JP2002272447A - 光バイオリアクタ - Google Patents
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- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
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Abstract
面積当たりのCO2 固定量および処理可能窒素・リン量
を大幅に増大することができる光バイオリアクタを提供
すること。 【解決手段】 培養槽内の培養液に太陽光を照射して菌
体を培養し、二酸化炭素の固定および排水中の窒素・リ
ン処理を行う光バイオリアクタにおいて、培養槽を、直
接受光型の単位リアクタ1を上下左右に複数配列した多
段ユニット2を多数列設して構成するとともに、多段ユ
ニット2相互の間隔を調節する間隔調節手段を設ける。
Description
に係り、特に太陽光を利用して菌体(以下、藻類または
植物細胞ということがある)を培養して大気中または排
ガス中の二酸化炭素を固定するとともに被処理水中の窒
素分およびリン分を処理する光バイオリアクタであっ
て、単位設置面積当たりのCO2 固定量および処理可能
窒素・リン量を高めることができる光バイオリアクタに
関する。
炭素(CO2 )を固定または回収する方法として、例え
ば化学吸収法、物理吸収法、物理吸着法、膜分離法、深
冷分離法、藻類の光合成能を利用した生物的方法等が知
られている。なかでも、近年、太陽光を利用した光バイ
オリアクタが注目を集めている。
タと集光伝送型のリアクタに大別されるが、集光伝送型
リアクタは散乱光を利用できないので、効率の向上を図
るためには太陽追尾装置が必要となり、集光比を高くす
るほどその度合が大きくなる。このため、年間日射量に
対する散乱日射量の割合が大きいわが国にあっては、リ
アクタ設置面積当たりのCO2 固定量または処理可能窒
素・リン量を増大するためには、直接受光型リアクタが
適している。
プンポンド型、レースウェイ型、ドーム型、攪拌タンク
型、フラットパネル(函)型、チューブラー型のリアク
タが知られており、その設置面積当たりの受光面積は、
オープンポンド型リアクタ、レースウェイ型リアクタ
(受光面積=設置面積)<ドーム型リアクタ、攪拌タン
ク型リアクタ(受光面積=設置面積×2〜3以下)<フ
ラットパネル(函)型リアクタ、チューブラー型リアク
タ(受光面積=設置面積×3以上)の順に大きくなる。
来の光バイオリアクタにおける光利用率は、必ずしも満
足できるものではなく、光利用率をより向上させ、単位
面積当たりのCO2 固定量および処理可能窒素・リン量
を大幅に増大することができる光バイオリアクタの開発
が望まれていた。本発明の課題は、かかる要望に応え、
太陽光エネルギを効率よく利用し、単位設置面積当たり
のCO2 固定量および処理可能窒素・リン量を大幅に増
大させることができる光バイオリアクタを提供すること
にある。
め、本願で特許請求する発明は以下のとおりである。 (1)培養槽内の培養液に太陽光を照射して前記培養液
中で菌体を培養し、二酸化炭素の固定および排水中の窒
素・リン処理を行う光バイオリアクタにおいて、前記培
養槽が、所定間隔で多数配置された複数の直接受光型単
位リアクタからなり、該単位リアクタ相互の間隔調節手
段を設けたことを特徴とする光バイオリアクタ。
アクタを上下左右に複数配列した多段ユニットを多数列
設したものからなり、前記多段ユニット相互の間隔調節
手段を設けたことを特徴とする上記(1)に記載の光バ
イオリアクタ。 (3)前記単位リアクタは、フラットパネル(函)型ま
たはチューブラー型の培養槽であり、前記フラットパネ
ル(函)型の培養槽は下方を先細り状とした断面くさび
型を呈していることを特徴とする上記(1)または
(2)に記載の光バイオリアクタ。 (4)前記単位リアクタまたは多段ユニットの上部に光
遮蔽手段を設けたことを特徴とする上記(1)〜(3)
の何れかに記載の光バイオリアクタ。
に説明する。図1は、本発明の一実施例を示す光バイオ
リアクタの説明図である。図において、この光バイオリ
アクタ(光合成培養装置)は、所定間隔で多数配列され
た複数の直接受光型の単位リアクタ1からなり、具体的
には上下2段、左右3列に配置された6個の単位リアク
タ1からなる多段ユニット2と、図示省略した前記多段
ユニット2相互の間隔を調節する手段(リアクタスライ
ド)とを有する。単位リアクタ1は、フラットパネル型
の培養槽であり、下方を先細り状とした断面くさび型を
呈している。
ての例えば空気、LNG発電所の排ガス、精製された燃
焼排ガス等は、図中矢印Gで示されるように、培養液と
して、例えば下水二次処理水、河川水等が満たされた各
単位リアクタ1にその下方から流入し、前記培養液に懸
濁した藻類、例えばクロレラ類、らん藻類等によってC
O2 が固定、除去され、低CO2 ガスとして単位リアク
タ1から流出する。一方、被処理水としての、例えば下
水二次処理水、河川水等は、図中矢印Wで示されるよう
に、各単位リアクタ1にその上部または側部から流入
し、窒素分およびリン分が前記藻類の栄養源として消費
され、高度処理水として流出する。増殖した菌体を含む
培養液は、所定間隔でまたは連続的に系外に抜き出さ
れ、菌体を分離したのち再利用される。
タ1を上下左右に多数配列した多段ユニット2をさらに
多数列設して構成したことにより、設置面積当たりの受
光面積が増大し、菌体が効率よく増殖するので、単位設
置面積当たりのCO2 固定量および処理可能窒素・リン
量が大幅に増大する。
接受光型のフラットパネル(函)型リアクタを用いたこ
とにより、設置面を除く5面全てが受光面となるので、
設置面積に対する受光面積の割合を大きくとることがで
きる。また直達日射光だけでなく天空散乱日射光をも受
光できるので、効率よく菌体が培養され、CO2 固定量
および処理可能窒素・リン量が増大する。
を先細り状の断面くさび型としたことにより、リアクタ
内の光路長を短縮して単位体積当たりの入射太陽光度の
低下を抑制できるので、入射する太陽光強度が低下し易
い培養槽の下方部であっても、必要太陽光強度を確保し
て効率のよい菌体培養を行うことができる。
料は、透明部材であり、例えばアクリル板、ガラス板等
が好適に用いられる。またその大きさは、例えば幅10
0mm×高さ1000mm×奥行き1000mmであ
る。単位リアクタ相互の配列および固定部材としては、
例えばスチール板、アクリル板等が用いられ、リアクタ
の各辺に合わせた枠組みを構成し、リアクタが固定され
る。
間隔調節手段を設けることが好ましい。これによって、
季節等に応じて間口間隔を調節することにより多段ユニ
ット2相互の間口へ入射する太陽光強度を調節して必要
強度を確保することができる。すなわち、例えば太陽の
高度が高い夏場は多段ユニット2相互の間隔を狭くし、
太陽の高度が低い冬場は多段ユニット2相互の間隔を広
くすることにより(図1参照)、気象条件の変化による
入射太陽光強度の大幅な低下を防止し、必要な太陽光強
度を確保することができる。多段ユニット相互間の間隔
は、各培養槽が必要最少量の受光量を安定に確保できる
長さであればよく、例えば250〜1000mmであ
る。
ユニット相互の間隔調節手段は、例えば多段ユニットの
底部に設けられた車輪と、該車輪を回転可能に支持する
軌道とからなるが、特に限定されるものではない。本発
明において、単位リアクタへの被処理ガスまたは被処理
水の供給方法は、通常並列、かつ連続的に行われるが、
複数個の単位リアクタごとに直列に供給したり、間歇的
に供給してもよい。
ユニットの上部に光遮蔽手段を設けることが好ましい。
これによって、最適受光強度による菌体の増殖を促進
し、CO2 の固定量および処理可能窒素・リン量の増大
を図ることができる。すなわち菌体としての藻類は光希
釈効果により、受光強度が低すぎると増殖率を向上させ
ることはできないが、受光強度が必要以上に強すぎても
増殖率が低下するという特性を有する。従って、光遮蔽
手段により必要に応じて一部の光を遮蔽することによ
り、最適培養条件を維持することができる。
段を設けた光バイオリアクタの説明図である。図におい
て、複数の多段ユニット2が所定間隔で配置された光バ
イオリアクタの前記多段ユニット2の上部に光遮蔽手段
として網状の膜が配設されている。網状の膜は、例えば
多段ユニット2の上部一端にロール巻取り方式によって
固定されており、必要に応じて電動または手動によって
引き出して使用され、これによって多段ユニット相互の
間口へ入射する太陽光強度が調節される。
曇りまたは雨の日の日射光は、晴天の日と異なって天空
散乱光だけとなり、また日射量は、春、夏、秋、冬の季
節変動によっても大きく変動するが、光遮蔽手段を採用
することにより、日射量および光強度の大幅な増大を緩
和することができる。光遮蔽手段の網目の大きさは、特
に限定されないが、種々の大きさのものを用意してお
き、気象条件に応じて適宜選択して使用することが好ま
しい。網状の膜を重ねて広げることにより、より強い遮
蔽効果を得ることができる。
太陽と対面するように、太陽の移動に合わせてリアクタ
を追尾させる手段を設けることもできるが、直接受光型
のリアクタを用いることにより散乱光をも受光できるの
で、リアクタを南向きに配置すれば、特に必要ではない
と考えられる。
置面積に対する受光面積を大幅に増大して菌体の培養効
率が向上し、CO2 の固定量および処理可能窒素・リン
量を大幅に増大させることができる。
発明の効果に加え、CO2 の固定能力および窒素・リン
の処理効率がより向上する。本願の請求項3に記載の発
明によれば、上記発明の効果に加え、設置面積に対する
受光面積の割合が大きくなり、しかもリアクタの下方部
においても必要太陽光強度を確保して効率のよいCO2
の固定および排水中の窒素・リン処理が可能となる。
記発明の効果に加え、照射太陽光を最適強度に調節する
ことができるので、菌体の増殖効率が向上し、CO2 の
固定効率および窒素・リンの処理効率が向上する。
す説明図。
段。
Claims (4)
- 【請求項1】 培養槽内の培養液に太陽光を照射して前
記培養液中で菌体を培養し、二酸化炭素の固定および排
水中の窒素・リン処理を行う光バイオリアクタにおい
て、前記培養槽が、所定間隔で多数配置された複数の直
接受光型単位リアクタからなり、該単位リアクタ相互の
間隔調節手段を設けたことを特徴とする光バイオリアク
タ。 - 【請求項2】 前記培養槽が、直接受光型の単位リアク
タを上下左右に複数配列した多段ユニットを多数列設し
たものからなり、前記多段ユニット相互の間隔調節手段
を設けたことを特徴とする請求項1に記載の光バイオリ
アクタ。 - 【請求項3】 前記単位リアクタは、フラットパネル
(函)型またはチューブラー型の培養槽であり、前記フ
ラットパネル(函)型の培養槽は下方を先細り状とした
断面くさび型を呈していることを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の光バイオリアクタ。 - 【請求項4】 前記単位リアクタまたは多段ユニットの
上部に光遮蔽手段を設けたことを特徴とする請求項1〜
3の何れかに記載の光バイオリアクタ。
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