JP2010088368A - 藻類培養装置及び藻類培養方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】藻類培養装置にかかる本発明は、水中に二酸化炭素が供給され該水中において藻類が培養される藻類培養装置であって、有機物を含有する被処理物がメタン発酵され、メタンガスとともに二酸化炭素を含むガスが排出されるメタン発酵装置とともに用いられ、前記ガスが水と接触されて該水に前記二酸化炭素が溶解されることによりメタンガスの精製が実施されるとともに前記二酸化炭素が溶解された水が藻類に供給されることを特徴としている。
【選択図】 図1
Description
このような微細藻などをはじめとした藻類の培養は、通常、太陽光が照射される水中において実施されており、該水中に二酸化炭素を供給して実施されている。
例えば、大面積で水深の浅い水槽を用い水面付近で攪拌を実施して空気中の二酸化炭素を水中に溶解させるオープンポンドタイプと呼ばれるものや、屋外に設けられた透明のチューブ内に藻類を含む水を収容させ、このチューブに空気を吹き込んで二酸化炭素を溶解させるチューブラータイプと呼ばれるものが知られている(下記特許文献1)。
また、有機物を含んだ廃棄物(以下「有機性廃棄物」ともいう)を利用してエネルギー源として利用可能なメタンガスを製造することも行われており、嫌気条件下でメタン生成菌を利用するメタン発酵装置が用いられて有機性廃棄物からメタンガスを製造することが行われている。
しかし、例えば、オープンポンドタイプの藻類培養装置では、水面の攪拌動力に多くのエネルギーを消費しており環境負荷軽減の観点からは、さらに、改良の余地を残している。
したがって、このガスと水とを接触させることによって水中に容易に二酸化炭素を溶解させることができ、藻類に効率よく二酸化炭素を供給することができる。
したがって、藻類培養装置における環境負荷を従来のものに比べて軽減し得るとともに、より環境にやさしい藻類培養方法を提供することができる。
前記有機性廃棄物処理設備1には、メタン発酵装置10とメタンガス精製装置20と藻類培養装置30とが備えられている。
また、このメタン発酵槽12も従来公知のものを用いることができ、前記可溶化液を貯留し、内部に収容させたメタン生成菌によってメタン発酵を行う槽本体と、前記メタン生成菌の有機物分解作用によって生じたメタンガスや二酸化炭素などのガスを前記槽本体内で捕集して、前記ガスを排ガスとして系外に排出させるガス排出機構とを有するものなどを用いることができる。
また、減圧タンク23で吸収塔22からの排水を大気圧状態に減圧し、過飽和に溶解している二酸化炭素の過飽和分を放出させた後の飽和炭酸水を排出し得るように形成されているメタンガス精製装置を本実施形態において採用することができる。
なお、この減圧タンク23で分離された気体状の二酸化炭素を、先の飽和炭酸水とともに前記培養装置に供給させるべく、前記二酸化炭素を貯留するガスホルダー24を有するメタンガス精製装置を好適に採用し得る。
中でも、チューブラータイプのものはオープンポンドタイプのものに比べて必要な設置面積が少なく、設備の省スペース化を図り得る点において好適である。
なお、チューブラータイプの藻類培養装置としては、例えば、南中時における太陽の方向に面した傾斜状態となり、太陽光の反射性能に優れた素材が用いられて形成された傾斜面を有する架台の前記傾斜面の前面側に、複数本の水を充満させた透明なチューブを互いに間隙を設けて水平に架設し、しかも、互いのチューブの水の行き来を可能にした状態として、下段側に架設されているチューブ側から二酸化炭素を含む気体を導入してエアリフトによる流動をチューブ内に形成させて前記チューブ内で藻類を培養するタイプのものなどが挙げられる。
また、複数本の水を満たした透明なチューブを垂直に立設し、該チューブの下部から二酸化炭素を含む気体を導入するようなチューブラータイプの藻類培養装置もオープンポンドタイプのものに比べて省スペース化が図られる点については同様である。
該排水供給機構40としては、特に限定されるものではなく、一般に液体の搬送手段として用いられているものを採用することができ、例えば、前記減圧タンクと前記藻類培養装置30との間に敷設された配管と、該配管中における飽和炭酸水の搬送動力となるポンプと、前記飽和炭酸水の流量を調整する制御機器などによって構成させることができる。
また、前記減圧タンク23で分離されガスホルダー24に貯留された気体状の二酸化炭素を前記藻類培養装置30に供給する場合には、この二酸化炭素を供給する機構50(以下「二酸化炭素供給機構50」ともいう)も一般的な気体の搬送手段にて構成することができる。
なお、本実施形態においては、この下水処理設備2で生じた下水汚泥を前記可溶化槽11に供給する下水汚泥供給機構2sと、下水処理設備2から排出される処理水を前記吸収塔22に供給して二酸化炭素を溶解させるための水として活用させるための下水処理水供給機構2wとが備えられている。
例えば、生ゴミや下水汚泥などの被処理物の固液分離を行う脱水装置や、ガス中に含まれている液体分を除去するためのミストセパレータ、除湿機などといった各種分離装置、その他の制御機器類などを本実施形態の有機性廃棄物処理設備に備えさせることができる。
まず、下水処理設備2での下水処理方法について説明する。
下水にはし尿等が含有されていることから、窒素成分やリン成分などが多く含有されており、処理水の生物化学的酸素要求量(BOD)、窒素含有量、リン含有量等の値が条例などに基づく基準値以下の水質となるように、例えば、活性汚泥法などによって下水を生物学的に処理する下水処理方法が従来実施されており、本実施形態における下水処理設備2においてもこのような下水処理方法を実施させ得る。
なお、この生物学的な下水処理においては有機性の物質を栄養源として微生物が増殖し、余剰の汚泥(下水汚泥)が発生することとなるが、本実施形態においては、この下水汚泥を有機性廃棄物処理設備1に供給してメタンガスの原料として利用する。
すなわち、処理水に含有される窒素、リンなどの成分も藻類の培養に利用する。
本実施形態においては、例えば、前記下水処理設備2において下水が処理され、窒素の濃度が1〜20mgT−N/l、リンの濃度が0.1〜3mgT−P/l、BODが0.5〜15mg/lのいずれかの値となるように窒素やリンが含有されている処理水が二酸化炭素の溶解に用いられ得る。
なお、藻類の生育や、藻類による炭水化物などの有用な物質の生産に最適な窒素やリン、あるいは、BOD(生物分解性の有機性物質)の濃度は、培養する藻類の種類によって異なるので、下水処理設備2の処理水中にこれらの成分が不足する場合は、化学薬品、下水流入水、あるいは、メタン発酵処理液などを添加することにより、これらの成分を補って培養する藻類にとって最適な条件に調整すればよい。
また、処理水中にこれらの成分が過剰に含まれる場合は、処理水に水道水や地下水等を加えてこれらの濃度を低減させ、藻類の培養や藻類による有用物質生産にとって最適な条件となるように調整することができる。
この可溶化方法は、特に限定されるものではなく、アルカリや酸を用いる方法、オゾン等の酸化剤を用いる方法や、酸生成菌や好熱菌等の微生物による可溶化など種々の方法を用いて行うことができる。
このとき、槽内においては、メタン生成菌による有機物の分解反応によって、主として、メタンガスと二酸化炭素を含む気体が発生し、この気体を排ガスとしてガス排出機構を通じてメタン発酵装置10から排出させる。
ここではメタンガスと二酸化炭素との水の溶解性には大きく隔たりを有していることを利用して、メタンガスと二酸化炭素とを含有する排ガスと処理水とを接触させることによって主として二酸化炭素を前記処理水に溶解させてメタンガスを精製(吸収塔内におけるガス中のメタンガス濃度をメタン発酵装置10の排ガス以上に向上)させる。
したがって、二酸化炭素を大気圧における飽和溶解度以上に溶解させた炭酸水(以下「過飽和炭酸水」ともいう)を形成させることができ、この吸収塔22から、前記過飽和炭酸水を排出させるとともに高い純度に精製されたメタンガスを排出させることができる。
なお、このときの処理水や排ガスの導入量、吸収塔22の内の温度や圧力といった諸条件は、メタン発酵装置10からの排ガス中の二酸化炭素含有量などにもよるが、通常、排ガス中の二酸化炭素の殆どを処理水中に溶解させて、吸収塔22からメタンガスのみが排出される条件とすることが好ましい。
一方、過飽和炭酸水は、減圧タンク23に導入して、大気圧状態(1気圧)まで減圧して、過度に溶解されていた二酸化炭素を放出させる。
そして、この二酸化炭素(気体)をガスホルダー24に収容させるとともに過度に溶解されていた二酸化炭素が除去され飽和炭酸水となった処理水を藻類培養装置30に導入させる。
この藻類培養装置30では、藻類に日光が照射する条件とすることで、前記処理水に溶解させた二酸化炭素を、光合成の作用によってその個体内に固定化させる。
しかも、前記処理水には、ある程度の窒素やリンが含有されていることから、この窒素やリンも藻類の培養に有効に活用することができる。
そして、本実施形態の藻類培養方法は、効率よく藻類の培養ができるのみならず、純度の高い、高品質なメタンガスを製造することもできる。
具体的には、炭水化物を生産する藻類の場合、藻類そのものを原料として、あるいは藻類から抽出した炭水化物を原料にしてアルコール発酵を行うことなどによりバイオエタノールを生産することが可能であり、炭水化物を抽出する過程やアルコール発酵の過程において残渣分が発生するので、その残渣分を再びメタン発酵槽やメタン発酵槽の前段の可溶化槽に戻すことによってこの残渣をメタンガスの原料として利用することができる。
また、炭化水素を生産する藻類の場合は、有機溶剤を用いて炭化水素を抽出することにより、あるいは藻類を圧搾して炭化水素を回収後オイルスキマーやオイルセパレータ等を用いて油水分離を行うことによりバイオディーゼルフューエルを生産することができ、バイオディーゼルフューエルを生産する過程において残渣分が発生するので、その残渣分を再びメタン発酵槽やメタン発酵槽の前段の可溶化槽に戻すことによってこの残渣をメタンガスの原料として利用することができる。
すなわち、本発明によれば、メタン発酵装置と藻類培養装置とを循環するクローズドループが形成され、系外に排出される二酸化炭素量が抑制されつつメタンガスや炭水化物、炭化水素といった有用なる物質の生産性が向上されうることから、被処理物に含有される有機性物質の多くを、利用が容易なエネルギー源として転化させることができる。
この場合、装置を簡略化することができ、設置スペースや、設置コストなどの面でメリットを有する。
また、本実施形態においては、藻類の培養に日光(太陽光)を利用する場合を例示しているが、電灯、蛍光灯、発光ダイオード等の人工的に発生させた光も利用することができる。
例えば、藻類培養装置がチューブラータイプのものであれば、この過飽和炭酸水の供給圧力によってチューブ内の水の攪拌を行わせることもできる。
Claims (10)
- 水中に二酸化炭素が供給され該水中において藻類が培養される藻類培養装置であって、
有機物を含有する被処理物がメタン発酵され、メタンガスとともに二酸化炭素を含むガスが排出されるメタン発酵装置とともに用いられ、前記ガスが水と接触されて該水に前記二酸化炭素が溶解されることによりメタンガスの精製が実施されるとともに前記二酸化炭素が溶解された水が藻類に供給されることを特徴とする藻類培養装置。 - 前記藻類が微細藻である請求項1記載の藻類培養装置。
- チューブラータイプである請求項2記載の藻類培養装置。
- メタン発酵装置から排出されるガスと水とを加圧条件下で接触させて前記水中に二酸化炭素を溶解させるメタンガス精製装置がさらに備えられており、該メタンガス精製装置において二酸化炭素が溶解された水が藻類に供給される請求項1乃至3のいずれか1項に記載の藻類培養装置。
- 下水が生物学的に処理された後の処理水が前記二酸化炭素の溶解に用いられている請求項1乃至4のいずれか1項に記載の藻類培養装置。
- 水中に二酸化炭素を供給して該水中において藻類を培養する藻類培養方法であって、
有機物を含有する被処理物がメタン発酵され、メタンガスとともに二酸化炭素を含むガスが排出されるメタン発酵装置を用い、前記ガスを水と接触させて該水に前記二酸化炭素を溶解させることによりメタンガスの精製を実施するとともに前記二酸化炭素を溶解させた水を藻類に供給することを特徴とする藻類培養方法。 - 前記藻類が微細藻である請求項6記載の藻類培養方法。
- 下水が生物学的に処理された後の処理水を前記二酸化炭素の溶解に用いる請求項6又は7に記載の藻類培養方法。
- メタン発酵装置から排出されるガスと水とを加圧条件下で接触させることにより大気圧における飽和溶解度を超える二酸化炭素を前記水に溶解させる請求項6乃至8のいずれか1項に記載の藻類培養方法。
- 加圧条件下で大気圧における飽和溶解度を超える二酸化炭素を溶解させた水を大気圧状態に減圧することにより、溶解されている二酸化炭素の一部を前記水から放出させ、該水を藻類に供給するとともに前記放出させた二酸化炭素によって藻類への二酸化炭素供給量を調整する請求項9記載の藻類培養方法。
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