海水魚やサンゴ水槽を楽しまれている方であれば知っているであろうプロテインスキマー。
もはや海水水槽の必需品と言ってもいいかもしれません。
でも、プロテインスキマーが「なぜ使われるようになったのか？」「どういう原理で汚れを除去しているのか？」「なぜ淡水で使われているのを見かけないのか？」まで知っている方は少ないのではないでしょうか。
今回はそんな海水水槽の必需品的な扱いなのに、意外と謎の多い器具。
プロテインスキマーについて、ちょっとだけ詳しく解説していきましょう！
プロテインスキマーとは
プロテインスキマーは、主に海水水槽で使われるろ過装置の一種。
Protein（タンパク質）skimmer（液体から分離されたものをすくい取る器具）という名前の通り、飼育水中に含まれるタンパク質の分子を排出するための器具。
一般的な水槽用フィルターが好気性バクテリアの働きによりタンパク質が分解されて発生したアンモニアを無害化させる硝化というプロセスを利用しているのに対し、「プロテインスキマーは飼育水中のタンパク質が分解されてアンモニアになる前に除去してしまおう」という目的で使われるようになった装置なのです。
プロテインスキマーの原理と仕組み
プロテインスキマーと聞いて思い浮かぶのは、このもこもこの泡ではないでしょうか。
ここでは、その泡でどうやって飼育水中のタンパク質を直接除去するのかを解説します。
なぜ水中のタンパク質を直接除去する必要があるのか？
硝化作用でアンモニアを無害化できるのに、どうしてその元になるタンパク質をわざわざ直接取り除こうとしたのか不思議に思いませんか？
しかも普通のフィルターより大がかりで高価な機材を用意してまで。
それにはサンゴの飼育が大きく関わっています。
プロテインスキマーの目的は海水中のタンパク質を除去することで飼育水中の栄養塩の蓄積を抑えることです。
多くの海水魚用人工飼料は魚の健康を考えてフィッシュミールを中心に高タンパク質な配合になっており、魚油由来のDHAやEPAといった必須脂肪酸も豊富に含まれています。
エサ全体に対して含まれる割合が高いのがわかります
残餌や排泄物には生体が消化吸収しきれなかったタンパク質や栄養素が含まれており、これらが微生物に分解されてアンモニアが発生します。
通常の好気性ろ過ではアンモニアを無害化する硝化作用が利用されますが、これにより最終的には硝酸塩という物質に変わります。また残餌と排泄物にはリン酸塩も含まれています。
この硝酸塩とリン酸塩はまとめて栄養塩とも呼ばれます。
この栄養塩が海水中に過剰な量が存在すると、サンゴの成長に悪影響を及ぼします。
自然の海において栄養塩は植物プランクトンによる吸収や嫌気性微生物による還元によって水中から消費されていますが、水槽内の環境ではその消費量が大きく減ってしまいます。
そのため、好気性ろ過だけでは水換えを行わない限り栄養塩が蓄積される一方でした。
それによってサンゴの長期飼育が極めて難しいものとなっていたのです。
そこで「栄養塩（硝酸塩、リン酸塩）の蓄積を防ぐために、分解される前に除去してしまおう！」という考えから使われはじめたのがプロテインスキマーであり、それを中核に据えたろ過方式がベルリンシステムです。
キーとなるもの：ファインバブル
プロテインスキマーは泡の細かさが命といわれています。
それは泡が細かいほどタンパク質の除去能力が上がることによるものです。
その仕組みは非常に複雑なのですが、簡単に説明すると水中の気泡は小さくなればなるほど負の電荷を帯びるという性質があり、それを利用しています。
この帯電した微細な気泡はファインバブルと呼ばれており、気泡のサイズによってマイクロバブルやナノバブルとも呼ばれます。
タンパク質をはじめ、水中にある懸濁物質やバクテリアの体表などはプラスに帯電していることから、ファインバブルがこれらに付着して浮き上がらせ凝集する仕組みを利用して生み出されたのがプロテインスキマーなのです。
＋がタンパク質など正の電荷を持つ微粒子、－がファインバブル
このファインバブルの仕組みは美容系の機器やシャワーヘッド、洗濯機や高圧洗浄機などにも使われているので、マイクロバブルやナノバブルの名前で見聞きしたことがある方も多いかと思います。
原理としては負の電荷を帯びた微細な気泡で＋の電荷を持つ微粒子を凝集させて排出させるというものなので、タンパク質の分子だけでなく大型のコロイド粒子、増えすぎたバクテリア、病原菌を含む細菌類も理論上排出することが可能となっています。
海水中の汚れを取るのに便利なプロテインスキマー。
こんなに便利なアイテムがあるのに淡水水槽で使われているのはほとんど見かけないかと思います。
その理由は、海水中に比べて淡水中に不純物が少ないことから泡立ちにくいためです。
海水中には大量のイオンが溶け込んでおり、これらにファインバブルが付着していくことで泡の微粒子がどんどん大きくなっていきます。
それに対し淡水中には溶け込んでいる陽イオンが少ないのでファインバブルによって汚れが凝集されず、泡が大きくなりにくいことから効率的に汚れを除去できるほど機能しないというのが理由になります。
ただし、淡水なら全ての水槽でプロテインスキマーが使えないというわけではありません。
要は水中に大量の陽イオンもしくは＋の電荷を帯びた微粒子がたくさんあることが前提となるので、この条件を満たせば淡水水槽でも使用が可能になります。
例を挙げるなら、栄養価の高い餌（活きエサやディスカスハンバーグなど）を大量に使用し水が汚れやすい大型魚水槽やディスカス水槽、水質が弱アルカリ性のアフリカンシクリッド水槽などで、プロテインスキマーを機能させることが可能になります。
※水換え直後など、水の汚れが少ない状態では泡立ちがかなり弱くなります。
その性質を活かして泡立ちが激しくなってきたら水換え時期と判断する使い方もできます。
裏技的な使い方として、魚の粘膜保護剤を入れることで泡立ちを良くする方法などもあります。
※調整の仕方次第ではオーバースキムを起こすリスクもあります。
その分、水を汚すディスカスハンバーグ
ナマズ飼育にも使うことができます
※コンディショナーで水質調整した水槽
プロテインスキマーの種類
プロテインスキマーは駆動方式の違いによる区分けで大きく３種類に分けられます。
それぞれの特徴についても解説しましょう。
エアーリフト式
その名前の通り、エアレーションで稼働させるプロテインスキマーです。
最大の特徴はコンパクトさで、30cmキューブ水槽以下の小型水槽でも気軽に使えることです。
ウッドなのにストーンとはこれいかに
※木製のエアーストーンという意味です
この方式はウッドストーンという特殊なエアーストーンを使用します。そのためエアーポンプを別途用意する必要があります。
※ウッドストーンは一般的なエアーストーンより目が細かいためエアーを出すには強い圧力が要ります。吐出量の多いエアーポンプを使ってください。
ウッドストーンは目詰まりや腐食で徐々に細かい泡が出なくなります。気泡が大きくなると汚れを付着させる効率が落ちてくるため、定期的に交換しましょう。
そのコンパクトな構造から、外掛け式など他のフィルターと一体型になった機種などもあります。
海道河童シリーズ
お手軽に使えるエアーリフト式ですが、サンゴなどの無脊椎動物の飼育となると処理能力が不足してしまうことがあります。本格的なサンゴ飼育を想定する場合には、より強力なベンチュリー式のプロテインスキマーを使いましょう。
ベンチュリー式
ベンチュリ効果を利用してエアーを吸い込む方式から、ベンチュリー式と呼ばれています。
現在の主流になっている方式のプロテインスキマーです。
ベンチュリー部からエアーを負圧で引き込み、ニードルホイールで激しく攪拌します
これでエアーを強力に攪拌します
ベンチュリ部から引き込んだエアーをニードルホイールという特殊な羽根を付けたインペラーで攪拌することでファインバブルを生みだします。
小型のものであっても強力で、エアリフト式よりもタンパク質除去能力が高い機種が多いのが特徴です。
小型水槽向けのハングオン（外掛け）型と、オーバーフロー水槽での使用を前提としたインサンプ（投げ込み）型の２種類があります。
技術革新によりブラシレスモーターやDC（ Direct Current＝直流）ポンプを使用した機種も出てきており、コンパクトながら高性能な機種が多いのも特徴です。
DCポンプとは直流電源ポンプのことを指します。
コントローラー付きモデル
直流電源ポンプは交流電源ポンプより静粛性に優れ、モーターのサイズもコンパクトに納められるという利点があります。
アクアリウム向けで使用されるものの最大の特徴としては回転数を微細に制御できるという点です。
それによりDCポンプを使用した製品には回転数を制御できるコントローラーが付属していることが多く、水流の強弱をタイマーで制御可能なモデルが多いのです。
※小型の機種に関しては静粛性と安定性の両立のためにコントローラーをつけていないものもあります。
ハングオン（外掛け）型
外掛け式はオーバーフローではない普通の小型水槽向けの機種になります。
小型水槽で魚よりもサンゴの割合が多い飼育スタイルであればこちらを使いましょう。
インサンプ（投げ込み）型
インサンプ型はそのほとんどがオーバーフロー水槽のサンプ（ろ過槽）に入れて使うものとなります。
コンパクトなサイズから大きめの高性能モデルまで幅広いラインナップがあります。
オーバーフロー水槽でサンゴ中心のセッティングならこのタイプを使いましょう。
性能は高いに越したことはありません。
サンプに収まる機種のうち、できる限り処理能力の高いものを選びましょう。
ただし、高さがキャビネット内にギリギリ収まるサイズを選んでしまうと、カップの掃除が大変になってしまいます。メンテナンス性も考慮して、ある程度スペースが空くサイズを選びましょう。
使いたい機種が決まっているようなら、それを基準にキャビネットを選ぶという手順もおすすめです。
サンプの幅だけでなく水槽台の高さもしっかり確認しましょう
ダウンドラフト式
シャワーや噴水のノズルにも使われるベケットヘッドと呼ばれる部品からエアーを吸い込み、大型マグネットポンプの強力な水流で叩きつけるように攪拌する方式であることからダウンドラフト式と呼ばれています。
性能は極めて高いですが、構造上それを活かすために全体のサイズはかなりの大型になります。
10年ほど前までは、その極めて高い性能からハイエンドクラスのプロテインスキマーとして君臨しており、マリンアクアリストの憧れの的でもありました。
現在では技術革新によるポンプの小型化と多機能化でベンチュリー式のインサンプ型に主流を譲りましたが、高い性能と塩ビ管の配管に組み込める構造から超大型水槽などで使われています。
その構造からかなりの大型になってしまう傾向があります
プロテインスキマーの使い方
泡位置調整の目安
泡位置の調整は泡の上面がサクションカップ（汚れをためるカップ）の接続面を目安に止まるようにしましょう。※マメスキマーはくびれの部分
赤線の位置に泡面の上端が来るようセッティングするのがおすすめです
これにもきちんと理由があります。
プロテインスキマーのファインバブルは＋の電荷を帯びたものに結合し、それらがさらにくっついていくことで凝集され大きな粒子になっていきます。
泡の位置が高くサクションカップに色の薄い汚水がたまるようだと、海水中の陽イオンに属する微量元素まで凝集されてしまいます。さらに頻繁なサクションカップの掃除が必要になります。
そのため、「汚水」ではなく汚れが凝集された泡が風圧でサクションカップに押し上げられるようにセッティングしましょう。
※汚れた泡のみが持ち上げられるときは大きな粒子が多く含まれ、小さなイオンは排出されにくいといわれています。
この水分の少ない汚れが凝縮された泡が出るセッティングをドライスキムやドライスキミングと呼びます。また、汚れをたくさん付着させた泡はドライフォームと呼ばれます。
凝集された汚れがカップに押し出されるのを目安に
オーバースキムに要注意
オーバースキムとはプロテインスキマーの泡が突発的に激しく出てあふれ出てしまう現象のことです。
主に下記のようなときに起こりやすい傾向があります。
また、泡面を高い位置にセッティングしてしまうと突発的な吹き出しでカップから汚水があふれ出てしまうこともあります。
突然の吹き出しを防ぐためにも泡面は低めでドライスキムのセッティングにしておきましょう。
セット直後に泡が上がらない
セットして始動直後は泡が上がってこないことがあります。
数分～数時間置くと泡が上がるようになってくるので、様子を見ながら調整しましょう。
セット直後はプロテインスキマーのチャンバー内に細かい泡がたくさんあるように見えて、負の電荷を帯びたファインバブル自体は少ない状態となっています。この細かな気泡が互いにぶつかり合って、より小さな気泡になっていくにつれ負の電荷を帯びたファインバブルに変化していくことで泡が上がりやすくなるのです。
帯電していない状態
帯電したファインバブルが発生
泡が上がるように
水質にもよりますが、数分～数時間置いておくと自然に泡が上がり始めるかと思います。
そのため、セットしてすぐに泡が上がらないようであればオーバースキムを起こして吹き出してしまわないよう泡面の位置を低めにセットしてください。
１日おいて泡面が上昇していたら改めて泡面位置の調整を行いましょう。
１日以上おいて泡が上がらないようであれば、海水の塩分比重が低い可能性があります。
その場合は比重計がズレている可能性があるため、数値のズレていない比重計（屈折式やデジタルなら校正を行う）で計り直してみましょう。
サクションカップの掃除は１日１回を目安に
サクションカップの汚れはなるべく１日に１回洗うようにしましょう。
ドライスキムの設定になっていれば数日～１週間ほどはカップが満タンになることは少ないかと思いますが、ドライフォームが集まりヘドロ化した汚れが１週間以上付着しているとブラシで擦らないと取れないほどになります。さらに汚れの腐敗もはじまって酷い腐敗臭が漂うようになります。
悪臭を放ち始めたりするので、小まめに洗い流すようにしましょう
汚れが激しくないうちであればシンクのシャワーのみで汚れを流すことができるため、掃除が楽になります。面倒だからと期間を開ければ開けるほど掃除が大変になってくるため、小まめな掃除を行うことをおすすめします。
海水魚中心の水槽にプロテインスキマーは使わなくていい？
プロテインスキマーが使われた元来の目的は、サンゴ水槽における栄養塩の蓄積を抑えることでした。
じゃあ、栄養塩が増えても影響の少ない海水魚水槽には無理して使わなくてもいいのでは？という方もいるかと思います。
でも、実は他にもいくつかメリットがあったりするんです。
主なメリットはこのような感じです。
溶存酸素量を増やすだけでなく、有機物排出の機能はタンパク質の分子だけでなく人間の肉眼では見えない細菌サイズの微生物にも及びます。
有機物の排出は生成物である栄養塩の低減だけでなく、それをエサにして増えるビブリオ菌の増殖を抑える働きもあります。
ビブリオ菌は海水中に常在する有機物分解菌で海中の分解者として重要な位置にいます。
しかし、その強力な有機物分解能力と驚異的な増殖スピードで免疫が落ちた生物にとっては生きたまま体を分解していく悪魔のような存在にもなります。
プロテインスキマーはそんなビブリオ菌の増殖源ともなる有機物を取り除くことで増殖を抑制し、ビブリオ菌自身の排出も行うため、ある程度の病気抑制効果もあるというわけです。
※殺菌するわけではないので病原菌の完全な除去はできません。
あくまで悪性の細菌類が大発生してしまうことを抑制する程度のものとなります。
こういった効果も期待できることから、海水魚中心の水槽であっても高性能なプロテインスキマーの設置は、清潔な環境を保つという意味で非常に有効なのです。
まとめ
プロテインスキマーについてちょっとだけ詳しい解説をしてみました。
単純に汚れを取るというだけでなく、「なぜ、そうなるのか？」を調べていくと海水水槽の微生物バランスを整える重要な役割を担っているのがわかります。
海水水槽は水中に含まれる物質や微生物が淡水に比べて遥かに多いことから、特定の物質や微生物が過剰になりやすい面があります。
それらを除去して適度なバランスに整えるのがプロテインスキマーの役割と言えるでしょう。
好気性ろ過だけで「どうにも飼育がうまくいかない」という方、短い間隔での水換えが大変で負担を減らしたいという方はぜひプロテインスキマーを使ってみてください。
プロテインスキマー用語集
本体、関連部品
サクションカップ･･･コレクションカップとも。泡が集めた汚れや汚水をためておくカップのこと。
メーカーや製品により呼称が変わるため、汚水カップとも呼ばれることもあります。
チャンバー･･･本体の泡が攪拌されている胴体部分のこと。
ベンチュリー部･･･ベンチュリ効果を利用してエアーを引き込む構造にした部品のこと。
ウッドストーン･･･エアーリフト式で使用されるエアーストーン。
バルサ材などの密度の低い木材を原料に作られています。
一般的なエアーストーンよりも微細な気泡を出すことができますが、その分強い圧力のエアーポンプが必要になります。
また、コケの付着や木材の腐食などで泡が荒くなるため、定期的な交換が必要になります。
ニードルホイール･･･ベンチュリー式で使用されるエアーを攪拌するための特殊なインペラーの羽根。針状の突起がたくさんついていることからニードルホイールと呼ばれています。
これが付いたインペラーをニードルインペラーとも呼びます。
ベケットヘッド･･･ダウンドラフト式プロテインスキマーに使われる部品。噴水のバブリングノズルなどにも使われています。こちらもベンチュリ効果を利用してエアーを吸い込む構造になっています。
この部品とD.I.Y.スキルがあればプロテインスキマーの自作も不可能ではありません。
DCポンプ･･･直流電源ポンプ
静粛性に優れており、モーターの回転数を微細に制御することがができるのが特徴。コントローラー付きのモデルが多くあります。
サーキュレーターなど流量の制御を必要とする機器に使われることが多いです。
ACポンプ･･･交流電源ポンプ
故障率が低く安定性が高いのが特徴。
オーバーフロー水槽のメイン循環ポンプなど安定性が求められる個所での使用に向いています。
一般的なアクアリウム用循環ポンプは、このACポンプが主に使われています。
マグネットポンプ･･･別名シールレスポンプ
モーター部とインペラーが別の部屋で区切られているため液漏れのリスクが少ないポンプです。
その構造から大型で工業製品のような見た目をした製品が多いのも特徴です。
主に大型水槽の循環ポンプやダウンドラフト式プロテインスキマーなどで使われます。
サンプ･･･オーバーフロー水槽のろ過槽の一部分を指す名称。
プロテインスキマーやリアクターなどを収容するスペースのこと。
その他の呼称
ファインバブル･･･直径が100μm以下の微小気泡のこと。サイズによりマイクロバブルやナノバブルなど呼び名が変わります。
気泡はマイクロバブル以下のサイズになると表面に負の電位を生じ、正の電位を持つ物質に付着する性質を持ちます。
これを利用して正の電位を持つタンパク質の分子を凝集し排出するのがプロテインスキマーの原理となります。
オーバースキム･･･スキマーの泡がサクションカップより溢れ出してしまった状態を指す言葉。
サンゴの状態急変など水槽内の状態により突然吹き出すように溢れて部屋も悲惨なことになってしまうことが多いため、マリンアクアリストの中には畏怖を込めて「爆発」と呼ぶ人もいます。
ドライスキム･･･ドライスキームとも。サクションカップに汚水が少なく、風圧で押し出された泡の汚れが溜まるようにしたセッティングのこと。
汚水よりもヘドロ状の汚泥がカップに付着していることが多い状態。
海水中の微量元素のロスが少ないセッティングとされています。
ドライフォーム･･･汚れをたくさん凝集して黒っぽくなった泡のこと。
ウェットスキム･･･サクションカップに汚水が溜まりやすいようにしたセッティングのこと。汚れの排出量は多いが、同時に微量元素を含んだままの海水も排出してしまうとされています。
ウェットフォーム･･･水分を多く含んだ白っぽい泡のこと。汚れはあまり凝集されていない状態。
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