JP6885772B2 - 微細藻類の培養装置 - Google Patents

Description

本発明は、微細藻類の培養装置に関し、特に、メタン発酵施設等において、メタン発酵後の残渣を用いた微細藻類の培養装置に関する。

従来より、メタン発酵施設等において、微細藻類等のバイオマス原料から、種々の発酵技術によって、メタンガス等のバイオガスを生成させることが広く行われている。

例えば、メタン発酵施設において、バイオマス原料からメタンガスを生成させる場合、バイオマス原料を液化、加水分解等によって低分子化、酸生成させることで、低級脂肪酸及びアルコールを生成させる。そして、水素生成、酢酸生成によって、水素＋二酸化炭素、又は酢酸を、細菌（メタン菌）を用いて発酵させることで、メタンガスが生成される。このようにして生成されたメタンガス及び熱を、回収するようになっている。

ところで、メタン発酵においては、メタンガス以外に、二酸化炭素や硫化水素等のガスも生成される。そこで、微細藻類を用いたメタン発酵システムにおいて、メタン発酵によるメタンガス生成時に同時に生成される二酸化炭素を分離、回収し、微細藻類の培養に再利用するものとして、例えば、特開２０１２‐９０６２３号公報（特許文献１）が挙げられる。

特許文献１に記載のメタン発酵システムでは、微細藻類の培養槽と、微細藻類を発酵させるメタン発酵槽と、メタン発酵槽の加温熱源として培養槽の水をメタン発酵槽に循環させる循環系統と、メタン発酵槽から排出されるメタンガスを二酸化炭素と分離するメタンガス精製装置と、メタンガス精製装置で分離された二酸化炭素を、培養槽に供給する移送手段と、を備える。

また、メタン発酵施設において、バイオガス（メタンガス）生成後の残渣の処理後に、残渣中に残る栄養源を、培養槽に送って再利用するものとして、例えば、特開２０１２‐８０８５０号公報（特許文献２）が挙げられる。

特許文献２に記載のメタン発酵システムでは、培養手段と、培養手段により培養された藻類を培養液から分離する分離手段と、分離手段により藻類から分離された培養液を培養手段へ返送する第一の返送手段と、分離手段により分離された藻類から有用成分を分離・抽出する有用成分抽出手段と、有用成分を分離・抽出した後の残渣を無機化又は可溶化する残渣物処理手段と、残渣物処理手段により無機化又は可溶化された成分を培養手段へ返送する第二の返送手段と、培養手段における藻類の培養に必要な栄養成分の減少分を補給する栄養成分補給手段と、を備える。

特許文献２に記載のメタン発酵システムでは、残渣物処理手段は、メタン発酵装置として構成されており、メタン発酵によるメタンガス生成後の残渣の処理後に、残渣中に残る栄養源を、培養手段に送って再利用するようにしている。

特開２０１２‐９０６２３号公報 特開２０１２‐８０８５０号公報

ところで、メタン発酵施設において、メタン発酵後のメタンガス及び熱を回収した後の残渣のうち、一般的に、消化液は、浄化設備にて排水処理（一部、液肥として利用）され、固形物は、堆肥ヤードにて好気性発酵によって、堆肥原料として加工される。

一般的なメタン発酵施設では、消化液を排水処理するために、膨大なコスト（イニシャルコスト及びランニングコスト）が発生し、バイオガスを利用した発電施設の普及の障壁になっている。しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の培養方法では、残渣中の消化液を有効利用することについては、全く考慮されていない、という問題があった。

また、特許文献１及び特許文献２に記載のメタン発酵システムでは、堆肥加工部における堆肥原料の加工時に発生する発酵熱と二酸化炭素とは、大気中に放出されているため、残渣中の発酵熱及び二酸化炭素を有効利用することについては、全く考慮されていない、という問題があった。

そこで、発明者等は、メタン発酵施設において、メタン発酵時のメタンガス回収後の残渣中の消化液、発酵熱及び二酸化炭素を有効利用することを検討した。

本発明は、斯かる実情に鑑み、メタン発酵時のメタンガス回収後の残渣中の消化液、発酵熱及び二酸化炭素を有効利用することができ、メタン発酵施設の排水処理を低減することのできる微細藻類の培養装置を提供することを目的とする。

本発明に係る微細藻類の培養装置は、メタン発酵装置におけるメタンガス回収後の残渣を、固形分と液分とに分離する固液分離部と、前記固液分離部で分離された前記固形分を貯留して、発酵させる堆肥加工部と、前記固液分離部で分離された前記液分を貯水する貯水部と、前記堆肥加工部内で発生する二酸化炭素を、前記貯水部の前記液分へ供給する二酸化炭素供給部と、を備える、ことを特徴とする。

上記構成の微細藻類の培養装置によれば、メタン発酵装置におけるメタンガス回収後の残渣を、固形分と液分とに分離する固液分離部と、固液分離部で分離された前記固形分を貯留して、発酵させる堆肥加工部と、固液分離部で分離された液分を貯水する貯水部と、を備えるため、メタン発酵装置におけるメタンガス回収後の残渣としての消化液は、固液分離部で、固形分と液分とに分離され、固液分離部で分離された固形分は、堆肥加工部に送られて堆積される。また、固液分離部で分離された液分は、複数の貯水部に送られて貯水される。そして、堆肥加工部で、固液分離部で分離された固形分を発酵させることで、発酵熱と二酸化炭素とが発生される。

通常の一般的なメタン発酵装置では、堆肥加工部で発生する二酸化炭素は、利用されずに、大気中にそのまま排出されてしまう。上記構成の微細藻類の培養装置によれば、堆肥加工部内で発生する二酸化炭素を、貯水部の液分へ供給する二酸化炭素供給部を備えるため、二酸化炭素供給部から貯水部へ供給された二酸化炭素は、貯水部の液分中に溶け込んで、例えば、微細藻類等の培養に必要な二酸化炭素として、使用されるようになる。その結果、高濃度の二酸化炭素を貯水部へ供給することができ、微細藻類の増殖速度を高めることができる。

また、固形分を発酵させることで発生する発酵熱は、貯水部に送られて、例えば、微細藻類等の培養に必要な熱源として、使用されるようになる。これにより、メタン発酵時のメタンガス回収後の残渣中の消化液、二酸化炭素及び発酵熱を有効利用することができ、分離された液分は、例えば、微細藻類等の培養に必要な培地（栄養分）として有効利用することで、メタン発酵施設の排水処理を低減することができる。

本発明の一態様として、前記貯水部は、前記液分を前記微細藻類の培養に利用可能な培養槽である、のが好ましい。

上記構成の微細藻類の培養装置によれば、貯水部は、液分を微細藻類の培養に利用可能な培養槽であるため、貯水部は、微細藻類を培養するための培養槽として利用することができ、固液分離部で分離された液分は、微細藻類等の培養に必要な培地（栄養分）として有効利用することで、メタン発酵施設の排水処理を低減することができる。

また、培養された微細藻類は、メタン発酵の原料として利用することができ、例えば、バイオマス原料が不足した時に、補助的に利用することができる。これにより、例えば、バイオマス原料を利用した発電施設等において、バイオマス原料の不足に伴う発電量の低下を防ぐことができる。

本発明の他態様として、前記培養槽は、前記固液分離部の下部に、階段状に複数個配置され、前記液分が、上部の前記培養槽から下部の前記培養槽へ降下するように形成されている、のが好ましい。

上記構成の微細藻類の培養装置によれば、培養槽は、固液分離部の下部に、階段状に複数個配置されているため、微細藻類を培養槽で培養する場合、微細藻類の種類や生育状況に応じて、培養槽における日射時間及び滞留時間を調整することができ、培養を促進することができる。また、液分が、上部の培養槽から下部の培養槽へ降下するように形成されているため、上部の培養槽で微細藻類の培養が終了した際、培養後の液分が、所定の手段により、下部の培養槽へ降下されて、下部の培養槽中の液分が濃縮されるようになる。その結果、微細藻類を培養するための生育条件が向上する。

本発明の他態様として、前記培養槽は、前記堆肥加工部の上部に配置され、前記堆肥加工部内の発酵で発生する発酵熱によって、加温又は保温される、のが好ましい。

上記構成の微細藻類の培養装置によれば、培養槽は、堆肥加工部の上部に配置され、堆肥加工部内の発酵で発生する発酵熱によって、加温又は保温されるため、固形分を発酵させることで発生する発酵熱は、培養槽に効率的に伝達されるようになり、微細藻類の培養に必要な熱源として、より有効に使用することができる。

本発明のさらに他の態様として、前記培養槽は、底部及び側部を有し、前記培養槽の前記底部に配置されるとともに、前記堆肥加工部内で発生する二酸化炭素及び発酵熱を、前記培養槽に供給する二酸化炭素及び発酵熱供給配管を、さらに備える、のが好ましい。

上記構成の微細藻類の培養装置によれば、培養槽は、底部及び側部を有し、培養槽の底部に配置されるとともに、堆肥加工部内で発生する二酸化炭素及び発酵熱を、培養槽に供給する二酸化炭素及び発酵熱供給配管を、さらに備えるため、メタン発酵時のメタンガス回収後の残渣処理で発生する、二酸化炭素及び発酵熱を、堆肥加工部から二酸化炭素及び発酵熱供給配管を介して培養槽に、強制的かつ効率的に送り込んで、液分中に溶け込ませることができ、微細藻類をさらに効率的に培養することができる。

本発明のさらに別の態様として、前記培養槽には、前記固液分離部に対して、前記培養槽が回転可能な回転機構が設けられている、のが好ましい。

上記構成の微細藻類の培養装置によれば、培養槽には、固液分離部に対して、培養槽が回転可能な回転機構が設けられているため、微細藻類を培養する際に必要な日射量を調整することができ、微細藻類をさらに効率的に培養することができる。

以上のように、本発明の微細藻類の培養装置によれば、メタン発酵時のメタンガス回収後の残渣中の消化液、発酵熱及び二酸化炭素を有効利用することができ、メタン発酵施設の排水処理を低減することができる、といった優れた効果を奏し得る。

本発明の第一の実施形態に係る微細藻類の培養装置の全体構成の一部を示す斜視図である。 本発明の第一の実施形態に係る微細藻類の培養装置の全体構成を示す平面図である。 本発明の第二の実施形態に係る微細藻類の培養装置の全体構成の一部を示す斜視図である。

（第一の実施形態）
以下、本発明の第一の実施形態に係る微細藻類の培養装置の概略について、添付図面を参照して説明する。

本実施形態に係る微細藻類の培養装置は、例えば、メタンガス等のバイオガスを発生させるためのメタン発酵装置を備えた、一般的なメタン発酵施設等に設置されるためのものである。

図１に示すように、本実施形態に係る微細藻類の培養装置１００は、メタン発酵装置（図示せず）におけるメタンガス回収後の残渣を、固形分Ｓと液分Ｌとに分離する固液分離部１０と、固液分離部１０で分離された固形分Ｓを貯留して、発酵させる堆肥加工部１１と、固液分離部１０で分離された液分を貯水する貯水部１２と、堆肥加工部１１内で発生する二酸化炭素（ＣＯ_２）を、貯水部１２の液分Ｌへ供給する二酸化炭素供給部１３と、を備える。

本実施形態において、貯水部１２は、液分Ｌを微細藻類の培養に利用可能な培養槽１２である。培養槽１２は、恒温槽として構成されている。

図２に示すように、微細藻類の培養装置１００は、平面視において、リング形状を呈している。本実施形態において、微細藻類の培養装置１００は、区画部１００ａ，１００ｂ及び１００ｃを有する。なお、図１においては、説明の便宜上、リング形状の一部（区画部１００ａ）のみを部分的に示している。

本実施形態に係る固液分離部１０として、メタン発酵施設、有機性廃棄物の処理施設等に設置される一般的な固液分離装置が、使用可能である。

また、本実施形態に係る堆肥加工部１１として、メタン発酵施設、有機性廃棄物の処理施設等に設置される一般的な堆肥加工部が、使用可能である。

培養槽１２には、培養液、微細藻類、微細藻類の種類に応じた発酵菌、微細藻類の種類に応じた培地及び栄養源等が供給されている。培養槽１２に供給される栄養源としては、微細藻類の成長に多量に必要となる窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）及び微量元素である金属塩等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

本実施形態において、培養槽１２は、固液分離部１０の下部に、多段的に構成されている。より具体的には、培養槽１２は、階段状に複数個配置され、液分Ｌが、上部の培養槽から下部の培養槽へ降下するように形成されている。

本実施形態において、貯水部（培養槽）１２は、固液分離部１０の下部に、三段式に構成されている。より具体的には、培養槽１２は、第一の貯水部（培養槽）１２ａ、第二の貯水部（培養槽）１２ｂ及び第三の貯水部（培養槽）１２ｃを含む。このような構成によって、固液分離部、及び複数の貯水部（培養槽）１２ａ，１２ｂ及び１２ｃは、階段状に構成されるようになる。

なお、固液分離部１０の下部に、貯水部１２と、貯水部１２の下部に培養槽１２ａ，１２ｂ（１２ｃ）と、を設け、固液分離部１０で分離された液分Ｌを、貯水部１２で一旦貯水した後、貯水部１２から培養槽１２ａ，１２ｂ（１２ｃ）に、液分Ｌを降下させるようにしてもよい。

培養槽１２中の液分を、上段の培養槽１２ａ，１２ｂから下段の培養槽１２ｂ，１２ｃへ降下させる手段としては、特に限定されるものではない。例えば、液分Ｌは、上段の培養槽１２ａ，１２ｂの側部から下段の培養槽１２ｂ，１２ｃへオーバーフローさせるようにしてもよいし、或いは、培養槽１２ａ，１２ｂは、培養槽１２ａ，１２ｂ中の液分Ｌをオーバーフローさせるオーバーフロー口を備え、培養槽１２ａ，１２ｂ中の液分Ｌは、オーバーフロー口からオーバーフローさせることで、上段の培養槽１２ａ，１２ｂから下段の培養槽１２ｂ，１２ｃへ降下されるようにしてもよい。

若しくは、培養槽１２ａ，１２ｂは、上段の培養槽１２ａ，１２ｂから下段の培養槽１２ｂ，１２ｃへ液分を排出し、排出口を有するパイプを設け、培養槽１２ａ，１２ｂ中の液分Ｌは、上段の培養槽１２ａ，１２ｂからパイプの排出口を通って、下段の培養槽１２ｂ，１２ｃへ降下させるようにしてもよい。なお、本実施形態において、液分Ｌは、上段の培養槽１２ａ，１２ｂの側部から下段の培養槽１２ｂ，１２ｃへオーバーフローさせるようにしている。

本実施形態において、培養槽１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、堆肥加工部１１の上部に配置され、堆肥加工部１１内の発酵で発生する発酵熱によって、加温又は保温される。

本実施形態において、二酸化炭素供給部１３は、一端部１３ａ及び他端部１３ｂを有し、一端部１３ａで堆肥加工部１１に接続され、貯水部（培養槽）１２の側部に沿って、下部の培養槽１２ｂ，１２ｃから上部の培養槽１２ａ，１２ｂに向けて設けられた供給配管（パイプ又はチューブ）である。二酸化炭素供給部１３は、他端部１３ｂに、堆肥加工部１１から貯水部（培養槽）１２の液分Ｌへ、二酸化炭素を供給する供給口１３ｃを有する。二酸化炭素は、供給口１３ｃから貯水部（培養槽）１２に供給される。供給口１３ｃから貯水部（培養槽）１２に供給された二酸化炭素は、液分Ｌ中に溶け込むようになる。

本実施形態に係る微細藻類の培養装置１００の構成についての説明は以上の通りであり、次に、本実施形態に係る微細藻類の培養装置１００を用いて、メタン発酵装置（図示せず）におけるメタンガス回収後の残渣を再利用する作業について説明する。

なお、第一、第二及び第三の貯水部（培養槽）１２ａ，１２ｂ及び１２ｃには、上述のように、培養液、微細藻類、微細藻類の種類に応じた発酵菌、微細藻類の種類に応じた培地及び栄養源等が供給されている。微細藻類の種類、発酵菌の種類、培地及び栄養源の種類等は、必要な微細藻類、微細藻類の増殖速度等の条件に応じて、適宜変更可能である。培養槽１２に供給される栄養源としては、微細藻類の成長に多量に必要となる窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）及び微量元素である金属塩等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

図１を参照して、まず、メタン発酵装置（図示せず）におけるメタンガス回収後の残渣を、微細藻類の培養装置１００の固液分離部１０に投入する。そして、固液分離部１０において、残渣中の消化液を、固形分Ｓと液分Ｌとに分離する。その際に、分離された固形分Ｓは、堆肥加工部１１にそのまま落下して堆積される。そして、堆肥加工部１１に堆積された固形分Ｓは、約７０〜８０℃の温度で発酵し、その発酵に伴って、二酸化炭素及び発酵熱が発生する。

次に、固液分離部１０において分離された液分Ｌを、第一の培養槽１２ａに投入して貯水する。その際、分離された液分Ｌの全部又はその一部を、濃度を適宜調製して、第一の培養槽１２ａに投入する。分離された液分Ｌを、第一の培養槽１２ａに投入する手段としては、例えば、手動で投入するようにしてもよいし、固液分離部１０は、パイプ１０ａを備え、分離された液分Ｌを、パイプ１０ａを介して、第一の培養槽１２ａに投入するようにしてもよい。

そして、堆肥加工部１１内の発酵によって発生した二酸化炭素を、堆肥加工部１１から二酸化炭素供給部（供給配管）１３の供給口１３ｃを介して、第一の培養槽１２ａの液分Ｌ中へ供給する。供給口１３ｃから第一の培養槽１２ａに供給された二酸化炭素は、液分Ｌ中に溶け込むようになる。

次に、第一の培養槽１２ａ中で微細藻類の培養が行われる。培養条件は、微細藻類の種類、発酵菌の種類、培地の種類、微細藻類の増殖速度等の条件に応じて、適宜変更可能である。

培養が終了すると、微細藻類は、任意の回収方法によって回収される。微細藻類の回収方法としては、微細藻類の種類によって適宜変更可能であり、例えば、遠心分離法、沈降分離法、浮上分離法、ろ過法、凝集剤等の添加法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。回収された培養後の微細藻類は、メタン発酵等のバイオマスや燃料等に、或いは、サプリメントとして、利用可能である。

微細藻類の培養がさらに必要な場合、第二の培養槽１２ｂを使用して培養を行う。第二の培養槽１２ｂには、上述の第一の培養槽１２ａの成分と同様のものが含まれている。回収された培養後の微細藻類又は所望の微細藻類を、第二の培養槽１２ｂに投入する。そして、微細藻類の種類や必要量等に応じて、第一の培養槽１２ａ中の培養後の液分Ｌを、オーバーフローによって、或いは、オーバーフロー口、又はパイプを介して、第二の培養槽１２ｂに投入する。第二の培養槽１２ｂには、第一の培養槽１２ａで濃縮された液分Ｌが導入される。

そして、同様にして、第二の培養槽１２ｂ中で、微細藻類の培養が行われる。培養が終了すると、微細藻類は大量に成長している。さらに、必要に応じて、第二の培養槽１２ｂ中の液分Ｌを、オーバーフローによって、或いは、オーバーフロー口、又はパイプを介して、第三の培養槽１２ｃに投入する。第三の培養槽１２ｃには、さらに濃縮された液分Ｌが導入される。

以下、同様にして、必要に応じて、第三の培養槽１２ｃ中で、微細藻類の培養が、順次行われる。第三の培養槽１２ｃの液は、一部排出されるようになる。

以上のように、本実施形態に係る微細藻類の培養装置１００によれば、二酸化炭素供給部１３から貯水部（培養槽）１２へ供給された二酸化炭素は、培養槽１２の液分Ｌ中に溶け込んで、例えば、微細藻類等の培養に必要な二酸化炭素として、使用されるようになる。その結果、高濃度の二酸化炭素を貯水部へ供給することができ、微細藻類の増殖速度を高めることができる。

また、固形分Ｓを発酵させることで発生する発酵熱は、貯水部（培養槽）１２に送られて、例えば、微細藻類等の培養に必要な熱源として、使用されるようになる。これにより、メタン発酵時のメタンガス回収後の残渣中の消化液、二酸化炭素及び発酵熱を有効利用することができ、分離された液分Ｌは、例えば、微細藻類等の培養に必要な培地（栄養分）として有効利用することで、メタン発酵施設の排水処理を低減することができる。

また、培養された微細藻類は、メタン発酵の原料として利用することができ、例えば、バイオマス原料が不足した時に、補助的に利用することができる。これにより、例えば、バイオマス原料を利用した発電施設等において、バイオマス原料の不足に伴う発電量の低下を防ぐことができる。

また、培養槽１２は、固液分離部１０の下部に、階段状に複数個配置されているため、微細藻類を培養槽１２ａ，１２ｂ及び１２ｃで培養する場合、微細藻類の種類や生育状況に応じて、培養槽１２ａ，１２ｂ及び１２ｃにおける日射時間及び滞留時間を調整することができ、培養を促進することができる。また、液分Ｌが、上部の培養槽１２ａ，１２ｂから下部の培養槽１２ｂ，１２ｃへ降下するように形成されているため、上部の培養槽１２ａ，１２ｂで微細藻類の培養が終了した際、培養後の液分Ｌが、所定の手段により、下部の培養槽１２ｂ，１２ｃへ降下されて、下部の培養槽１２ｂ，１２ｃ中の液分Ｌが濃縮されるようになる。その結果、微細藻類を培養するための生育条件が向上する。

また、培養槽１２ａ，１２ｂ及び１２ｃは、堆肥加工部１１の上部に配置されるため、固形分Ｓを発酵させることで発生する発酵熱は、培養槽１２ａ，１２ｂ及び１２ｃに効率的に伝達されるようになり、微細藻類の培養に必要な熱源として、より有効に使用することができる。

（第二の実施形態）
以下、本発明の第二の実施形態に係る微細藻類の培養装置の概略について、添付図面を参照して説明する。なお、第一の実施形態に係る微細藻類の培養装置と同様の構成については、同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。

微細藻類の培養装置２００は、微細藻類の培養装置１００と同様に、三つの区画部（区画部２００ａ，２００ｂ及び２００ｃ）を有する（図２を参照のこと）。図３に示すように本実施形態に係る微細藻類の培養装置２００において、培養槽１２ａ，１２ｂ及び１２ｃは、底部１４ａ，１４ｂ及び１４ｃ、並びに側部１５ａ，１５ｂ及び１５ｃを有し、培養槽１２ａ，１２ｂ及び１２ｃの底部１４ａ，１４ｂ及び１４ｃに配置されるとともに、堆肥加工部１１内で発生する二酸化炭素及び発酵熱を、培養槽１２ａ，１２ｂ及び１２ｃに供給する二酸化炭素及び発酵熱供給配管１６を、さらに備える。

本実施形態において、二酸化炭素及び発酵熱供給配管１６は、１２ａ，１２ｂ及び１２の底部１４ａ，１４ｂ及び１４ｃに、水平方向に蛇行して配置されている。二酸化炭素及び発酵熱供給配管１６の一端１６ａは、上述の二酸化炭素供給部（供給配管）１３の途中部、又は二酸化炭素供給部（供給配管）１３の供給口１３ｃに接続されている。

本実施形態において、二酸化炭素及び発酵熱供給配管１６として、フッ素樹脂製のフィルタチューブが、使用されている。フッ素樹脂製のフィルタチューブは、空気、ガス及び熱は通すが、液体は通さない構成になっている。

フッ素樹脂製のフィルタチューブとして、例えば、フッ素樹脂フィルタチューブ（ＰＴＦＥ多孔質材料）（株式会社ハギテック社製）、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）ポアフロン（登録商標）チューブ（住友電気工業株式会社製）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

本実施形態に係る微細藻類の培養装置２００の構成についての説明は以上の通りであり、次に、本実施形態に係る微細藻類の培養装置２００を用いて、メタン発酵装置におけるメタンガス回収後の残渣を再利用する作業について説明する。

なお、第一、第二及び第三の貯水部（培養槽）１２ａ，１２ｂ及び１２ｃには、上述のように、培養液、微細藻類、微細藻類の種類に応じた発酵菌、微細藻類の種類に応じた培地及び栄養源等が供給されている。微細藻類の種類、発酵菌の種類、培地及び栄養源の種類等は、必要な微細藻類、微細藻類の増殖速度等の条件に応じて、適宜変更可能である。培養槽１２に供給される栄養源としては、微細藻類の成長に多量に必要となる窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）及び微量元素である金属塩等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

図３を参照して、まず、メタン発酵装置（図示せず）におけるメタンガス回収後の残渣を、微細藻類の培養装置１００の固液分離部１０に投入する。そして、固液分離部１０において、残渣中の消化液を、固形分Ｓと液分Ｌとに分離する。その際に、分離された固形分Ｓは、堆肥加工部１１にそのまま落下して堆積される。そして、堆肥加工部１１に堆積された固形分Ｓは、約７０〜８０℃の温度で発酵し、その発酵に伴って、二酸化炭素及び発酵熱が発生する。

次に、固液分離部１０において分離された液分Ｌを、第一の培養槽１２ａに投入して貯水する。その際、分離された液分Ｌの全部又はその一部を、濃度を適宜調製して、第一の培養槽１２ａに投入する。分離された液分Ｌを、第一の培養槽１２ａに投入する手段としては、例えば、手動で投入するようにしてもよいし、固液分離部１０は、パイプ１０ａを備え、分離された液分Ｌを、パイプ１０ａを介して、第一の培養槽１２ａに投入するようにしてもよい。

そして、堆肥加工部１１内の発酵によって発生した二酸化炭素を、堆肥加工部１１から二酸化炭素供給部（供給配管）１３の供給口１３ｃを介して、第一の培養槽１２ａの液分Ｌ中へ供給する。供給口１３ｃから第一の培養槽１２ａに供給された二酸化炭素は、液分Ｌ中に溶け込むようになる。

その際に、発生した二酸化炭素及び発酵熱を、各培養槽１２ａ，１２ｂ及び１２ｃの底部１４ａ，１４ｂ及び１４ｃに配置された二酸化炭素及び発酵熱供給配管１６を介して、各培養槽１２ａ，１２ｂ及び１２ｃに強制的かつ効率的に送り込んで、液分Ｌ中に溶け込ませる。各培養槽１２ａ，１２ｂ及び１２ｃは、高濃度の二酸化炭素を含むようになり、また、二酸化炭素及び発酵熱供給配管１６から伝達された発酵熱によって、さらに加温又は保温される。

次に、第一の培養槽１２ａ中で微細藻類の培養が行われる。培養条件は、微細藻類の種類、発酵菌の種類、培地の種類、微細藻類の増殖速度等の条件に応じて、適宜変更可能である。

培養が終了すると、微細藻類は、任意の回収方法によって回収される。微細藻類の回収方法としては、微細藻類の種類によって適宜変更可能であり、例えば、遠心分離法、沈降分離法、浮上分離法、ろ過法、凝集剤等の添加法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。回収された培養後の微細藻類は、メタン発酵等のバイオマスや燃料等に、或いは、サプリメントとして、利用可能である。

微細藻類の培養がさらに必要な場合、第二の培養槽１２ｂを使用して培養を行う。第二の培養槽１２ｂには、上述の第一の培養槽１２ａの成分と同様のものが含まれている。回収された培養後の微細藻類又は所望の微細藻類を、第二の培養槽１２ｂに投入する。そして、微細藻類の種類や必要量等に応じて、第一の培養槽１２ａ中の培養後の液分Ｌを、オーバーフローによって、或いは、オーバーフロー口、又はパイプを介して、第二の培養槽１２ｂに投入する。第二の培養槽１２ｂには、第一の培養槽１２ａで濃縮された液分Ｌが導入される。

そして、同様にして、第二の培養槽１２中で、微細藻類の培養が行われる。培養が終了すると、微細藻類は大量に成長している。さらに、必要に応じて、第二の培養槽１２中の液分Ｌを、オーバーフローによって、或いは、オーバーフロー口、又はパイプを介して、第三の培養槽１２ｃに投入する。第三の培養槽１２ｃには、さらに濃縮された液分Ｌが導入される。

以下、同様にして、必要に応じて、第三の培養槽１２ｃ中で、微細藻類の培養が、順次行われる。第三の培養槽１２ｃの液は、一部排出されるようになる。

以上のように、本実施形態に係る微細藻類の培養装置２００によれば、上述の第一の実施形態に係る微細藻類の培養装置１００と同様の効果を奏することができる。

また、メタン発酵時のメタンガス回収後の残渣中の消化液、二酸化炭素及び発酵熱を、堆肥加工部１１から二酸化炭素及び発酵熱供給配管１６を介して培養槽１２ａ，１２ｂ，１２ｃに、強制的かつ効率的に送り込んで、液分Ｌ中に溶け込ませることができ、微細藻類をさらに効率的に培養することができる。

尚、本発明の微細藻類の培養装置は、上記第一及び第二の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更し得ることは勿論のことである。

上記第一及び第二の実施形態において、微細藻類の培養装置１００，２００のリング形状は、それぞれ、三つの区画部を有するが、これに限定されるものではない。微細藻類の培養装置１００，２００のリング形状は、それぞれ、区画部を有さないか、二つ又は四つ以上の区画部を有してもよい。

或いは、微細藻類の培養装置１００，２００のリング形状が区画部を有する場合、各区画部における培養槽の個数（段数）を、異なる個数（段数）に適宜変更するようにしてもよい。このような構成によって、例えば、各区画部において、異なる複数種の微細藻類を、メタンガス回収後の残渣を用いて、各培養槽によって一度に培養することが可能となる。

上記第一及び第二の実施形態において、微細藻類の培養装置１００，２００は、平面視において、リング形状を呈しているが、これに限定されるものではなく、任意の形状を呈することができる。

上記第一及び第二の実施形態において、貯水部（培養槽）１２は、固液分離部１０の下部に三段式に構成され、培養槽１２は、第一の培養槽１２ａ、第二の培養槽１２ｂ及び第三の培養槽１２ｃを含むが、これに限定されるものではなく、貯水部（培養槽）１２は、一段式又は４段式以上に構成されてもよい。

或いは、上記第一及び第二の実施形態において、固液分離部１０、堆肥加工部１１及び貯水部（培養槽）１２は、それぞれ、独立して設けられてもよいし、一体的に構成されてもよい。例えば、固液分離部１０及び貯水部（培養槽）１２が、一体的に構成されてもよいし、貯水部（培養槽）１２及び堆肥加工部１１が、一体的に構成されてもよいし、固液分離部１０及び堆肥加工部１１が、一体的に構成されてもよい。

上記第一及び第二の実施形態において、貯水部（培養槽）１２は、堆肥加工部１１の上部に配置されているが、これに限定されるものではなく、堆肥加工部１１内で発生する発酵熱によって、加温又は保温されるような構成であればよい。

なお、上部の貯水部（培養槽）１２ａでは、若い微細藻類が多く含まれるため、培養における生育のために、より多くの二酸化炭素を必要とする。このため、上記実施形態において、堆肥加工部１１内で発酵によって発生した二酸化炭素を、二酸化炭素供給部１３を介して、第一の貯水部（培養槽）１２ａの液分Ｌ中へ供給するようにしているが、これに限定されるものではない。さらに、堆肥加工部１１内で発酵によって発生した二酸化炭素を、二酸化炭素供給部１３を介して、第二の貯水部（培養槽）１２ｂの液分Ｌ中及び／又は第三の貯水部（培養槽）１２ｃの液分Ｌ中へ供給するようにしてもよい。

上記第二の実施形態において、二酸化炭素及び発酵熱供給配管１６は、培養槽１２ａ，１２ｂ，１２ｃの底部１４ａ，１４ｂ及び１４ｃに配置されているが、これに限定されるものではない。また、上記実施形態において、二酸化炭素及び発酵熱供給配管１６は、培養槽１２ａ，１２ｂ，１２ｃの底部１６ａ，１６ｂ，１６ｃに、水平方向に蛇行して配置されているが、これに限定されるものではない。要は、二酸化炭素及び発酵熱供給配管１６は、堆肥加工部１１内で発生する二酸化炭素及び発酵熱を、培養槽１２ａ，１２ｂ，１２ｃに供給することができるような構成であればよい。

上記第一及び第二の実施形態において、培養槽１２ａ，１２ｂ，１２ｃには、固液分離部１０に対して、培養槽１２ａ，１２ｂ，１２ｃを回転可能な回転機構が設けられていてもよい。このような構成によって、微細藻類を培養する際に必要な、培養槽１２ａ，１２ｂ，１２ｃにおける日射量を調整することができ、微細藻類をさらに効率的に培養することができる。

なお、培養槽１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、固液分離部１０に対して、一体的に回転するようにしてもよいし、固液分離部１０に対して、複数個ずつの培養槽が回転するようにしてもよいし、培養槽１２ａ，１２ｂ，１２ｃのそれぞれが、固液分離部１０に対して、独立して回転するようにしてもよい。

本発明の微細藻類の培養装置は、メタンガス等のバイオガスを発生させるためのメタン発酵装置を備えた、メタン発酵施設等に有効に適用される。

１０ 固液分離部、１０ａ パイプ、１１ 堆肥加工部、１２ 貯水部（培養槽）、１２ａ 第一の貯水部（培養槽）、１２ｂ 第二の貯水部（培養槽）、１２ｃ 第三の貯水部（培養槽）、１３ 二酸化炭素供給部、１３ａ 一端部、１３ｂ 他端部、１３ｃ 供給口、１４ａ，１４ｂ及び１４ 底部、１５ａ，１５ｂ及び１５ｃ 側部、１６ 二酸化炭素及び発酵熱供給配管、１６ａ 一端、１００，２００ 微細藻類の培養装置、１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ 区画部、Ｌ 液分、 Ｓ 固形分。

Claims (5)

1. 微細藻類の培養装置であって、
   メタン発酵装置におけるメタンガス回収後の残渣を、固形分と液分とに分離する固液分離部と、
   前記固液分離部で分離された前記固形分を貯留して、発酵により二酸化炭素ガスおよび発酵熱を発生させる堆肥加工部と、
   前記固液分離部で分離された前記液分を貯水し、前記液分を前記微細藻類の培養に利用可能とする培養槽と、
   前記堆肥加工部内で発生する二酸化炭素を、前記培養槽の前記液分へ供給する二酸化炭素供給部と、
   前記堆肥加工部内で発生する発酵熱を、前記培養槽の前記液分へ伝達する発酵熱伝達部とを備える、微細藻類の培養装置。
2. 前記培養槽は、前記固液分離部の下部に、階段状に複数個配置され、前記液分が、上部の前記培養槽から下部の前記培養槽へ降下するように形成されている、請求項１に記載の微細藻類の培養装置。
3. 前記培養槽は、前記堆肥加工部の上部に配置されることで加温又は保温される、請求項１又は２に記載の微細藻類の培養装置。
4. 前記培養槽は、底部及び側部を有し、前記培養槽の前記底部に配置されるとともに、前記堆肥加工部内で発生する二酸化炭素及び発酵熱を、前記培養槽に供給する二酸化炭素及び発酵熱供給配管を、さらに備える、請求項１〜３の何れかに記載の微細藻類の培養装置。
5. 前記培養槽には、前記固液分離部に対して、前記培養槽が回転可能な回転機構が設けられている、請求項１〜４の何れかに記載の微細藻類の培養装置。

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