2. 電圧強度による分類

UV殺菌ランプは、電圧の強度に基づいて2種類に分類されます：低圧と中圧です。

低圧（LP）UV殺菌ランプは比較的低い電圧で動作し、通常は単一波長の紫外線を発生させます。主に 254ナノメートル この波長は強い殺菌効果があり、エネルギー消費が少なく、安定性が良いです。しかし、そのパワーは比較的限られており、大規模なアプリケーションや非常に高い殺菌強度が必要ではない場所に適しています。

中圧（MP）UV殺菌ランプは、高い電圧で動作し、広範囲の紫外線を発生させ、より広いカバレッジと強力な殺菌能力を持つ光を生成します。これらは高出力であり、大流量かつ高汚染の水体を迅速に処理することができます。しかし、エネルギー消費が多く、設備コストが高く、殺菌効率と処理能力に高い要求がある大規模循環養殖システムで一般的に使用されます。

3. UV殺菌の原理と影響要因

紫外線（UV）は、複数の波長帯に分けられる電磁放射の一種です。殺菌に主に使用される帯域は、UVC帯（200-280ナノメートル）であり、約254ナノメートルが病原体に対する最も効果的な波長です。循環する水の中に細菌などの微生物が含まれている場合、その水がUV殺菌ランプの照射領域を通過すると、UV光子のエネルギーが微生物細胞内の遺伝物質（DNAやRNAなど）に吸収されます。十分なUVエネルギーを吸収することで、これらの遺伝物質内の化学的結合が破壊されます。例えば、DNA二重らせん構造内の水素結合が破壊され、これにより遺伝情報の複製や転写といったプロセスが妨害されます。これによって、細菌などの微生物が増殖できなくなり、最終的に死滅し、循環する水が殺菌・浄化されます。これにより、水質の安全性が確保され、養殖生物にとって健全な成長環境が作られます。

再循環水産養殖におけるUV殺菌の効果に影響を与える主な要因は以下の通りです：

1.UV線量

UV線量は、UV強度と照射時間によって決定され、殺菌効果にとって非常に重要です。十分でない線量では、細菌やウイルスなどの微生物のDNAまたはRNA構造を破壊できず、殺菌が不十分になります。対象微生物に必要な特定の線量を達成した場合のみ、良好な殺菌率が確保できます。

2.水の濁り

水中の浮遊物や有機粒子は濁りを増加させます。これらの不純物はUV光を散乱・吸収し、それが水の中への浸透を妨げ、微生物に対する実際のUV露出を減らし、殺菌効率を低下させます。濁りが高いほど、UV光はより多く減衰し、殺菌能力は低下します。

• 水流速度

水流速度が速すぎると、微生物がUV照射領域に滞在する時間が短くなり、十分なUV量を受け取れず、殺菌が不完全になります。逆に、流れが遅すぎると、照射時間を確保できるものの、循環水システムの全体的な効率に影響を与える可能性があります。

• 微生物の種類

異なる微生物はUV光に対する耐性が異なります。例えば、細菌の胞子は特殊な構造のため、通常の細菌細胞よりもUV照射に対して抵抗力があります。ウイルスは細胞構造を持たないため、細菌とは異なるUV感受性を示します。したがって、存在する微生物の種類によって殺菌効果が影響を受けます。

• ランプの劣化度

使用時間が増加するに伴い、UVランプの発光効率は徐々に低下し、出力される紫外線強度と有効な殺菌量が減少します。これにより、新しい状態で設置されたときと比較して殺菌性能が低下します。