JP2011239746A - 光合成微細藻類培養装置 - Google Patents

Abstract

【課題】後段の遠心分離機等の固液を分離するための固液分離装置の負荷を大幅に軽減できる光合成微細藻類培養装置を提供することを課題とする。
【解決手段】光合成微細藻類と培養液の混合液Ｃを収容する培養槽（又は培養池）１において、光合成微細藻類として、光を吸収し二酸化炭素を取り込み光合成を行うことで油を生成する光合成微細藻類を用い、油を生成した光合成微細藻類を、回収手段２によって、浮上している状態で回収するようにし、その結果、培養した光合成微細藻類に同伴される培養液を大幅に低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光合成微細藻類を培養するための装置に関する。

近年、地球温暖化の元凶である二酸化炭素を光合成反応により吸収して固定化する微細生物として微細藻類が注目されている。このような微細藻類を培養する装置として、培養液と微細藻類の混合液を収容した反応槽から、当該混合液をポンプの駆動により、槽上方の隔離板上に引き揚げ混合液の厚さを薄くすることで、当該混合液に日光を満遍なく当て光合成を十分に行わせてから戻すようにし、このように微細藻類の培養を進行させる一方で、増殖した微細藻類を反応槽下部から回収ポンプの駆動により引き抜き回収するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−１３３７５７号公報

しかしながら、上記装置にあっては、培養した微細藻類を培養液と一緒に引き抜くため、後段に、培養液と微細藻類とを分離するための例えば遠心分離機等の固液分離装置が必須であり、装置が大型化してしまうという問題がある。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、培養した光合成微細藻類に同伴される培養液を大幅に低減でき、後段の遠心分離機等の固液を分離するための固液分離装置の負荷を大幅に軽減できる光合成微細藻類培養装置を提供することを目的とする。

ここで、本発明者らは、例えば、ボツリオコッカス（Botryococcus）属のボツリオコッカス・ブラウニー（Botryococcusbraunii）や、シュードコリシステス(Pseudochoricystis)属のシュードコリシステス・エリプソイディア(Pseudochoricystis ellipsoidea)等の光合成微細藻類は、光を吸収し二酸化炭素を取り込む光合成を行うことで石油類似の炭化水素（油）を特に多く且つ良好に生成することに着目し、本発明に至った。

本発明による光合成微細藻類培養装置は、光を吸収し二酸化炭素を取り込み光合成を行う光合成微細藻類を培養するための光合成微細藻類培養装置であって、光合成微細藻類として、光合成により油を生成する光合成微細藻類を用い、光合成微細藻類と培養液の混合液を収容し当該光合成微細藻類を培養するための培養槽又は培養池と、この培養槽又は培養池で油を生成した光合成微細藻類を、浮上している状態で回収する回収手段と、を具備したことを特徴としている。

このような光合成微細藻類培養装置によれば、光合成微細藻類と培養液の混合液を収容する培養槽又は培養池において、光合成微細藻類として、光を吸収し二酸化炭素を取り込み光合成を行うことで油を生成する光合成微細藻類が用いられ、この培養槽又は培養池で油を生成した光合成微細藻類が、回収手段によって、浮上している状態で回収される。このため、培養した光合成微細藻類に同伴される培養液を大幅に低減でき、後段の遠心分離機等の固液を分離するための固液分離装置の負荷を大幅に軽減できる。

ここで、浮上している状態の光合成微細藻類を、回収手段に収集する収集手段を備えていると、光合成微細藻類を効率良く回収することができる。

また、上記作用を効果的に奏する収集手段としては、具体的には、水面に沿って移動することで、浮上している状態の光合成微細藻類を回収手段に掻き寄せる掻寄羽根を有する構成が挙げられる。

また、培養槽又は培養池には、二酸化炭素を散気するため散気装置が付設され、収集手段は、散気装置による散気が成されていないときに稼動する構成であると、混合液が撹拌されないため、培養した光合成微細藻類が容易且つ確実に浮上し当該光合成微細藻類を一層効率良く回収できる。

このように本発明による光合成微細藻類培養装置によれば、培養した光合成微細藻類に同伴される培養液を大幅に低減でき、後段の遠心分離機等の固液を分離するための固液分離装置の負荷を大幅に軽減できる。

本発明の第１実施形態に係る光合成微細藻類培養装置を示す概略側面構成図である。 本発明の第２実施形態に係る光合成微細藻類培養装置を示す概略側面構成図である。 本発明の第３実施形態に係る光合成微細藻類培養装置を示す概略側面構成図である。 本発明の第４実施形態に係る光合成微細藻類培養装置を示す概略側面構成図である。 本発明の第５実施形態に係る光合成微細藻類培養装置を示す概略平面構成図である。 図５中の排水トラフを示す概略側面構成図である。

以下、本発明による光合成微細藻類培養装置の好適な実施形態について図１〜図６を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１〜図５は、本発明の第１〜第５実施形態をそれぞれ示すものであり、先ず、図１に示す第１実施形態を説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る光合成微細藻類培養装置を示す概略側面構成図であり、この光合成微細藻類培養装置は、光を吸収し二酸化炭素を取り込み光合成を行う光合成微細藻類を培養するためのものである。

図１に示すように、光合成微細藻類培養装置１００は、光合成微細藻類と培養液の混合液（濁液）Ｃを収容し当該光合成微細藻類を培養するための培養槽又は培養池（以降、一括して培養槽と呼ぶ）１と、この培養槽１で培養され増殖した光合成微細藻類を回収する回収手段２と、増殖した光合成微細藻類を回収手段２に収集するための収集手段３と、を備えている。

培養槽１に収容され培養液と混合される光合成微細藻類は、光を吸収し二酸化炭素を取り込む光合成を行うことで石油類似の炭化水素（油）を特に多く且つ良好に生成するものが用いられている。ここでは、特にその傾向が顕著であるボツリオコッカス属のボツリオコッカス・ブラウニーや、シュードコリシステス属のシュードコリシステス・エリプソイディアが用いられている。

培養槽１は屋外に設置され、太陽４からの太陽光が照射される。培養槽１が室内に設けられている場合には、室内に設けた光源により照射される。この培養槽１は、角型槽であっても、円形槽であっても良く、用途等によって適宜選択される。この培養槽１に対しては、図示左側に、培養液を供給するための供給管５が接続されている。

また、培養槽１には、槽内の混合液Ｃに対して二酸化炭素を供給し散気するための散気装置７が付設されている。この散気装置７は、二酸化炭素を流すための配管７ａと、この配管７ａに接続されて当該配管７ａに二酸化炭素を供給するためのブロア７ｂと、を備える。配管７ａは、散気用のノズル７ｃを軸線に沿って複数離間して有し、培養槽１の供給管５側の大半の領域（培養槽１の図示右側の領域を除く左側の領域）９の底部に沿って配設されている。この領域９は、散気装置７による散気領域とされ、散気装置７による散気により混合液Ｃが均一に撹拌される領域とされている。なお、散気ガスは二酸化炭素含有ガスであれば良い。

ここで、特に本実施形態においては、培養槽１の散気領域９を除く領域（供給管５から見て下流側となる図示右側の領域）は、その底部を散気領域９の底部に対して浅くした浅瀬部８とされている。この浅瀬部８には、散気装置７の配管７ａは配設されず、従って、当該浅瀬部８は、散気装置７の散気による混合液Ｃの撹拌が殆ど及ばない領域とされ、光合成により油を生成した光合成微細藻類が静置状態となって浮上しやすい領域とされている。なお、この浅瀬部８を設けることにより、槽（装置）の小型化が図られている。

この浅瀬部８の下流側であり供給管５とは反対側の位置には、当該浅瀬部８で浮上している状態の光合成微細藻類を越流に従い回収する回収管６が接続されている。そして、このような回収管６及び浅瀬部８が、培養槽１で油を生成した光合成微細藻類を、浮上している状態で回収する回収手段２を構成している。

また、本実施形態にあっては、増殖した光合成微細藻類を回収手段２に収集するための上記収集手段３として、浅瀬部８の水面の辺りに、浮上している状態の光合成微細藻類を回収管６に掻き寄せるための回転式掻取体（水車）３が設けられている。この回転式掻取体３は、単数でも複数でも良いが、ここでは、浅瀬部８の上流側（散気領域９側）から下流側（回収管６側）に向けて複数が並設されている。

次に、このように構成された光合成微細藻類培養装置１００の作用について説明する。

培養槽１内の混合液Ｃに対しては、太陽４からの太陽光が照射されると共に、散気装置７から二酸化炭素が供給されるため、混合液Ｃ中の光合成微細藻類は、光を吸収し二酸化炭素を取り込み光合成を行うことで油を生成し、光合成微細藻類の光合成培養が行われる。

この培養槽１内の散気領域９にあっては、二酸化炭素の散気により混合液Ｃが均一に撹拌され、一方、培養槽１内の浅瀬部８にあっては、散気装置７の散気による撹拌が殆ど及ばないため、油を生成した光合成微細藻類は水面に向かって浮上していく。

この浅瀬部８の水面又は水面近くに浮上している状態の光合成微細藻類は、回転している掻取体３の掻寄羽根によって順次回収管６に向かって掻き寄せられていき、回収管６に越流し高濃度の光合成微細藻類として回収される。

このように、本実施形態においては、光合成微細藻類として、光を吸収し二酸化炭素を取り込み光合成を行うことで油を生成する光合成微細藻類が用いられ、油を生成した光合成微細藻類が、浅瀬部８及び回収管６を有する回収手段２によって、浮上している状態で回収されるため、培養した光合成微細藻類に同伴される培養液を大幅に低減できる。その結果、後段の遠心分離機等の固液を分離するための固液分離装置の負荷を大幅に軽減できる。

また、浮上している状態の光合成微細藻類を、回収手段２を構成する回収管６に収集する回転式掻取体（収集手段）３を備えているため、光合成微細藻類を効率良く回収することができる。

さらにまた、水面辺りの光合成微細藻類の濃度が、当該光合成微細藻類の回収により低減されるため、水中の光透過が良好となり、光合成微細藻類の培養効率を一層向上できる。

なお、培養槽１の浅瀬部８であって散気領域９との境界位置に、バッフル板１０を配設し、散気装置７の散気による撹拌が一層及ばないようにしても良い。

図２は、本発明の第２実施形態に係る光合成微細藻類培養装置を示す概略側面構成図である。

この第２実施形態の光合成微細藻類培養装置２００が第１実施形態の光合成微細藻類培養装置１００と違う点は、浮上している状態の光合成微細藻類を、回収手段２を構成する回収管６に収集するための回転式掻取体３を、浮上物掻寄羽根である所謂スキマー１３に代えた点である。

このスキマー１３は、往復運動（往復移動）され、上流側から下流側（回収管６側）に向かう往路では、水中に浸漬し水面に沿って移動することで、浮上している状態の光合成微細藻類を回収管６に掻き寄せて収集し、一方、下流側から上流側に向かう復路では、光合成微細藻類を上流側に掻き戻さないように、水面より上方に上昇して戻る、若しくは、水中で羽根が水平に寝るようにして戻るものである。

このように、収集手段を回転式掻取体３からスキマー１３に代えても、第１実施形態と同様な効果を得ることができるというのはいうまでもない。

なお、スキマー１３の深さ方向（上下方向）の位置制御を可能すると共に、光合成微細藻類の増殖の度合い（増殖量）を検知すべく、光合成微細藻類の濃度を連続して測定できる濁度計を設け、この濁度計からの光合成微細藻類の濃度情報に応じて、スキマー１３の深さ位置（増殖した光合成微細藻類を収集するための上下位置）を変えるようにしても良い。

因みに、第１実施形態の回転式掻取体３、第２実施形態のスキマー１３を、太陽光が照射されている昼間で、散気装置７による散気が成されていないときに稼動する構成とすれば、培養槽１内の混合液Ｃが撹拌されないため、培養した光合成微細藻類が容易且つ確実に浮上し、その結果、光合成微細藻類を一層効率良く回収できるようになる。

また、第１、第２実施形態の培養槽１に代えて、図４に示すように、第１、第２実施形態の浅瀬部８を無くし散気領域９を下流側に延ばした形状の培養槽１１を用い、浅瀬部８と散気領域９との境界位置であった位置に、上下方向に延びるバッフル板（回収手段）１８を配置するようにしても、バッフル板１８より下流側の領域（図示右側の領域）は、当該バッフル板１８によって、浅瀬部８と同様に、散気装置７の散気による撹拌が殆ど及ばない領域とされるため、油を生成した光合成微細藻類は水面に向かって浮上し、従って、散気装置７による散気中であっても、浅瀬部８を有する培養槽１の場合と同様な効果を得ることができる。

図３は、本発明の第３実施形態に係る光合成微細藻類培養装置を示す概略側面構成図である。

この第３実施形態の光合成微細藻類培養装置３００が第２実施形態の光合成微細藻類培養装置２００と違う点は、太陽４が沈んだ夜間において光合成微細藻類を回収するようにした点である。この夜間においては、太陽光は照射されず光合成微細藻類の光合成培養が行われないため、勿論散気装置７の駆動は停止されている。

従って、太陽４が上がっているときに、太陽光及び二酸化炭素により十分に光合成培養が行われ油を生成した光合成微細藻類は、夜間において散気装置７の駆動が停止している状態にあっては、培養槽１の全面（水面全体）に亘って浮上する。

従って、培養槽１の全面に亘って浮上している状態の光合成微細藻類は、越流して回収管６に回収され、しかも、スキマー１３に代えて用いられているスキマー２３が、培養槽１の全面（第２実施形態のスキマー１３は培養槽１の浅瀬部８のみ）に対して往復運動できるため、浮上している状態の光合成微細藻類は、当該スキマー２３によって回収管６に容易に収集され、効率良く回収される。なお、ここでは、散気装置７の駆動が停止している状態を説明したが、培養槽１の底部が嫌気状態にならない程度に散気しても良い。

図４は、本発明の第４実施形態に係る光合成微細藻類培養装置を示す概略側面構成図である。

この第４実施形態の光合成微細藻類培養装置４００が第３実施形態の光合成微細藻類培養装置１００と違う点は、培養槽１に代えて、前述したバッフル板１８を有する培養槽１１を用いた点である。

このような第４実施形態の光合成微細藻類培養装置４００にあっても、第３実施形態と同様に、太陽４が沈み散気装置７の駆動を停止した夜間において、培養槽１の全面に亘って浮上している状態の光合成微細藻類を、回収管６に回収し、この回収管６にスキマー２３により収集するため、第３実施形態と同様な効果を得ることができる。

なお、第３、第４実施形態のスキマー２３に代えて、第１実施形態で説明した回転式掻取体３を培養槽の全面に対して用いるようにしても良い。

また、第３、第４実施形態にあっては、散気装置７の駆動を停止している夜間において光合成微細藻類を回収するため、散気装置７の散気による撹拌が及ばない領域を形成するための浅瀬部８や、バッフル板１８は無くても良い。また、このように、散気装置７の散気による撹拌が及ばない領域を形成する必要が無いため、散気装置７の配管７ａは、培養槽全体の底部に設けられていても勿論構わない。

因みに、第１〜第４実施形態の収集手段である回転式掻取体３や、スキマー１３，２３に代えて、送気や送水により、浮上している光合成微細藻類を回収管６に送って収集する収集手段を用いるようにしても良い。

図５は、本発明の第５実施形態に係る光合成微細藻類培養装置を示す概略平面構成図、図６は、図５中の排水トラフを示す概略側面構成図である。

この第５実施形態の光合成微細藻類培養装置５００にあっては、光合成微細藻類と培養液の混合液Ｃが、レースウェイタイプのオープンポンド、すなわち、長円形状の循環水路を成す培養槽２１に収容されている。

この培養槽２１にあっては、直線状の一方の流路（図示上側の流路）の途中に、循環流を形成し流路内の混合液Ｃを撹拌するための例えば水車や送液ポンプ等の撹拌装置２２が設けられており、流路内には図示時計回り（右回り）の循環流が形成される。

また、培養槽２１の直線状の他方の流路（図示下側の流路）の途中には、この培養槽２１で油を生成した光合成微細藻類を、浮上している状態で回収するＵ字状の排水トラフ３３が流路を横切るように設けられており（図６参照）、この排水トラフ３３には、開閉バルブ２４を介して、回収タンク２５が接続されている。これらの排水トラフ３３及び回収タンク２５は、油を生成した光合成微細藻類を、浮上している状態で回収する回収手段を構成し、排水トラフ３３は、この浮上している状態の光合成微細藻類を、回収タンク２５に収集する収集手段を兼ねている。

また、培養槽２１に対しては、光合成微細藻類の濃度を連続して測定できる濁度計２６が設けられている。この濁度計２６にあっては、培養が促進され、油を生成し浮上している状態の光合成微細藻類が多くなると、高濃度情報が出力される。そして、この濁度計２６からの濃度情報に基づいて撹拌装置２２の駆動を制御すると共に、開閉バルブ２４の開閉を制御する制御装置２７が設けられている。

なお、光合成微細藻類に関しては、上記第１〜第４実施形態と同様な光合成微細藻類が用いられている。

この第５実施形態の光合成微細藻類培養装置５００によれば、濁度計２６からの濃度情報により、槽内の光合成微細藻類の培養が促進され浮上している状態の光合成微細藻類が多くなり濃度が高くなると、制御手段２７により、撹拌装置２２の駆動が低速とされると共に、開閉バルブ２４が開とされる。

この撹拌装置２２の低速状態にあっては、油を生成した光合成微細藻類の浮上量が高められ、従って、浮上量が高められた光合成微細藻類が容易に排水トラフ３３に越流し、回収タンク２５に回収される。従って、先の実施形態と同様な効果を得ることができる。

なお、この光合成微細藻類５００にあっても、第３、第４実施形態のように、昼に増殖した光合成微細藻類を夜間に回収するようにしても良い。

また、油を生成した光合成微細藻類が浮上することによって液面の比重が変化することから、濁度計２６に代えて比重計を用いるようにしても良い。また、油を生成した光合成微細藻類の生成量や油の生成量によって、浮上している光合成微細藻類の厚さが変化し光強度が変化することから、光強度計を用いても良い。

因みに、このような濁度計、比重計や光強度計を用いて、第１〜第４実施形態の収集手段である回転式掻取体３、スキマー１３，２３の駆動を最適に制御するようにしても良い。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、光を吸収し二酸化炭素を取り込む光合成を行うことで石油類似の炭化水素（油）を特に多く且つ良好に生成するものとして、ボツリオコッカス属のボツリオコッカス・ブラウニーや、シュードコリシステス属のシュードコリシステス・エリプソイディアを用いているが、勿論、これらの光合成微細藻類に限定されるものではない。

１、１１，２１…培養槽（培養池）、２…回収手段、３…回転式掻取体（収集手段）、４…太陽、６…回収管（回収手段）、７…散気装置、８…浅瀬部（回収手段）、１３，２３…スキマー（収集手段；掻寄羽根）、１８…バッフル板（回収手段）、２２…撹拌装置、２５…回収タンク（回収手段）、３３…排水トラフ（回収手段、収集手段）、１００，２００，３００，４００，５００…光合成微細藻類培養装置、Ｃ…混合液。

Claims (4)

1. 光を吸収し二酸化炭素を取り込み光合成を行う光合成微細藻類を培養するための光合成微細藻類培養装置であって、
   前記光合成微細藻類として、光合成により油を生成する光合成微細藻類を用い、
   前記光合成微細藻類と培養液の混合液を収容し当該光合成微細藻類を培養するための培養槽又は培養池と、
   この培養槽又は培養池で油を生成した光合成微細藻類を、浮上している状態で回収する回収手段と、を具備したことを特徴とする光合成微細藻類培養装置。
2. 前記浮上している状態の光合成微細藻類を、前記回収手段に収集する収集手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の光合成微細藻類培養装置。
3. 前記収集手段は、水面に沿って移動することで、前記浮上している状態の光合成微細藻類を前記回収手段に掻き寄せる掻寄羽根を有することを特徴とする請求項２記載の光合成微細藻類培養装置。
4. 前記培養槽又は培養池には、二酸化炭素を散気するため散気装置が付設され、
   前記収集手段は、前記散気装置による散気が成されていないときに稼動することを特徴とする請求項２又は３記載の光合成微細藻類培養装置。

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