JP4469198B2

JP4469198B2 - プランクトン濾過装置及びこの濾過装置を備えたプランクトン培養システム

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Publication number: JP4469198B2
Application number: JP2004080775A
Authority: JP
Inventors: 英雄薬師寺; 孝之花井; 保正五十嵐
Original assignee: Shizuoka Prefecture; Yanmar Co Ltd
Current assignee: Shizuoka Prefecture; Yanmar Co Ltd
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2024-03-19
Also published as: JP2005261343A

Description

本発明は、植物性プランクトン等を培養するシステムに備えられ、プランクトンが混入した培養液を濾過して高濃度のプランクトンを得るプランクトン濾過装置及びこの濾過装置を備えたプランクトン培養システムに関する。特に、本発明は、濾過装置の濾過能力を長期間に亘って維持するための対策に関する。

従来より、クロレラに代表される植物性プランクトン等を培養するための培養システムは、培養槽及び濃縮槽を備えたものが一般的である。つまり、培養槽においてプランクトンを培養した後、このプランクトンを培養液と共に濃縮槽に取り出し、この濃縮槽において濃縮動作を行って高濃度のプランクトンを得るようにしている。

この濃縮槽での濃縮動作として、一般的にはプランクトンネットを使用した濾過が行われている。つまり、培養槽から取り出したプランクトンを含む培養液をプランクトンネット内に投入し、培養液のみを濾過してプランクトンネットから排除し、ネット内部に高濃度のプランクトンを得るようにしている。

ところが、このような従来の濾過方法にあっては、濾過動作の開始後、短時間のうちにプランクトンがネットの網目を塞いでしまってプランクトンネットに目詰まりが発生してしまう。その結果、プランクトンネットの濾過能力が急激に低下し、単位時間当たりに処理可能な培養液量が制限されてしまうといった不具合があった。また、濾過動作の終了の度にプランクトンネットの目詰まりを除去するための洗浄作業が必要になり、作業の煩雑化を招いていた。

この不具合を解消するものとして下記の特許文献１に開示されている技術がある。この特許文献１には、濃縮タンク内部にフィルタ（上記プランクトンネットに相当）を鉛直方向に配置すると共に、このフィルタに近接して導流板を鉛直方向に配置し、フィルタと導流板との間に形成された隙間に気泡を供給しながら培養液の濾過を行うことが開示されている。これにより、フィルタの目詰まりを防止しながら濾過動作が行えるようにしている。
実公平７−１９７３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されているものでは、フィルタに対する気泡の衝突力が小さいため、フィルタに付着したプランクトンを早期に且つ確実に剥離するためには未だ改良の余地があった。また、フィルタと導流板との隙間が大きい場合には気泡がフィルタに接触せず、プランクトンに対する剥離効果が得られなくなってしまう可能性もあり、フィルタと導流板との隙間を適切に設定するのが難しかった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、プランクトンネット等の濾過部材を使用してプランクトンと培養液との混合液を濾過して高濃度のプランクトンを得るに際し、比較的簡単な構成で、濾過部材の目詰まりを早期に且つ確実に解消できるプランクトン濾過装置及びこの濾過装置を備えたプランクトン培養システムを提供することにある。

−発明の概要−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決手段は、プランクトンを含んだ培養液を濾過するプランクトンネットを水平方向または傾斜方向に配置して培養液中に浸漬しておき、且つ培養液の濾過方向をプランクトンネットの下側から上側に向かう方向とする。そして、プランクトンネットの下側から気泡を供給することにより、気泡をプランクトンネットに衝突させてプランクトンネットを部分的に且つ連続的に撓ませながらプランクトンの濾過を進めていくようにする。このため、プランクトンネットにプランクトンが付着して部分的に目詰まりが生じても、気泡からの圧力によってプランクトンネットは常に撓み動作を繰り返しており、このプランクトンが容易に剥離されることになる。

−解決手段−
具体的に、本発明は、プランクトンと培養液との混合液を貯留する貯留槽内に可撓性プランクトンネットが収容され、このプランクトンネットによって混合液を濾過することにより高濃度のプランクトンを得るプランクトン濾過装置を前提とする。このプランクトン濾過装置に対し、プランクトンネットを貯留槽内の混合液中に浸漬させ、且つプランクトンネットの濾過面が水平方向または傾斜方向に延びるように配置し、その下側から上側に向けて混合液を濾過する構成とする。そして、プランクトンネットの下面に向けてその下側から気泡を連続供給する気泡供給手段を設ける。また、プランクトンネットの濾過面の上側に錘を置き、上記気泡供給手段から供給される気泡が衝突することによってこの錘がプランクトンネットの濾過面に接触しながら遊動する構成とする。

この特定事項により、培養液の濾過動作にあっては、貯留槽内に貯留されている混合液のうち培養液のみがプランクトンネットの下側から上側に向けて濾過されていき、プランクトンネットの下側（貯留槽内の底部）にはプランクトンが残存していく。この濾過動作を継続することによりプランクトンネットの下側には高濃度のプランクトンが生成されていくことになる。この動作において、プランクトンネットの下面にプランクトンが付着してネットの目詰まりが発生する可能性があるが、このプランクトンネットの下側からは気泡供給手段によって気泡が連続供給されている。このため、槽内を浮上する気泡を、高い衝突力で確実にプランクトンネットに衝突させることができるため、プランクトンネットの撓み動作によってプランクトンが容易に剥離され、プランクトンネットの目詰まりは早期に解消される。その結果、濾過装置の濾過能力を長期間に亘って維持することができる。

より具体的には、プランクトンネットを縦断面が逆三角形状に形成し、その内部における前記逆三角形の底部の頂点部分に錘を遊動可能に置く。そして、気泡供給手段から供給される気泡が衝突することによってこの錘がプランクトンネット内で遊動しながらプランクトンネットの断面形状を変化させる構成としている。

これらの特定事項により、気泡供給手段から供給される気泡が直接衝突することによって生じるプランクトンネットの撓みだけでなく、この気泡が衝突することで遊動する錘がプランクトンネットの断面形状を変化させる（撓ませる）ことによっても、プランクトンの剥離効果を得ることができる。尚、上記錘の材質や形状は特に限定されないが、気泡からの衝突力を受けてプランクトンネット内で容易に遊動可能なものであることが好ましく、例えば金属製で円形断面の棒状体等が好ましい。

また、上記各解決手段のうち何れかに記載のプランクトン濾過装置を備えたプランクトン培養システムも本発明の技術的思想の範疇である。つまり、上記プランクトン濾過装置とプランクトン培養槽とを配管接続し、このプランクトン培養槽からプランクトン濾過装置の貯留槽内におけるプランクトンネット下側空間に導入された混合液をプランクトンネット上側空間に濾過して、この濾過した培養液を貯留槽から排出することにより、貯留槽内に高濃度のプランクトンを得る構成とされたプランクトン培養システムである。

本発明では、水平方向または傾斜方向に配置したプランクトンネットの下側から気泡を供給することにより、気泡をプランクトンネットに衝突させてプランクトンネットを部分的に且つ連続的に撓ませ、プランクトンが容易に剥離できて、プランクトンネットの目詰まりを解消できるようにしている。このため、比較的簡単な構成で、プランクトンネットの目詰まりを早期に且つ確実に剥離することができ、濾過装置の濾過能力を長期間に亘って維持することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、プランクトン培養システムとして、クロレラの培養システムに本発明を適用した場合について説明する。

（クロレラ培養システムの構成説明）
図１は本形態に係るクロレラ培養システム１の平面図、図２は図１におけるII-II線に沿った断面図、図３は図１におけるIII-III線に沿った断面図である。

これらの図に示すように、本形態に係るクロレラ培養システム１は、培養槽２と、本発明でいうプランクトン濾過装置としての採集槽３とを備えている。つまり、培養槽２において培養したクロレラを採集槽３に取り出す構成となっている（この培養工程及び採集工程については後述する）。以下、クロレラ培養システム１の各部について詳細に説明する。

−培養槽２−
図１〜図３に示すように、培養槽２は、平面視が長円形状の上部開放型の容器で成る槽本体２１を備えている。この槽本体２１は、例えばその長手方向の寸法（長さ寸法）は５０００ｍｍ、幅寸法は１５００ｍｍ、高さ寸法は１０００ｍｍとなっている。これら寸法はこれに限るものではない。

そして、この槽本体２１の中央部には、この槽本体２１の内部に環状の循環経路４を形成するように仕切ユニット２２が設置されている。つまり、この仕切ユニット２２が槽本体２１の中央においてその長手方向（平面視での長円の長手方向：図１における左右方向）に所定長さを持って設置されることにより、槽本体２１の内部に循環経路４を形成している。この循環経路４としては、上記仕切ユニット２２を挟んで互いに対向するように形成された一対の直線経路４１，４３と、これら一対の直線経路４１，４３の両端同士を繋いでいる一対の反転経路４２，４４とにより構成されている。このようにして循環経路４が形成されているため、後述する各水流形成手段（造流生成ユニット５、旋回流生成ユニット６、螺旋流生成ユニット７）の駆動に伴って、循環経路４（４１，４２，４３，４４）を図中時計回り方向に循環する循環流が形成され、この循環流に沿ってクロレラを循環させながら培養するようになっている。

上記槽本体２１の上端部には複数本の支持フレーム２３〜２６が架け渡されており、これら支持フレーム２３〜２６によって仕切ユニット２２が支持されている。この仕切ユニット２２は、槽本体２１の幅方向（図１における上下方向）に僅かな隙間（後述する螺旋流生成ユニット７が収容される隙間）を存して対向配置された一対の仕切板２２ａ，２２ｂを備えている。つまり、一方の仕切板２２ａの片面が一方の直線経路４１に面し、他方の仕切板２２ｂの片面が他方の直線経路４３に面する構成となっている。

次に、水流形成手段である造流生成ユニット（造流生成手段）５、旋回流生成ユニット（旋回流生成手段）６、螺旋流生成ユニット（螺旋流生成手段）７についてそれぞれ説明する。

−造流生成ユニット５−
造流生成ユニット５，５は、槽本体２１の循環経路４を図中時計回り方向に循環する循環流（造流）を形成するためのものである。この造流生成ユニット５，５は、上記循環経路４の各直線経路４１，４３の上流端部分に対応して配置された上下一対の支持フレーム２３，２６にそれぞれ支持されている。ここでは一方の造流生成ユニット５について説明する。

この造流生成ユニット５は、３本のエアリフト管５１，５１，５１を備えており、これらエアリフト管５１，５１，５１が、循環経路４の流れ方向に直交する水平方向に所定間隔を存して支持フレーム２３に支持されている。

図４に示すように、エアリフト管５１は、鉛直方向に延びる管本体５２を備え、この管本体５２の下端部には循環経路４の流れ方向上流側に屈曲されたエルボ５３が設けられている。そして、このエルボ５３の開口端が槽本体２１内の底部の培養液を導入する導入口５３ａとして形成されている。一方、上記管本体５２の上端部にはＴ字管５４が設けられており、このＴ字管５４の一つの開口（水平方向に開放する開口）が循環経路４の流れ方向下流側に開放されており、この開口端が槽本体２１内の上部に培養液を導出する導出口５４ａとして形成されている。

更に、この造流生成ユニット５には、各エアリフト管５１，５１，５１内部にエアリフト用の気泡を供給するための気泡供給手段としての気泡供給ユニットが備えられている。この気泡供給ユニットは、図示しないエアポンプ、このエアポンプからエアリフト管５１内部の底部にまで延びるエア供給管５５を備えている。また、このエア供給管５５の先端（空気供給方向の下流端）には供給されたエアを微細化して気泡を生成するための散気部材５５ａが取り付けられている。このため、エアポンプが駆動してエアがエア供給管５５を経て散気部材５５ａからエアリフト管５１内部に供給されると、この気泡がエアリフト管５１内を上昇していき、これによって、エアリフト管５１内に導入口５３ａから導出口５４ａに向かう水流が発生する（図４の矢印参照）。つまり、循環経路４上流側の槽内底部の培養液がエアリフト管５１を経て循環経路下流側の槽内上部に向かって流され、これによって循環経路に造流が生成されるようになっている。

このように構成された造流生成ユニット５，５が、循環経路４の各直線経路４１，４３の上流端部分に対応してそれぞれ配置されているため、例えば一方の造流生成ユニット５において加速された水流は、一方の直線経路４１及び反転経路４２を経た後、他方の造流生成ユニット５において加速されて、他方の直線経路４３及び反転経路４４に流されることになり、この動作が繰り返されることによって循環経路に造流（循環流）が生成されるようになっている。この造流の概略図を図７（ａ）に示している。また、図１では実線の矢印でこの造流を示している。

−旋回流生成ユニット６−
旋回流生成ユニット６は、循環経路４の流れ方向に直交する面内で旋回する旋回流を生成するためのものである。この旋回流生成ユニット６は、上記エアポンプからのエアを受ける一対の散気管６１，６１を備えている。ここでも一方の散気管６１についてのみ説明する。

図５に示すように、散気管６１は、上記造流生成ユニット５の配設位置の直下流側であって、上記循環経路４を形成している仕切ユニット２２の仕切板２２ａの下端に沿うよう水平方向に延設されている。

このように散気管６１が配置されているため、エアポンプが駆動してエアが散気管６１に供給されると、この散気管６１から多数の気泡が仕切ユニット２２の仕切板２２ａに沿って上方へ浮上していく。つまり、この仕切板２２ａの近傍では上向き方向の水流が発生することになる（図５の矢印Ａ参照）。この水流は、培養液の水面上に達すると、槽本体２１の外側（循環経路４の流れ方向に直交する面内において槽本体２１の外壁側）向けて流れ方向を変換する（図５の矢印Ｂ参照）。その後、水面上において槽本体２１の外壁に達した水流は、この外壁に沿って下向きの流れに変換され（図５の矢印Ｃ参照）、その後、槽本体２１の底部に達すると、仕切板２２ａに向かう方向（散気管６１の配設位置に向かう方向）の流れとなり（図５の矢印Ｄ参照）、この散気管６１から供給される気泡によって再び仕切板２２ａに沿った上向き方向の水流に変化し、この循環動作を繰り返す。これによって、循環経路４の流れ方向に直交する面内で旋回する旋回流（図５における矢印Ｅ参照）が生成されるようになっている。この旋回流の概略図を図７（ｂ）に示している。また、図１では、この旋回流の水面付近での流れ（上記矢印Ｂに相当する流れ）を破線の矢印で示している。

−螺旋流生成ユニット７−
螺旋流生成ユニット７，７は、槽本体２１の循環経路４を図１中の時計回り方向で且つ左ネジ回りに循環する旋回流を形成するためのものである。この螺旋流生成ユニット７，７は、仕切ユニット２２を構成している仕切板２２ａ，２２ｂの間に配設されている。ここでも一方の螺旋流生成ユニット７について説明する。

この螺旋流生成ユニット７は、５本のエアリフト管７１，７１，…を備えており、これらエアリフト管７１，７１，…が、循環経路４の流れ方向に沿って所定間隔を存して仕切板２２ａ，２２ｂの間に支持されている。

図６（ａ）はエアリフト管７１の側面図であり、図６（ｂ）はエアリフト管７１の平面図である。これら図に示すように、エアリフト管７１は、鉛直方向に延びる管本体７２を備え、この管本体７２の下端部には循環経路４の流れ方向上流側に向かうに従って循環経路の中央部へ向かうように屈曲されたエルボ７３が設けられている。そして、このエルボ７３の開口端が槽本体２１内の底部の培養液を導入する導入口７３ａとして形成されている。一方、上記管本体７２の上端部にはＴ字管７４が設けられており、このＴ字管７４の一つの開口が循環経路４の流れ方向下流側に向かうに従って循環経路の中央部へ向かうように開放されており、この開口端が槽本体２１内の上部に培養液を導出する導出口７４ａとして形成されている。

更に、この螺旋流生成ユニット７には、各エアリフト管７１，７１，…内部にエアリフト用の気泡を供給するための気泡供給手段としての気泡供給ユニットが備えられている。この気泡供給ユニットは、上述した造流生成ユニット５のものと同様に、図示しない上記エアポンプ、このエアポンプからエアリフト管７１内部の底部にまで延びるエア供給管７５を備えている。また、このエア供給管７５の先端（空気供給方向の下流端）には供給されたエアを微細化して気泡を生成するための散気部材７５ａが取り付けられている。このため、エアポンプが駆動してエアがエア供給管７５を経て散気部材７５ａからエアリフト管７１内部に供給されると、この気泡がエアリフト管７１内を上昇していき、これによって、エアリフト管７１内に導入口７３ａから導出口７４ａに向かう水流が発生する。つまり、循環経路４上流側の槽内底部の培養液がエアリフト管７１を経て循環経路下流側の槽内上部に向かって流され、これによって循環経路に螺旋流が生成されるようになっている。この螺旋流の概略図を図７（ｃ）に示している。また、図１では一点鎖線の矢印でこの螺旋流を示している。

このように、螺旋流生成ユニット７の各エアリフト管７１，７１，…では、導入口７３ａから導出口７４ａに向かう水流が発生するため、上記仕切ユニット２２の仕切板２２ａ，２２ｂには、これら導入口７３ａ及び導出口７４ａに対応する部分に切欠き２２ｃが形成されている（図２参照）。

以上のように、本クロレラ培養システム１の培養槽２には、水流形成手段として造流生成ユニット５、旋回流生成ユニット６及び螺旋流生成ユニット７が備えられており、これら各ユニット５，６，７によって生成される水流により、循環経路４内でクロレラを循環させながら培養していくことができる。

また、上記造流生成ユニット５、旋回流生成ユニット６及び螺旋流生成ユニット７は何れもエアリフトによって水流を発生させているため、クロレラに大きな衝撃力を与えてしまうことがなく、クロレラに損傷が生じないため、培養効率の向上を図ることができクロレラの生産性を向上できる。

特に、上記各ユニット５，６，７によって生成される水流の複合化によって循環経路４内に複雑な流れを生成することができるため、実際の海洋の潮流に近似した流れの中でクロレラの培養を行うことが可能になり、クロレラの生産性を大幅に向上することができる。

尚、上記培養槽２には、クロレラの栄養源となる補給海水（例えば２０℃の海洋深層水）を槽本体２１に流入するための補給管２９が接続されており、この補給管２９には開閉自在な補給弁２９ａが設けられている。また、この培養槽２の内部には、槽本体２１に貯留している培養液の温度をクロレラの培養に適した温度（例えば２０℃）に維持するための熱交換器２Ａが備えられている。この熱交換器２Ａはコイルタイプのものが採用されており、内部に低温度の水（例えば海洋深層水）が流され、槽本体２１内の培養液を最適温度に冷却するようになっている。また、必要に応じて培養液を加温するためのヒータも用いられる。

−採集槽３−
次に、採集槽３について説明する。この採集槽３は、クロレラの培養期間中には上記培養槽２との間で培養液を循環し、クロレラの採集時には、濃縮及び採集を行って、高濃度のクロレラを採集できるようになっている。以下、詳細に説明する。

図８は、本形態に係る採集槽３を示し、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図、図８（ｃ）は図８（ａ）におけるＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

これら図に示すように、採集槽３は、本発明でいう貯留槽としての略直方体形状の槽本体３１の内部にプランクトンネット３２が配置された構成となっている。以下、詳しく説明する。

プランクトンネット３２は上部が開放された微小網目（クロレラが通過しない網目）を有するネットにより構成されており、その形状は、Ｖ字断面形状を有している。そして、その上端縁部が採集槽３の槽本体３１内縁にネジ止め等の手段によって取り付けられている。このため、採集槽３の槽本体３１内部は、プランクトンネット３２により２つの領域に仕切られている。以下、このプランクトンネット３２の下側の領域を１次側領域（図８（ｃ）における領域α）と呼び、プランクトンネット３２の上側の領域を２次側領域（図８（ｃ）における領域β）と呼ぶ。尚、このプランクトンネット３２の内部には棒状の錘３２ａが置かれている。この錘３２ａはプランクトンネット３２に固定されておらず、このプランクトンネット３２の内部で自由に移動できるようになっている。具体的には、後述するエア供給管３Ａからの気泡の圧力（浮力）を受けてこの錘３２ａがプランクトンネット３２の内部で移動し、このプランクトンネット３２を変形させることで、プランクトンネット３２の表面（１次側領域αに臨む面）に付着したクロレラを容易に剥離させることができるようにしている（この剥離動作については後述する）。

採集槽３の槽本体３１は、上部が開放された容器で成り、その側面であって上記１次側領域αに対応する部分には、培養液導入開口３３、培養液戻し開口３４、培養液導出開口３５が設けられている。

上記培養液導入開口３３は、上記培養槽２の槽本体２１に形成された培養液排出開口２７に導入管３６により接続されている（図１参照）。この導入管３６には開閉自在な電磁弁３６ａが設けられている。一方、培養液戻し開口３４は、培養槽２の槽本体２１に形成された培養液戻し開口２８に戻し管３７により接続されている。そして、この戻し管３７は、培養槽２の槽本体２１の内部において上方に向けて屈曲されてエアリフト管３７ｃとして形成されており、このエアリフト管３７ｃの上端は槽本体２１の水面よりも上方に位置している。更に、この戻し管３７の上端部には、上記造流生成ユニット５のエアリフト管５１と同様に、Ｔ字管３７ａ（図３参照）が設けられており、このＴ字管３７ａの一つの開口（水平方向に開放する開口）が循環経路４の流れ方向下流側に開放されており、この開口端が槽本体２１内の上部に培養液を導出する導出口３７ｂとして形成されている。そして、このエアリフト管３７ｃの内部には、エアリフト用の気泡を供給するための気泡供給ユニットが挿入されている。この気泡供給ユニットは、図示しない上記エアポンプ、このエアポンプからエアリフト管３７ｃ内部の底部にまで延びるエア供給管３７ｄ（図９参照）を備えている。このエア供給管３７ｄには、このエアリフト管３７ｃに対するエアの供給／非供給を切り換えるための切換弁３７ｅが設けられている。また、このエア供給管３７ｄの先端（空気供給方向の下流端）には供給されたエアを微細化して気泡を生成するための散気部材（図示省略）が取り付けられている。このため、エアポンプが駆動してエアがエア供給管３７ｃを経て散気部材からエアリフト管３７ｃ内部に供給されると、この気泡がエアリフト管３７ｃ内を上昇していき、これによって、エアリフト管３７ｃ内に上方へ向かう水流が発生する。これに伴い、上記エアリフト管３７ｃでは、採集槽３から培養槽２へ向かう水流が発生し、導入管３６では、培養槽２から採集槽３へ向かう水流が発生することになる。つまり、培養槽２と採集槽３との間で培養液が循環するよう構成されている。このようにして上記培養槽２、導入管３６、採集槽３、戻し管３７によって本発明でいう循環回路が構成されている。

尚、上記エアリフト管３７ｃのＴ字管３７ａの開放端は循環経路４の流れ方向下流側に開放されているため、ここから導出される培養液も、培養槽２内での循環流生成に寄与している。

また、採集槽３の槽本体３１の培養液導出開口３５には、採集弁３８ａを備えた採集管３８が接続されている。この採集管３８の下流側端部には採集ネット８が配置されており、上記採集弁３８ａの開放動作に伴って採集槽３内のクロレラが採集管３８により取り出されて採集ネット８に回収される構成となっている。

また、この採集槽３の槽本体３１には、オーバフロー管３９が接続されている。このオーバフロー管３９は、槽本体３１の側壁を貫通し、この槽本体３１の内部においてプランクトンネット３２よりも所定寸法だけ上側の位置で開放されている。このため、このオーバフロー管３９の上端位置よりも培養液の水位が上昇した場合には、その上昇分だけオーバフロー管３９によって槽本体３１内の培養液が抜き出され、この抜き出された培養液が排水溝９に排出されるようになっている。また、このオーバフロー管３９には開閉自在なオーバフロー弁３９ａが設けられている。

更に、この採集槽３の槽本体３１内部には、上記エアリフト管３７ｃの内部に挿入されているエア供給管３７ｄから分岐された気泡供給手段を構成するエア供給管３Ａが配設されている（図８（ｂ）参照）。このエア供給管３Ａは、開閉自在な切換弁３７ｆが設けられていると共に槽本体３１の底部中央部まで延びており、プランクトンネット３２の下側から、このプランクトンネット３２に向けて気泡を連続供給するようになっている。このエア供給により、プランクトンネット３２の表面（１次側領域αに臨む面）に付着するクロレラに対して剥離効果が得られるようになっている。

（クロレラ培養動作）
次に、上述の如く構成されたクロレラ培養システムによるクロレラ培養動作について説明する。本クロレラ培養システムのクロレラ培養動作としては、「連続培養」「バッチ培養」の２タイプの動作が可能である。以下、それぞれについて説明する。

−連続培養動作−
図９を用いて連続培養動作について説明する。図９（ａ）は培養工程を、図９（ｂ）は濃縮工程を、図９（ｃ）は採集工程をそれぞれ示している。

培養工程では、上記造流生成ユニット５、旋回流生成ユニット６、螺旋流生成ユニット７が共に駆動され、これら各ユニット５，６，７によって生成される水流により、循環経路４内でクロレラを循環させながら培養していく。この際、図９（ａ）に示すように、培養槽２に接続されている補給管２９の補給弁２９ａは開放され、クロレラの栄養源となる海水（海洋深層水）がこの補給管２９から培養槽２に連続的に供給される。また、培養槽２と採集槽３とを接続している戻し管３７のエアリフト管３７ｃには、気泡供給ユニットからエアが供給されていると共に、導入管３６の電磁弁３６ａが開放されており、これによって培養槽２と採集槽３との間で培養液は循環している。そして、培養槽２から採集槽３に導入された培養液の一部はプランクトンネット３２を通過した後、オーバフロー管３９によって抜き出されて排水溝９に排出される。また、エア供給管３Ａからプランクトンネット３２に向けて気泡が連続供給されており、このプランクトンネット３２の表面（１次側領域αに臨む面）に対するクロレラの付着が防止されている。

このような動作が連続して数日間（例えば４日間）行われることにより、培養槽２内でクロレラが培養されていき、次第に濃度が高くなっていく。

ここで、プランクトンネット３２による濾過動作について説明する。上記導入管３６から採集槽３に導入されるプランクトンと培養液との混合液は、プランクトンネット３２の下側領域である１次側領域αに導入されることになる。そして、この混合液のうち培養液のみがプランクトンネット３２の下側から上側に向けて濾過されていき、プランクトンネット３２の下側（槽本体３１の底部）にはプランクトンが残存し、これが採集槽３と培養槽２との間で循環する。この動作において、プランクトンネット３２の下面にプランクトンが付着してネットの目詰まりが発生する可能性があるが、このプランクトンネット３２の下側からはエア供給管３Ａによって気泡が連続供給されている。このため、採集槽３内を浮上する気泡は、高い衝突力で確実にプランクトンネット３２の下面に衝突された後、このプランクトンネット３２の傾斜面に接触しながら槽内の水面に向かって流れていく。このため、プランクトンネット３２には、この気泡の接触力による撓みが連続的に生じており、この撓み動作によって、プランクトンネット３２の下面に付着したプランクトンが容易に剥離され、プランクトンネット３２の目詰まりは早期に解消される。

また、以下の動作によってもプランクトンネット３２の目詰まりは早期に解消される。つまり、エア供給管３Ａから供給される気泡がプランクトンネット３２内の錘３２ａに衝突することで、この錘３２ａがプランクトンネット３２内で遊動してプランクトンネット３２の断面形状を変化させる（撓ませる）ことになる。これによっても、プランクトンの剥離効果を得ることができる。

このプランクトンネット３２の断面形状の変化を図１１に示す。この図１１では、エア供給管３Ａから供給される気泡の流れを実線の矢印で示し、錘３２ａの移動経路を一点鎖線の矢印で示している。先ず、図１１（ａ）に示す初期状態からエア供給管３Ａからの気泡供給されると、一部の気泡が錘３２ａの下端に衝突してこの錘３２ａを図中左右方向の何れかに移動させる。仮に、錘３２ａが図中右方向に移動した場合、この錘３２ａはプランクトンネット３２の図中右側の斜面を駆け上るように回転（図中時計回り方向に自転）しながら図１１（ｂ）に示す形状にプランクトンネット３２を変形させる。気泡の大部分はプランクトンネット３２の左右方向（幅方向）の中央部に向けて浮上しているので、図１１（ｂ）に示す形状までプランクトンネット３２を変形させた際には錘３２ａには気泡が衝突しなくなり（このとき、気泡の大部分はプランクトンネット３２の左側の傾斜面に衝突している）、この錘３２ａはその自重によって元の位置に戻る方向へ移動する。そして、図１１（ｃ）に示す元の位置に戻った際には、図中左方向へ向かう移動エネルギを有しているため、今度は、錘３２ａはプランクトンネット３２の図中左側の斜面を駆け上るように回転（図中反時計回り方向に自転）しながら図１１（ｄ）に示す形状にプランクトンネット３２を変形させる。この状態においても錘３２ａには気泡が衝突しなくなり（このとき、気泡の大部分はプランクトンネット３２の右側の傾斜面に衝突している）、この錘３２ａはその自重によって元の位置に戻る方向へ移動する。そして、図１１（ａ）の位置を通過した後、図１１（ｂ）の位置に向かって移動する。このように図１１（ａ）〜図１１（ｄ）の状態が繰り返され、プランクトンネット３２は左右に揺動しながら形状変化を繰り返していく。この形状変化によってプランクトンネット３２の各所で撓みが連続的に生じることになり、この撓み動作によって、プランクトンネット３２の下面に付着したプランクトンが容易に剥離され、プランクトンネット３２の目詰まりは早期に解消される。以上の動作により培養工程が行われる。

上記培養工程が終了すると、濃縮工程に移る。この濃縮工程では、図９（ｂ）に示すように、エア供給管３７ｄの切換弁３７ｅの開度を小さく又は全閉にし、戻し管３７のエアリフト管３７ｃへのエア供給量を少なくするか又はエア供給を停止する。これによって採集槽３から培養槽２へ戻されるクロレラの量が減り、採集槽３では、プランクトンネット３２の１次側から２次側へ培養液のみが透過され、採集槽３内に高濃度のクロレラが生成されることになる。この際、プランクトンネット３２の下側からは、エア供給管３Ａによって気泡が連続供給されており、プランクトンネット３２の表面（１次側領域に臨む面）に付着したクロレラが容易に剥離されることになり、クロレラの濃縮動作が円滑に行われる。また、この際、エア供給管３Ａから供給される気泡は、プランクトンネット３２の内部に置かれた錘３２ａを左右に揺動させる動力として作用することになり、これによっても、プランクトンネット３２の表面に付着したクロレラが容易に剥離されることになる。この際のプランクトンネット３２の動作は、上記図１１を用いて説明した場合と同様であるのでここでの説明は省略する。

上記濃縮工程が終了すると採集工程に移る。この採集工程では、図９（ｃ）に示すように、補給弁２９ａを閉鎖して培養槽２への給水を停止すると共に、導入管３６の電磁弁３６ａを閉鎖し、また、エアリフト管３７ｃへのエア供給を停止する。これによって培養槽２と採集槽３との間での培養液の循環動作を停止させる。一方、採集管３８の採集弁３８ａを開放し、採集槽３内の濃縮クロレラを採集ネット８に回収する。

以上の動作により、高濃度のクロレラが生成されることになる。以上の各工程を連続して行った後、再び上記培養工程（図９（ａ））を開始し、上記動作を繰り返す。

−バッチ培養動作−
次に、図１０を用いてバッチ培養動作について説明する。図１０（ａ）は培養工程を、図１０（ｂ）は濃縮工程を、図１０（ｃ）は採集工程をそれぞれ示している。

培養工程では、上記造流生成ユニット５、旋回流生成ユニット６、螺旋流生成ユニット７が共に駆動され、これら各ユニット５，６，７によって生成される水流により、循環経路４内でクロレラを循環させながら培養していく。この際、図１０（ａ）に示すように、補給管２９の補給弁２９ａは閉鎖されている。また、上記連続培養動作の場合と同様に、培養槽２と採集槽３とを接続している戻し管３７のエアリフト管３７ｃには、気泡供給ユニットからエアが供給されていると共に、導入管３６の電磁弁３６ａが開放されており、これによって培養槽２と採集槽３との間で培養液は循環している。そして、培養槽２から採集槽３に導入された培養液によって採集槽３内の水面がオーバフロー管３９の上端位置よりも上昇した場合にはその上昇分だけオーバフロー管３９によって抜き出されて排水溝９に排出される。また、エア供給管３Ａからプランクトンネット３２に向けて気泡が連続供給されており、上記連続培養動作の場合と同様に、プランクトンネット３２の表面（１次側領域αに臨む面）に対するクロレラの付着が防止されている。

上記培養工程が終了すると、濃縮工程に移る。この濃縮工程では、図１０（ｂ）に示すように、エア供給管３７ｄの切換弁３７ｅを全閉にし、戻し管３７のエアリフト管３７ｃへのエア供給を停止する。これによって採集槽３から培養槽２へ戻り水量を「０」にする。そして、プランクトンネット３２の２次側に、ポンプ９２を備えた水抜き管９１を接続して、このプランクトンネット３２の２次側から培養液のみを強制的に採集槽３から引き抜いて排水溝９に排出していく。これにより、採集槽３では、プランクトンネット３２の１次側から２次側へ培養液のみが透過され、採集槽３内に高濃度のクロレラが生成されることになる。この際、プランクトンネット３２の下側からは、エア供給管３Ａによって気泡が連続供給されており、プランクトンネット３２の表面（１次側領域に臨む面）に付着したクロレラが容易に剥離されることになり、クロレラの濃縮動作が円滑に行われる。また、この際にも、エア供給管３Ａから供給される気泡は、プランクトンネット３２の内部に置かれた錘３２ａを左右に揺動させる動力として作用することになり、これによっても、プランクトンネット３２の表面に付着したクロレラが容易に剥離されることになる。尚、この濃縮工程が進むに従って培養槽２及び採集槽３の水位が次第に降下していく。

上記濃縮工程が終了すると採集工程に移る。この採集工程では、図１０（ｃ）に示すように、採集管３８の採集弁３８ａを開放し、採集槽３内の濃縮クロレラを採集ネット８に回収する。

以上の動作により、高濃度のクロレラが生成されることになる。以上の各工程を連続して行った後、補給管２９の補給弁２９ａを開放し、海水（海洋深層水）を培養槽２に供給する。そして、この培養槽２内の水位が所定高さ（培養工程開始水位）に達すると、補給弁２９ａを閉鎖して、再び上記培養工程（図１０（ａ））を開始し、上記動作を繰り返す。

以上説明してきたように、本形態では、培養工程及び濃縮工程において、プランクトンネット３２の下側から気泡を供給することにより、気泡をプランクトンネット３２に衝突させてプランクトンネット３２を部分的に且つ連続的に撓ませ、プランクトンが容易に剥離できて目詰まりを解消することができる。また、気泡が衝突することで遊動する錘３２ａがプランクトンネット３２の断面形状を変化させることによっても、プランクトンの剥離効果が得られ、プランクトンネット３２の目詰まりを解消することができる。このため、比較的簡単な構成で、プランクトンネット３２の目詰まりを早期に且つ確実に剥離することができ、採集槽３における濾過能力を長期間に亘って維持することができる。

−その他の実施形態−
プランクトンネット３２及び錘３２ａの形状としては、上述したものに限られない。例えばプランクトンネット３２の下面を略水平方向に延びる面とし、この下面に気泡を衝突させるようにしてもよい。また、錘３２ａの形状としては球状であってもよい。

また、上記実施形態では、クロレラ培養システムに本発明を適用した場合について説明したが、その他のプランクトン（例えばワムシなどの動物性プランクトン）の培養システムにも適用可能である。

実施形態に係るクロレラ培養システムの平面図である。図１におけるII-II線に沿った断面図である。図１におけるIII-III線に沿った断面図である。造流生成ユニットのエアリフト管を示す断面図である。旋回流生成ユニットによる旋回流生成動作を説明するための断面図である。（ａ）は螺旋流生成ユニットのエアリフト管を示す側面図であり、（ｂ）はその平面図である。（ａ）は造流生成ユニットにより生成される造流の概略を、（ｂ）は旋回流生成ユニットにより生成される旋回流の概略を、（ｃ）は螺旋流生成ユニットにより生成される螺旋流の概略をそれぞれ示す図である。採集槽を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は図８（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図、（ｃ）は図８（ａ）におけるＣ−Ｃ線に沿った断面図である。連続培養動作を説明するための模式図であって、（ａ）は培養工程、（ｂ）は濃縮工程、（ｃ）は採集工程をそれぞれ示す図である。バッチ培養動作を説明するための模式図であって、（ａ）は培養工程、（ｂ）は濃縮工程、（ｃ）は採集工程をそれぞれ示す図である。気泡供給に伴うプランクトンネットの断面形状の変化を説明するための概略図である。

符号の説明

１クロレラ培養システム（プランクトン培養システム）
２培養槽
３採集槽（プランクトン濾過装置）
３１槽本体（貯留槽）
３２プランクトンネット
３２ａ錘
３Ａエア供給管（気泡供給手段）

Claims

プランクトンと培養液との混合液を貯留する貯留槽内に可撓性プランクトンネットが収容され、このプランクトンネットによって混合液を濾過することにより高濃度のプランクトンを得るプランクトン濾過装置において、
上記プランクトンネットは、貯留槽内の混合液中に浸漬されており、その濾過面は水平または傾斜方向に延びていて、その下側から上側に向けて混合液を濾過するようになっている一方、
上記プランクトンネットの下面に向けてその下側から気泡を連続供給する気泡供給手段が設けられており、
上記プランクトンネットの濾過面の上側には錘が置かれていて、上記気泡供給手段から供給される気泡が衝突することによってこの錘がプランクトンネットの濾過面に接触しながら遊動する構成となっていることを特徴とするプランクトン濾過装置。
プランクトンと培養液との混合液を貯留する貯留槽内に可撓性プランクトンネットが収容され、このプランクトンネットによって混合液を濾過することにより高濃度のプランクトンを得るプランクトン濾過装置において、
上記プランクトンネットは、貯留槽内の混合液中に浸漬されており、その濾過面は水平または傾斜方向に延びていて、その下側から上側に向けて混合液を濾過するようになっている一方、
上記プランクトンネットの下面に向けてその下側から気泡を連続供給する気泡供給手段が設けられており、
上記プランクトンネットは縦断面が逆三角形状で形成されていて、その内部における前記逆三角形の底部の頂点部分には錘が遊動可能に置かれており、気泡供給手段から供給される気泡が衝突することによってこの錘がプランクトンネット内で遊動しながらプランクトンネットの断面形状を変化させる構成となっていることを特徴とするプランクトン濾過装置。
請求項１または２記載のプランクトン濾過装置を備えたプランクトン培養システムであって、
プランクトン濾過装置とプランクトン培養槽とが配管接続されており、このプランクトン培養槽からプランクトン濾過装置の貯留槽内におけるプランクトンネット下側空間に導入された混合液をプランクトンネット上側空間に濾過し、この濾過した培養液を貯留槽から排出することにより、貯留槽内に高濃度のプランクトンを得るよう構成されていることを特徴とするプランクトン培養システム。