JPH07176A - 光合成微生物培養装置 - Google Patents

光合成微生物培養装置

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JPH07176A
JPH07176A JP5170959A JP17095993A JPH07176A JP H07176 A JPH07176 A JP H07176A JP 5170959 A JP5170959 A JP 5170959A JP 17095993 A JP17095993 A JP 17095993A JP H07176 A JPH07176 A JP H07176A
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flow velocity
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JP5170959A
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Akiko Miya
晶子 宮
Tadashi Adachi
正 足立
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Ebara Corp
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M31/00Means for providing, directing, scattering or concentrating light
    • C12M31/10Means for providing, directing, scattering or concentrating light by light emitting elements located inside the reactor, e.g. LED or OLED
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02Photobioreactors
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    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光照射面への光合成微生物の付着を防止し、
光の利用効率を向上することのできる光合成微生物培養
装置を提供する。 【構成】 光合成微生物を培養する培養装置1におい
て、培養液中に光エネルギーを供給3する光入射面に平
行な流れを生ずるような機械的攪拌手段2を備えている
こととしたものであり、前記機械的攪拌手段2は、光入
射面に平行な流れの方向を逆転させ、光入射面に平行な
流れの流速を任意に変動させ、さらに流速を変動させる
にあたり、通常流速よりも著しく大きな流速を短時間維
持することを一定時間間隔で繰り返す構造となってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微生物の培養装置に係
り、特に光合成細菌及び/又は微細藻類などの光合成微
生物を光の照射下に培養する装置に関する。このような
培養装置は、有機性廃水の処理装置、クリーンエネルギ
ーである水素の生産装置、各種の有用な物質を生産する
装置、地球の温暖化の元凶である大気中の二酸化炭素
(CO2 )を固定化する装置及び/又は閉鎖空間におい
て二酸化炭素(CO2 )を除去して酸素(O2 )を発生
する装置に用いられる。
【0002】
【従来の技術】従来、光合成微生物の培養を目的とする
培養装置は、そのほとんどが装置の外壁から棒状の蛍光
燈により光を槽内液に供給するか、あるいは装置内部の
中心に棒状の蛍光燈を取付け、槽内液に光を供給するも
のが主流となっていた。また、最近では各種の技術が研
究開発され、その代表的な技術として太陽光及び/又は
人工光を光ファイバーで濃縮、伝送し、伝送された光を
さらに特殊な面発光ファイバーによって槽内液に拡散し
て、又は樹脂性の棒状ロッドに長さ方向に散乱溝を設け
槽内に縦方向に、かつ線状に光を拡散して光合成微生物
を培養する装置が開発されている。
【0003】以上のように、現段階でも光合成微生物の
培養装置は存在するが、これらの培養装置においては、
光エネルギーを槽外から供給する装置の場合には内壁
に、また光拡散体あるいは光源を培養槽内に挿入して光
エネルギーを槽内から供給する装置の場合には光拡散体
あるいは光源の表面に光合成微生物が濃厚に付着し、光
の槽内液への拡散が阻害されると共に、付着した光合成
微生物は強光にさらされて死滅するか、あるいは活性が
著しく劣化するという問題点があった。
【0004】上記の従来の技術の問題点を解決するため
に、太陽光及び/又は人工光を集光し、光ファイバーで
伝送した光を側面から光を放出する光拡散体に導入し、
培養液中に拡散する方法においては、光拡散体の表面に
光合成微生物が濃厚に付着し、光の槽内液への拡散が阻
害されることを防ぐ方法として、噴流により槽内壁に沿
って渦流を作り光拡散体への微生物の付着を防止する方
法(特開平5−23166号公報)が提案され、また槽
外から光を供給する方法においては、光入射面である培
養槽内壁への微生物の付着を防止する方法として、培養
液中に水よりも重い担体を混入して培養液と共に槽内壁
に沿って渦流を生じさせることにより付着微生物を除去
する方法(特願平3−190173号公報)等が既に提
唱されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、簡単な手
段、操作で光入射面に光合成微生物が濃厚に付着するの
を防止し、光の槽内液への拡散が阻害されることを防ぐ
ことができる光合成微生物の培養装置を提供することを
課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、光合成微生物を培養する培養装置にお
いて、培養液中に光エネルギーを供給する光入射面に平
行な流れを生ずるような機械的攪拌手段を備えているこ
ととしたものである。上記培養装置において、機械的攪
拌手段は、光入射面に平行な流れの方向を逆転させるこ
とが可能な構造となっており、また、光入射面に平行な
流れの流速を任意に変動させることが可能な構造となっ
ている。さらに、前記機械的攪拌手段は、光入射面に平
行な流れの流速を変動させるにあたり、通常流速よりも
著しく大きな流速を短時間維持することを一定時間間隔
で繰り返すことが可能な構造となっている。
【0007】上記のように、本発明では、機械的攪拌に
より光入射面に平行な流れを生ずることにより、さらに
光入射面に平行な流れの方向を適宜逆転させることによ
り、及び/又は、光入射面に平行な流れの流速を適宜変
動させることにより光入射面への光合成微生物の付着を
防止できる。
【0008】次に、本発明を詳細に説明する。培養槽内
部から培養液中に光を供給する方法としては、太陽光及
び/又は人工光を集光し、光エネルギーで培養液中に拡
散する方法、光エネルギーで伝送した光を側面から光を
放出する光拡散体に導入し、培養液中に拡散する方法、
あるいはガラス等の光透過性を持つ保護管内に設置され
た人工光源を培養槽内に挿入して、培養液中に光エネル
ギーを拡散する方法のいずれでもよい。また人工光源と
しては蛍光燈、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタ
ルハライドランプ等を利用することができる。
【0009】光ファイバーを用いて培養液中に拡散する
場合には、多数の光ファイバーをまとめてガラス等の光
透過性を持つ保護管に入れて培養液内に挿入する方法が
望ましい。また、側面から光を放出する光拡散体として
は、棒状あるいは平面型のいずれでもよい。該光拡散体
あるいは人工光源は培養槽内に分散して配置することに
より、光エネルギーを効率的に培養液内に供給すること
ができる。培養槽外部から培養液中に光を供給する方法
の光源としては蛍光燈、キセノンランプ、ハロゲンラン
プ、メタルハライドランプ等の人工光あるいは太陽光の
いずれも利用することができる。
【0010】培養槽内に設置された光拡散体あるいは光
源に平行な流れを生ずる方法としては、機械的攪拌手段
やポンプを用いる方法、あるいはエアリフト法等がある
が、流速や方向を任意に設定できる機械的攪拌手段が望
ましい。機械的攪拌手段により該光入射面に一定流速以
上の平行な流れを維持することで、該表面への光合成微
生物の付着を防止することができる。また流れの方向及
び/又は流速を適宜変動させることにより、付着防止効
果を一層高めることができる。使用できる攪拌装置とし
ては、光入射面における流速を15cm/s以上、さらに
望ましくは30cm/s以上に維持できるものであればい
かなる構造でもよいが、培養する光合成微生物に過度の
剪断力を与えないような構造であることが望ましい。
【0011】本発明の光合成微生物培養装置は、あらか
じめ設定した時間に従って、攪拌強度の変動あるいは攪
拌方向の変化を与えることができるが、培養する光合成
微生物に過度の剪断力を与えないような攪拌強度及び時
間の範囲で、通常流速よりも著しく大きな流速を短時間
維持することを、一定時間間隔で繰り返すことが可能な
構造となっている。通常流速よりも著しく大きな流速と
しては、光入射面における流速が60cm/s以上、さら
には100cm/s以上であることが望ましい。
【0012】
【作用】従来の光合成微生物培養装置では、光入射面へ
の微生物の付着が研究面及び/又は実用面で大きな障害
になっている。一般に、光合成微生物は光が十分に得ら
れる場所において活発に生育する性質を持つが、浮遊性
の光合成微生物でも光の光入射面に一旦付着するとそれ
を核として増殖するため、培養液中への光の拡散が著し
く阻害される。さらに一般に、微生物の壁面等の固体へ
の付着は、培養液の流れが淀んだ部分に発生しやすいこ
とが知られている。
【0013】本発明は、一旦付着した微生物を流体の流
れのみで剥離させることは困難であるが、微生物の増殖
当初から固体表面で常に一定以上の流速を維持すれば、
比較的小さな流速で微生物の付着を防止できること、流
速を適宜変動させたり、流れの方向を変化させることに
より付着防止効果がさらに高まることを見いだし完成す
るに到った。表1は、壁面流速と微細藻類(クロレラ)
の付着の関係を示す実験結果であり、表2は、流速、流
れ方向の変化と微細藻類(クロレラ)の付着の関係を示
す実験結果である。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】本発明においては、機械的攪拌装置により
光入射面において15cm/s以上、さらに望ましくは3
0cm/s以上の流速を維持することにより、該表面への
光合成微生物の付着を防止することができる。また、6
0cm/s以上の流速、さらに望ましくは100cm/s以
上の流速を短時間維持することを一定時間間隔で繰り返
すことにより、攪拌の剪断力により培養微生物に損傷を
与えることなく、光入射面への光合成微生物の付着防止
効果を一層高めることができる。
【0017】
【実施例】以下、本発明を図面を用いて具体的に説明す
るが、本発明はこれに限定されない。 実施例1 図1に本発明の一例である培養装置の断面概略図を示
す。図1は、光源として蛍光燈3を用い、これをガラス
製保護管4内に設置して、培養槽1内に複数本挿入し、
機械的攪拌装置としてはバスケット型ローター2を備え
た光合成微生物培養装置の概略図である。
【0018】蛍光燈の光はガラス製保護管を通して培養
槽内に入射し、拡散される。攪拌用ローターはバスケッ
ト型構造を持ち、光入射面に平行な枠には羽根が取付け
られ、ローターが回転することにより光入射面に平行な
水流が発生する構造となっている。バスケット型ロータ
ーを用いることにより、培養微生物に過大な剪断力を与
えることなく、光入射面で必要な流速すなわち15cm/
s以上、さらに望ましくは30cm/s以上の水流を形成
することができる。
【0019】また、該ローターは回転数を任意に変化さ
せることができ、また回転方向を適宜逆転させることが
できるので、光入射面への微生物付着防止効果をさらに
高めることができる。また、60cm/s以上、さらに望
ましくは100cm/s以上の流速を短時間維持すること
を一定時間間隔で繰り返すことにより、攪拌の剪断力に
より培養微生物に損傷を与えることなく、光入射面への
光合成微生物の付着防止効果を一層高めることができ
る。図2、図3は、図1に示したバスケット型ローター
の回転方向による培養槽内発生水流の方向を示したもの
である。ローター正転時(図2)と逆転時(図3)では
発生水流の方向が異なるが、いずれの場合においても有
効な光入射面に沿った水流が形成される。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、光入射面への光合成微
生物の付着を防止でき、光の利用効率を向上させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の培養装置の一例を示す断面概略図。
【図2】図1の装置のローター正転時の水流の方向を示
す説明図。
【図3】図1の装置のローター逆転時の水流の方向を示
す説明図。
【符号の説明】
1:培養槽、2:攪拌用ローター、3:蛍光燈、4:ガ
ラス製保護管、5:散気管、6:マグネットカップリン
グ、7:空気/炭酸ガス富化空気、8:冷却用空気、
9:培地、10:余剰菌体/藻体、11:センサー挿入
口、12:水流の方向

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光合成微生物を培養する培養装置におい
    て、培養液中に光エネルギーを供給する光入射面に平行
    な流れを生ずるような機械的攪拌手段を備えていること
    を特徴とする光合成微生物培養装置。
  2. 【請求項2】 前記機械的攪拌手段は、光入射面に平行
    な流れの方向を逆転させることが可能な構造となってい
    ることを特徴とする請求項1記載の光合成微生物培養装
    置。
  3. 【請求項3】 前記機械的攪拌手段は、光入射面に平行
    な流れの流速を任意に変動させることが可能な構造とな
    っていることを特徴とする請求項1記載の光合成微生物
    培養装置。
  4. 【請求項4】 前記機械的攪拌手段は、光入射面に平行
    な流れの流速を変動させるにあたり、通常流速よりも著
    しく大きな流速を短時間維持することを一定時間間隔で
    繰り返すことが可能な構造となっていることを特徴とす
    る請求項3記載の光合成微生物培養装置。
JP5170959A 1993-06-18 1993-06-18 光合成微生物培養装置 Pending JPH07176A (ja)

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