JP2016073272A - 培養藻水濃縮システムおよび培養藻水濃縮システムの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】培養池の藻水を、簡易な構造で、低コストで、効率よく、所望のサイズの藻を含有する藻水に濃縮する藻水濃縮システムおよびその運転方法を提供すること。
【解決手段】培養池からの藻水を貯留する藻水供給容器１８と、藻水供給容器から藻水を取り出す供給容器取出口１９とを有する、藻水供給部１７と、藻水供給部から藻水を受け入れ濃縮する濃縮容器１と、濃縮容器を上下の空間に区分けし、所定のサイズ以上の藻を通さないフィルター３と、フィルターを面外方向に振動させる振動装置５と、濃縮容器に藻水を取り入れ、濃縮容器のフィルターより下方に配置された濃縮容器藻水取入口７と、濃縮容器のフィルターより下方に配置され、濃縮容器で濃縮された藻水を取り出す濃縮藻水取出口９と、濃縮容器のフィルターより上方に配置され、フィルターを通過した濾過水を排出する濾過水排出口８とを有する藻水濃縮部とを備える培養藻水濃縮システム１００。
【選択図】図１

Description

本発明は、藻類を含む藻水を濃縮するための藻水濃縮システムおよびその運転方法に関する。

近年、ＥＰＡやＤＨＡ等のサプリメントの原料として藻類が注目されている。また、食品としての藻類にも関心が高まっている。さらに、化石燃料の代替えエネルギーとして、藻をバイオ燃料とすることが研究されている。このように、藻類に対する需要の増加が見込まれており、国内外で藻類の生産プラントの建設も進められている。２０２０年からは、ＥＵを始め各国がジェット燃料に２０％のバイオ燃料を混合することを義務付けているが、培養藻水から精製されるジェット燃料については、現状の藻水濃縮方法では生産コストが高くなり、コスト面で化石燃料より劣るという問題点がある。

藻には多くの種類があり、大きさも様々である。ナンノクロロプシスは５μ、ボトリオコッカス、オーランチオキトリウムは５０μ程度と、種類によりサイズも大きく違う。

藻水プラントでは、培養池で藻が培養され、大きく育った藻を採収し、次工程の乾燥、油分抽出へと送られる。しかし、培養池から水と共に採収した藻には、規定に満たないサイズの藻が含まれ、かつ、乾燥、油分抽出工程で用いるには水分が多すぎるので、培養池で培養した藻を分別しつつ藻水を濃縮する必要がある。現状、藻水濃縮は、遠心分離装置で分離濃縮する方式、あるいは、平膜や中空糸膜またはＲＯ膜で藻と水を分離濃縮する方式で行われるのが一般的である。（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１４−７６０１６

遠心分離装置による分離濃縮方式の場合、設備投資額が大きく、設備メンテナンス費、運転費が大きくなる。また、平膜や中空糸膜またはＲＯ膜による分離濃縮方式の場合、分離濃縮に高圧を印加する必要がある。また、定期的に膜を高圧水やガスで洗浄(逆洗)しなくてはならず、高圧コンプレサー等の高圧設備が必要になる。結果として、設備投資額、設備メンテナンス費、運転費が大きくなる。

また、上記中空糸膜、ＲＯ膜の場合、膜の開口部構造の特性上、全てのサイズの培養藻を捕獲してしまい、規定に満たないサイズの藻を分離し、培養池に再放流して培養することが困難となり、藻培養の生産効率が低下するという課題がある。

そこで、本発明は、培養池の藻水を、簡易な構造および低コストで、効率よく、所望のサイズの藻を含有する藻水に濃縮する藻水濃縮システムおよびその運転方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第一の態様に係る培養藻水濃縮システムは、例えば図１に示すように、培養藻を含む藻水１０を培養池から受け入れ、貯留する藻水供給部１７であって、藻水１０を貯留する藻水供給容器１８と、藻水供給容器１８が藻水１０を取り入れる供給容器取入口２１と、藻水供給容器１８から藻水１０を取り出す供給容器取出口１９とを有する、藻水供給部１７と；藻水供給部１７から供給された藻水１０を濃縮する藻水濃縮部１６であって、藻水１０を受け入れ濃縮するための濃縮容器１と、濃縮容器１を上下の空間に区分けするフィルター３であって、所定のサイズ以上の藻を通さないフィルター３と、フィルター３を面外方向に振動させる振動装置５と、供給容器取出口１９と連通し、濃縮容器１に藻水１０を取り入れる濃縮容器藻水取入口７であって、濃縮容器１のフィルター３より下方に配置された濃縮容器藻水取入口７と、濃縮容器１のフィルター３より下方に配置され、濃縮容器１で濃縮された藻水１３を取り出すための濃縮藻水取出口９と、濃縮容器１のフィルター３より上方に配置され、フィルター３を通過した濾過水１２を排出する濾過水排出口８とを有する藻水濃縮部１６とを備える。

このように構成すると、培養池からの培養藻を含む藻水は、藻水供給容器を経て、濃縮容器のフィルターの下方の空間に導かれる。濃縮容器のフィルターの下方の空間の藻水のうちフィルターに至った藻水において、所定のサイズより小さな藻と水は、フィルターを通過して、濾過水排出口から排出される。所定のサイズより大きな藻は、フィルターを通過せず下方の空間に留まる。その際に、フィルターが振動装置により面外方向に振動しているので、大きな藻はフィルターに反射されて、フィルター表面に付着することがない。よって、フィルター面を洗浄する装置は不要である。このようにして、所定のサイズより小さな藻と水を減少させることにより濃縮した藻水を濃縮藻水取出口より取り出すことが可能となる。したがって、培養池の藻水を、簡易な構造および低コストで、効率よく、所望のサイズの藻を含有する藻水に濃縮する藻水濃縮システムとなる。

本発明の第二の態様に係る培養藻水濃縮システムは、例えば図１に示すように、第一の態様に係る培養藻水濃縮システム１００において、濃縮藻水取出口９から流出する濃縮された藻水１３の量を調整する濃縮藻水流量調整装置４０を備える。このように構成すると、培養池から藻水供給容器を経て濃縮容器へ供給される藻水の量に対し、濃縮藻水取出口から流出する濃縮された藻水の量を調整することができる。よって、濃縮藻水取出口から流出される藻水の量が増えすぎて、濃縮容器中で、藻水の水面がフィルターより下がることを防止できる。さらに、濃縮藻水取出口から流出する藻水の量を調整することは濾過水排出口から排出される濾過水の量を調整することになり、藻水を所望の濃度に濃縮することができる。

本発明の第三の態様に係る培養藻水濃縮システムは、例えば図１および図２に示すように、第一または第二の態様に係る培養藻水濃縮システム１００において、藻水供給容器１８に貯留される藻水１０の液面を計測する液面計２４を備え；液面計２４で計測した液面に応じて、培養池から藻水供給容器１８に送られる藻水１０の流量を調整する藻水流量調整装置２５・２９を備える。このように構成すると、藻水供給容器での藻水の液面と濃縮容器のフィルター面との高さの差、（以降「水位差」）を所望の値とすることができる。すなわち、濃縮容器のフィルターを濃縮藻水が押し上げる力を調整することができる。よって、振動装置でフィルターを振動させられなくなるほど大きな力で、藻水がフィルターを押し上げることを防止できる。

本発明の第四の態様に係る培養藻水濃縮システムは、例えば図１に示すように、第一ないし第三のいずれかの態様に係る培養藻水濃縮システム１００において、濾過水排出口８は、振動装置５により振動するフィルター３の最高位置より高い位置に配置される。このように構成すると、フィルターが濃縮藻水あるいは濾過水の液面より上になることがない。よって、フィルターが空気に曝され、フィルターの開口に残った藻水が開口を閉塞し、フィルターが機能しなくなることを防止できる。

本発明の第五の態様に係る培養藻水濃縮システムは、例えば図５および図６に示すように、第一ないし第四いずれかの態様に係る培養藻水濃縮システム１００において、フィルター３を、円環状の外枠４Ａと、中央４Ｃから円環状の外枠４Ａまで等中心角で半径方向に延びて枚数が３の倍数の補強板４Ｂとを有するフィルター枠４’で保持し、振動装置５Ａ、５Ｂ、５Ｃを補強板４Ｂ毎に備え、振動装置５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、フィルター枠４’の補強板４Ｂまたは補強板４Ｂと円環状の外枠４Ａとの交点に連結されてフィルター枠４’を介してフィルター３を振動させ、振動装置５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、円周方向の順に三相交流のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の電流が供給されて、位相がずれて振動する。このように構成すると、フィルターが円周方向に位相差を持って振動するので、濃縮容器内のフィルターの下方の藻水にフィルターと平行方向の流れを生じ、藻によるフィルターの目詰まりを防止することができる。

本発明の第六の態様に係る培養藻水濃縮システムは、例えば図６に示すように、第五の態様に係る培養藻水濃縮システム１００において、三相交流の周波数を変換する周波数変換器５２をさらに備える。このように構成すると、フィルターが円周方向に位相差を持って振動する速さを変えることができるので、濃縮容器内のフィルターの下方の藻水のフィルターと平行方向の流れの流速を変えることができる。

本発明の第七の態様に係る培養藻水濃縮システムの運転方法は、例えば図１に示すように、第一ないし第六のいずれかの態様に係る培養藻水濃縮システム１００の運転方法であって、振動装置５を稼働させた後に、藻水供給部１７から藻水濃縮部１６に藻水１０を供給する。このように構成すると、フィルターが振動装置により振動させられてから藻水が供給され、フィルターで濾過されるようになるので、藻がフィルターに付着することが防止できる。

本発明の藻水濃縮システムによれば、培養藻を含む藻水を培養池から受け入れ、貯留する藻水供給部であって、藻水を貯留する藻水供給容器と、藻水供給容器が藻水を取り入れる供給容器取入口と、藻水供給容器から藻水を取り出す供給容器取出口とを有する、藻水供給部と、藻水供給部から供給された藻水を濃縮する藻水濃縮部であって、藻水を受け入れ濃縮するための濃縮容器と、濃縮容器を上下の空間に区分けするフィルターであって、所定のサイズ以上の藻を通さないフィルターと、フィルターを面外方向に振動させる振動装置と、供給容器取出口と連通し、濃縮容器に藻水を取り入れる濃縮容器藻水取入口であって、濃縮容器のフィルターより下方に配置された濃縮容器藻水取入口と、濃縮容器の前記フィルターより下方に配置され、濃縮容器で濃縮された藻水を取り出すための濃縮藻水取出口と、濃縮容器の前記フィルターより上方に配置され、フィルターを通過した濾過水を排出する濾過水排出口とを有する藻水濃縮部とを備えるので、培養池の藻水を、簡易な構造および低コストで、効率よく、所望のサイズの藻を含有する藻水に濃縮することができる。

本発明の藻水濃縮システムの運転方法によれば、振動装置を稼働させた後に、藻水供給部から前記藻水濃縮部に前記藻水を供給するので、藻がフィルターに付着することを防止できる。

本発明に係る藻水濃縮システムの実施形態の全体構成の概略図である。 培養池から藻水供給容器に送られる藻水の流量を調整する流量調整装置の実施形態の概略図である。 フィルターの構成を説明する平面図である。 藻水濃縮部の構成を説明する鉛直断面図である。 図３とは別のフィルターの構成を説明する平面図である。 図５に示すフィルターの振動装置を説明する概念図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する装置には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

先ず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る藻水濃縮システム１００について説明する。図１は、藻水濃縮システム１００の全体構成を示す概略図である。

藻水濃縮システム１００は、藻を培養する培養池（不図示）から培養藻を含む藻水１０を受け入れる藻水供給部１７と、藻水供給部から供給された藻水１０を濃縮し、濃縮した濃縮藻水１３を下流側の工程に供給すると共に、所定のサイズより小さな藻と水を含む濾過水１２を排出する藻水濃縮部１６を備える。さらに、藻水濃縮部１６から流出する濃縮藻水１３の流量を調整する濃縮藻水流量調整装置４０を備える。

藻水供給部１７は、藻水１０を貯留する藻水供給容器１８と、培養池から藻水１０を藻水供給容器１８に取り入れる供給容器取入口２１と、藻水供給容器１８から藻水１０を藻水濃縮部１６に取り出す供給容器取出口１９とを備える。藻水供給容器１８は、藻水１０を貯留できる容器であり、大気開放されて内圧は大気圧になっている。供給容器取入口２１は、藻水供給容器１８の側壁、天井あるいは底板に設置されたノズルでよい。供給容器取入口２１には、培養池から藻水１０を搬送するチューブ２６（図２参照）が接続される。なお、「チューブ」という場合は、配管であってもホースであってもよい。供給容器取出口１９は、藻水供給容器１８の側壁あるいは底板に固定されたノズルで、藻水供給容器１８内の藻水１０の運転中の最低液面より下方に設置される。なお、メンテナンス等のために藻水供給容器１８から全ての藻水１０を抜き出すため、供給容器取出口１９を藻水供給容器１８の最も低い位置に設けてもよいし、ドレンノズルを別に設けてもよい。供給容器取出口１９には、藻水１０を藻水濃縮部１６に搬送するチューブ２０が接続される。

図２に示すように、藻水供給容器１８には貯留されている藻水１０の液面を計測する液面計２４が配置される。そして、培養池から藻水供給容器１８に藻水１０を搬送するチューブ２６にはポンプ２５が配設される。ポンプ２５により藻水１０を培養池から藻水供給容器１８に圧送する。そこで、水位制御装置２９により液面計２４で計測した液面に基づき、ポンプ２５の回転数を調節して、藻水１０を搬送する量を調整する。水位制御装置２９とポンプ２５が藻水流量調整装置を構成する。しかし、藻水流量調整装置の構成は上記には限られない。培養池が藻水供給容器１８より高い位置にあり、重力流れで流れる場合には、チューブ２６に流量制御弁を設けて、流量制御弁で流量を調整してもよい。その他の手段で流量を調整してもよい。

藻水濃縮部１６は、藻水１０を受け入れ濃縮するための濃縮容器１と、濃縮容器１を上下の空間に区分けするフィルターであって、所定のサイズ以上の藻を通さないフィルター３と、フィルター３を面外方向に振動させる振動装置５と、供給容器取出口１９と連通し、濃縮容器１に藻水１０を取り入れる濃縮容器藻水取入口７であって、濃縮容器１のフィルター３より下方に配置された濃縮容器藻水取入口７と、濃縮容器１のフィルター３より下方に配置され、濃縮容器１で濃縮された藻水１３を取り出すための濃縮藻水取出口９と、濃縮容器１のフィルター３より上方に配置され、フィルター３を通過した濾過水１２を排出する濾過水排出口８とを備える。

濃縮容器１は、藻水１０を貯留できる容器であり、大気開放されて内圧は大気圧になっている。典型的には円筒形の容器であるが、その他の形状であってもよい。濃縮容器１の内部には、その内部空間（上方が開放されている場合には、上方が閉鎖されていると仮定した場合の空間である）を上下の空間に区分けするフィルター３が配置される。

フィルター３は、所定のサイズ以上の藻は通さず、所定のサイズより小さな藻や水、その他、所定のサイズより小さな物質が通過する開口を有する。ここで、所定のサイズは、培養する藻の種類によっても異なるが、通常は１μｍ〜５０μｍ程度である。フィルター３としては、例えば、電鋳シートフィルターやメッシュなどが用いられる。その中でも特に、藻水１０で腐食されない金属製の電鋳シートフィルターが好適である。電鋳シートフィルターは、メッシュに比較して藻が絡みにくい。また、金属製であると、繊維に比較して藻が絡み難い。さらに、後述するように、フィルター３を振動させても、塑性変形することがなく好適である。

フィルター３の具体的な例として、下記が挙げられる。
１）金属メッシュ
素材 ：ステンレス鋼等
開口径 ：３０〜５０μｍ
製造方法：微細線を織る
２）電鋳メッシュ
素材 ：ニッケル、ニッケル合金等
開口径 ：１〜５０μｍ
製造方法：リソグラフィー（紫外線、Ｘ線など）によるメッシュのパターンニングと電鋳

図３および図４に示すように、フィルター３は、可撓性シール材２と共に上下から２枚のフィルター枠４で挟んで保持する。可撓性シール材２は、例えばステンレスシートで形成された円環板である。可撓性シール材２の外周は、図４に示すように、濃縮容器１に固定される。なお、図３は、フィルター３の構成を説明する平面図であり、図４は、藻水濃縮部１６の、濃縮容器１、濃縮容器藻水取入口７、濾過水排出口８、濃縮藻水取出口９、フィルター３、可撓性シール材２、フィルター枠４、振動装置５、連結機構６およびフィルター駆動アーム４５を示す鉛直断面図である。また、濃縮容器１と可撓性シール材２の間を藻水１０が通りぬけないようになされる。フィルター枠４は、例えばステンレスシートで形成され、フィルター３とほぼ同じ外形を有する円環板である。さらに、フィルター３の振動時の過剰な変形を抑制するために、フィルター枠４の円環の内周を十字につなぐ補強板を有するのが好ましい。このように構成すると、フィルター３は藻水１０で押し上げられる力により損傷を受けにくい。可撓性シール材２を介してフィルター３を濃縮容器１に固定すると、可撓性シール材２が変形するので、フィルター３が面外方向に振動しやすい。また２枚のフィルター枠４で挟んで保持しているので、フィルター３の交換が容易である。よって、同じ藻水濃縮システム１００で、フィルター３を交換することにより、種々の大きさの藻の藻水の濃縮が容易となる。

なお、フィルター３を保持する構成は、上記に限られない。フィルター３と濃縮容器１の間を藻水１０が通過せず、かつ、フィルター３が面外方向に振動できる構成であればよい。例えば、フィルター３の周囲を、濃縮容器１の内面を摺動する円環で固定してもよい。また、フィルター３の形状は円形には限られず、多角形、その他の形状でもよい。

濃縮容器１の上方にフィルター３を面外に振動させる振動装置５が配置される。振動装置５の位置は、濃縮容器１の上方には限られないが、振動装置５が藻水１０あるいは濾過水１２の飛沫を浴びず、また、メンテナンスが容易であるので、濃縮容器１の上方が好ましい。特に、濃縮容器１の上方が開放されている場合には、好適である。フィルター３を面外に振動させるとは、ほぼ水平に配置されたフィルター３の振動に鉛直成分が含まれることであり、水平成分も含んで斜め方向に振動する場合を含む。振動装置５は、典型的には電磁振動発生機であるが、その他の振動発生機であってもよい。振動装置５として電磁振動発生機を用いる場合には、商用電源の電圧（１００Ｖまたは２００Ｖ）および周波数（５０Ｈｚ〜６０Ｈｚ）で電磁振動を発生するようにするとよい。フィルター３は、５０Ｈｚ〜６０Ｈｚ程度の周波数の振動で、後述の効果を発揮でき、かつ、周波数変換のためのインバータ等が不要となり、装置を簡素化できるためである。さらに、５０Ｈｚ〜６０Ｈｚ程度の比較的低周波数であるために、振動により藻を損傷することがない。なお、振幅は、例えば、０．１〜１ｍｍ程度である。

振動装置５で発生した振動は、連結機構６を介してフィルター３に伝達される。連結機構６は、例えば、振動装置５の出力軸に結合する鉛直方向のロッドと、ロッドの振動をフィルター枠４に分散して伝えるフィルター駆動アーム４５とで構成される。フィルター駆動アーム４５は、上部がロッドに連結され、その上部とフィルター枠４の円環部分を連結する４本のアームとを備える。さらに、ロッドの下部は、フィルター枠４の十字の補強板の中央に連結する。このように構成すると、フィルター枠４に均等に振動力が伝達され、フィルター３が均一に振動し易い。なお、連結機構６の構成は上記に限られない。アームの本数は３本でも、５本以上でもよい。また、振動装置５で発生した振動をフィルター３に伝達することができる他の公知の構成でよい。

濃縮容器藻水取入口７は、濃縮容器１のフィルター３より下方に配置される。濃縮容器藻水取入口７にはチューブ２０が接続され、供給容器取出口１９と連通する。よって、藻水供給容器１８の藻水１０を濃縮容器１に取り入れることができる。供給容器取出口１９と濃縮容器藻水取入口７との間のチューブ２０に、チューブ２０を流れて藻水供給容器１８から濃縮容器１に流れる藻水の流量を測定する供給藻水流量計３６を設置する。

濃縮藻水取出口９は、濃縮容器１のフィルター３より下方に配置される。後述のように、濃縮容器藻水取入口７から濃縮容器１に取り入れた藻水１０は、フィルター３で濾過され、フィルター３の下方の空間の藻水は、所定のサイズ以上の藻が濃縮された濃縮藻水１３となるので、その濃縮藻水１３を濃縮容器１から取り出す。濃縮藻水取出口９には濃縮藻水チューブ４１が接続され、次工程へと濃縮藻水１３を搬送する。

濃縮藻水取出口９には濃縮藻水チューブ４１が接続され、濃縮藻水チューブ４１には藻水濃縮システム１００から次工程へと搬送される濃縮藻水１３の流量を測定する濃縮藻水流量計４３を備える。また、藻水濃縮システム１００から次工程へと搬送される濃縮藻水１３の流量を調整する流量調整弁４２を備える。濃縮藻水制御装置４４により、濃縮藻水流量計４３で計測した流量に基づき、流量調整弁４２の開度を調節することで、濃縮容器１から取り出す濃縮藻水１３の量を調整できる。すなわち、濃縮藻水流量計４３、流量調整弁４２、濃縮藻水制御装置４４等で、濃縮藻水流量調整装置４０を構成できる。なお、濃縮藻水流量調整装置４０の構成は上記に限られない。例えば、濃縮藻水１３が搬送される先の高さを変化させて流量を調整してもよいし、流路抵抗の異なる経路を複数用意して、適切な経路を選択して流すことにより流量を調整してもよく、その他公知の流量調整手段を用いることができる。

濾過水排出口８は、濃縮容器１のフィルター３より上方に配置され、フィルター３を通過した濾過水１２を濃縮容器１から排出する。ただし、フィルター３より高すぎる位置に配置されると、フィルター３の上の濾過水１２の重量が増加し、振動装置５でフィルター３を面外方向に振動させにくくなる。そこで、例えばフィルター３より１〜５ｍｍ高い位置、好ましくは、１〜２ｍｍ高い位置に配置される。典型的には、濾過水排出口８にはチューブが接続され、濾過水１２を培養池（不図示）へ戻す。濾過水１２を他の用途に用いてもよいし、廃棄してもよい。濾過水排出口８は濾過水１２を必要な流量より大きな流量で流せるようにして、フィルター３を通過した濾過水１２の液面が濾過水排出口８の高さと一致するようにするのが好ましい。濾過水排出口８から流出する濾過水１２の流量を計測する濾過水排水流量計３７を備え、濾過水１２の流量を濃縮藻水制御装置４４に送信する。よって、濃縮容器１から流出する濃縮藻水１３および濾過水１２の全流量を、濃縮藻水制御装置４４が算定できる。

次に、藻水濃縮システム１００の運転について説明する。まず、培養池（不図示）から藻水供給容器１８に藻水１０を取り入れる。そして、藻水供給容器１８から藻水１０を濃縮容器１に取り入れる。濃縮容器１では、フィルター３が藻水１０に浸るまで藻水を取り入れる。なお、藻水濃縮システム１００を運転し、その後停止するときに、フィルター３が濾過水１２の液面より高い位置にあると、フィルター３が空気に曝される。すると、フィルター３の開口に残った藻水１０に表面張力が生じる。そのため、開口に残った藻水１０が開口を塞ぎ、フィルター３とフィルター３の下方の濃縮藻水１３または藻水１０との間に入った空気が抜けなくなる。すると、濃縮藻水１３または藻水１０がフィルター３に接触できなくなる。そのため、藻水の濃縮運転が再開できなくなる。すなわち、フィルター３は、常時、藻水１０または濾過水１２に浸っているのが好ましい。そこで、濾過水排出口８は、振動するフィルター３の最高位置より高い位置に配置されている。

フィルター３が藻水１０または濾過水１２に浸っている状態で、振動装置５を起動して、フィルター３を振動させる。フィルター３が振動することにより、フィルター３への藻の付着を防止できるが、振動を止めていると藻が付着し、開口が塞がれてしまうためである。ここまでが、運転準備段階である。

運転を開始するには、藻水供給容器１８中の藻水１０の液面２２をフィルター３の高さより所定の水位差２３だけ高くするのが好ましい。フィルター３の高さは実質的に決まっているので、図２を参照して説明したように、藻水供給容器１８中の藻水１０の液面２２を調整すればよい。水位差２３が大きすぎると、藻水１０がフィルター３（フィルター枠４等を含む）を上方に押し上げる力が大きくなる。すると、その力が連結機構６から振動装置５へ力が伝わり、振動装置５を振動させるのに大きな駆動力が必要となり、場合によっては、振動装置５が稼働しなくなる。逆に水位差２３が小さすぎると、あるいは、藻水供給容器１８中の藻水１０の液面２２がフィルター３の高さより低いと、藻水供給容器１８からの藻水１０がフィルター３を通過しなくなる。よって、濃縮容器１での藻水１０の濃縮が行われなくなる。そこで所定の水位差２３は、藻の種類、フィルター３の開口の大きさ等の条件によって異なるが、１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度とすることが多い。

水位差２３を所定の値に保つことにより、藻水供給容器１８からチューブ２０を通って藻水１０が濃縮容器藻水取入口７から濃縮容器１に取り入れられる。その流量を供給藻水流量計３６で計測する。計測した濃縮容器１に取り入れられる藻水１０の流量は、濃縮藻水制御装置４４に送信される。

濃縮容器１に取り入れられた藻水１０の一部はフィルター３に達する。藻水１０のうち、フィルター３の開口よりサイズの小さな藻やその他の浮遊物質および水１１は開口を通ってフィルター３の上方へ濾過水１２として流れる。フィルター３の上方に流れた濾過水１２は、濾過水排出口８より濃縮容器１外へ排出される。その流量を濾過水排水流量計３７で計測し、濃縮藻水制御装置４４に送信する。

フィルター３に達した藻水１０中のフィルター３の開口よりサイズの大きな藻１５は、開口を通過できず、フィルター３の下方の空間に留まる。その際に、フィルター３に達しても、フィルター３が面外に振動しているので、フィルター３に反射され、フィルター３に付着することがない。したがって、開口が目詰まりすることもない。すなわち、フィルター３の洗浄も不要である。

このように、フィルター３の開口よりサイズの小さな藻やその他の浮遊物質および水１１は開口を通ってフィルター３の上方へ濾過水１２として流れ、開口よりサイズの大きな藻１５はフィルター３の下方の空間に留まるので、フィルター３の下の空間には、所定のサイズ以上の藻が濃縮された濃縮藻水１３が生成される。フィルター３の下方の空間の濃縮藻水１３は、濃縮藻水流量調整装置４０で流量を調整されつつ、濃縮藻水取出口９から取り出され、次の工程、例えば、乾燥工程や油分抽出工程へ送られる。なお、濃縮藻水取出口９から流出する濃縮藻水１３の流量を濃縮藻水流量計４３で計測し、濃縮藻水制御装置４４に送信する。

濃縮藻水制御装置４４では、供給藻水流量計３６で計測した濃縮容器１に取り入れられる藻水１０の流量、濾過水排水流量計３７で計測した濃縮容器１から濃縮容器１外へ排出される濾過水１２の流量、および、濃縮藻水流量計４３で計測される濃縮容器１から流出する濃縮藻水１３の流量を受信する。そこで、濃縮容器１に入る藻水１０の流量、濃縮容器１から排出される濾過水１２の流量、および濃縮容器１から流出する濃縮藻水１３の流量から、濃縮容器１での濃縮倍率を算定することができる。つまり、所望の濃度の濃縮藻水１３となるように、濃縮藻水流量調整装置４０で濃縮容器１から流出する濃縮藻水１３の流量を調整することができる。藻水濃縮システム１００によれば、所望の濃度の濃縮藻水１３を連続運転で得ることが可能となる。さらに、濃縮容器１へ流入する藻水１０の流量と、濃縮容器１から流出する濾過水１２および濃縮藻水１３の流量より、藻水濃縮システム１００で漏れが生じていないかを確認できる。

濃縮容器１のフィルター３の下方の空間の濃縮藻水１３は、濃縮容器藻水取入口７から流入する藻水１０の流れにより撹拌され、濃縮度合いも均一になる。しかし、濃縮容器１の容量、流入する藻水１０の流量あるいは流速、藻のサイズなどにより、濃縮度合いが不均一になることもある。その場合には、濃縮容器１のフィルター３の下方の空間に撹拌装置（不図示）を設置してもよい。

上記の説明では、供給藻水流量計３６で計測した濃縮容器１に取り入れられる藻水１０の流量、濾過水排水流量計３７で計測した濃縮容器１から濃縮容器１外へ排出される濾過水１２の流量、および、濃縮藻水流量計４３で計測される濃縮容器１から流出する濃縮藻水１３の流量を濃縮藻水制御装置４４で受信し、液面計２４で計測した藻水供給容器１８の液面は水位制御装置２９で受信するとした。しかし、１つの制御装置で、これら全ての計測値を受信して、水位差２３の調整と濃縮倍率の調整とを行ってもよい。

上記の説明では、濾過水排水流量計３７で計測した濃縮容器１から濃縮容器１外へ排出される濾過水１２の流量と濃縮藻水流量計４３で計測される濃縮容器１から流出する濃縮藻水１３の流量の両方を計測するものとしたが、いずれか一方だけを計測して、濃縮倍率の調整を行ってもよい。

下記の装置を用いて、藻水の濃縮試験を行った。
（試験装置）
フィルター ： 開口径３０μｍの電鋳シート
フィルター面積 ： １５０ｃｍ^２
振動装置 ： 電磁振動発生機 ＡＣ１００Ｖ，５０Ｈｚ
藻水供給容器の液面とフィルターとの水位差： １５０ｍｍ
フィルターの振動： 鉛直方向、振幅０．５ｍｍ、周波数５０Ｈｚ
（試験結果）
濾過速度 ： （振動中） ２８ｃｃ／ｃｍ^２／ｍｉｎ
（振動停止）振動停止後、１分程度で濾過水が流れなくなる

以上の試験では、フィルターを面外に振動することにより、フィルター面を濾過水が通過し、フィルターの振動を停止すると濾過水の通過も停止することが確認された。濾過水を顕微鏡観察すると、３０μｍ以上の藻は殆ど観察されなかった。フィルターを振動させることで、フィルターの開口よりサイズの大きな藻は、跳ね返されて、フィルターの開口に付着せず、フィルターの開口よりサイズの小さな藻および水はフィルターの開口を通過したものと考えられる。振動を停止すると、藻がフィルターの開口に付着し、開口を閉鎖して、濾過水がフィルターを通過しなくなったものと考えられる。

次に、図５および図６を参照して、フィルター３および振動装置５の別の実施例を説明する。図５は、別の実施例のフィルター３を説明する平面図であり、図６は、フィルター３と振動装置５Ａ、５Ｂ、５Ｃを説明する概念図である。フィルター３そのものは、図３に示すものと変わりはない。しかしフィルター枠４’は、円環状の外枠４Ａと中央４Ｃをつなぐ補強板４Ｂを３枚備えている点で異なる。補強板４Ｃは、等しい中心角、すなわち１２０°間隔で、配置される。なお、等しい中心角という場合には、厳密に等間隔である必要はなく、後述するように、フィルター３の下方の濃縮藻水１３にフィルター３と平行な方向の流れを生じさせ得る程度であればよい。そして、３台の振動装置５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、連結機構６Ａ、６Ｂ、６Ｃを介して各補強板４Ｂに連結される。

連結機構６Ａ、６Ｂ、６Ｃが各補強板４Ｂに連結される位置は、特に限定されないが、円周上に配置されるのが好ましい。その位置は、補強板４Ｂと円環状の外枠４Ａとの交点（すなわち、円環状の外枠４Ａ内）であってもよい。円環状の外枠４Ａもしくは近い部分に連結されると、小さな力でフィルター３を振動させることができる。中央４Ｃに近い位置に連結されると、小さな振動でもフィルター３全体を振動させることができる。

なお、図５に示す例では、連結機構６Ａ、６Ｂ、６Ｃを補強板４Ｂの円環状の外枠４Ａに比較的近い部分に連結している。このように、結機構６Ａ、６Ｂ、６Ｃを補強板４Ｂの円環状の外枠４Ａに近い部分に連結すると、連結機構６Ａ、６Ｂ、６Ｃから補強板４Ｂに加えられる振動により、補強板４Ｂの外枠４Ａとの接続部に大きなひずみが生ずることがある。そこで、円環状の外枠４Ａと補強板４Ｂとの交点間を連結する３枚の第２の補強板４Ｄをさらに設けている。ただし、第２の補強板４Ｄは必須ではない。

振動装置５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、三相交流の電源５０から、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相を受電する。そのため、振動装置５Ａ、５Ｂ、５Ｃには、１２０°の位相差を持った電流が供給される。よって、振動装置５Ａ、５Ｂ、５Ｃの振動が、１２０°の位相差を有する。よって、フィルター枠４’およびフィルター３は円周方向に波打つように振動する。

フィルター枠４’およびフィルター３が波打つように振動するために、フィルター３の下面では、濃縮藻水１３にフィルター３と平行方向の流れＦが生ずる。その結果、平行方向の流れＦによりフィルター３の下面の藻の付着が防止される。すなわち、上下振動に加え、平行方向の流れＦにより、藻の付着がより防止される。

電源５０から振動装置５Ａ、５Ｂ、５Ｃへの電流の周波数を変換する周波数変換器（いわゆる、三相インバータ）５２を備え、振動装置５Ａ、５Ｂ、５Ｃでの振動速度を変えるようにするのが好ましい。振動装置５Ａ、５Ｂ、５Ｃの振動速度が変わることにより、フィルター３と平行方向の流れＦの流速を変え、さらに流れＦの強さを変えることもでき、藻の付着を防止する機能をさらに高めることができる。

これまでの説明では、補強板４Ｃの枚数を３枚とし、振動装置５Ａ、５Ｂ、５Ｃも連結機構６Ａ、６Ｂ、６Ｃも３台として説明したが、これらは、３の倍数であればよい。例えば、フィルター３の面積が大きくなれば、補強板４Ｃの枚数を６枚、振動装置５も連結機構６も６台としてもよく、９枚と９台としてもよい。３の倍数であれば、３相交流を用いて、フィルター３に位相差のある振動を与えることができる。

また、フィルター枠４’およびフィルター３が中央４Ｃ付近でたわまない様にするため、中央４Ｃに連結するフィルター支持機構（不図示）を備えてもよい。フィルター３の構造によって、中央４Ｃ付近でのフィルター３の上下振動が小さくなり、藻の付着の恐れがある場合には、フィルター支持機構にも振動装置を設け、中央４Ｃを振動させてもよい。その場合に、振動周波数あるいは位相を他の振動装置と違えてもよいし、いずれかの振動装置と同じであってもよい。中央４Ｃが上下振動することで、中央４Ｃ付近のフィルター３への藻の付着を防止できる。

１：濃縮容器
２：可撓性シール材
３：フィルター
４、４’：フィルター枠
４Ａ：円環状の外枠
４Ｂ：補強板
４Ｃ：中央
４Ｄ：第２の補強板
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ：振動装置
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ：連結機構
７：濃縮容器藻水取入口
８：濾過水排出口
９：濃縮藻水取出口
１０：藻水
１１：開口よりサイズの小さな藻やその他の浮遊物質および水
１２：濾過水
１３：藻濃縮水
１５：開口よりサイズの大きな藻
１６：藻水濃縮部
１７：藻水供給部
１８：藻水供給容器
１９：供給容器取出口
２０：チューブ
２１：供給容器取入口
２２：藻水供給容器の藻水の液面
２３：水位差
２４：液面計
２５：ポンプ
２６：チューブ
２９：水位制御装置
３６：供給藻水流量計
３７：濾過水排水流量計
４０：濃縮藻水流量調整装置
４１：濃縮藻水チューブ
４２：流量調整弁
４３：濃縮藻水流量計
４４：濃縮藻水制御装置
４５：フィルター駆動アーム
５０：電源
５２：周波数変換器１００：藻水濃縮システム
Ｆ：藻水のフィルターと平行方向の流れ

Claims (7)

1. 培養藻を含む藻水を培養池から受け入れ、貯留する藻水供給部であって、
   藻水を貯留する藻水供給容器と、
   前記藻水供給容器が前記藻水を取り入れる供給容器取入口と、
   前記藻水供給容器から前記藻水を取り出す供給容器取出口とを有する、藻水供給部と；
   前記藻水供給部から供給された藻水を濃縮する藻水濃縮部であって、
   藻水を受け入れ濃縮するための濃縮容器と、
   前記濃縮容器を上下の空間に区分けするフィルターであって、所定のサイズ以上の藻を通さないフィルターと、
   前記フィルターを面外方向に振動させる振動装置と、
   前記供給容器取出口と連通し、前記濃縮容器に前記藻水を取り入れる濃縮容器藻水取入口であって、前記濃縮容器の前記フィルターより下方に配置された濃縮容器藻水取入口と、
   前記濃縮容器の前記フィルターより下方に配置され、前記濃縮容器で濃縮された藻水を取り出すための濃縮藻水取出口と、
   前記濃縮容器の前記フィルターより上方に配置され、前記フィルターを通過した濾過水を排出する濾過水排出口とを有する藻水濃縮部とを備える；
   培養藻水濃縮システム。
2. 前記濃縮藻水取出口から流出する濃縮された藻水の量を調整する濃縮藻水流量調整装置を備える；
   請求項１に記載の培養藻水濃縮システム。
3. 前記藻水供給容器に貯留される藻水の液面を計測する液面計を備え；
   前記液面計で計測した液面に応じて、前記培養池から前記藻水供給容器に送られる藻水の流量を調整する藻水流量調整装置を備える；
   請求項１または請求項２に記載の培養藻水濃縮システム。
4. 前記濾過水排出口は、前記振動装置により振動する前記フィルターの最高位置より高い位置に配置された；
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の培養藻水濃縮システム。
5. 前記フィルターを、円環状の外枠と、中央から円環状の外枠まで等中心角で半径方向に延びて枚数が３の倍数の補強板とを有するフィルター枠で保持し；
   前記振動装置を前記補強板毎に備え；
   前記振動装置は、前記フィルター枠の補強板または補強板と円環状の外枠との交点に連結されて前記フィルター枠を介してフィルターを振動させ；
   前記振動装置は、円周方向の順に三相交流のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の電流が供給されて、位相がずれて振動する；
   請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の培養藻水濃縮システム。
6. 前記三相交流の周波数を変換する周波数変換器をさらに備える；
   請求項５に記載の培養藻水濃縮システム。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の培養藻水濃縮システムの運転方法であって、
   前記振動装置を稼働させた後に、前記藻水供給部から前記藻水濃縮部に前記藻水を供給する；
   培養藻水濃縮システムの運転方法。

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