JP7325220B2

JP7325220B2 - 生物の育成装置

Info

Publication number: JP7325220B2
Application number: JP2019095702A
Authority: JP
Inventors: 亮太森
Original assignee: 株式会社レゾナック・ガスプロダクツ
Priority date: 2019-05-22
Filing date: 2019-05-22
Publication date: 2023-08-14
Anticipated expiration: 2039-05-22
Also published as: JP2020188720A

Description

本発明は、ファインバブルを用いた生物の育成装置に関する。

従来、ファインバブルによる微生物の成長促進を目的とした培養装置において、フィルターによって培養槽内の培養液を微生物と培養ろ過液に分離し、培養ろ過液にファインバブルを含有させ、培養槽に還流する装置が知られている。
例えば特許文献１には、生物反応槽から培養液が導入されるとともに培養液を菌体とろ過液とに分離する菌体ろ過器を有し、ろ過液にファインバブルを含有させ、培養槽に還流する方法と装置が示されている。

また、特許文献２には、培養槽から抜き出されろ過器に供給される生物培養液を、マイクロナノバブルを含有するものとするマイクロナノバブル発生装置が示されている。

しかしながら、上記のいずれの装置も、微生物や菌体を含有する培養液をフィルターに流通させ、微生物、菌体と培養ろ過液に分離させる工程が発生している。この工程により、循環運転を続けているといずれフィルターの目詰まりが発生し、循環量が低下してしまう問題があった。

特開２００７－３１２６８９号公報特許第５９８５１１４号公報

本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、フィルターの目詰まり等を防止できるとともに、効率的に生物を育成することができる生物の育成装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の生物の育成装置は、養液を貯留するとともに、該養液内の生物を育成する育成槽と、前記育成槽内に設けられ、ファインバブルのみが通過できる大きさの開き目を有する放出膜により区切られた養液循環エリアと、前記養液に前記ファインバブルを添加する発生機と、前記養液循環エリアから前記発生機に前記養液を導く導入管路と、該導入管路を通じて前記発生機に供給され、前記ファインバブルを含有させた前記養液を前記育成槽内の前記養液循環エリアへ還流させる還流管路と、前記導入管路又は還流管路に設けられ前記養液を循環させる循環ポンプを備え、前記養液循環エリアには前記生物が含まれず、前記放出膜を介してファインバブルを前記育成槽内の生物育成エリアに放出することにより、前記養液循環エリアから前記生物育成エリアに前記ファインバブルが拡散される一方、前記養液循環エリア内に前記生物含む固形物が侵入することを防止できることを特徴とする。

請求項２に記載の生物の育成装置の前記放出膜は、前記育成槽内の空間を上下に分割するように設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の生物の育成装置の前記放出膜は、筒状に形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の生物の育成装置の前記放出膜は、連結された複数個の筒状に形成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の生物の育成装置の前記育成槽は、前記養液が循環する管状に形成され、前記放出膜は、管状に形成されて前記管状の育成槽内に配置され、前記放出膜の一端部に前記導入管路が接続され、他端部に前記還流管路が接続されていることを特徴とする。

以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。
（１）請求項１に記載の発明においては、放出膜を介して、ファインバブルが生物育成エリアへ供給されるので、バブルと養液の比重差による浮上および拡散効果により、養液循環エリアから生物育成エリアへ供給される一方、放出膜により固形物（生物や微細なゴミ等）が生物育成エリアから養液循環エリアに混入することを防止できる。
したがって、固形物によるファインバブル放出膜の目詰を防止することができる。
（２）請求項２乃至請求項５に記載の発明も前記（１）と同様な効果が得られる。

図１は本発明の第１の実施形態を示す説明図である。
図２は本発明の第２の実施形態を示す説明図である。
図３は本発明の第３の実施形態を示す説明図である。
図４は本発明の第４の実施形態を示す説明図である。
第１の実施形態の生物の育成装置の概略説明図。第２の実施形態の生物の育成装置の概略説明図。第３の実施形態の生物の育成装置の概略説明図。第４の実施形態の生物の育成装置の概略説明図。

以下、図面に示す本発明を実施するための形態により、本発明を詳細に説明する。
図１に示す本発明を実施するための第１の形態において、１は本発明のファインバブルを用いた生物の育成装置である。

なお、説明の便宜上、循環管路１１及び養液循環エリア５を循環し、ファインバブルを含有した養液２を循環養液２Ａという。

この生物の育成装置１は、図１に示すように、養液２を貯留するとともに、前記養液２内の生物を育成する育成槽３と、前記育成槽３内に設けられ、ファインバブルが通過可能な放出膜４により区切られた養液循環エリア５及び生物育成エリア１０と、前記養液循環エリア５の養液２を循環させる循環管路１１と、この循環管路１１に設けられ、前記養液２に前記ファインバブルを添加する発生機６と、循環管路１１に設けられ前記循環養液２Ａを循環させる循環ポンプ９とで構成されている。

循環管路１１は、前記養液循環エリア５から前記発生機６に前記循環養液２Ａを導く導入管路７と、該導入管路７を通じて前記発生機６に供給され、ファインバブルを含有させた前記循環養液２Ａを前記育成槽３内の前記養液循環エリア５へ還流させる還流管路８とで構成されており、循環ポンプ９は、前記導入管路７又は還流管路８のいずれに設けてもよい。

養液２は、育成対象の生物に適した液体が用いられ、例えば、本実施形態では藻類の微生物を育成しており、淡水又は海水等が用いられている。その他にも水草を育成する場合には淡水、水の中の有機物を分解する微生物を育成する場合には、有機物を多量に含んだ液体等が用いられる。

また、この育成槽３で育成される生物は、動植物及び微生物（好気性微生物、嫌気性微生物、藻類等）を含むものである。

ファインバブルにされるガスも、育成する生物に合わせて適宜適切な物質が用いられる。本実施形態では、藻類の微生物を育成するため、二酸化炭素を用いている。
育成槽３は、液体を保持できるとともに導入管路７や還流管路８が接続可能な容器で、その大きさや材質等は育成する生物や育成規模に応じて適宜変更できるものである。

養液循環エリア５は、前記育成槽３内に設けられており、育成槽３とは放出膜４を介して区切られた状態で設けられており、この養液循環エリア５には前記生物が含まれない。本実施形態では、育成槽３の中心部から下部付近の内部の空間を上下に分割するように放出膜４が設けられており、この放出膜４の下方が養液循環エリア５となる。この放出膜４は、本実施形態では、微生物を育成するものであるため、その大きさに合わせて開き目が1～50 μmで、エリアを上下に区切るためにプリーツ型やシート型のものを用いている。育成槽３内の養液循環エリア５は生物育成エリア１０の液相に配置されることが好ましく、後述する異なる形態の図２に示すような生物育成エリア１０へ上部からの投げ込み式であってもよく、図４に示すような管状の生物育成エリア１０の内部に沿うように配置されてもよい。

一方、この放出膜４よりも上方のエリアは、養液２及び育成対象の生物が存在する生物育成エリア１０となる。

この放出膜４は、ファインバブルのみが通過できる大きさの開き目とすることにより、放出膜４により生物等（生物や固形物等）が生物育成エリア１０から養液循環エリア５に混入することを防止できる。また、放出膜４を介してファインバブルを前記育成槽３内の生物育成エリア１０に放出することにより、前記養液循環エリア５から前記生物育成エリア１０に前記ファインバブルが拡散される一方、前記養液循環エリア５内に前記生物含む固形物が侵入することを防止できる。

また、従来の方法ではフィルターに循環流体の全量が通過するのに対して、本発明では放出膜４に循環養液２Ａのファインバブルのみが通過するため、非常に目詰まりが発生しにくい。

発生機６は、ファインバブルを発生させることができるものであれば、どのような機器を用いてもよい。

導入管路７は、養液循環エリア５から発生機６に循環養液２Ａを導く管路で、本実施形態においては一端部が育成槽３の養液循環エリア５に連通するとともに、他端部が発生機６に接続されている。

なお、本実施形態のように発生機６の上流側に循環ポンプ９を設ける場合には、この循環ポンプ９を介して導入管路７の他端部が発生機６に接続される。

還流管路８は、発生機６を通過し、ファインバブルを含有した循環養液２Ａを養液循環エリア５へ導く管路で、その一端部が発生機６に接続され、他端部が育成槽３の養液循環エリア５に連通している。

循環ポンプ９は、導入管路７に設けられ、これらの管路７、８及び発生機６を通過する循環養液２Ａを昇圧し、循環させるポンプである。この循環ポンプ９は、液体を昇圧し圧送できるものであれば、どのようなものを用いてもよい。ところで、本実施形態においては、導入管路７に循環ポンプ９を設けたが、使用するガスによっては還流管路８（発生機６の下流側）に循環ポンプ９を用いてもよく、循環ポンプ９は発生機６に内蔵されていてもよい。

ところで、養液循環エリア５の平均流速は5 m/sec以下、より好ましくは1 m/sec 以下としている。
従来の方法ではフィルターに循環流体の全量が通過するのに対して、本発明では放出膜４に循環流体の全量が通過することはないため、非常に目詰まりが発生しにくい。
ファインバブルはバブルと養液２の比重差による浮上および拡散効果により、養液循環エリア５から前記育成槽３内の生物育成エリア１０へファインバブルのみが供給される一方、放出膜４により生物を含む固形物が生物育成エリア１０から養液循環エリア５および還流管路８および循環ポンプ９および発生機６内に混入することを抑えることができる。
ここで、「固形物」とは、育成対象の生物自身を含むものであり、その他にも生物が排出する固形の排出物や、ゴミ、ほこり等が含まれる。

このように構成された生物の育成装置１で例えば藻類等の微生物を育成（培養）する場合には、養液２として淡水又は海水を用い、ファインバブル用のガスとして二酸化炭素を用いる。

循環ポンプ９により循環養液２Ａを養液循環エリア５に循環させるとともに、発生機６を起動して二酸化炭素をファインバブルにする。このファインバブルは、放出膜４を通過して生物育成エリア１０に拡散される。
この拡散されたファインバブルにより藻類等の微生物を効率よく育成することができる。

[発明を実施するための異なる形態]
次に、図２乃至図４に示す本発明を実施するための異なる形態につき説明する。なお、これらの本発明を実施するための異なる形態の説明に当って、前記本発明を実施するための第１の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
図２に示す本発明を実施するための第２の形態において、前記本発明を実施するための第１の形態と主に異なる点は、筒状に形成され、その一端部に前記導入管路７が接続され、その他端部に前記還流管路８が接続された放出膜４Ａとした点で、このような放出膜４Ａを用いた生物の育成装置１Ａにしても、前記本発明を実施するための第１の形態と同様な作用効果が得られる。
なお、本実施形態においては、この筒状の放出膜４Ａで区切られた放出膜４Ａの内側のエリアが養液循環エリア５となる。

図３に示す本発明を実施するための第３の形態において、前記本発明を実施するための第１の形態と主に異なる点は、互いに連結された複数個の筒状の放出膜４Ｂにした点で、このような放出膜４Ｂを用いた生物の育成装置１Ｂにしても、前記本発明を実施するための第１の形態と同様な作用効果が得られる。

なお、本実施形態においては、この複数個の筒状の放出膜４Ｂで区切られた放出膜４Ｂの内側のエリアがそれぞれ養液循環エリア５となる。
複数個の放出膜４Ｂは、どのように連結してもよく、例えば本実施形態のように４つの放出膜４Ｂを並列状に２つずつ連結してもよいし、複数個の放出膜４Ｂを直列状に連結してもよい。このように複数個の放出膜４Ｂが直接又は間接的に互いに連結されていればよい。

図４に示す本発明を実施するための第３の形態において、前記本発明を実施するための第１の形態と主に異なる点は、前記循環養液２Ａが循環する管状に形成された育成槽３Ａを用いるとともに、前記育成槽３Ａ内に配置され、管状に形成されるとともに、その一端部に前記導入管路７が接続され、その他端部に前記還流管路８が接続された前記放出膜４Ｃにした点で、このような育成槽３Ａ及び放出膜４Ｃを用いた生物の育成装置１Ｃにしても、前記本発明を実施するための第１の形態と同様な作用効果が得られる。
なお、本実施形態においては、この管状の放出膜４Ｃで区切られた放出膜４Ｃの内側のエリアが養液循環エリア５となる。

また、本発明の実施形態で藻類の微生物を育成する場合について説明したが、育成する生物としては植物（水耕栽培）や養殖魚等にしてもよく、植物の場合には、養液を水耕養液とし、養殖魚を育成する場合には、淡水又は海水を養液として使用し、ファインバブルとして使用される気体を酸素や空気等にしてもよい。

本発明は生物を育成する産業に利用される。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ：生物の育成装置、
２、２Ａ：養液、３、３Ａ：育成槽、
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ：放出膜、５：養液循環エリア、
６：発生機、７：導入管路、
８：還流管路、９：循環ポンプ、
１０：生物育成エリア、１１：循環管路。

Claims

養液を貯留するとともに、該養液内の生物を育成する育成槽と、前記育成槽内に設けられ、ファインバブルのみが通過できる大きさの開き目を有する放出膜により区切られた養液循環エリアと、前記養液に前記ファインバブルを添加する発生機と、前記養液循環エリアから前記発生機に前記養液を導く導入管路と、該導入管路を通じて前記発生機に供給され、前記ファインバブルを含有させた前記養液を前記育成槽内の前記養液循環エリアへ還流させる還流管路と、前記導入管路又は還流管路に設けられ前記養液を循環させる循環ポンプを備え、
前記養液循環エリアには前記生物が含まれず、前記放出膜を介してファインバブルを前記育成槽内の生物育成エリアに放出することにより、前記養液循環エリアから前記生物育成エリアに前記ファインバブルが拡散される一方、前記養液循環エリア内に前記生物含む固形物が侵入することを防止できる生物の育成装置。
前記放出膜は、前記育成槽内の空間を上下に分割するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の生物の育成装置。
前記放出膜は、筒状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の生物の育成装置。
前記放出膜は、複数個の筒状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の生物の育成装置。
前記育成槽は、前記養液が循環する管状に形成され、前記放出膜は、管状に形成されて前記管状の育成槽内に配置され、前記放出膜の一端部に前記導入管路が接続され、他端部に前記還流管路が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の生物の育成装置。