JP2016517798A - 混合金属酸化物電極を備える一連の反応管を用いた、藻類バイオマスの生産および排水の除染 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は一般に、2段階アプローチを使用して藻類を収穫する装置を対象とする。この2段階アプローチは凝集段階および脱水段階を含む。凝集段階は、第1段階凝集タンク内で実施され、このタンクでは、増殖培地中の懸濁した藻類を凝集させる。次いで、凝集した藻類が、第2段階浮上分離タンクへ供給され、このタンクでは、凝集した藻類に付着して表面まで浮上させる水素気泡および酸素気泡を、電極を使用して発生させる。次いで、浮上した藻類のマットを、増殖培地の表面からすくい取ることができる。
図1Aに示すように、凝集タンク101は、2つの主要な構成要素、すなわち外筒(例えば囲われたパイプまたはチューブ)によって形成された陰極105、および外筒の内部に格納される内筒(例えばパイプまたは他の囲われた筒形)によって形成された陽極106を含む。あるいは、陰極が内筒を形成し、陽極が外筒を形成してもよい。したがって、図1Aの矢印によって示されているように、増殖培地は陰極105と陽極106の間を流れる。これら2つの構成要素間に流体経路が形成されるものであれば、筒以外の他の形状を使用することもできる。さらに、いくつかの実施形態では、陽極106に対して多数の内筒を使用することができる。いくつかの実施形態では、増殖培地と接触する陰極105および陽極106の表面が、それらの表面における蓄積物の発生を減らすことができる溝(例えば旋条)を含むことができる。
増殖培地中で藻類を凝集させた後、増殖培地を浮上分離タンク102へ移す。電極を使用して、浮上分離タンク102内の増殖培地に電場を作用させることができる。この電場は、溶媒と溶質の間の界面電位を増大させ、水素ガスおよび酸素ガスのミクロンサイズの気泡を発生させ、これらの気泡が、凝集した藻類を表面まで上昇させる。藻類は表面にマットを形成し、このことは、藻類を容易に除去することを可能にする。さらに、藻類のマットは、かなりの量の水素ガスおよび酸素ガスを含む。存在するこのガスと一緒に藻類を使用することができ、または別の下流プロセスを実行してこのガスを回収することができる。例えば、このガスを回収し、それを使用して、装置100に電力を供給し、それによって装置100を使用するためのエネルギー必要量を最小限に抑えることができる。
これらの電極は、限定はされないが、銀、銅、金、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、真鍮、銅、鉄、鉛、白金族金属、鋼、ステンレス鋼、炭素同素体および/またはこれらの組合せなど、導電性を与えることが知られている金属、複合材料または他の材料から製作することができる。導電性炭素同素体の非限定的な例は、黒鉛、グラフェン、合成黒鉛、(鉄で強化された)炭素繊維、ナノカーボン構造体、およびシリコン基板上に付着させた他の形態の炭素などである。いくつかの構成では、陽極および/または陰極が、凝集プロセスおよび/または気泡発生プロセスで使用される犠牲電極の役目を果たすことができる。そのため、電極は、鉄、アルミニウムなどの消耗されうる(consumable)導電性金属を含むことができる。
図5は、汚染物濃度が低減された藻類バイオマスおよび処理された廃水を生産するシステム500を示す。システム500は、廃水を処理する第1の装置501と、藻類バイオマスを生産する第2の装置502とを含むものとして示されている。装置501と装置502はともに、上述の装置100と同じ方法で構築することができる。言い換えると、装置502を使用して、上述の方法と同じ方法で藻類バイオマスを生産することができる。
Claims (20)
- 従属栄養増殖システム内で使用するための、汚染物濃度が低減された藻類バイオマスおよび廃水を生産する方法であって、
懸濁した藻類を含む増殖培地を第1の凝集タンク内へ供給することであり、前記第1の凝集タンクが、前記増殖培地中に電場を発生させる反応管を備え、前記電場が前記藻類を凝集させる、供給すること、
凝集した藻類を含む前記増殖培地を第1の浮上分離タンク内へ移すことであり、前記第1の浮上分離タンクが、前記凝集した藻類に付着し、前記凝集した藻類を前記増殖培地の表面まで上昇させる気泡の形成を引き起こす複数の電極を含むタンクを備える、移すこと、
浮上した前記藻類を前記増殖培地の表面から除去し、除去された前記藻類を従属栄養増殖システムへ移すこと、
第2の凝集タンク内へ廃水を供給することであり、前記第2の凝集タンクが、前記廃水中に電場を発生させる第2の反応管を備え、前記第2の反応管が陰極および陽極を含む、供給すること、
前記アンモニアを酸化させた後に、前記廃水を、前記従属栄養増殖システムへ、前記廃水が、前記従属栄養増殖システム内で前記藻類が増殖するための食物の役目を果たすことができるように移すこと
を含む方法。 - 前記第1の凝集タンクと前記第2の凝集タンクが同じタンクである、請求項1に記載の方法。
- 前記従属栄養増殖システム内で前記藻類が増殖した後に、懸濁した前記藻類を含む前記廃水を前記第1の凝集タンク内へ移して、前記藻類を凝集させること、
凝集した前記藻類を含む前記廃水を前記第1の浮上分離タンク内へ移して、前記凝集した藻類を前記廃水の表面まで上昇させること、および
浮上した前記藻類を前記廃水の表面から除去すること
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 藻類細胞の脂質百分率が50パーセントよりも高くなった後に、懸濁した前記藻類を含む前記廃水を前記第1の凝集タンク内へ移して、前記藻類を凝集させる、請求項3に記載の方法。
- 藻類細胞の細胞密度が100グラム/Lよりも大きくなった後に、懸濁した前記藻類を含む前記廃水を前記第1の凝集タンク内へ移して、前記藻類を凝集させる、請求項3に記載の方法。
- 前記従属栄養増殖システムが暗システムである、請求項1に記載の方法。
- 前記陽極の30から50mA/cm2の間の電流密度を与えることによって、前記第2の反応管内に前記電場を発生させる、請求項1に記載の方法。
- 前記廃水を前記従属栄養増殖システムへ移す前に、前記廃水を第2の浮上分離タンクへ移す
ことをさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記廃水が前記第2の浮上分離タンク内にある間に、前記廃水から物質を除去する、請求項8に記載の方法。
- 前記陽極と前記陰極のうちの一方がチタンルテニウム合金を含み、前記電場が発生しているときに、前記陽極が、前記流体中で遊離塩素を発生させ、それによって前記アンモニアが酸化して亜硝酸塩および硝酸塩に変化する、請求項1に記載の方法。
- 廃水からアンモニアを除去する装置であって、
アンモニアを含む廃水中に電場を発生させる反応管であり、陰極および陽極を含み、前記陽極および/または前記陰極のうちの少なくとも一方がチタンルテニウム合金を含み、前記電場が発生しているときに、前記陽極と前記陰極のうちの少なくとも一方が、前記廃水中で遊離塩素を発生させ、それによって前記アンモニアが酸化して亜硝酸塩および硝酸塩に変化する反応管と、
前記反応管に接続された浮上分離タンクであり、気泡の形成を引き起こす複数の電極を含むタンクを備える浮上分離タンクと
を備える装置。 - 前記陽極の30から50mA/cm2の間の電流密度を与えることによって前記電場を発生させる、請求項11に記載の装置。
- 従属栄養増殖システム内で使用するための、汚染物濃度が低減された藻類バイオマスおよび廃水を生産するシステムであって、
廃水からアンモニアを除去する第1の装置
を備え、前記第1の装置が、
アンモニアを含む廃水中に電場を発生させる第1の反応管であり、第1の陰極および第1の陽極を含み、前記第1の陽極と前記第1の陰極のうちの少なくとも一方がチタンルテニウム合金を含み、前記電場が発生しているときに、前記第1の陽極と前記第1の陰極のうちの少なくとも一方が、前記廃水中で遊離塩素を発生させ、それによって前記アンモニアが酸化して亜硝酸塩および硝酸塩に変化する第1の反応管
を備え、前記システムがさらに、
2段階プロセスを使用して藻類を収穫する第2の装置
を備え、前記第2の装置が、
前記2段階プロセスの第1段階が実施される第2の凝集タンクであり、懸濁した藻類を含む増殖培地中に電場を発生させる第2の反応管を備え、前記電場が前記藻類を凝集させる第2の凝集タンクと、
前記2段階プロセスの第2段階が実施される第2の浮上分離タンクであり、前記凝集した藻類に付着し、前記凝集した藻類を前記増殖培地の表面まで上昇させる気泡の形成を引き起こす複数の第2の電極を含む第2のタンクを備え、前記凝集した藻類が前記第2の凝集タンクから前記第2の浮上分離タンク内へ流入することを可能にするように前記第2の凝集タンクに接続された第2の浮上分離タンクと
を備える
システム。 - 前記第1の装置が、
前記第1の反応管に接続された第1の浮上分離タンクであり、気泡の形成を引き起こす複数の第1の電極を含む第1のタンクを備える第1の浮上分離タンク
をさらに備える、請求項13に記載のシステム。 - 前記第2の浮上分離タンクから除去された藻類および前記第1の反応管から除去された廃水を入れる従属栄養増殖システム
をさらに備える、請求項13に記載のシステム。 - 前記従属栄養増殖システムが暗システムである、請求項15に記載のシステム。
- 前記藻類を収穫する前記第2の装置へ、前記従属栄養増殖システム内の前記廃水および前記藻類を移すことを可能にするために、前記従属栄養増殖システムが前記第2の装置に流体接続されている、請求項15に記載のシステム。
- 藻類を含む廃水を、前記藻類の脂質百分率が50パーセントよりも高いときに、前記第2の装置へ移すように、前記従属栄養増殖システムが構成されている、請求項17に記載のシステム。
- 前記電場を前記第1の陰極と前記第1の陽極の間に発生させる電源
をさらに備え、前記電場が、前記陽極の30から50mA/cm2の間の電流密度を与えることによって形成される、請求項13に記載のシステム。 - 前記第2の浮上分離タンクの前記第2の電極が、第1の陰極層、第2の陰極層、および前記第1の陰極層と前記第2の陰極層の間に配置された陽極層を含む、請求項13に記載のシステム。
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