JP2013179891A

JP2013179891A - 荷重付加方法

Info

Publication number: JP2013179891A
Application number: JP2012046322A
Authority: JP
Inventors: Yuka Yoshida; 有香吉田; Nobuhiko Kubota; 伸彦久保田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-09-12

Abstract

【課題】液体中に存在する生物に荷重を与える。
【解決手段】生物が存在する液体中に、微細気泡を供給するステップと、微細気泡が供給された液体に動力を与えて液体、生物及び微細気泡の間に摩擦を生じさせて生物に荷重を与えるステップとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は液体中に存在する生物に荷重を与える荷重付加方法に関する。

自然界の水には、有用な生物、有害な生物等、様々な生物が存在する。これらの生物は大きい生物ばかりでなく、人間には扱いにくい小さな生物もある。近年注目されている有用で小さな生物の一例として、エネルギー資源としての利用が期待できるオイルを分泌物として分泌する藻類がある。例えば、エネルギー資源の需要が高まる近年、このような分泌物を分泌する藻類を培養し、藻類が分泌する分泌物を回収して利用する技術の開発が進められている。

分泌物を分泌する藻類も複数種あってその分泌物の分泌方法が異なるため、分泌物の回収方法も異なるが、いずれにしても分泌物の回収は困難である。例えば、外力を与えることで分泌物を外に排出する藻類もあるが、液体中に浮遊しているのに加えて、外力の加え方が困難である。そのため、藻類からの成分回収方法として、有機溶媒を用いて抽出する、高温高圧で液化して回収するといった方法が研究されている（例えば、特許文献１，２参照）。

すなわち、特許文献１及び２に記載される方法では、水中の生物である藻類から分泌物を回収するためには有機溶剤や薬品を使用する必要があり、環境に悪影響を与える問題がある。また、有用な生物でなく、液体中に含まれる有害なプランクトン等の生物についても、除去等は対応が困難であるとともに薬品の使用が必要である等により、環境に悪影響を与えるおそれがあった。

特開平６−４１５４５号公報特開平９−８０３号公報

上述したように、液体中に有用な生物が存在してもその生物が小さい場合には効率的に利用することが困難であるとともに、液体中に有害な生物が存在してもその生物が小さい場合には効率的に除去等の対応をすることが困難であり、いずれも薬品等の利用によって環境に悪影響を与えるおそれがあった。

上記課題に鑑み、液体中に存在する生物に荷重を与える荷重付加方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、生物が存在する液体中に、微細気泡を供給するステップと、微細気泡が供給された液体に動力を与えて液体、生物及び微細気泡の間に摩擦を生じさせて生物に荷重を与えるステップとを備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、荷重を与えることで生物から分離された成分を回収するステップをさらに備えることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、生物に荷重を与えるステップでは、微細気泡が供給された液体を攪拌して摩擦を生じさせることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、生物に荷重を与えるステップでは、生物が分泌して当該生物の表面に付着する成分を剥離するとともに、生物の内部から当該生物が分泌する成分を押し出すことのできる速度で攪拌することを特徴とする。

また、請求項５の発明は、生物に荷重を与えるステップでは、生物を粉砕して生物と生物が分泌した成分とを分離することのできる速度で攪拌することを特徴とする。

また、請求項６の発明は、生物に荷重を与えるステップでは、生物を粉砕して液体中の生物を死滅させることのできる速度で攪拌することを特徴とする。

本発明によれば、液体中に存在する生物に容易に荷重を与えることができる。

第１実施形態に係る成分分離方法を説明する図である。第１実施形態に係る成分分離方法で分離した成分の写真の一例である。第２実施形態に係る成分分離方法を説明する図である。第３実施形態に係る生物粉砕方法を説明する図である。第３実施形態に係る生物粉砕方法で粉砕した生物の写真の一例である。

以下に、本発明の荷重付加方法の各実施形態について説明する。第１及び第２実施形態では、荷重付加方法を利用して成分を分離する成分分離方法について説明する。また、第３実施形態は、荷重付加方法を利用して生物を粉砕する生物粉砕方法について説明する。以下の各実施形態についての説明において、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

〈第１実施形態〉
図１に示すように、第１実施形態に係る成分分離方法で利用する成分分離装置１ａは、成分２２を分泌する生物である藻類２１ａおよびこの藻類２１ａが存在する培養液２０が貯留される水槽１０と、気泡２３を生成して水槽１０内の培養液２０に供給する気泡供給装置１１と、培養液２０に動力を与えて培養液２０、藻類２１ａ及び気泡２３の間に摩擦を生じさせる攪拌機１２と、摩擦によって藻類２１ａが分泌する成分２２が藻類２１ａから剥離されると、この成分２２を回収する成分回収装置１３とを備えている。

水槽１０内には、成分分離装置１ａで育成する藻類２１ａと、この藻類２１ａを培養する培養液２０とが存在する。藻類２１ａは、例えば、光合成をする藻類であり、１０μｍや１００μｍ等のマイクロオーダーの微細藻類であってもよい。培養液２０は、淡水、海水その他の藻類２１ａを育成する液体である。水槽１０のサイズや形状は限定されず、育成する藻類２１ａの量や性状、水槽１０の設置場所に応じて定めることができる。なお、藻類２１ａの光合成のため、水槽１０内の藻類２１ａには光が当たるように形成されていることが好ましい。

気泡供給装置１１は、気泡２３として、例えば、マイクロバブル等の微細気泡を供給する。気泡２３の生成に使用するガスの種類は、藻類２１ａに無害であればよいが、二酸化炭素等のような藻類２１ａの育成を促進するガスであればより好ましい。気泡供給装置１１による気泡２３の生成方法は、流動を伴う方式（旋回液流式、スタティックミキサー式、エジェクター式、ベンチュリー式、加圧溶解式）であっても、流動を伴わない方式（細孔式、回転式、超音波式、蒸気凝縮式、電気分解式）であっても利用することができる。

攪拌機１２は、水槽１０内に備えられ、藻類２１ａが分泌する成分２２を回収する際に、例えば、モータによって攪拌翼を回転させて水槽１０内の培養液２０を攪拌するものである。ここで、攪拌機１２は、藻類２１ａの内部から分泌物である成分２２を押し出すとともに、内部から藻類２１ａの表面に排出される成分２２を剥離させることのできる速度で培養液２０を攪拌する。

藻類２１ａは生成した成分２２を内部に有していても、全てを外部に排出していないことがあるが、成分分離装置１ａでは、攪拌で発生する摩擦によって藻類２１ａに外圧を加えることで藻類２１ａの内部から表面に押し出すことができる。また、藻類２１ａの内部から表面に押し出された成分２２が付着している場合であっても、何らかの力が与えられない限り藻類２１ａの表面から成分２２を剥離させることができないが、成分分離装置１ａでは、攪拌によって与えられる摩擦で、藻類２１ａの表面から成分を剥離させることができる。

したがって、成分分離装置１ａでは、攪拌機１２によって培養液２０を攪拌すると、培養液２０、藻類２１ａ及び気泡２３との間に生じた摩擦により、図１（ａ）に示すように藻類２１ａが生成した分泌物である成分２２は、藻類２１ａから剥離される。藻類２１ａから分離した成分２２は、例えば、図１（ｂ）に示すように培養液２０内で浮上し、成分回収装置１３によって回収される。

なお、図１に示す成分分離装置１ａでは、培養液２０に動力を与える装置として攪拌機１２を備える例で示したが、攪拌機１２に限定されず、培養液２０、藻類２１ａ及び気泡２３の間に摩擦や圧力等の荷重を与える動力を与えるものであればよく、例えば、振動を発生する装置であってもよい。

成分回収装置１３は、例えば、培養液２０の水面に浮上した成分２２を吸引して回収する。分泌物である成分２２はオイル等の水中で浮上しやすい性状を有する物質であるとともに、気泡供給装置１１によって供給される気泡２３の浮上により、藻類２１ａから分離されると培養液２０の水面に移動する。したがって、成分回収装置１３は、水槽１０における培養液２０の高さに合わせて成分回収装置１３で成分２２を回収する位置を設定することができる。

図２は、図１の成分分離装置１ａで藻類２１ａであるボツリオコッカス（Botryococcus braunii）から成分２２として重油を分離した成分を光学顕微鏡で観察した写真（左）と、成分２２を染色液（ナイルレッド）で染色した成分を蛍光顕微鏡で観察した写真（右）である。具体的には、藻類２１ａが存在する２００［ｍｌ］の培養液２０に気泡２３としてマイクロバブルを供給して４００［ｒｐｍ］で攪拌した場合と、藻類２１ａが存在する２００［ｍｌ］の培養液２０に気泡２３を供給せずに４００［ｒｐｍ］で攪拌した場合を各攪拌時間で比較した例である。具体的には、気泡２３を供給して、攪拌時間が０分のとき（図２（ａ））、５分のとき（図２（ｂ））、１０分のとき（図２（ｃ））を比較すると、攪拌の時間が長くなるほど、成分２２が多く分離できたことがわかる。これに対し、気泡２３を供給しない場合の、攪拌時間が０分のとき（図２（ｄ））、５分のとき（図２（ｅ））、１０分のとき（図２（ｆ））を比較すると、攪拌時間が長くなっても、分離した成分２２の量には大きな差はないことが分かる。したがって、第１実施形態に係る成分分離方法では、攪拌することによって成分を分離し、回収しやすくなっていることが分かる。

上述したように、第１実施形態に係る成分分離方法では、大量の有機溶剤や薬品等を必要とせず、生物である藻類２１ａに荷重を与えるのみで藻類２１ａが生成した成分２２を分離し、回収することができる。

また、第１実施形態に係る成分分離方法では、荷重のみで藻類２１ａから成分を分離することができるため、成分２２を回収するために藻類２１ａを死滅させる必要がなく、成分２２を回収後の藻類２１ａからも繰り返し成分２２を回収することができる。したがって、第１実施形態に係る成分分離方法では、藻類２１ａを育成して増殖させながら成分２２を回収することができるため、藻類２１ａの増殖速度が遅い場合であっても、効率良く藻類２１ａを増殖して成分２２を回収することができる。

〈第２実施形態〉
第２実施形態に係る成分分離方法で使用する成分分離装置は、図１を用いて上述した第１実施形態に係る成分分離方法で使用する成分分離装置１ａと同一の構成であるが、攪拌機１２で培養液２０を攪拌する速度が異なる。すなわち、第１実施形態に係る成分分離方法では、藻類２１ａから分泌された成分２２を藻類２１ａの表面から剥離したり、藻類２１ａから押し出したりして分離していた。これに対し、第２実施形態に係る成分分離方法では、培養液２０、藻類２１ａ及び気泡２３の間に摩擦を生じさせ、摩擦によって藻類２１ａを粉砕し、図３に示すように、粉砕された藻類の小片２１ｂと藻類２１ａの分泌物である成分２２とに分離する。

すなわち、第２実施形態に係る成分分離方法では、攪拌機１２は、培養液２０、藻類２１ａ及び気泡２３の間に生じる摩擦によって藻類２１ａを粉砕することのできる速度で培養液２０を攪拌する。これは、第１実施形態に係る成分分離方法で攪拌する速度よりも急速な回転（例えば、７００［ｒｐｍ］）である。

上述したように、第２実施形態に係る成分分離方法では、大量の有機溶剤や薬品等を必要とせず、生物である藻類２１ａに荷重を与えるのみで藻類２１ａが生成した成分２２を分離し、回収することができる。

〈第３実施形態〉
図４に示すように、第３実施形態に係る生物粉砕方法で使用する生物粉砕装置１ｂは、粉砕対象の生物２５ａおよびこの生物２５ａが存在する対象水２４が貯留される水槽１０と、気泡２３を生成して水槽１０内の対象水２４に供給する気泡供給装置１１と、対象水２４に動力を与えて生物２５ａと気泡２３との間に摩擦を生じさせる攪拌機１２とを備えている。第３実施形態に係る生物粉砕方法では、攪拌機１２は、生物２５ａを粉砕して、小片２５ｂにすることのできる速度で対象水２４を攪拌する。これは、第１実施形態に係る成分分離方法で攪拌する速度よりも急速な攪拌であって、また、第２実施形態に係る成分分離方法で攪拌する速度と同等又はそれよりも急速な攪拌である。

図５は、図４の生物粉砕装置１ｂは、生物２５ａとしてヘマトコッカス（Haematococcus lacustris）が存在する１．５［ｌ］の対象水２４に気泡２３としてマイクロバブルを供給して７００［ｒｐｍ］で攪拌した場合の生物２５ａの光学顕微鏡の写真を示している。１０分間攪拌した場合には、粉砕された生物２５ａは存在していないが（図５（ａ））、２日間攪拌した場合には、生物が粉砕されて小片２５ｂとなったことが分かる（図５（ｂ））。

ここでは、生物２５ａとしてヘマトコッカスが存在する対象水２４を、攪拌する例で説明したが、粉砕する生物は限定されない。例えば、微小で除去処理が困難なプランクトン等の生物２５ａを含む池の水やバラスト水を対象水２４として、この対象水２４に含まれるプランクトン等の生物２５ａを粉砕することもできる。

上述したように、第３実施形態に係る成分分離方法では、大量の有機溶剤や薬品等を必要とせず、扱いにくい微小の生物２５ａに荷重を与えて粉砕して小片２５ｂとすることで生物２５ａによる影響を軽減させることができる。

以上、各実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。

１ａ…成分分離装置
１ｂ…生物粉砕装置
１０…水槽
１１…気泡供給装置
１２…攪拌機
１３…成分回収装置
２０…培養液
２１ａ…藻類
２１ｂ…小片
２２…成分
２３…気泡
２４…対象水
２５ａ…生物
２５ｂ…小片

Claims

生物が存在する液体中に、微細気泡を供給するステップと、
微細気泡が供給された液体に動力を与えて液体、生物及び微細気泡の間に摩擦を生じさせて生物に荷重を与えるステップと、
を備えることを特徴とする荷重付加方法。
荷重を与えることで生物から分離された成分を回収するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の荷重付加方法。
生物に荷重を与えるステップでは、微細気泡が供給された液体を攪拌して摩擦を生じさせることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷重付加方法。
生物に荷重を与えるステップでは、生物が分泌して当該生物の表面に付着する成分を剥離するとともに、生物の内部から当該生物が分泌する成分を押し出すことのできる速度で攪拌することを特徴とする請求項３に記載の荷重付加方法。
生物に荷重を与えるステップでは、生物を粉砕して生物と生物が分泌した成分とを分離することのできる速度で攪拌することを特徴とする請求項３に記載の荷重付加方法。
生物に荷重を与えるステップでは、生物を粉砕して液体中の生物を死滅させることのできる速度で攪拌することを特徴とする請求項１に記載の荷重付加方法。