JP6052546B2 - 藻類回収装置 - Google Patents

Description

本発明は、簡単な構成で安価に回収できるようにした藻類回収装置に関する。

近年、ミドリムシで代表されるような微細藻類は、バイオ燃料の原料として、あるいは豊富な栄養素を持つ食用等として極めて有用な物質として注目されている。このため、培養槽を用いて藻類を積極的に培養することが行われている。

培養槽を用いて藻類を培養する場合、培養液から藻類を回収する工程が必要である。従来の藻類回収装置は、例えば特許文献１に示されるように、スクリーンで形成されるベルトコンベアで培養液から藻類を掻き揚げ、その掻き揚げられた藻類をブレード（スクレーパ）でベルト上から剥離させて回収している。
また、従来の藻類回収装置としては、培養液を遠心分離機で固液分離し、藻類を回収することも行われている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１０−２８６５４０号公報 特開２０１１−２３９７４６号公報

しかしながら、従来のスクリーンで形成されるベルトコンベアで藻類を回収する場合では、スクリーンに藻類が付着して剥離しにくく、また、スクリーン面から藻類をスクレーパで掻き取るときに藻類の細胞が破壊されるおそれがあるうえ、スクリーンが目詰まりし易いという欠点があった。

また、遠心分離機を用いて藻類を回収する場合は、装置が複雑化するだけでなく、イニィシャルコスト及びランニングコストが嵩み、回収コストが増加するという問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で安価に藻類を回収できる藻類回収装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る藻類回収装置では、藻体を含む培養液が貯留される培養槽から培養液を取り出して藻体を回収する藻類回収装置であって、培養槽の上方に位置しているときに培養槽内の培養液が散布されることで藻体を捕捉するスクリーンを有し、スクリーンは培養槽の上方から外れた位置に移動可能に設けられ、且つその外れた位置で反転状態となる藻体分離手段と、反転されたスクリーンに圧縮ガスを噴出してそのスクリーンから藻体を剥離する剥離手段と、を備えていることを特徴としている。

本発明では、スクリーンが培養槽の上方に位置しているときに、培養槽内の培養液がスクリーン上に散布され、培養液に含まれる藻体がスクリーンに捕捉される。そして、藻体の付着状態に応じた適宜なタイミングでスクリーンが反転されたときに、そのスクリーンに圧縮ガスが噴射されてスクリーンから藻体が剥離される。このように、圧縮ガスの噴射という簡単な構成により容易に藻体をスクリーンから剥離させることができるうえ、従来のようにスクレーパ等で掻き取る必要がないことから、藻類の細胞が破壊されるのを防止することが可能となり、この細胞破壊に伴うスクリーンの目詰まりを抑制することができる。

また、本発明に係る藻類回収装置では、スクリーンは、回転軸を中心に回転自在とされ、一方向に回転したときに培養槽の上方に位置し、他方向に回転したときに培養槽の上方から外れた位置になることが好ましい。

本発明によれば、スクリーンは回転軸を中心として一方向への回転と他方向への回転（反転）をさせることにより、スクリーンに藻体を捕捉させる培養槽の上方位置と、培養槽の上方から外れた位置、すなわち前記圧縮ガスの噴射によりスクリーンより藻体を剥離させる位置と、を容易に且つ選択的に取り得ることが可能である。

また、本発明に係る藻類回収装置では、スクリーンは、エンドレスベルトからなるベルトスクリーンであり、培養槽の上方及び培養槽の上方から外れた位置にわたって設けられていることが好ましい。

本発明によれば、ベルトスクリーンを常時、回転させることにより、連続的にベルトスクリーンの一部に培養液を散布することができるとともに、反転されたリターン側のベルトスクリーンの位置において連続的に藻体を剥離させることができる。そのため、バッチ式の回収構造に比べて、回収効率が高くなるので、コストの低減を図ることができる。

また、本発明に係る藻類回収装置では、培養槽の上方に位置するベルトスクリーンのうち表面が鉛直上側を向くキャリア側スクリーンと、表面が鉛直下側を向くリターン側スクリーンとの間には、リターン側スクリーンの上方を覆う保護カバーが設けられていることを特徴としている。

本発明によれば、リターン側スクリーンが保護カバーにより覆われているので、キャリア側スクリーンから落下してくる培養液が反転したリターン側スクリーン上に直接落下するのを防止することができる。そのため、剥離手段に到達する前（すなわち、剥離手段の上流側の位置）に、キャリア側スクリーンを通過し落下した培養液によってリターン側スクリーンに付着する藻体が培養槽内に落下するのを防止することができる。

また、本発明に係る藻類回収装置では、スクリーン上に藻体を含む培養液を散布するためのエアリフトポンプが設けられていてもよい。

本発明によれば、エアリフトポンプによって培養槽内の培養液を汲み上げてスクリーン上へ容易に散布することができる。

本発明の藻類回収装置によれば、藻体を捕捉した藻体分離手段のスクリーンが反転され、そのスクリーンに剥離手段の圧縮ガスが噴射されてスクリーンから藻体が剥離されるので、簡単な構成で安価に藻類を回収することができる。

本発明の実施の形態による藻類回収装置の概略構成図である。 本実施の形態による藻類回収装置の動作を説明する説明図である。 （ａ）は、他の実施の形態による藻類回収装置の概略構成図、（ｂ）は、（ａ）の一部分の詳細図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態による藻類回収装置について、図面を用いて説明する。なお、本発明は、この実施の形態により限定されるものではなく、また、下記の実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一ものも含まれる。

図１に示すように、本実施の形態による藻類回収装置１Ａは、藻類回収装置１Ａはミドリムシ等の有用な微細藻類を培養液Ｌ中から回収するときに使用されるものとして示されている。この藻類回収装置１Ａは、培養液搬送装置１と、藻体分離装置１０（藻体分離手段）と、剥離装置２０（剥離手段）と、回収箱３０とを含んで構成されている。

培養液搬送装置１は、培養槽２内に設けられるエアリフトポンプ３を含んで構成されている。培養槽２は、所定深さを有する槽であって、その内側に所定の藻類を含む培養液Ｌが貯留されるように構成されている。

なお、培養槽２には、周知の培養槽と同様に、図示しないが、給水手段、藻類に所定の栄養を供給する供給手段、培養液Ｌを混合・撹拌する混合撹拌手段、二酸化炭素（ＣＯ２）等の必要とするガスを供給するガス供給手段、太陽光等の光線を照射する光線照射手段等の藻類の培養に必要な手段が設けられている。

エアリフトポンプ３は、周知のエアリフトポンプと同様にパイプ材で構成されていて、下端が培養液Ｌ中に没し、上端の散布口３ａが培養液Ｌの液面よりも上方で、かつ、平面視で培養槽２内に位置するように構成されている。そして、そのエアリフトポンプ３の下端に設けられている取込み口３ｂには、コンプレッサ４から送り込まれるエアが供給されるように構成されている。したがって、エアリフトポンプ３にコンプレッサ４からエアが供給されると、培養槽２内の培養液Ｌの一部は、エアリフトポンプ３で汲み上げられ、その汲み上げられた培養液Ｌが散布口３ａから散布されて再び培養槽２内に供給される。

なお、培養槽２が二酸化炭素（ＣＯ２）等のガス供給手段を有しているときは、そのガス供給手段で使用するガスを利用してエアリフトポンプ３を駆動することができる。また、培養槽２が気体を用いた混合撹拌手段を有しているときは、その気体を利用してエアリフトポンプ３を駆動することもできる。このような場合は、特別にコンプレッサ４を用意する必要がないので、より安価に実施することができる。

藻体分離装置１０は、スクリーン１２を含んで構成されている。このスクリーン１２は、所定の開口面積を有する枠体１１内に所定の目開きを有する金属メッシュ等のスクリーンを張設して構成されている。スクリーン１２の目開きは、回収される藻類の種類によって決められるが、例えば５〜１０μｍの寸法である。また、スクリーン１２の材質はＳＵＳ等の金属製とされる。

スクリーン１２が金属メッシュの場合は、布製よりも藻体の吸着を抑えることができるので、後述する藻体の剥離が容易になるとともに、スクリーン１２の洗浄及び滅菌を容易に行うことができる。さらに、金属メッシュのスクリーン１２は耐久性に優れているので、ランニングコストを低減することができる特徴を有している。

この藻体分離装置１０の枠体１１の開口面積は、培養槽２の開口面積よりも十分小さくなるように決められていて、その枠体１１の一端側（図１では枠体１１の左端側）に設けられている回転軸１３を中心にして回転できるように構成されている。この回転軸１３は、培養槽２の一方側の槽壁の上方（図１では左側の槽壁２ａの上方）で、その槽壁面と平行で、かつ、水平となるように、図示しない軸受に軸支されているとともに、図示しないモータによって回転駆動されるように構成されている。

回転軸１３を中心にした枠体１１の回転、すなわちスクリーン１２の回転は、図１に示されるように、一方向に回転したときは培養槽２の上方でほぼ水平位置となり、そして、図２に示されるように、この位置から反時計方向にほぼ１８０度回転できるように構成されている。なお、スクリーン１２は、図１に示される水平位置及びこの位置から図２に示される反時計方向に回転した水平位置では、図示しないストッパで保持されるように構成されている。

スクリーン１２とエアリフトポンプ３との配置関係は、スクリーン１２が培養槽２の上方でほぼ水平位置にセットされたときに（図１参照）、エアリフトポンプ３で汲み上げられた培養液Ｌを散布口３ａからスクリーン１２上に向けて散布することが可能な位置であるとともに、スクリーン１２が回転軸１３を中心に回動するときに、エアリフトポンプ３に接触しないように決められている。

剥離装置２０は、ガス噴出器２１を含んで構成されている。ガス噴出器２１は、一端側（図１では左端側）に設けられている回転軸２２を中心にして図示しないモータによって回転駆動されるように構成されている。そして、このガス噴出器２１には、ガス供給管２３を介して図示しないコンプレッサから圧縮ガスが供給されるように構成されている。

ガス噴出器２１に供給されるガスは、一般的に空気が用いられるが、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを用いることもできる。ガスの種類は、スクリーン１２から剥離される藻体の種類によって選択される。例えば、不活性ガスを用いるときは、回収される藻体の酸化を防止することができ、また、温度の低いガスを用いたときは、回収される藻体の腐敗や変質等を防止して高品質の藻体を得ることができる。

ガス噴出器２１には、スクリーン１２の上方に位置したときに（図２参照）、そのスクリーン１２の全面に圧縮ガスを噴出できるように多数の噴出口（図示せず）が設けられている。そして、このガス噴出器２１の回転軸２２は、スクリーン１２の回転軸１３と平行に設けられ、その回転軸１３よりも少し上方で、かつ、その回転軸１３からスクリーン１２の長さ（回転軸１３の位置からスクリーン１２の先端位置までの距離）より少し長い距離を保って図示しない軸受に軸支されている。

ガス噴出器２１とスクリーン１２との配置関係は、スクリーン１２が図１に示される水平位置から図２に示されるように反時計方向Ｅ１に回転して水平位置にセットされる際に、その回転するスクリーン１２がガス噴出器２１と接触しないように、ガス噴出器２１は回転軸２２を中心にして反時計方向Ｆ１に回転して待機状態とされる（図１参照）。

なお、図示の例では、ガス噴出器２１の待機状態は回転軸２２を中心にして回転させて行ったが、ガス噴出器２１を回転するスクリーン１２と接触しない範囲に水平移動させて行うようにすることもできる。

回収箱３０は、上部開口の箱体からなり、スクリーン１２の回転軸１３が設けられている側の培養槽２に隣接し、かつ、スクリーン１２が図２に示されるように反時計方向Ｅ１に回転して水平位置にセットされたときのスクリーン１２の下方に位置するように設けられている。そして、この上部開口の面積は、スクリーン１２全体が十分に入るように決められている。

上記構成からなる藻類回収装置１Ａにおける藻体Ｓの回収は、図１に示されるように、スクリーン１２が培養槽２上にセットされているとき、培養槽２内の培養液Ｌがエアリフトポンプ３で汲み上げられてスクリーン１２上に散布される。そして、散布された培養液Ｌ中の藻体Ｓはスクリーン１２上に捕捉される。

スクリーン１２を通過した培養液Ｌ及び藻体Ｓは再び培養槽２内に戻され、したがって、藻体Ｓの回収に伴う培養液Ｌのロスは効果的に抑制される。また、スクリーン１２上に捕捉され藻体Ｓは、それ自体が濾層を形成するので、目開きの大きいスクリーンであっても徐々に濾過効率が高められる。

スクリーン１２上に捕捉され藻体Ｓが所定厚さになったとき、スクリーン１２は、図２に示されるように反時計方向Ｅ１に回転して水平位置にセットされる。次いで、スクリーン１２の上方にガス噴出器２１がセットされるとともに、ガス供給管２３に圧縮ガスが供給される。これにより、スクリーン１２に付着されていた藻体Ｓが回収箱３０に排出されて回収される。

スクリーン１２から藻体Ｓが排出され、スクリーン１２の清掃後に、スクリーン１２は時計方向に回転して、再び、図１に示されるようにセットされ、藻体Ｓの捕捉が開始される。

なお、上述の例では、スクリーン１２及びガス噴出器２１の回転は、モータを用いて自動でそれぞれ回転できるようにしているが、これらの回転を手動で行うこともできる。

次に、上述した藻類回収装置１Ａの作用について、詳細に説明する。
本実施の形態では、スクリーン１２が培養槽２の上方に位置しているときに、培養槽２内の培養液Ｌがスクリーン１２上に散布され、培養液Ｌに含まれる藻体Ｓがスクリーン１２に捕捉される。そして、藻体Ｓの付着状態に応じた適宜なタイミングでスクリーン１２が反転されたときに、そのスクリーン１２に圧縮ガスが噴射されてスクリーン１２から藻体Ｓが剥離される。
このように、圧縮ガスの噴射という簡単な構成により容易に藻体Ｓをスクリーン１２から剥離させることができるうえ、従来のようにスクレーパ等で掻き取る必要がないことから、藻類の細胞が破壊されるのを防止することが可能となり、この細胞破壊に伴うスクリーン１２の目詰まりを抑制することができる。

また、本実施の形態では、スクリーン１２が回転軸１３を中心に回転自在とされ、一方向に回転したときに培養槽２の上方に位置し、他方向に回転したときに培養槽２の上方から外れた位置になる構成であり、回転軸１３を中心として一方向への回転と他方向への回転（反転）をさせることにより、スクリーン１２に藻体Ｓを捕捉させる培養槽２の上方位置と、培養槽２の上方から外れた位置、すなわち前記圧縮ガスの噴射によりスクリーン１２より藻体Ｓを剥離させる位置と、を容易に且つ選択的に取り得ることが可能である。

また、本実施の形態では、エアリフトポンプ３が設けられているので、このエアリフトポンプ３を使用することにより培養槽２内の培養液Ｌを汲み上げてスクリーン１２上へ容易に散布することができる。

上述のように本実施の形態による藻類回収装置では、既設の培養槽２に、藻体分離装置１０、剥離装置２０及び回収箱３０を設けるだけで簡単に、かつ、安価に実施でき、また、培養槽２の培養を休止することなく藻体Ｓを回収することができる。

（第２の実施形態）
図３（ａ）に示される藻類回収装置１Ｂは、上述した藻類回収装置１Ａの藻体分離装置１０及び剥離装置２０の箇所を連続式としている。すなわち、藻類回収装置１Ａは、スクリーン１２が回収箱３０側に位置しているときは藻体Ｓの捕捉が休止される回分式（バッチ式）であるが、この藻類回収装置１Ｂは、連続的に藻体Ｓの捕捉及び剥離が行われるように構成されている。

藻類回収装置１Ｂでは、藻類回収装置１Ａの藻体分離装置１０（図１参照）のスクリーン１２に相当する箇所がそのスクリーン１２と同様の目開き及び材質からなるスクリーンで形成されたエンドレスベルトからなるベルトスクリーン１１２で構成されている。

ベルトスクリーン１１２は、図３（ａ）では省略されているが、モータ等の駆動源で回転される駆動ローラ、及びその駆動ローラから所定距離だけ離れて設けられている従動ローラ間に架け渡されている。そして、このベルトスクリーン１１２は、培養槽２の上方に一部分が位置し、残部の一部分が回収箱３０の上方に位置するようにして水平状に設けられている。ベルトスクリーン１１２の回転方向は、培養槽２の上方に位置する部分の下側のベルトスクリーン１１２（表面が鉛直下側を向くリターン側スクリーン１１２Ｂ）が培養槽２から離れる方向となるように決められている（図３（ａ）の矢印参照）。

培養槽２の上方に位置するベルトスクリーン１１２の上側（表面が鉛直上側を向くキャリア側スクリーン１１２Ａ）には、培養槽２内の培養液Ｌがエアリフトポンプ３で汲み上げられてキャリア側スクリーン１１２Ａ上に散布されるように構成されている。そして、キャリア側スクリーン１１２Ａを通過した培養液Ｌがその下側に位置するリターン側スクリーン１１２Ｂに落下しないように、キャリア側スクリーン１１２Ａとリターン側スクリーン１１２Ｂとの間にはリターン側スクリーン１１２Ｂの上方を覆う保護カバー１２０Ａが設けられている（図３（ｂ）参照）。したがって、後述するガス噴出器１２１に到達する前（すなわち、ガス噴出器１２１の上流側の位置）に、キャリア側スクリーン１１２Ａを通過し落下した培養液Ｌによってリターン側スクリーン１１２Ｂに付着する藻体Ｓが培養槽２内に落下するのを防止することができる。

回収箱３０の上方に位置するキャリア側スクリーン１１２Ａとリターン側スクリーン１１２Ｂとの間には、上述した図１に示す藻類回収装置１Ａのガス噴出器２１と同様のガス噴出器１２１が設けられている。したがって、ベルトスクリーン１１２に付着されていた藻体Ｓが回収箱３０に排出されて回収される。

リターン側スクリーン１１２Ｂにおけるガス噴出器１２１が設けられている箇所より下流側において、キャリア側スクリーン１１２Ａとリターン側スクリーン１１２Ｂとの間には、洗浄器１２０Ｂが設けられている。この洗浄器１２０Ｂからは、熱湯等の洗浄液、あるいはガス噴出器１２１と同様に高圧ガスを噴出することができるように構成されている。したがって、この洗浄器１２０Ｂを通過したベルトスクリーン１１２は清掃されて、エアリフトポンプ３側に移動することができる。なお、ガス噴出器１２１もベルトスクリーン１１２を清掃する機能を有しているので、洗浄器１２０Ｂを省略することができる。

上記構成からなる藻類回収装置１Ｂにおける藻体Ｓの回収においては、培養槽２内の培養液Ｌがエアリフトポンプ３で汲み上げられてキャリア側スクリーン１１２Ａ上に散布される。そして、散布された培養液Ｌ中の藻体Ｓはベルトスクリーン１１２上に捕捉される。

ベルトスクリーン１１２を通過した培養液Ｌ及び藻体Ｓは再び培養槽２内に戻されるため、藻体Ｓの回収に伴う培養液Ｌのロスは効果的に抑制される。
ベルトスクリーン１１２上に捕捉され藻体Ｓは、スベルトスクリーン１１２が回転してリターン側に移動してガス噴出器１２１の下方に位置すると、圧縮ガスの噴射によりベルトスクリーン１１２に付着されていた藻体Ｓが回収箱３０に排出されて回収される。

ベルトスクリーン１１２は、藻体Ｓが排出された後、洗浄器１２０Ｂにより清掃され、その清掃されたスクリーン部分が再び、藻体Ｓの捕捉に利用される。
また、藻類回収装置１Ｂも上述した藻類回収装置１Ａと同様に既設の培養槽２をそのまま利用することができる利点がある。

このように本第２の実施の形態では、ベルトスクリーン１１２を常時、回転させることにより、連続的にベルトスクリーン１１２の一部に培養液Ｌを散布することができるとともに、反転されたリターン側スクリーン１１２Ｂの位置において連続的に藻体Ｓを剥離させ、連続的に藻体Ｓを回収することができる。そのため、バッチ式の回収構造に比べて、回収効率が高くなるので、コストの低減を図ることができる。

以上、本発明による藻類回収装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施の形態では、藻類回収装置は有用な藻体を回収する例であるが、廃水中に含まれる藻類を回収するような場合であってもよい。したがって、本発明で「藻体を含む培養液」というときは、「廃水」をも含んでいる。

また、本発明の藻類回収装置では、新設の培養槽に組み込んで一体的に設けることも可能であるが、既設の培養槽に対しても後から藻類回収装置を組み込むことも可能である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１Ａ，１Ｂ 藻類回収装置
１ 培養液搬送装置
２ 培養槽
３ エアリフトポンプ
４ コンプレッサ
１０ 藻体分離装置（藻体分離手段）
１１ 枠体
１２ スクリーン
１３ 回転軸
２０ 剥離装置（剥離手段）
２１ ガス噴出器
２２ 回転軸
２３ ガス供給管
３０ 回収箱
１１２ ベルトスクリーン
１１２Ａ キャリア側スクリーン
１１２Ｂ リターン側スクリーン
１２０Ａ 保護カバー
１２０Ｂ 洗浄器
１２１ ガス噴出器
Ｌ 培養液
Ｓ 藻体

Claims (5)

1. 藻体を含む培養液が貯留される培養槽から培養液を取り出して藻体を回収する藻類回収装置であって、
   前記培養槽の上方に位置しているときに前記培養槽内の培養液が散布されることで藻体を捕捉するスクリーンを有し、当該スクリーンは前記培養槽の上方から外れた位置に移動可能に設けられ、且つその外れた位置で反転状態となる藻体分離手段と、
   反転された前記スクリーンに圧縮ガスを噴出してそのスクリーンから藻体を剥離する剥離手段と、
   を備えていることを特徴とする藻類回収装置。
2. 前記スクリーンは、回転軸を中心に回転自在とされ、一方向に回転したときに前記培養槽の上方に位置し、他方向に回転したときに前記培養槽の上方から外れた位置になることを特徴とする請求項１に記載の藻類回収装置。
3. 前記スクリーンは、エンドレスベルトからなるベルトスクリーンであり、前記培養槽の上方及び該培養槽の上方から外れた位置にわたって設けられていることを特徴とする請求項１に記載の藻類回収装置。
4. 前記培養槽の上方に位置するベルトスクリーンのうち表面が鉛直上側を向くキャリア側スクリーンと、表面が鉛直下側を向くリターン側スクリーンとの間には、前記リターン側スクリーンの上方を覆う保護カバーが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の藻類回収装置。
5. 前記スクリーン上に前記藻体を含む培養液を散布するためのエアリフトポンプが設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の藻類回収装置。

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