JP2011087552A

JP2011087552A - 微細藻類培養方法及び装置

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Publication number: JP2011087552A
Application number: JP2009255490A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Sekine; 敏朗関根
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-17
Filing date: 2009-10-17
Publication date: 2011-05-06

Abstract

【課題】ワムシ等微細藻類を捕食する微小動物による被害のリスクが低く、施設費がより安価で、かつ効果的な攪拌を行える微細藻類の培養方法及び装置を提供する。
【解決手段】収容した液体に太陽光を照射し、ほぼ水平で第１流路端部と第２流路端部を有する水平流路aと微細藻類の培養装置を用いて微細藻類を培養する方法であって、昼間、排気機構停止の状態で格納槽b内に気体を供給し、前記水平流路で微細藻類を培養し、２以上の日数培養を続けた後、前記格納槽内に収納される以外のほぼ全量の微細藻類懸濁液を収穫するとともに、ワムシ等捕食微小動物死滅させるために前記格納槽内に収納された微細藻類懸濁液を嫌気条件に保った後、該微細藻類懸濁液に培養液を添加し、再度培養を行うことを特徴とする微細藻類の培養方法及び装置である。
【選択図】図３

Description

発明の詳細な説明

本発明はクロレラ等微細藻類を増殖させるための方法及び装置に関するものであり、畜産廃水等有機性廃水の浄化処理、ＣＯ２固定に利用できる。

従来、微細藻類の培養法の一つとして開放池法がある。開放池法は、通常屋外に設置された水深５０ｃｍ以内の浅い池において、微細藻類を太陽光の照射により培養するものである。開放池は、常に微細藻類を捕食する微小動物の汚染に曝されている。ワムシ、特に遊泳性ワムシは、微細藻類をよく捕食し、繁殖力が大きいので、この遊泳性ワムシによる被害防止が、微細藻類を安定的に効率よく培養するための大きな課題であった。
このようなことから、発明者は、この課題を解決するための、特許第３８４４３６５号のクロレラ等微細藻類の培養に関する技術を考案した。この技術により、広い開放池において、殺虫剤を用いないで微細藻類を捕食する微小動物を抑制し、さらに効果的な微細藻類液の攪拌によって、微細藻類を安定的に効率よく培養することが可能となった。
しかし、生産した微細藻類を飼料やバイオ燃料に利用するには、培養施設費がまだまだ高価であるという欠点がある。
特許第３８４４３６５号公報

本発明は、このような点に鑑み為されたもので、ワムシ等微細藻類を捕食する微小動物による被害のリスクが低く、施設費がより安価で、かつ効果的な攪拌を行える微細藻類の培養方法及び装置を提供することを目的とする。

すなわち本発明は、
第１に収容した液体に太陽光を照射し、ほぼ水平で第１流路端部と第２流路端部を有する水平流路と、前記第１流路端部に連通されたほぼ垂直な第１垂直流路と、前記第２流路端部に連通されたほぼ垂直な第２垂直流路と、下部が前記第１垂直流路と前記第２垂直流路とに連通し、上部が密閉されかつ排気機構を備え、前記水平流路に収容された流体を収容する格納槽と、前記格納槽内に気体を供給する気体圧入機とを設け、前記第１垂直流路と前記格納槽との間の境界部における連通流路の上限高さを前記第２垂直流路と前記格納槽との間の境界部における連通流路の上限高さより高くしたことを特徴とする微細藻類の培養装置であって、前記格納槽の容量が前記培養装置に収容される全流体容量の２０パーセント以下である微細藻類の培養装置を用いて微細藻類を培養する方法であって、昼間、前記排気機構停止の状態で前記格納槽内に気体を供給し、前記水平流路で微細藻類を培養し、２以上の日数培養を続けた後、前記格納槽内に収納される以外のほぼ全量の微細藻類懸濁液を収穫するとともに、ワムシ等捕食微小動物死滅させるために前記格納槽内に収納された微細藻類懸濁液を嫌気条件に保った後、該微細藻類懸濁液に培養液を添加し、再度培養を行うことを特徴とする微細藻類の培養方法であり、
第２に、収容した液体に太陽光を照射し、ほぼ水平で第１流路端部と第２流路端部を有する水平流路と、前記第１流路端部に連通されたほぼ垂直な第１垂直流路と、前記第２流路端部に連通されたほぼ垂直な第２垂直流路と、前記第１垂直流路と前記第２垂直流路とに連通し、前記水平流路に収容された流体を収容する格納槽と、前記格納槽内に気体を供給する気体圧入機とを設け、前記第１垂直流路と前記格納槽との間の境界部における連通流路の上限高さを前記第２垂直流路と前記格納槽との間の境界部における連通流路の上限高さより高くしたことを特徴とする微細藻類の培養装置であって、前記格納槽の容量が前記培養装置に収容される全流体容量の２０パーセント以下であることを特徴とする微細藻類の培養装置であり、
第３に、収容した液体に太陽光を照射し、ほぼ水平で第１流路端部と第２流路端部を有する水平流路と、前記第１流路端部に連通されたほぼ垂直な第１垂直流路と、前記第２流路端部に連通されたほぼ垂直な第２垂直流路と、下部が前記第１垂直流路と前記第２垂直流路とに連通し、上部が密閉され、前記水平流路に収容された流体を収容する格納槽と、前記第１垂直流路または前記第２垂直流路内に気体を供給する気体圧入機とを設けことを特徴とする微細藻類の培養装置であって、前記格納槽の容量が前記培養装置に収容される全流体容量の２０パーセント以下である微細藻類の培養装置を用いて微細藻類を培養する方法であって、昼間、前記第１垂直流路または前記第２垂直流路内に気体を供給し、前記水平流路で微細藻類を培養し、２以上の日数培養を続けた後、前記格納槽内に収納される以外のほぼ全量の微細藻類懸濁液を収穫するとともに、ワムシ等捕食微小動物死滅させるために前記第１垂直流路及び前記第２垂直流路に密閉蓋を取り付け、前記格納槽内に収納された微細藻類懸濁液を嫌気条件に保った後、該微細藻類懸濁液に培養液を添加し、再度培養を行うことを特徴とする微細藻類の培養方法である。

特許第３８４４３６５号においては、水平流路内の液のほぼ全量を収納するため、格納槽の容量が大きく、施設費が高価であった。本発明においては、より小容量の格納槽を用いてワムシ等捕食微小動物の被害を防止でき、施設費がより安価となるとともに特許第３８４４３６５号と同様に効果的な攪拌も行える。本発明によれば、微細藻類を安定的にかつ安価に培養することが可能となり、微細藻類の多方面への利用が促進される。

発明の好適な実施形態

次に、本発明を更に詳しく説明する。図１乃至図５は、畜舎廃水等有機性廃水を培養液として微細藻類を培養する場合の、本発明の一実施形態を示す図面であり、図１は平面図、図２乃至図４はＡ−Ａ縦断面図である。
本装置は、上方から太陽光の照射を受ける浅い水路ａとその下方に設けられた格納槽ｂからなる。水路ａは、隔壁１で区画された並行した水路に構成され、下流端部２は垂直下方にのびる第２垂直流路３により格納槽ｂ内部に連絡し、格納槽流入口４、格納槽ｂの内部を経て、格納槽流出口５、およびここから垂直上方にのびる第１垂直流路６を経て、上流端部７に連絡され、１つの無終端水路が形成されている。格納槽流出口５の上端は格納槽流入口４の上端より上に位置するよう設けられている。格納槽ｂの上部には、空気等の気体を圧入するための通気管ｃが開口配備され、通気管ｃは開閉弁８を経て気体圧入機としてのブロワーｄに連絡されている。格納槽ｂの上部には気体を抜くための排気管９が弁１０とともに設けられている。格納槽ｂの容量は全藻類液の２０％以下である。
図２は、光照射培養の開始前の状態を示している。この状態から、弁１０を閉じ、ブロワ−ｄを作動させ通気管ｃを介して気体を圧入すると、格納槽ｂ内の微細藻類懸濁液は水路ａへと送り出される（図３）。さらに気体が送られると、格納槽流出口５から気体は第１垂直流路６内に一気に溢れ出て、第１垂直流路６内に空気層ｇを形成する。空気層ｇは上方の水を押し上げ、下方の水を引き上げながら、一気に上昇し、上流端部７に噴出し、同時に第２垂直流路３及び下流端部２の微細藻類懸濁液が一気に格納槽ｂ内に流入する（図４）。これにより上流から下流への液の移動と大きな波が生じ、水路ａ及び格納槽ｂ内の微細藻類懸濁液は攪拌される。気体の圧入の継続により、前記の噴出が一定の周期で繰り返される。このようにして微細藻類懸濁液は流動攪拌され、微細藻類は光の照射を受け増殖する。
日の入りになると、ブロワーｄを停止し、弁１０を開ける。微細藻類懸濁液の一部は格納槽ｂへと移動し、最終的には第１垂直流路６、第２垂直流路３および格納槽ｂ内に格納される。この格納された微細藻類懸濁液は大気との接触面積がほとんどなく、特に格納槽ｂ内の液は全くなく、各生物の呼吸による酸素消費により次第に嫌気状態となり、ワムシ、ミジンコなどの微細藻類を捕食する好気微小動物が死滅する。以後収穫時まで上記の操作を繰り返し、微細藻類を培養する。
その後、微細藻類濃度が収穫に適する濃度に達したら、格納槽ｂ、第１垂直流路６、及び第２垂直流路３に収納される微細藻類懸濁液以外を収穫する。第１垂直流路６、第２垂直流路３の上端部にはそれぞれ密閉蓋１１を設置し、そこからの酸素溶解を防ぐとよい（図５）。このようにして収納した微細藻類懸濁液は、微細藻類捕食微小動物を死滅させるため、およそ１２時間以上、好ましくは１４時間以上嫌気条件に保つ。この液を種母として、これに培養液を加え、好ましくは藻類濃度０．１（ｇ／Ｌ）以上に調整して、再び上記培養を繰り返す。
このように、本発明によれば特許第３８４４３６５号と同様に藻類捕食微小動物の異常繁殖を抑制して、微細藻類を安定的に培養でき、さらに、格納槽ｂの容量は全藻類液の２０％以下であり、特許第３８４４３６５号と比べて格納槽にかかる施設費が安価となる。
また、気体圧入速度に関係なく、１回の噴出による攪拌効果は一定である。このため気体圧入速度を小さく設定しても効果的な攪拌をすることが可能で、電力費の低下につながる。
さらに、噴出の際、格納槽ｂの横断面積が大きいほど、また第１垂直流路６下端から水路ａ内水面までの距離が大きいほど、第１垂直流路６内に流入する空気の量が多く、その結果第１垂直流路６内に形成される空気層ｇの容積が大きくなり、噴出が激しくなる。したがって、第１垂直流路６下端から水路ａ内水面までの距離を一定値に設定した場合、格納槽ｂの横断面積が大きいほど噴出に伴う水路ａでの流動と波動が大きくなり、微細藻類懸濁液がよりよく攪拌される。このことから、前記格納槽ｂの横断面積の表面積に対する比を０．２以上にすることが適当である。これによって、いろいろな培養規模のそれぞれにおいて、より効果的な攪拌を行える。例えば、幅１．５ｍ、全長１００ｍ、水深０．１ｍの水路ａに対して、幅１ｍ、長さ３ｍ、高さ０．２５ｍの格納槽ｂを水路ａ底面下ほぼ２ｍの位置に取り付ける。この場合、格納槽ｂの横断面積（約３ｍ２）の表面積（約８ｍ２）に対する比はおよそ０．３７、格納槽ｂの容量（およそ０．７５ｍ^３）は全藻類液（およそ１５ｍ^３）のおよそ５％となる。特許第３８４４３６５号の場合、幅２ｍ、長さ２．５ｍ、高さ２ｍの格納槽（約１５ｍ３）を用いるとすると、表面積は約３７ｍ^２となる。すなわち本実施形態の格納槽壁面の面積は特許第３８４４３６５号の場合の壁面面積の約２１％となり、また、特許第３８４４３６５号の場合と比べて、側壁面の厚さを小さくでき、材料費が低下できる。また、製作のための労務費および電気等エネルギー費、搬送費、設置費等も低下する。このように、本発明によれば、効果的な攪拌効果を損なわず、施設費がより安価となる。
また、水路ａは、格納槽ｂに向けて低く設けるのが適切である。
本実施形態は、畜舎廃水等有機性廃水を培養液として微細藻類を培養する場合のもので、特にＣＯ_２の供給を必要としない場合のものである。ＣＯ_２の供給を行う場合は、ＣＯ_２供給装置（図示せず）を設置してＣＯ_２供給を行う。
例えば、第１垂直流路６内下方に散気装置を設け、ＣＯ_２供給を行う。
図６及び図７は、別の一実施形態を説明するための図面であり、それぞれ平面図、縦断面図である。本実施形態では、水路ａが光を透過する透明管ａ１で構成されている点が、図１乃至図５に示した実施形態と異なる。第１垂直流路６は水槽１３を介して透明管ａ１に連絡されている。第２垂直流路３は水槽１２を介して透明管ａ１に連絡されている。培養の方法は図１乃至図５に示した実施形態と同様である。透明管を用いた場合、平面池よりも敷地面積当たりの光照射面積が大きくなる利点がある。
図８乃至図１１は、別の一実施形態を説明するための図面であり、それぞれ平面図、縦断面図、横断面図、縦断面図である。本実施形態では、格納槽ｂが気体圧入装置及び排気機構を備えず、１つの水路に構成されるとともに、第１垂直流路６下方に炭酸ガス強化空気等気体を圧入するための散気装置１４が備えられている点が、図８乃至図１１に示した実施形態と異なる。昼間は、散気装置１４を介して炭酸ガス強化空気の微細気泡を圧入し、微細藻類懸濁液を水路に沿って流動させ培養する。（図８、図９）収穫時には、前述と同様に、格納槽ｂ、第１垂直流路６及び第２垂直流路３内の微細藻類懸濁液を残し、密閉蓋１１を設置し、嫌気条件に保った後、これを種母として再び培養を行う。
本実施形態の場合、前述の実施形態の噴出による激しい流動が格納槽ｂ内に生じないので、格納槽ｂ内に藻体の沈積が生じやすい。このため、格納槽ｂは図１１の如く屈曲した流積の小さい水路に構成することが適当である。これによって、十分な種母を確保できる。また、水路ａは透明管に限定されるものではない。

本発明の一実施形態を示す平面図である。図１におけるＡ−Ａ縦断面図であり、夜間の状態を示している。図１におけるＡ−Ａ縦断面図であり、昼間の状態を示している。図１におけるＡ−Ａ縦断面図であり、噴出による流動攪拌が行われている、昼間の状態を示している。図１におけるＡ−Ａ縦断面図であり、微細藻類懸濁液収穫後の状態を示している。別の実施形態を示す平面図である。図６におけるＢ−Ｂ縦断面図であり、昼間の状態を示している。別の実施形態を示す平面図である。図８におけるＤ−Ｄ縦断面図であり、昼間の状態を示している。図９におけるＥ−Ｅ横断面図であり、昼間の状態を示している。図８におけるＤ−Ｄ縦断面図であり、微細藻類懸濁液収穫後の状態を示している。

１は隔壁、２は下流端部、３は第２垂直流路、４は格納槽流入口、５は格納槽流出口、６は第１垂直流路、７は上流端部、８は開閉弁、９は排気管、１０は開閉弁、１１は密閉蓋、１２は水槽、１３は水槽、１４は散気装置、ａは水平流路、ａ１は透明管、ｂは格納槽、ｃは通気管、ｄはブロワー、ｇは空気層、実線矢印は微細藻類懸濁液の流れの方向を示す。

Claims

収容した液体に太陽光を照射し、ほぼ水平で第１流路端部と第２流路端部を有する水平流路と、前記第１流路端部に連通されたほぼ垂直な第１垂直流路と、前記第２流路端部に連通されたほぼ垂直な第２垂直流路と、下部が前記第１垂直流路と前記第２垂直流路とに連通し、上部が密閉されかつ排気機構を備え、前記水平流路に収容された流体を収容する格納槽と、前記格納槽内に気体を供給する気体圧入機とを設け、前記第１垂直流路と前記格納槽との間の境界部における連通流路の上限高さを前記第２垂直流路と前記格納槽との間の境界部における連通流路の上限高さより高くしたことを特徴とする微細藻類の培養装置であって、前記格納槽の容量が前記培養装置に収容される全流体容量の２０パーセント以下である微細藻類の培養装置を用いて微細藻類を培養する方法であって、昼間、前記排気機構停止の状態で前記格納槽内に気体を供給し、前記水平流路で微細藻類を培養し、２以上の日数培養を続けた後、前記格納槽内に収納される以外のほぼ全量の微細藻類懸濁液を収穫するとともに、ワムシ等捕食微小動物死滅させるために前記格納槽内に収納された微細藻類懸濁液を嫌気条件に保った後、該微細藻類懸濁液に培養液を添加し、再度培養を行うことを特徴とする微細藻類の培養方法。
収容した液体に太陽光を照射し、ほぼ水平で第１流路端部と第２流路端部を有する水平流路と、前記第１流路端部に連通されたほぼ垂直な第１垂直流路と、前記第２流路端部に連通されたほぼ垂直な第２垂直流路と、前記第１垂直流路と前記第２垂直流路とに連通し、前記水平流路に収容された流体を収容する格納槽と、前記格納槽内に気体を供給する気体圧入機とを設け、前記第１垂直流路と前記格納槽との間の境界部における連通流路の上限高さを前記第２垂直流路と前記格納槽との間の境界部における連通流路の上限高さより高くしたことを特徴とする微細藻類の培養装置であって、前記格納槽の容量が前記培養装置に収容される全流体容量の２０パーセント以下であることを特徴とする微細藻類の培養装置。
前記格納槽の横断面積の表面積に対する比が０．２以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の微細藻類の培養方法又は装置。
前記第１垂直流路と第２垂直流路の上端に着脱可能な密閉蓋を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の微細藻類の培養方法又は装置。
前記水平流路が透明管で構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４記載の微細藻類の培養方法又は装置。
収容した液体に太陽光を照射し、ほぼ水平で第１流路端部と第２流路端部を有する水平流路と、前記第１流路端部に連通されたほぼ垂直な第１垂直流路と、前記第２流路端部に連通されたほぼ垂直な第２垂直流路と、下部が前記第１垂直流路と前記第２垂直流路とに連通し、上部が密閉され、前記水平流路に収容された流体を収容する格納槽と、前記第１垂直流路または前記第２垂直流路内に気体を供給する気体圧入機とを設けことを特徴とする微細藻類の培養装置であって、前記格納槽の容量が前記培養装置に収容される全流体容量の２０パーセント以下である微細藻類の培養装置を用いて微細藻類を培養する方法であって、昼間、前記第１垂直流路または前記第２垂直流路内に気体を供給し、前記水平流路で微細藻類を培養し、２以上の日数培養を続けた後、前記格納槽内に収納される以外のほぼ全量の微細藻類懸濁液を収穫するとともに、ワムシ等捕食微小動物死滅させるために前記第１垂直流路及び前記第２垂直流路に密閉蓋を取り付け、前記格納槽内に収納された微細藻類懸濁液を嫌気条件に保った後、該微細藻類懸濁液に培養液を添加し、再度培養を行うことを特徴とする微細藻類の培養方法。
前記水平流路が透明管で構成されることを特徴とする請求項６記載の微細藻類の培養方法。
前記格納槽が屈曲した流路で構成されていることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の微細藻類の培養方法。