JP3489815B2 - 光合成培養装置 - Google Patents
光合成培養装置Info
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- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M31/00—Means for providing, directing, scattering or concentrating light
- C12M31/08—Means for providing, directing, scattering or concentrating light by conducting or reflecting elements located inside the reactor or in its structure
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
- C12M21/02—Photobioreactors
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M33/00—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
- C12M33/22—Settling tanks; Sedimentation by gravity
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- Molecular Biology (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】地球温暖化の原因の一つであ
るＣＯ2 を光合成微細藻類等の光合成生物を用いて固定
化し、大気中のＣＯ2 を低減しつつ、回収される光合成
生物を肥料・飼料などの有用物質の生産資源として利用
する分野において、光合成生物を効率良く回収する手段
を備えた光合成培養装置を提供する。
るＣＯ2 を光合成微細藻類等の光合成生物を用いて固定
化し、大気中のＣＯ2 を低減しつつ、回収される光合成
生物を肥料・飼料などの有用物質の生産資源として利用
する分野において、光合成生物を効率良く回収する手段
を備えた光合成培養装置を提供する。
【０００２】
【従来の技術】地球温暖化の原因の一つであるＣＯ2 を
固定化する各種の方法の中でも、光合成生物を用いる方
法は、エネルギー源に太陽光を用い、環境に調和した技
術として知られている。とりわけ、緑藻などの光合成微
細藻類は増殖速度が大きく、各種の光合成培養装置を用
いたＣＯ2 固定化が検討されている。
固定化する各種の方法の中でも、光合成生物を用いる方
法は、エネルギー源に太陽光を用い、環境に調和した技
術として知られている。とりわけ、緑藻などの光合成微
細藻類は増殖速度が大きく、各種の光合成培養装置を用
いたＣＯ2 固定化が検討されている。
【０００３】光合成培養装置で増殖した光合成微細藻類
の細胞は各種の固液分離技術を用いて、培養液中から回
収される。この固液分離技術の従来技術としてはろ過、
遠心分離、浮上法、膜分離などがある。
の細胞は各種の固液分離技術を用いて、培養液中から回
収される。この固液分離技術の従来技術としてはろ過、
遠心分離、浮上法、膜分離などがある。
【０００４】光合成微細藻類の細胞（以下、藻体と記
す）の大きさは、種類にもよるが、数μｍ〜数１０μｍ
であり、比重も１に近いことから、藻体の沈殿には長時
間を要し、藻体回収における困難さの要因となってい
る。このため、従来法では前述したように強制的にろ過
や遠心分離などの手段を用いて培養液中から藻体を回収
している。
す）の大きさは、種類にもよるが、数μｍ〜数１０μｍ
であり、比重も１に近いことから、藻体の沈殿には長時
間を要し、藻体回収における困難さの要因となってい
る。このため、従来法では前述したように強制的にろ過
や遠心分離などの手段を用いて培養液中から藻体を回収
している。
【０００５】従来の光合成微細藻類の回収における問題
点としては、ろ過分離では大量のろ過助剤が必要で廃棄
物質の処理問題が発生する場合があった。遠心分離では
設備や運転コストが高く、低濃度の培養液処理には不向
きであった。浮上分離では、浮上のための添加剤などを
加える場合があり後処理工程の問題があった。膜分離で
は閉塞などの問題があった。
点としては、ろ過分離では大量のろ過助剤が必要で廃棄
物質の処理問題が発生する場合があった。遠心分離では
設備や運転コストが高く、低濃度の培養液処理には不向
きであった。浮上分離では、浮上のための添加剤などを
加える場合があり後処理工程の問題があった。膜分離で
は閉塞などの問題があった。
【０００６】なお、特開平１１−３３２５５２号公報に
は、細胞が大きく沈降性に優れた微細藻の提案がなされ
ているが、前記した光合成培養装置自体の問題点を解決
するものではない。
は、細胞が大きく沈降性に優れた微細藻の提案がなされ
ているが、前記した光合成培養装置自体の問題点を解決
するものではない。
【０００７】一方、藻体が光合成培養装置などの底に沈
降した場合には、通常は光供給が行われないために、藻
体は光合成を行うことができず、また回収もしにくいた
め、底部で腐敗したりする。従って、通常の光合成培養
装置はこのような不都合が生じないように、槽内を均一
に撹拌混合させることを前提として装置設計がなされ、
また運転されている。
降した場合には、通常は光供給が行われないために、藻
体は光合成を行うことができず、また回収もしにくいた
め、底部で腐敗したりする。従って、通常の光合成培養
装置はこのような不都合が生じないように、槽内を均一
に撹拌混合させることを前提として装置設計がなされ、
また運転されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、光
合成微細藻類等の光合成生物の回収の際に薬剤等の使用
を特に必要とせず、低濃度乃至高濃度の培養液でも光合
成微細藻類を効率良く回収する手段を備えた光合成培養
装置を提供することを目的とする。
合成微細藻類等の光合成生物の回収の際に薬剤等の使用
を特に必要とせず、低濃度乃至高濃度の培養液でも光合
成微細藻類を効率良く回収する手段を備えた光合成培養
装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、（１）光合成生物を分散させた培養
液中に太陽光または人工光を分散照射させる光分散担体
が装着された培養槽、（２）該培養槽を光分散担体が配
置された上槽と、光分散担体のない下槽に隔てる開閉可
能な分離機構、（３）下槽において一旦沈降した光合成
生物を再び培養液中に分散させるために、下槽内の培養
液を外部へ引き出し、下槽へ戻すことができる循環装置
を有し、培養液中の光合成生物が高濃度となった場合に
培養液を回収するために、該循環装置の途中に培養液を
回収するための経路へ切換えるための切換え装置を有す
ることを特徴とする光合成培養装置である。
ために、本発明は、（１）光合成生物を分散させた培養
液中に太陽光または人工光を分散照射させる光分散担体
が装着された培養槽、（２）該培養槽を光分散担体が配
置された上槽と、光分散担体のない下槽に隔てる開閉可
能な分離機構、（３）下槽において一旦沈降した光合成
生物を再び培養液中に分散させるために、下槽内の培養
液を外部へ引き出し、下槽へ戻すことができる循環装置
を有し、培養液中の光合成生物が高濃度となった場合に
培養液を回収するために、該循環装置の途中に培養液を
回収するための経路へ切換えるための切換え装置を有す
ることを特徴とする光合成培養装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の光合成培養装置につい
て、以下、具体的に構造を説明する。図１に本発明の光
合成培養装置の外観図を示す。図２（ａ）は培養槽を上
から見た培養槽の上槽と下槽を貫通させた状態を示し、
図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面における培養槽
の貫通部位を示す。図３（ａ）は培養槽を上から見た培
養槽の上槽と下槽を遮断させた状態を示し、図３（ｂ）
は、図３（ａ）のＢ−Ｂ断面における培養槽の遮断部位
を示す。
て、以下、具体的に構造を説明する。図１に本発明の光
合成培養装置の外観図を示す。図２（ａ）は培養槽を上
から見た培養槽の上槽と下槽を貫通させた状態を示し、
図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面における培養槽
の貫通部位を示す。図３（ａ）は培養槽を上から見た培
養槽の上槽と下槽を遮断させた状態を示し、図３（ｂ）
は、図３（ａ）のＢ−Ｂ断面における培養槽の遮断部位
を示す。
【００１１】１は縦幅Ｒｗ×横幅Ｒｄの培養槽であり、
内部に、幅Ｗｌ×厚さＤｌ×高さＨの光分散担体３が前
後間隔Ｄ２、左右間隔Ｗ２で装着され、培養槽１の内部
空間に藻体を分散させた培養液２が収容されている。光
分散担体３の底部から培養液２の液面までの高さＨｌ
は、光分散担体３の高さＨと液面調整範囲内でほぼ同等
とすることが望ましい。光分散担体３は太陽光４または
人工光５の光を培養液２中に分散照射させる機能を有す
る。藻体としては、緑藻や黄緑藻や藍藻などの光合成微
細藻類を用いることができる。光分散担体３としては例
えば、特開平８−２６２２３２号公報などの光入射端面
を有し、且つパターン状の光散乱部の照射面を有する発
光担体等の光分散体を用いることができる。
内部に、幅Ｗｌ×厚さＤｌ×高さＨの光分散担体３が前
後間隔Ｄ２、左右間隔Ｗ２で装着され、培養槽１の内部
空間に藻体を分散させた培養液２が収容されている。光
分散担体３の底部から培養液２の液面までの高さＨｌ
は、光分散担体３の高さＨと液面調整範囲内でほぼ同等
とすることが望ましい。光分散担体３は太陽光４または
人工光５の光を培養液２中に分散照射させる機能を有す
る。藻体としては、緑藻や黄緑藻や藍藻などの光合成微
細藻類を用いることができる。光分散担体３としては例
えば、特開平８−２６２２３２号公報などの光入射端面
を有し、且つパターン状の光散乱部の照射面を有する発
光担体等の光分散体を用いることができる。
【００１２】培養槽１の底からＨ２の高さに、培養槽１
に固定された光分散担体装着用の固定プレート６と、こ
の固定プレート６の下面に重なるように接して、かつ水
平方向に移動可能な移動プレート７が配置されている。
固定プレート６は光分散担体３を装着してその荷重を支
える構造であり、前後に隣り合う光分散担体３の間隔Ｄ
２とほぼ同じ部分は貫通スリット１９となっている。同
様に、移動プレート７も間隔Ｄ２とほぼ同じ幅の貫通ス
リット２０が設けられている。
に固定された光分散担体装着用の固定プレート６と、こ
の固定プレート６の下面に重なるように接して、かつ水
平方向に移動可能な移動プレート７が配置されている。
固定プレート６は光分散担体３を装着してその荷重を支
える構造であり、前後に隣り合う光分散担体３の間隔Ｄ
２とほぼ同じ部分は貫通スリット１９となっている。同
様に、移動プレート７も間隔Ｄ２とほぼ同じ幅の貫通ス
リット２０が設けられている。
【００１３】図２（ａ）（ｂ）に示すように、移動プレ
ート７が右方向に位置した状態のとき、固定プレート６
の貫通スリット１９と、移動プレート７の貫通スリット
２０が上下方向に一致しており、これらプレートの貫通
部分を通じて、培養液２が上下に移動することが可能な
状態となる。
ート７が右方向に位置した状態のとき、固定プレート６
の貫通スリット１９と、移動プレート７の貫通スリット
２０が上下方向に一致しており、これらプレートの貫通
部分を通じて、培養液２が上下に移動することが可能な
状態となる。
【００１４】一方、図３（ａ）（ｂ）に示すように、移
動プレート７が左方向に移動することにより、この時、
移動プレート７の貫通スリット２０部分が光分散担体３
の下部に位置するようになることから、光分散担体３の
前後間隔Ｄ２の貫通部分が遮断され、培養液２が固定プ
レート６及び移動プレート７（両プレートの重なり厚み
Ｈ３）より上位の培養槽１である上槽と、固定プレート
６及び移動プレート７より下位の培養槽１である下槽
（高さＨ２）の上下に移動することが困難な状態とな
る。この移動プレート７の左右（水平）の移動は、培養
槽１外部に設けられたアクチュエータなどの駆動装置８
により行うことができる。
動プレート７が左方向に移動することにより、この時、
移動プレート７の貫通スリット２０部分が光分散担体３
の下部に位置するようになることから、光分散担体３の
前後間隔Ｄ２の貫通部分が遮断され、培養液２が固定プ
レート６及び移動プレート７（両プレートの重なり厚み
Ｈ３）より上位の培養槽１である上槽と、固定プレート
６及び移動プレート７より下位の培養槽１である下槽
（高さＨ２）の上下に移動することが困難な状態とな
る。この移動プレート７の左右（水平）の移動は、培養
槽１外部に設けられたアクチュエータなどの駆動装置８
により行うことができる。
【００１５】スパージヤ９は培養槽１内に固定プレート
６と同じ高さ以上の位置に設けてあり、ＣＯ2 を含む処
理ガスを培養液２中に通気することにより、撹拌混合を
行う。培養槽１の下槽には下槽内の培養液２を外部へ引
き出し、下槽へ戻す循環装置と、該循環装置の途中に培
養液２を回収するための経路へ切換えるための切換え装
置が設けられている。循環装置及び切換え装置には、具
体的には、下槽から培養液２を排出する配管１０、配管
１０に設けられた送液ポンプ１４、配管１０からの培養
液２を循環用と回収用に切換える切換えバルブ１３、切
換えバルブ１３から配管１２を通して回収した培養液２
を収容する培養液回収槽１５、及び切換えバルブ１３に
より循環用に切換えられた培養液２を下槽へ戻すための
配管１１が設けられている。また、切換え装置により培
養液２を回収する経路へ切換えた時に、下槽へ空気を供
給することできる通気管１８が設けられている。
６と同じ高さ以上の位置に設けてあり、ＣＯ2 を含む処
理ガスを培養液２中に通気することにより、撹拌混合を
行う。培養槽１の下槽には下槽内の培養液２を外部へ引
き出し、下槽へ戻す循環装置と、該循環装置の途中に培
養液２を回収するための経路へ切換えるための切換え装
置が設けられている。循環装置及び切換え装置には、具
体的には、下槽から培養液２を排出する配管１０、配管
１０に設けられた送液ポンプ１４、配管１０からの培養
液２を循環用と回収用に切換える切換えバルブ１３、切
換えバルブ１３から配管１２を通して回収した培養液２
を収容する培養液回収槽１５、及び切換えバルブ１３に
より循環用に切換えられた培養液２を下槽へ戻すための
配管１１が設けられている。また、切換え装置により培
養液２を回収する経路へ切換えた時に、下槽へ空気を供
給することできる通気管１８が設けられている。
【００１６】一方、培養槽１の上槽へ未培養の培養液
（培地）を供給するための培地供給槽１７が設けられて
ており、培地供給槽１７から培養槽１への培養液の供給
には、配管２１と開閉バルブ２２と送液ポンプ１６が使
用される。
（培地）を供給するための培地供給槽１７が設けられて
ており、培地供給槽１７から培養槽１への培養液の供給
には、配管２１と開閉バルブ２２と送液ポンプ１６が使
用される。
【００１７】上記した本発明の光合成培養装置を用いた
光合成生物、具体的には、藻体を用いた培養方法につい
て次に説明する。藻体はスパージヤ９からのＣＯ2 を炭
素源とし、また培養液中の栄養素を取り込み、光分散担
体３を介した太陽光４や人工光５からの光エネルギーを
利用して光合成増殖を行う。その結果、培養液２中の藻
体濃度は上昇する。
光合成生物、具体的には、藻体を用いた培養方法につい
て次に説明する。藻体はスパージヤ９からのＣＯ2 を炭
素源とし、また培養液中の栄養素を取り込み、光分散担
体３を介した太陽光４や人工光５からの光エネルギーを
利用して光合成増殖を行う。その結果、培養液２中の藻
体濃度は上昇する。
【００１８】藻体沈降作用
次に、上記した本発明の光合成培養装置における藻体沈
降作用について説明する。
降作用について説明する。
【００１９】通常の培養状態では固定プレート６の貫通
スリット１９と移動プレート７の貫通スリット２０の両
方を上下に一致させておくことで、上槽と下槽の培養液
２は自由に上下することが可能である。上槽において、
スパージヤ９による気泡の上昇に伴い培養液２の上昇流
が生じ、やがて下降流に転じ、藻体は混合撹拌されて培
養液２中に分散した状態にある。この下降流は光分散担
体３に沿って形成され、各プレート６、７の貫通スリッ
ト１９、２０を通り抜けて下槽にも到達する。ところ
が、下槽には光分散担体３がないため、流速が急に低下
する。また、下槽の底に下降流が衝突し、流れ方向が急
に変化する。このため、培養液２中の藻体に慣性力、遠
心力が働き、下槽に藻体が沈降することとなる。藻体の
沈降量は、培養条件にもよるが、数日から数週間の期間
で回収を行うとよい。短すぎると、十分な沈降ができ
ず、回収効率が低下する。また、長期間回収を行わない
と、場合によっては底部で腐敗する場合がある。なお、
人工光培養や従属栄養を加えたりする場合には増殖速度
が早いために回収間隔を短くしてもよい。
スリット１９と移動プレート７の貫通スリット２０の両
方を上下に一致させておくことで、上槽と下槽の培養液
２は自由に上下することが可能である。上槽において、
スパージヤ９による気泡の上昇に伴い培養液２の上昇流
が生じ、やがて下降流に転じ、藻体は混合撹拌されて培
養液２中に分散した状態にある。この下降流は光分散担
体３に沿って形成され、各プレート６、７の貫通スリッ
ト１９、２０を通り抜けて下槽にも到達する。ところ
が、下槽には光分散担体３がないため、流速が急に低下
する。また、下槽の底に下降流が衝突し、流れ方向が急
に変化する。このため、培養液２中の藻体に慣性力、遠
心力が働き、下槽に藻体が沈降することとなる。藻体の
沈降量は、培養条件にもよるが、数日から数週間の期間
で回収を行うとよい。短すぎると、十分な沈降ができ
ず、回収効率が低下する。また、長期間回収を行わない
と、場合によっては底部で腐敗する場合がある。なお、
人工光培養や従属栄養を加えたりする場合には増殖速度
が早いために回収間隔を短くしてもよい。
【００２０】藻体回収操作
次に、下槽に沈殿堆積した藻体を回収する操作について
説明する。まず、移動プレート７を駆動装置８により閉
じて上槽と下槽を遮断する。培養液２が上下に容易に移
動することができない状態であれば、遮断の密閉性は緩
やかであってもよい。この遮断状態でも上槽における培
養は継続して行うことは可能である。
説明する。まず、移動プレート７を駆動装置８により閉
じて上槽と下槽を遮断する。培養液２が上下に容易に移
動することができない状態であれば、遮断の密閉性は緩
やかであってもよい。この遮断状態でも上槽における培
養は継続して行うことは可能である。
【００２１】 次に、切換えバルブ１３を培養液２の流
れが矢印Ａ方向となるようにし、送液ポンプ１４を駆動
して、下槽内の培養液２を配管１０から引き抜き、配管
１１より再び下槽に戻すようにして、下槽中の培養液２
を循環させることで、一旦沈降した藻体を再び培養液２
中に分散させる。培養液２が下槽内で乱流となるように
下槽の内部に突起物などを設けてもよい。次に、培養液
の流れが矢印Ｂ方向となるように切り替えバルブ１３を
切り替え、配管１２を通じて培養液回収槽１５に高濃度
の培養液２を回収する。
れが矢印Ａ方向となるようにし、送液ポンプ１４を駆動
して、下槽内の培養液２を配管１０から引き抜き、配管
１１より再び下槽に戻すようにして、下槽中の培養液２
を循環させることで、一旦沈降した藻体を再び培養液２
中に分散させる。培養液２が下槽内で乱流となるように
下槽の内部に突起物などを設けてもよい。次に、培養液
の流れが矢印Ｂ方向となるように切り替えバルブ１３を
切り替え、配管１２を通じて培養液回収槽１５に高濃度
の培養液２を回収する。
【００２２】なお、培養液２の下槽から培養液回収槽１
５への抜き出しに伴い、下槽が減圧される。このため両
プレート６、７による遮断の密閉性が緩やかであれば、
貫通スリット１９、２０の隙間を通じて、上槽から下槽
へ培養液２が侵出する場合もあるが、通気管１８を通じ
て空気が一時的に下槽へ導入されることにより減圧が解
除され、上槽からの培養液２の侵出により回収される培
養液２の再希釈を押さえ、培養槽１の減圧破壊の危険性
が回避される。
５への抜き出しに伴い、下槽が減圧される。このため両
プレート６、７による遮断の密閉性が緩やかであれば、
貫通スリット１９、２０の隙間を通じて、上槽から下槽
へ培養液２が侵出する場合もあるが、通気管１８を通じ
て空気が一時的に下槽へ導入されることにより減圧が解
除され、上槽からの培養液２の侵出により回収される培
養液２の再希釈を押さえ、培養槽１の減圧破壊の危険性
が回避される。
【００２３】高濃度培養液回収が終了したら、移動プレ
ート７を元の位置に戻す。移動プレート７を元に戻した
時に下槽の空気は速やかに上部の培養液２と入れ替わ
る。最後に、培地供給槽１７から、培養液（培地）を供
給し、以上の操作を繰り返すことで、培養と藻体回収を
行うことが可能となる。本発明で回収される藻体は高濃
度であり、このままでも利用することは可能であるが、
さらに従来技術を用いて濃縮処理などを行うこともでき
る。
ート７を元の位置に戻す。移動プレート７を元に戻した
時に下槽の空気は速やかに上部の培養液２と入れ替わ
る。最後に、培地供給槽１７から、培養液（培地）を供
給し、以上の操作を繰り返すことで、培養と藻体回収を
行うことが可能となる。本発明で回収される藻体は高濃
度であり、このままでも利用することは可能であるが、
さらに従来技術を用いて濃縮処理などを行うこともでき
る。
【００２４】
【実施例】図１〜図３に示される光合成培養装置であっ
て、培養槽の幅が２１ｃｍ、奥行きが２３ｃｍであり、
上槽の高さが６０ｃｍ、下槽の高さが２ｃｍであり、ア
クリル製光分散担体は、高さが６３ｃｍ×幅が１０ｃｍ
×厚さが３ｃｍで、光分散担体の配置間隔が前後左右に
それぞれ１ｃｍの間隔として、１０枚を装着してなる光
合成培養装置を用意した。
て、培養槽の幅が２１ｃｍ、奥行きが２３ｃｍであり、
上槽の高さが６０ｃｍ、下槽の高さが２ｃｍであり、ア
クリル製光分散担体は、高さが６３ｃｍ×幅が１０ｃｍ
×厚さが３ｃｍで、光分散担体の配置間隔が前後左右に
それぞれ１ｃｍの間隔として、１０枚を装着してなる光
合成培養装置を用意した。
【００２５】前記光合成培養装置に用いる培養液は、水
１ＬにＫＮＯ3 、ＫＨ2 ＰＯ4 、ＭｇＳＯ4 ・７Ｈ2 Ｏ
を各２ｇ、およびＦｅ溶液、Ａ５溶液各５ｍＬの割合で
溶解させてなる培養液約３０Ｌを用いた。この培養液を
前記光合成培養装置に供給し、太陽光の下で、ＣＯ2 １
０％濃度の通気ガスを０．０２ｖｖｍで通気撹拌してＣ
ｈｌｏｒｅｌｌａ ｓｐ．Ｈ８４の培養を行った。な
お、Ｆｅ溶液は、ＦｅＳＯ4 ・７Ｈ2 Ｏを２．０ｇ、Ｈ
2 Ｏを１０００ｍｌ、Ｈ2 ＳＯ4 を２滴混合して調製し
たものである。Ａ５溶液は、Ｈ3 ＢＯ3 を２．８６ｇ、
ＭｎＳＯ4 ・７Ｈ 2 Ｏを２．５０ｇ、ＺｎＳＯ4 ・７Ｈ
2 Ｏを０．２２２ｇ、ＣｕＳＯ4 ・５Ｈ2Ｏを７９ｍ
ｇ、Ｎａ2 ＭｏＯ4 ・２Ｈ2 Ｏを２１ｍｇ、Ｈ2 Ｏを１
０００ｍｌ混合して調製したものである。Ｃｈｌｏｒｅ
ｌｌａ ｓｐ．Ｈ８４は、特許第２８９４５４０号公報
に開示されている。
１ＬにＫＮＯ3 、ＫＨ2 ＰＯ4 、ＭｇＳＯ4 ・７Ｈ2 Ｏ
を各２ｇ、およびＦｅ溶液、Ａ５溶液各５ｍＬの割合で
溶解させてなる培養液約３０Ｌを用いた。この培養液を
前記光合成培養装置に供給し、太陽光の下で、ＣＯ2 １
０％濃度の通気ガスを０．０２ｖｖｍで通気撹拌してＣ
ｈｌｏｒｅｌｌａ ｓｐ．Ｈ８４の培養を行った。な
お、Ｆｅ溶液は、ＦｅＳＯ4 ・７Ｈ2 Ｏを２．０ｇ、Ｈ
2 Ｏを１０００ｍｌ、Ｈ2 ＳＯ4 を２滴混合して調製し
たものである。Ａ５溶液は、Ｈ3 ＢＯ3 を２．８６ｇ、
ＭｎＳＯ4 ・７Ｈ 2 Ｏを２．５０ｇ、ＺｎＳＯ4 ・７Ｈ
2 Ｏを０．２２２ｇ、ＣｕＳＯ4 ・５Ｈ2Ｏを７９ｍ
ｇ、Ｎａ2 ＭｏＯ4 ・２Ｈ2 Ｏを２１ｍｇ、Ｈ2 Ｏを１
０００ｍｌ混合して調製したものである。Ｃｈｌｏｒｅ
ｌｌａ ｓｐ．Ｈ８４は、特許第２８９４５４０号公報
に開示されている。
【００２６】通気撹拌について、比較例として培養槽を
上槽と下槽に分けていない、単に培養槽中に光分散担体
を配置して同様にＣＯ2 １０％濃度の通気ガスを通気撹
拌した場合には、０．２ｖｖｍ程度の通気が必要である
が、本実施例の光合成培養装置によれば、該比較例に比
べて約１０分の１の通気ガスで、光合成培養が可能であ
り、通気撹拌動力を削減できる。
上槽と下槽に分けていない、単に培養槽中に光分散担体
を配置して同様にＣＯ2 １０％濃度の通気ガスを通気撹
拌した場合には、０．２ｖｖｍ程度の通気が必要である
が、本実施例の光合成培養装置によれば、該比較例に比
べて約１０分の１の通気ガスで、光合成培養が可能であ
り、通気撹拌動力を削減できる。
【００２７】図４は本実施例の培養液の６９０ｎｍにお
ける吸光度（以下ＯＤと記す）を培養時間の経過と供に
測定した増殖曲線を示すグラフであり、このときの日射
量を培養時間毎にグラフにして併記してある。なおＯＤ
は培養液を採取後に水で希釈し測定セル濃度がＯＤで
０．３以下となるようにして測定後、希釈倍率を乗じて
求めた。植藻濃度はＯＤが０．４であったが、１０時間
後に植藻濃度の半分程度まで低下し、本装置による沈降
の作用が示唆された。その後１９０時間後までに培養液
中の濃度はＯＤが２．８まで上昇した。この時点で、本
発明による藻体回収操作を行い、濃縮培養液約３Ｌを回
収した。濃縮培養液のＯＤは約５２であった。この値
は、藻体濃度は回収直前の培養液濃度と比較して約１
８．６倍の濃度であった。なお、培養液を上槽と下槽に
分けていない光合成培養装置を用いて通気撹拌培養を行
った比較例では、１９０時間経過時のＯＤが約８であっ
た。従って、この値を比較例の培養法での回収すべき培
養液濃度であるとして比較すると、本実施例では比較例
に対して約６．５倍に濃縮されたと計算され、本発明に
よる高濃度培養液としての藻体回収の効果が確認され
た。
ける吸光度（以下ＯＤと記す）を培養時間の経過と供に
測定した増殖曲線を示すグラフであり、このときの日射
量を培養時間毎にグラフにして併記してある。なおＯＤ
は培養液を採取後に水で希釈し測定セル濃度がＯＤで
０．３以下となるようにして測定後、希釈倍率を乗じて
求めた。植藻濃度はＯＤが０．４であったが、１０時間
後に植藻濃度の半分程度まで低下し、本装置による沈降
の作用が示唆された。その後１９０時間後までに培養液
中の濃度はＯＤが２．８まで上昇した。この時点で、本
発明による藻体回収操作を行い、濃縮培養液約３Ｌを回
収した。濃縮培養液のＯＤは約５２であった。この値
は、藻体濃度は回収直前の培養液濃度と比較して約１
８．６倍の濃度であった。なお、培養液を上槽と下槽に
分けていない光合成培養装置を用いて通気撹拌培養を行
った比較例では、１９０時間経過時のＯＤが約８であっ
た。従って、この値を比較例の培養法での回収すべき培
養液濃度であるとして比較すると、本実施例では比較例
に対して約６．５倍に濃縮されたと計算され、本発明に
よる高濃度培養液としての藻体回収の効果が確認され
た。
【００２８】
【発明の効果】１）効率的な藻体回収
本発明の光合成培養装置によれば、培養槽を光分散担体
が配置された上槽と、光分散担体のない下槽に構成して
いるので、槽内に流体速度の不均一な部分が生じるため
に、数日から数週間の期間の培養により、比重が１程度
の沈殿し難い光合成生物、例えば、藻体であっても積極
的に沈殿させることができる。そのため、下槽の培養液
は光合成生物の細胞が濃縮されるので、効率のよい光合
成生物の回収ができる。
が配置された上槽と、光分散担体のない下槽に構成して
いるので、槽内に流体速度の不均一な部分が生じるため
に、数日から数週間の期間の培養により、比重が１程度
の沈殿し難い光合成生物、例えば、藻体であっても積極
的に沈殿させることができる。そのため、下槽の培養液
は光合成生物の細胞が濃縮されるので、効率のよい光合
成生物の回収ができる。
【００２９】２）撹拌動力の削減
従来の光合成培養装置では、培養槽内を均一に撹拌混合
するための通気撹拌や機械撹拌を行うための動力を要し
た。このような動力は、すなわち、固定発生源における
ＣＯ2 発生原因の化石燃料の消費を伴う電力を含む場合
があるから、これら撹拌動力は小さい方がよい。これに
対して本発明の光合成培養装置では、ＣＯ2 固定律速に
ならない程度にＣＯ2 ガス（または炭素源）の供給量
で、光合成培養を行うことができるので、通気量や機械
撹拌などの動力を大幅に削減することが可能となる。
するための通気撹拌や機械撹拌を行うための動力を要し
た。このような動力は、すなわち、固定発生源における
ＣＯ2 発生原因の化石燃料の消費を伴う電力を含む場合
があるから、これら撹拌動力は小さい方がよい。これに
対して本発明の光合成培養装置では、ＣＯ2 固定律速に
ならない程度にＣＯ2 ガス（または炭素源）の供給量
で、光合成培養を行うことができるので、通気量や機械
撹拌などの動力を大幅に削減することが可能となる。
【００３０】また、本発明ではＣＯ2 ガスの通気量を下
げることで、逆に光合成生物を沈降しやすくさせ、高率
的な藻体の回収が行える利点もある。
げることで、逆に光合成生物を沈降しやすくさせ、高率
的な藻体の回収が行える利点もある。
【００３１】なお、本発明では定期的に下槽を撹拌する
ことができるので、沈降した光合成生物を槽外に排出回
収させるため、従来法で意図しない長期間の沈降光合成
生物において発生する場合があった腐敗が発生しにく
い。
ことができるので、沈降した光合成生物を槽外に排出回
収させるため、従来法で意図しない長期間の沈降光合成
生物において発生する場合があった腐敗が発生しにく
い。
【００３２】３）濃縮装置・回収装置の不要化又は小型
化、或いは添加剤の削減 本発明の光合成培養装置で回収された培養液中に含まれ
る藻体は濃度が高められており、また、従来技術により
得られた回収培養液よりも液量が大幅に削減されてい
る。このため、本発明の回収培養液をそのまま利用する
場合には、光合成生物の濃縮のための特別の装置を省略
することも可能である。また、さらに濃縮する必要があ
り、従来技術による濃縮装置を使用する場合でも、本発
明により既に高濃度に濃縮されているために、濃縮装置
を小型化したり、添加剤の削減、操作性の向上、処理動
力の削減効果がもたらされる利点がある。
化、或いは添加剤の削減 本発明の光合成培養装置で回収された培養液中に含まれ
る藻体は濃度が高められており、また、従来技術により
得られた回収培養液よりも液量が大幅に削減されてい
る。このため、本発明の回収培養液をそのまま利用する
場合には、光合成生物の濃縮のための特別の装置を省略
することも可能である。また、さらに濃縮する必要があ
り、従来技術による濃縮装置を使用する場合でも、本発
明により既に高濃度に濃縮されているために、濃縮装置
を小型化したり、添加剤の削減、操作性の向上、処理動
力の削減効果がもたらされる利点がある。
【００３３】４）培養速度の向上、藻体付着の低減等
本発明の光合成培養装置では下槽に光合成生物を沈降さ
せるため、上槽における培養液中の光合成生物の細胞濃
度を小さくできる。このため供給する光が藻体相互の陰
影の影響を受けにくく、培養液中に透過しやすくなり、
光合成生物を増殖速度の早い対数期の状態に設定しやす
く、高率のよい光合成培養が可能となる。
せるため、上槽における培養液中の光合成生物の細胞濃
度を小さくできる。このため供給する光が藻体相互の陰
影の影響を受けにくく、培養液中に透過しやすくなり、
光合成生物を増殖速度の早い対数期の状態に設定しやす
く、高率のよい光合成培養が可能となる。
【００３４】また、上槽の培養液の光合成生物の細胞濃
度が小さいことにより、光合成生物の光分散担体への付
着が低減できる効果がある。そのほか、下槽において沈
降した光合成生物の堆積層中には溶存性の有機物が存在
しやすくなることが予想され、光が制限された状況下に
おいて従属栄養として有利に利用される効果が期待され
る。
度が小さいことにより、光合成生物の光分散担体への付
着が低減できる効果がある。そのほか、下槽において沈
降した光合成生物の堆積層中には溶存性の有機物が存在
しやすくなることが予想され、光が制限された状況下に
おいて従属栄養として有利に利用される効果が期待され
る。
【図１】本発明の光合成培養装置の外観図を示す。
【図２】図２（ａ）は培養槽を上から見た培養槽の上槽
と下槽を貫通させた状態を示し、図２（ｂ）は図２
（ａ）のＡ−Ａ断面における培養槽の貫通部位を示す。
と下槽を貫通させた状態を示し、図２（ｂ）は図２
（ａ）のＡ−Ａ断面における培養槽の貫通部位を示す。
【図３】図３（ａ）は培養槽を上から見た培養槽の上槽
と下槽を遮断させた状態を示し、図３（ｂ）は図３
（ａ）のＢ−Ｂ断面における培養槽の遮断部位を示す。
と下槽を遮断させた状態を示し、図３（ｂ）は図３
（ａ）のＢ−Ｂ断面における培養槽の遮断部位を示す。
【図４】実施例の培養液の６９０ｎｍにおける吸光度
（ＯＤ）を培養時間の経過と供に測定した増殖曲線と、
このときの日射量を示すグラフである。
（ＯＤ）を培養時間の経過と供に測定した増殖曲線と、
このときの日射量を示すグラフである。
１ 培養槽
２ 培養液
３ 光分散担体
４ 太陽光
５ 人工光
６ 固定プレート
７ 移動プレート
８ 駆動装置
９ スパージヤ
１０、１１、１２、２１ 配管
１３ 切換えバルブ
１４、１６ 送液ポンプ
１５ 培養液回収槽
１７ 培地供給槽
１８ 通気管
１９、２０ 貫通スリット
２２ 開閉バルブ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C12M 1/00 - 3/10
C12N 1/00 - 1/38
ＢＩＯＳＩＳ（ＤＩＡＬＯＧ)
ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (4)
- 【請求項１】 （１）光合成生物を分散させた培養液中
に太陽光または人工光を分散照射させる光分散担体が装
着された培養槽、 （２）該培養槽を光分散担体が配置された上槽と、光分
散担体のない下槽に隔てる開閉可能な分離機構、 （３）下槽において一旦沈降した光合成生物を再び培養
液中に分散させるために、下槽内の培養液を外部へ引き
出し、下槽へ戻すことができる循環装置を有し、培養液
中の光合成生物が高濃度となった場合に培養液を回収す
るために、該循環装置の途中に培養液を回収するための
経路へ切換えるための切換え装置を有することを特徴と
する光合成培養装置。 - 【請求項２】 前記分離機構が、培養槽に固定された固
定プレートと、水平方向に移動が可能な移動プレートが
重ね合わさったものであり、各々のプレートに貫通スリ
ットが設けられ、移動プレートの移動により、両者の貫
通スリットの上下方向の一致、不一致で上槽と下槽が貫
通、遮断される構造であることを特徴とする請求項１記
載の光合成培養装置。 - 【請求項３】 前記光分散担体が固定プレートに装着さ
れていることを特徴とする請求項２記載の光合成培養装
置。 - 【請求項４】 前記切換え装置により培養液を回収する
経路へ切換えた時に、下槽へ空気を供給することができ
る通気管を設けたことを特徴とする請求項３記載の光合
成培養装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000049057A JP3489815B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 光合成培養装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000049057A JP3489815B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 光合成培養装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001231538A JP2001231538A (ja) | 2001-08-28 |
| JP3489815B2 true JP3489815B2 (ja) | 2004-01-26 |
Family
ID=18571044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000049057A Expired - Fee Related JP3489815B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 光合成培養装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3489815B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007018675B4 (de) * | 2007-04-18 | 2009-03-26 | Seyfried, Ralf, Dr. | Biomassezuchtanlage und Verfahren zur Züchtung von Biomasse |
| DE102008026829B4 (de) * | 2008-06-05 | 2011-07-21 | Alge Oil GmbH & Co. KG, 10787 | Aufzucht- und Reproduktionsanlage für lichtintensive Mikroorganismen (z.B. Algen) |
| FR3059335B1 (fr) | 2016-11-25 | 2021-01-01 | Centre Nat Rech Scient | Module pour photobioreacteur et photobioreacteur associe |
-
2000
- 2000-02-25 JP JP2000049057A patent/JP3489815B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001231538A (ja) | 2001-08-28 |
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