JPH01265880A - プランクトンの濃縮装置および濃縮方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えばクロレラ等の有用性の高いプランクト
ンの濃縮装置に関し、詳しくは、濃縮のために分離膜を
利用することを特徴とする濃縮装置に関するものである
。なお本発明において対象とするプランクトンと−は、
植物性あるいは動物性のいずれのものであフてもよいか
、ケイ藻類、原生動物等そのサイズかいわゆる小型プラ
クトンと言われる程度以下のものを言い特に高い有用性
が認められているクロレラを代表的な対象とする。

（従来の技術） クロレラ等の植物性プランクトンあるいは動物性プラン
クトンは、海水性（あるいは淡水性）の浮遊性生物群集
として定義される浮遊生物てあり、ある場合には湖沼等
の汚染の一因として問題となるか、クロレラ等の有用な
プランクトンは、現実に養殖漁業等での餌、食品素材、
飼料等として食品産業・水産産業等で重要な役割をにな
っており、また将来的にもその重要性はますます高まり
つつある。

ところてこのようなりロレラ等のプランクトンを工業的
なレベルで使用する場合には、繁殖地等で増殖させたプ
ランクトンを濃縮することがその保存、運搬等の観点か
ら一般に必要とされている。これはプランクトンはその
生態系の維持のために一定容積の液体中に限られた固体
（セル）しか増殖しないという性質をもっていて、その
ままでは取扱いの液量が膨大なものとなって工業的な利
用の現実性かないからである。

しかしプランクトンの濃縮はその性質上沈降し難いため
に困難性を伴なうものであることか知られている。この
ような困難性が生ずるのは例えばクロレラは光合成によ
り気泡をたいて浮上するとか、氷中ての比重が１に近く
、固体の大きさが１μｍ〜数１０μｍ等と小さいためで
ある。

従来このようなプランクトンの濃縮手段の一つとして、
湖沼等の浄化のために湖沼水に無機又は高分子の凝集剤
を添加してプランクトンを凝集させ、加圧浮上分離によ
り固液分離する方法か知られている。

しかしこの方法は、回収したプランクトン中に凝集剤が
混入するため湖沼等の浄化目的には適用てきても、回収
したクロレラ等のプランクトンを養殖漁業等での餌等に
利用する目的には適用できないものである。

そこでこのような回収プランクトンを利用する目的に適
用するための濃縮手段としては、遠心分離機を用いた方
法が提案され、現実に利用されている。

第７図はこの遠心分離機を使用したプランクトンの濃縮
装置の構成概要を示した図であり、この図において３１
はプランクトン培養槽であり、送液ポンプ３５により原
液槽３２に送られた語法は、更に送液ポンプ３６により
遠心分離機３３に送られて遠心力により固液分離がなさ
れ、分離液は系外に排出され、濃縮されたプランクトン
は回収槽３４に回収される。

（発明か解決しようとする課題） しかし上記遠心分離機を用いたプランクトンの濃縮では
、本発明者の検討によれば次のような問題のあることか
指摘される。

例えは、前述のようにプランクトンはクロレラ等で代表
されるようにその比重と液比型の差が小さく、したがっ
て遠心分離機としては高速回転で遠心力の大きな機械を
使用するのか通常となるが、このために装置の大型化、
動力の大消費、騒音、維持管理の高負担等々の問題を招
くことになっているのである。

本発明者は以上のようなプランクトンの濃縮技術の現状
に鑑み、食品、水産等の分野で用いるのに適して、濃縮
プランクトンに他の物質の混入がない状態で濃縮を行な
うことができる新規なプランクトンの濃縮装置を提供す
ることを目的とするものである。

また本発明の他の目的は、濃縮対象が生物であることに
鑑みて、該プランクトンの生存に不適当な影響を与える
ことが少ないように工夫された濃縮操作を行なうことが
できる装置を提供するところにある。

本発明の別の目的の一つは、濃縮速度が経時的に低下す
る問題を改善して、大量のプランクトンの濃縮処理を効
率よく行なうことができる濃縮装置を提供するところに
ある。

また本発明の更に別の目的は、濃縮状態のモニタか容易
であり、したかって効率のよい装置の運転、対象プラン
クトンの種類に適した装置の運転を行なうことができる
装置、およびその運転方法を提供するところにある。

（課題を解決するための手段） 以上のような目的を実現するためになされた本発明より
なるプランクトンの濃縮装置の特徴は、プランクトンは
透過させずかつ栄養源物質は透過させるポアサイズの分
離膜に、クロスフロー方式て上記プランクトンおよび栄
養源物質を含む処理対象液を通す膜分離ユニットと、該
処理対象液を該膜分離ユニットに循環流通させる循環系
とを備え、非透過の液側でプランクトンを濃縮回収する
ように構成したところにある。

上記の濃縮装置により、分離膜で有用プランクトンは水
と固液分離され、水を系外に排出することで有用プラン
クトンを含む非透過側の液中ては次第に該有用プランク
トンの濃度が濃縮され、所定の濃度に至った状態で装置
の運転を停止ずれば所定濃度の有用プランクトンを回収
することができる。

このような濃縮に用いられる上記分離膜は、プランクト
ンは透過させずに非透過側でのプランクトンの濃縮を可
能とすることと、処理対象液中に含まれる栄養源物質（
プランクトンの生存に必要な物質をいう）は透過させる
という条件を満足させるポアサイズをもった膜が使用さ
れる。このような膜としては一般的にはいわゆる限外を
濾過膜が使用されるか、例えは具体的にクロレラを対象
とする場合には、マリンクロレラは１〜３μｍ、７炎水
クロレラは５〜１０μｍであることから、１μｍ以上の
ものを阻止できる程度の限外？濾過膜が好ましく使用さ
れる。

上記の限外濾過膜等の分離膜において栄養源物質を透過
させるポアサイズのものを選択するようにしているのは
、例えばクロレラ等のプランクトンの生育条件の悪化を
防止するためである。

上記膜分離ユニットに液をクロスフロー方式で流すよう
にしているのは、常に膜面に対して平行に処理対象液を
流すことによって膜面にプランクトンが沈積することに
よる目詰まりが生ずることを防止するためである。

（作　　　用） 本発明のプランクトン濃縮装置は前記の構成をなすこと
によって、培養液中の稀薄なプランクトンを、語法の循
環操作により高い濃縮状態にまで濃縮することかできる
。

（実　施　例） 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

実施例１ 第１図は本発明の実施例１の装置を系統図として示した
ものであり、この図において１はプランクトン培養槽で
あり、この培養Ｎ１内の原料液（処理対象液）は、原料
ポンプ５を用いて原液槽２に所定量張り込まれる。

この原液槽２はその下部に接続された往路管９を介して
循環ポンプ６により膜分離ユニット３に送られ、復路管
１０を介して上記原液槽２の上部から該原液槽２に戻さ
れる。これらにより循環系が構成される。

膜分離ユニット３の構造としては、一般的には平膜型の
濾過膜をｒ過基盤およびｒ液回収盤と共に多数積層した
形式の構造のものとして構成されたものが好ましく使用
されるが、特にこれに限定されるものではない。

上記循環系の往路管９の途中には、開閉切換弁７が介設
され、また上記原液槽２の下部に接続の往路管９は分岐
されて開閉切換弁８を介し濃縮プランクトン回収槽４に
接続されている。

したがって上記二つの開閉切換弁７．８の切換えにより
、開閉切換弁７を開きかつ開閉切換弁８を閉じて、原液
槽２内の液は往路管９、膜分離ユニット３次いで復路管
１０を通って該原液槽２に戻る液循環を行なわせる状態
（以下循環状態という）と、開閉切換弁７を閉じかつ開
閉切換弁８を開いて、原液槽２内の液を濃縮プランり）
−ン回収槽４に移送させる状態（以下回収操作の状態と
いう）との間で切換え操作される。

以上の構成をなすプランクトンの濃縮装置の動作を説明
すると、まずプランクトン培養槽１て培養されたプラン
クトンを含む原液は、例えはクロレラていえば２千万セ
ル／ｍＩ！、程度の濃度であり、これが原液ポンプ５に
より原液槽２内に所定置方多送される。

次に上記循環状態となるように二つの切換弁７．８がセ
ットされ、循環ポンプ６による原液の循環か開始される
。

この液循環の開始により、循環される液中のプランクト
ンは膜分離ユニット３を通過して復路ｌＯを通り原液槽
２に戻るが、相当量の液は膜を透過して透過水として系
外に排出される。これにより透過水の減少分たけ原液の
濃縮が行なわれることになる。この際−口当りの循環サ
イクルて濃縮される程度は低いレベルであるが、本例で
は循環ポンプ６の稼動を連続的に行なわせ、したかって
原液槽２内の液は連続的に多数回に渡り上記循環を繰返
すので、原液槽２内の液のプランクトン濃度は次第に増
大することになる。

このような透過による液量の減少と液中のブランクｌ〜
ン濃度の上昇は、一般的に言えば第２図で示された関係
を示すことになる。

そして液中のプランクトン濃度か目的とする所定濃度に
達した時点において、循環ポンプ６の稼動を停止させ、
上記開閉切換弁７．８を上記回収操作の状態に切換えて
原液槽２内の液を濃縮プランクトン回収槽４に移送させ
て回収することができる。

また本例装置の実施においては、初めに装置内に張り込
んだ原液が循環により所定量まで減少した時に、濃縮液
を濃縮プランクトン回収槽４に回収することなく、更に
原液槽２に原液を追加補充するようにして装置を運転す
ることもできる。このようにずれは最終的な一回の回収
において濃縮液の十分な量を確保することがてきる利点
がある。

第１図で示した装置を用いて、２千万セル／ｍｌｌ濃度
のクロレラを含む２０℃を原液として濃縮操作を行なっ
た。使用した膜分離ユニット３は、分画分子量１０００
００の限外濾過膜（膜面積２００ｃｍ２）を平膜式とし
たものを用い、循環流量２０℃／ｈｒ　、操作圧力１〜
２　ｋｇ／ｃｍ２、で１２ｈｒ運転した。

この操作により、時間の経過と共に透過水量の減少低下
もなく、したがって膜の目詰まり等による性能低下の問
題を招くこともなく運転を継続することがてき、最終的
に得られた液のクロレラ濃度は１０億セル／ｍＡ（シた
がって濃縮は５０倍）となった。

実施例２ 第３図に示した実施例２は、循環系を構成している往路
管９の途中にバイパス路１１を設け、このバイパス路１
１を透明な管で構成することで濁度計による循環液の吸
光度の測定を可能とした例を示している。その他の構成
は実施例１と同様のものであるため各部の説明は省略す
る。

本例において上記循環液の吸光度による濁度を測定する
ようにしているのは次の理由による。すなわちプランク
トンの濃縮は無限に行なうことは不経済であるはかりで
なく、工業的な利用の観点からは一定以上の濃縮は実際
上不要であるから、上記濃縮装置の濃縮操作は所定の段
階で停止させることが実際の運転操作において行なわれ
る。そしてその運転停止はそれ程の厳密性を要求される
ものではないが、濃縮操作毎に得られる濃縮プランクト
ンの濃度が大きくハラツクことは製品管理の上からは望
ましくない。そこで濃縮液中のプランクトンの固体（セ
ル）数を、適宜バッチ式にサンプリングした液中の数を
顕微鏡で覗いてカウントすることでモニタすることも考
えられるが、実際にはこのような方式では即時的な対応
性に欠け、また作業要員を装置に配置する必要があるな
との難がある。

そこで本例においては、上記のように循環系の一部に濁
度計を用いたモニタセクションを設けることで即時的な
循環液濃度の測定を可能としたのである。なおまた、か
かる濁度を利用することにより、コンピュータを利用し
た自動的な装置運転停止制御をも可能とできる。

本例における濁度計を用いた循環液の濃度測定は、通常
のＬＥＤ等の発光源１２、受光セル１３の組合せからな
るものを使用して構成することができる。第４図は上記
濁度計を用いてクロレラを含む循環液中の該クロレラ濃
度を８９０ｎｍの波長の光で測定した場合の吸光度（−
Ａ　ｏｇＴ　）との関係を示した図である。したかって
この第４図で示された特性曲線を基準として実際に濃縮
を行なっている循環液の吸光度を測定比較対照すれば、
その時点における循環液の濃縮状態を確認することがで
きる。

なお循環液の濃度測定は上記の方式に限定されるもので
はなく例えは定期的あるいは連続的に循環ラインから液
をサンプリングし、これを要すれば所定倍に希釈した後
濁度計を用いて濃度測定するようにしてもよく、この場
合にも濁度計を使用することで測定作業およびその測定
結果により装置の停止を行なう制御動作を自動化するこ
とができる。

また濃度測定セクションを、循環系の終端つまり原液槽
に接続される復路管１ｏの端部に配置した場合には、糸
路（往路管、復路管、膜分離ユニット等の内部）に残留
するプランクトン含有の液を、海水等で洗い出しする場
合の洗い出し終了時車の検出用として利用することもて
きる特徴が得られる。

実施例３ 第５図に示した本実施例３の特徴は、循環系を構成して
いる往路管９の途中に熱交換器１５を設けたところにあ
る。その他の構成は実施例１と同様のものであるため各
部の説明は省略する。

本例においてこのような構成を採用しているのは、一つ
には循環液は液温、　？ＦＡ縮の程度にょりその粘度が
異なり、工業的な濃縮処理においてはできるたけ粘度を
低下させて濃縮速度を高くすることが望まれること、他
の一つには濃縮対象とされるプランクトンは生物である
ため、その生存の条件から外れた装置の運転は該プラン
クトンの死滅原因となる可能性かあるため適当てないこ
と、から循環液を適当な温度状態に維持するようにする
ためである。

例えは循環ポンプ６の部分においてはそのポンプ稼動に
より発熱を伴なうから、一般的に循環液の液温は上昇す
る傾向がある。そこでこの循環ポンプ６の後段に熱交換
器を設けることで循環液の液温を一定に維持することか
できる。

またその他の気候条件、地理的条件により液温か低すぎ
る場合には循環液を加温して液の粘度を低下させるよう
にすることも好ましく行なわれる。これらの液温コント
ロールにおいてはクロレラ活性の維持が条件とされるこ
とは言うまでもない。

なお熱交換器は特に限定されることなくプロ レート式熱交換器等既知の適宜のものを使用することか
でき、またその配置の位置も循環系のいずれの位置であ
っても特に限定されるものではない。

実施例４ 第６図に示した本実施例４は、第１図て示した原液槽２
．往路管９．循環ポンプ６、膜分離ユニット３．復路管
１０．開閉切換弁７．８からなる循環系を一つの組とし
て、図示の如くこれを複数多段に設けた構成としたこと
を特徴とする。

すなわち第１の循環系において第１段目の濃縮が行なわ
れた濃縮液は、この第１段の循環系の開閉切換弁８から
プランクトンの濃縮液を第２の循環系の濃縮プランクト
ン受槽２０２に移送するように設けられている。この第
２の循環系は、上記第１の循環系に比べて濃縮プランク
トン受槽２０２を原液槽とする他は第１の循環系と同様
の構成を有するものであり、往路管２ｏ９．循環ポンプ
２０日、膜分離ユニッｌ−２０３，復路管２１ｏ、開閉
切換弁２０７，２０８からなるこの第２の循環系で第２
段目の濃縮を行なう。そして更に第２の循環系の開閉切
換弁２０８からプランクトンの濃縮液を第３の循環系の
濃縮プランクトン受槽３０２に穆送するように設けられ
ていて、第２の循環系と同様の構成を有するこの第３の
循環系、すなわち濃縮プランクトン受槽３０２．往路管
３０９．循環ポンプ３０６．膜分離ユニッｌ−３０３，
復路管３１０．開閉切換弁３０７，３０８からなる循環
系で第３段目の濃縮を行なうようになっている。

そして本例における第１段の循環系、第２段の循環系、
および第３段の循環系は、その系内容量か例えは数分の
１ないし数十分の１程度となるように順次に減容されて
設けられていて、これにより一定の濃縮か進行した場合
に液量が減少することに応じ、処理液量の減少に見合っ
たサイズの装置で効率のよい濃縮操作ができるようにな
っているのである。

このような多段階構成の装置によれば、装置の構成とし
ては複数の循環系の構成が必要になるものの、数十倍〜
数百倍にも渡る濃縮を単一の装置で処理する場合の装置
設計の困難性があるのに比べ、せいぜい数倍〜数十倍程
度の濃縮を行なう装置を複数組合せているので、例えば
循環ポンプの選択性が容易となり、その稼動を無理な条
件下で行なわせることもくなる等の効果か得られる。

第６図の装置を次のように構成してプランクトンの濃縮
操作を行なった場合の結果を下記表に示す。なお使用し
た培養液（クロレラ原液）は２千万セル／ｍρで１０ｍ
３とし、操作条件については実施例１と同様とした。

表 本実施例によれば、複数の循環系を並行に稼動できしか
も実施例１の例に比べて比較的狭い濃縮倍率の範囲で装
置を運転できるため、効率のよい運転が可能となる他、
装置の設計例えば循環ポンプの設計が容易となる利点が
ある。

またプランクトンの装置を通過する時間が平均化され、
プランクトンの各セルにかかる負荷が均質になるとして
考えられるため、装置の運転条件の変更等生物を処理対
象とするこの種装置の設計、運転制御が容易化できる利
点もある。

（発明の効果） 以上述べた本発明のプランクトン濃縮装置によれば、培
養液中の稀薄なプランクトンを高い濃縮状態にまで濃縮
する処理において次のような効果を得ることができる。

■低圧ポンプで対象液を循環させることで、有用なプラ
ンクトンの濃縮を低コストで行なうことができる。

■処理対象液中のＣＯＤであるプランクトンの栄養源物
質は分離膜を通して透過水中に流出するため、プランク
トンを回収する側での該物質の濃縮が生することはなく
、プランクトンの生存条件を培養液と同様の状態に維持
できる。

■従来の遠心分離機のような高速回転体を備えた装置で
はないから騒音の発生は殆どなく、作業環境の上で良好
となる。

■循環系中の液の濃度な濁度系を用いて連続的あるいは
定期的に測定することにより、装置の運転停止時期を即
時的に決定することができるため、回収する濃縮液のプ
ランクトン濃度を概ね一定の状態で得ることができる。

また濁度計を用いた液中のプランクトン濃度の測定によ
り、装置停止の制御を自動化して行なわせることが可能
となり、装置の運転管理の容易化、作業人員の低減化が
で診る。

■循環液の液温をコントロールすることにより、プラン
クトンを死滅させることなく液の粘度を適当な状態に維
持して効率のよい装置運転を行なうことかできる。

■複数の循環系を多段に設りるようにした場合には、こ
れら複数の循環系を並行に稼動できしかも比較的狭い濃
縮倍率の範囲で装置を運転できるため、効率のよい運転
が可能となる他、装置の設計例えば循環ポンプの設計か
容易となる。

【図面の簡単な説明】

図面第１図は本発明よりなる実施例１のプランクトン濃
縮装置の構成概要例を示した図、第２図は処理液量の減
少と液中プランクトン濃度の上昇の関係を説明するため
の図、第３図は実施例２のプランクトン濃縮装置の構成
概要例を示した図、第４図は吸光度とクロレラ濃度の関
係を示した図、第５図は実施例３のプランクトン濃縮装
置の構成概要例を示した図、第６図は実施例４のプラン
クトン濃縮装置の構成概要例を示した図、第９図は遠心
分離機を使用した従来例のプランクトン濃縮装置の構成
例を説明するための図である。 １・・・プランクトン培養槽 ２・・・原液槽　　　　　３・・・膜分離ユニット４・
・・濃縮プランクトン回収槽 ５・・・原液ポンプ　　　６・・・循環ポンプ７．８・
・・開閉切換弁 ９・・・往路管　　　　　１０・・・復路管１１・・・
バイパス路　　　１２・・・発光源１３・・・受光セル
　　　　１５・・・熱交換器３１・・・プランクトン培
養槽 ３２・・・原ｔｉ槽　　　　　３３・・・遠心分離機３
４・・・濃縮プランクトンの回収槽 ３５・・・送液ポンプ　　　３６・・・送液ポンプ手続
補正書 平成　７年１８２７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　プランクトンは透過させずかつ栄養源物質は透過さ
   せるポアサイズの分離膜に、クロスフロー方式で上記プ
   ランクトンおよび栄養源物質を含む処理対象液を通す膜
   分離ユニットと、該処理対象液を該膜分離ユニットに循
   環流通させる循環系とを備え、非透過の液側でプランク
   トンを濃縮回収することを特徴とするプランクトンの濃
   縮装置。 ２　プランクトンがクロレラであることを特徴とする請
   求項１に記載のプランクトンの濃縮装置。 ３　上記循環系の途中に熱交換器を介設したことを特徴
   とする請求項１または請求項２に記載のプランクトンの
   濃縮装置。 ４　上記循環系の途中に濁度計を用いた循環液濃度の測
   定セクションを設けたことを特徴とする請求項１ないし
   請求項３のいずれかに記載のプランクトンの濃縮装置。 ５　上記膜分離ユニットおよび循環系の組の複数を、処
   理液容量を順次に小さくして多段に設けたことを特徴と
   する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のプラン
   クトンの濃縮装置。 ６　請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の濃縮装
   置において、上記循環系の非透過の液側の液量が所定量
   まで減少した時点で、該循環系に処理対象液を追加補充
   することを特徴とするプランクトンの濃縮方法。