以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態について詳細に説明する。図1乃至図3は本発明の装置の一実施例を示す図面であり、図1は平面図、図2及び図3はA−A縦断面図である。本装置は、光透過材質で形成された円筒形の透明水槽1内に浮かせる浮蓋2からなり、透明水槽1側面上方には浮蓋2の浮上を阻止する着脱可能な留め具3、4、5、6が設けられている。浮蓋2の中央には浮蓋2を貫通して、浮蓋2上方と下方を連絡する管7が設けられている。管7内の下端のやや上方には通気管11が開口している。通気管11は、エアストーン12及び開閉弁10を備え、ブロワー8に連絡されている。透明水槽1の底部には、エアストーン13が備えられ、通気管9を経てブロワー8に連絡されている。透明水槽1側面には、開閉弁14を備えた収穫管15が設けられている。
次に微細藻類を培養する際の、本装置の運転方法について述べる。
図2のように、昼間、浮蓋2は留め具3、4、5、6によって浮上を阻止され、水面下にある。ブロワー8を作動させエアストーン12及びエアストーン13から空気を送る。管7ではエアリフト効果によって上昇流が生じ、浮蓋2の周囲に矢印の方向の旋回流が生じる。浮蓋2の下方にも、エアストーン13からの通気によって、矢印の方向の旋回流が生じる。これによって微細藻類懸濁液(以後懸濁液と略す)は攪拌されながら、水面、透明水槽1側面から太陽光の照射を受け、微細藻類はこの光を吸収して増殖する。
図3のように、日の入りになれば、ブロワー8を止め、開閉弁14を開け、懸濁液を収穫する。水面は下降する。浮蓋2が留め具3、4、5、6から少し離れるまで水面が下降したら開閉弁14を閉める。この様にして、浮蓋2下方に格納された懸濁液は外気からの空気の供給がほとんどなく各微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、ワムシやミジンコなど光合成微生物を捕食する微小動物の生存や増殖が制限される。
翌朝には、前日の収穫量に相当する培養液を投入し、ブロワー8を作動させ、前日と同様の昼間の培養を行う。
上記の操作を毎日繰り返しながら培養を続けると、ワムシやミジンコなど微小動物による微細藻類の捕食が制限され、微細藻類の培養を安定的かつ効率的に行なえる。また、昼間懸濁液は大気と接触するので、水蒸発が生じ、懸濁液は冷却されるので、高温期の過熱による微細藻類の死滅を防ぎ、微細藻類を健全に増殖させる事が出来る。
図4及び図5に示した装置は、本発明の別の実施形態を示す縦断面図である。図4が図2に、図5が図3に相当する。本態様では、管7の上端に有孔管18を設け、その内部に球状の浮遊体21を備えている点が、図1乃至図3に示した実施形態と異なる。昼間(図4)、浮遊体21は、有孔管18内上部に位置し、矢印の様な旋回流が生じる。夜間(図5)は、浮遊体18は、管7内水面に位置し、気液接触面積がより小さくなり、ワムシやミジンコなど微小動物による生存や増殖がより制限され微細藻類の培養をより安定的かつより効率的に行なえる。
図6及び図7に示した装置は、本発明の別の実施形態を示す縦断面図である。図6が図4に、図7が図5に相当する。本装置は、光透過材質で形成された円筒形の透明水槽1内に気体溜り16が設けられている。気体溜り16は上壁面がほぼ水平で、側面は透明水槽1の側面に並行に下方にのび、側面の下端が透明水槽1の底面のやや上方に位置して設けられている。上壁面のほぼ中央に上壁面を貫通して、上壁面上部と気体溜り16内下方を連絡する管17が設けられている。管17の下端は気体溜り16側面の下端よりもやや上方に位置させてある。
気体溜り16の上部には、気体溜り16内に空気等気体を圧入したり排気したりするための管22を開口させてある。管22はブロワー8に連絡してある。
朝になり(図6)、ブロワー8を作動させ、空気を気体溜り16内に圧入すると、水面は上昇し、浮蓋2も上昇するがやがて留め具3、4、5、6でとめられる。水面はさらに上昇し浮蓋2の上壁面から5cm程度の高さまで上昇する。他方、気体溜り16内の水面は徐々に下降し、管17の下端に達し、さらに水面は水の表面張力により管17の下端よりやや下方まで下降し、やがて空気は管17の下端から管17内に一気に溢れ、管17内に空気層gを形成する。この空気層gが一気に上昇することにより、透明水槽1内に矢印の方向の旋回流が生じる。空気の圧入の継続により、前記の噴出が一定の周期で間欠的に繰り返される。前述のように、この噴出により、透明水槽1内には循環流が形成され、懸濁液が撹拌される。同時に管7ではエアリフト効果によって上昇流が生じ、浮蓋2の周囲に矢印の方向の旋回流が生じる。このように撹拌された状態で懸濁液は光の照射を受け、液中の微細藻類は光を吸収し増殖する。
日の入りになれば、ブロワー8を止める。気体溜り16内の空気は管22、ブロワー8を経て、大気へと逃げる。これに伴い、浮蓋2が留め具3、4、5、6から少し離れる位置まで水面が下降する(図7)。一晩この状態を続け、前記と同様にワムシやミジンコなど光合成微生物を捕食する微小動物の生存や増殖が制限される。
管17における噴出に関して、噴出は気体圧入速度に関係なく、1回の噴出規模はほぼ一定であり、1回の噴出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、管17の口径を一定とすると、噴出の際、気体溜り16の横断面積が大きいほど、また管17下端から水面までの距離が大きいほど、管17内に流入する空気の量が多く、その結果管17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。また、管17と気体溜り16の横断面積の比は、1:30から1:50程度が適当である。また、気体溜り16の実容量は水面を浮蓋2の上壁面から3cm〜5cm程度の高さまで上昇させるに足る容量にする。本態様では、ブロワー8のオン−オフだけで攪拌と水面の高さの移動を同時にできる利点がある。前述の懸濁液の収穫と培養液の投入の操作を毎日行う必要がなく、省力的である。
図8に示した装置は、本発明の別の実施形態を示す縦断面図であり、図2に相当する。本装置は、浮蓋2の下壁面を利用した気体溜り16を備える点が図2の装置と異なる。気体溜り16は排気のための管20及び開閉弁19を備えている。エアストーン13からの微細気泡は透明水槽1内を攪拌し、上昇し、気体溜り16内気層17に流入する。これによって前述のように、管7を介した間欠的噴出が生じ、浮蓋2の周囲に旋回流が生じる。夜間は開閉弁19を開け、気体溜り2内の空気を排気しておく。本態様では、気体溜り16の側壁を設ける必要があるが、図2におけるエアストーン12が必要なくなる。通気動力が低下する利点がある。
図9に示した装置は、本発明の別の実施形態を示す縦断面図であり、図2に相当する。本装置は、図2における留め具3、4、5、6がない点が図2の装置と異なる。昼間、管7を介したエアリフト効果によって、浮蓋2下方の懸濁液が浮蓋2の上壁面上に送られ、上壁面を端部に向かって流下し、透明水槽1内に戻る。この間に太陽光の照射を受ける。夜間はブロワー8を停止しておく。本態様では、図2における留め具3、4、5、6がなく施設費用が低下するが、浮蓋2の上壁面上の水深が極めて小さく、ここで微細藻類に利用される太陽光が少ないという欠点がある。水蒸発は行われるので、高温期の過熱による微細藻類の死滅を防ぎ、微細藻類を健全に増殖させる事が出来る。
微細藻類の商業的生産では、この装置を多数連結して用いる。前述の大きさの装置であれば、2人で移動することも可能である。工場でこの装置を大量生産して、現場で短期間で設置する事が出来る。
また、本発明は、微細藻類以外の光合成微生物、例えば、光合成細菌の培養にも用いる事が出来る事は言うまでもない。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 to 3 are drawings showing an embodiment of the apparatus of the present invention. FIG. 1 is a plan view, and FIGS. 2 and 3 are AA longitudinal sectional views. The apparatus comprises a floating lid 2 that floats in a cylindrical transparent water tank 1 made of a light-transmitting material, and detachable fasteners 3, 4 that prevent the floating lid 2 from floating above the side of the transparent water tank 1. 5 and 6 are provided. A tube 7 is provided in the center of the float 2 so as to penetrate the float 2 and connect the upper and lower sides of the float 2. A vent pipe 11 is opened slightly above the lower end in the pipe 7. The vent pipe 11 includes an air stone 12 and an on-off valve 10 and is in communication with the blower 8. An air stone 13 is provided at the bottom of the transparent water tank 1 and communicates with the blower 8 through a vent pipe 9. On the side surface of the transparent water tank 1, a harvesting pipe 15 having an on-off valve 14 is provided.
Next, the operation method of this apparatus when culturing microalgae will be described.
As shown in FIG. 2, during the daytime, the floating lid 2 is prevented from rising by the fasteners 3, 4, 5, and 6 and is below the surface of the water. The blower 8 is operated to send air from the air stone 12 and the air stone 13. In the pipe 7, an upward flow is generated by the air lift effect, and a swirling flow in the direction of the arrow is generated around the floating lid 2. A swirling flow in the direction of the arrow is also generated below the floating lid 2 by the ventilation from the air stone 13. As a result, the microalgae suspension (hereinafter abbreviated as suspension) is irradiated with sunlight from the water surface and the side of the transparent water tank 1 while being stirred, and the microalgae absorbs this light and grows.
As shown in FIG. 3, when sunset occurs, the blower 8 is stopped, the on-off valve 14 is opened, and the suspension is harvested. The water surface descends. When the water surface descends until the float 2 is slightly separated from the fasteners 3, 4, 5, 6, the on-off valve 14 is closed. In this way, the suspension stored under the floating lid 2 is hardly supplied with air from the outside air and becomes gradually anaerobic due to oxygen consumption by the respiration of each microorganism, and is a micro animal that prey on photosynthetic microorganisms such as rotifers and daphnia Survival and proliferation are limited.
On the next morning, the culture solution corresponding to the harvest amount of the previous day is added, the blower 8 is operated, and the same daytime culture is performed as the previous day.
If the culture is continued while repeating the above operation every day, predation of microalgae by tiny animals such as rotifers and daphnia is restricted, and microalgae can be cultured stably and efficiently. In addition, since the daytime suspension comes into contact with the atmosphere, water evaporation occurs, and the suspension is cooled. Therefore, the microalgae can be prevented from being killed by overheating in the high temperature period, and the microalgae can be grown healthy.
The apparatus shown in FIGS. 4 and 5 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention. 4 corresponds to FIG. 2, and FIG. 5 corresponds to FIG. This embodiment is different from the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 in that a perforated tube 18 is provided at the upper end of the tube 7 and a spherical floating body 21 is provided therein. During the daytime (FIG. 4), the floating body 21 is located in the upper part of the perforated pipe 18, and a swirling flow like an arrow is generated. At night (Fig. 5), the floating body 18 is located on the water surface in the tube 7, and the gas-liquid contact area is smaller, and the survival and growth of micro-animals such as rotifers and daphnids are more restricted, and the culture of microalgae is more stable. And more efficient.
The apparatus shown in FIGS. 6 and 7 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention. 6 corresponds to FIG. 4, and FIG. 7 corresponds to FIG. In this apparatus, a gas reservoir 16 is provided in a cylindrical transparent water tank 1 made of a light transmitting material. The gas reservoir 16 is provided such that the upper wall surface is substantially horizontal, the side surface extends downward in parallel with the side surface of the transparent water tank 1, and the lower end of the side surface is positioned slightly above the bottom surface of the transparent water tank 1. A pipe 17 is provided in the middle of the upper wall surface so as to penetrate the upper wall surface and communicate with the upper portion of the upper wall surface and the lower side in the gas reservoir 16. The lower end of the pipe 17 is positioned slightly above the lower end of the side surface of the gas reservoir 16.
In the upper part of the gas reservoir 16, a tube 22 for opening and exhausting a gas such as air into the gas reservoir 16 is opened. Tube 22 communicates with blower 8.
In the morning (FIG. 6), when the blower 8 is operated and air is pressed into the gas reservoir 16, the water surface rises and the float 2 also rises, but is eventually stopped by the fasteners 3, 4, 5, and 6. The water surface rises further and rises to a height of about 5 cm from the upper wall surface of the floating lid 2. On the other hand, the water surface in the gas reservoir 16 gradually descends to reach the lower end of the tube 17, and further the water surface descends slightly below the lower end of the tube 17 due to the surface tension of the water. The air layer g overflows inside and forms an air layer g in the tube 17. As the air layer g rises at once, a swirling flow in the direction of the arrow is generated in the transparent water tank 1. Due to the continuation of the press-fitting of air, the ejection is intermittently repeated at a constant cycle. As described above, by this ejection, a circulating flow is formed in the transparent water tank 1, and the suspension is stirred. At the same time, an upward flow is generated in the pipe 7 by the air lift effect, and a swirling flow in the direction of the arrow is generated around the floating lid 2. In this state of stirring, the suspension is irradiated with light, and the microalgae in the liquid absorb light and grow.
Stop the blower 8 at sunset. The air in the gas reservoir 16 escapes to the atmosphere through the pipe 22 and the blower 8. Along with this, the water surface descends to a position where the floating lid 2 is slightly away from the fasteners 3, 4, 5, 6 (FIG. 7). This state is continued overnight, and the survival and growth of micro-animals that prey on photosynthetic microorganisms such as rotifers and daphnids are restricted as described above.
Regarding the ejection in the pipe 17, the ejection size of the ejection is almost constant regardless of the gas injection speed, and the stirring effect by the ejection is constant. For this reason, even if the gas injection speed is set to a small value, effective stirring can be performed, which leads to a reduction in power cost. Furthermore, if the diameter of the pipe 17 is constant, the greater the cross-sectional area of the gas reservoir 16 and the greater the distance from the lower end of the pipe 17 to the water surface, the greater the amount of air flowing into the pipe 17 during ejection. As a result, the volume of the air layer g formed in the pipe 17 becomes large, and the ejection becomes intense. The ratio of the cross-sectional area between the tube 17 and the gas reservoir 16 is suitably about 1:30 to 1:50. The actual capacity of the gas reservoir 16 is set to a capacity sufficient to raise the water surface from the upper wall surface of the floating lid 2 to a height of about 3 cm to 5 cm. In this aspect, there is an advantage that the stirring and the movement of the height of the water surface can be simultaneously performed only by turning on / off the blower 8. The above-described operations of harvesting the suspension and introducing the culture solution do not need to be performed every day, which is labor-saving.
The apparatus shown in FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. This apparatus is different from the apparatus of FIG. 2 in that a gas reservoir 16 using the lower wall surface of the floating lid 2 is provided. The gas reservoir 16 includes a pipe 20 for exhaust and an opening / closing valve 19. The fine bubbles from the air stone 13 are stirred in the transparent water tank 1 and rise to flow into the gas reservoir 16 inside air layer 17. As a result, intermittent ejection occurs through the pipe 7 as described above, and a swirling flow is generated around the floating lid 2. At night, the on-off valve 19 is opened and the air in the gas reservoir 2 is exhausted. In this embodiment, it is necessary to provide the side wall of the gas reservoir 16, but the air stone 12 in FIG. There is an advantage that the ventilation power is reduced.
The apparatus shown in FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. This apparatus differs from the apparatus of FIG. 2 in that there are no fasteners 3, 4, 5, 6 in FIG. During the daytime, the suspension below the floating lid 2 is sent onto the upper wall surface of the floating lid 2 by the air lift effect through the pipe 7, flows down the upper wall surface toward the end, and returns to the transparent water tank 1. During this time, it receives sunlight. The blower 8 is stopped at night. In this embodiment, there is no fastener 3, 4, 5, 6 in FIG. 2, and the facility cost is reduced, but the water depth on the upper wall surface of the floating lid 2 is extremely small, and there is little sunlight utilized for microalgae here. There is a drawback. Since water evaporation is performed, the microalgae can be prevented from dying due to overheating in the high temperature period, and the microalgae can be propagated healthy.
In commercial production of microalgae, a large number of these devices are connected and used. If it is the apparatus of the above-mentioned size, it is also possible for two people to move. This device can be mass-produced at the factory and installed in the field in a short time.
Moreover, it cannot be overemphasized that this invention can be used also for culture | cultivation of photosynthetic microorganisms other than a micro algae, for example, photosynthetic bacteria.
1は透明水槽、2は浮蓋、3は留め具、4は留め具、5は留め具、6は留め具、7は管、8はブロワー、9は通気管、10は開閉弁、11は通気管、12はエアストーン、13はエアストーン、14は開閉弁、15は収穫管、16は気体溜り、17は空気層管、18は有孔管、19は開閉弁、20は管、21は浮遊体、22は管、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。1 is a transparent water tank, 2 is a floating lid, 3 is a fastener, 4 is a fastener, 5 is a fastener, 6 is a fastener, 7 is a pipe, 8 is a blower, 9 is a vent pipe, 10 is an on-off valve, 11 is Ventilation pipe, 12 is an air stone, 13 is an air stone, 14 is an open / close valve, 15 is a harvest pipe, 16 is a gas reservoir, 17 is an air layer pipe, 18 is a perforated pipe, 19 is an open / close valve, 20 is a pipe, 21 Is a floating body, 22 is a tube, g is an air layer, and a solid line arrow indicates the flow direction of the microalgae suspension.