JPS63123374A - 微細藻類培養装置 - 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】 本発明はクロレラ等微細藻類を炭酸ガスを利用して培養
するための装置に関する。

クロレラの培養形式は独立栄養、混合栄養、従属栄養に
分けられる。独立栄養培養とは、光照射条件下炭酸ガス
を炭素源として培養するものである。混合栄養培養とは
、光照射条件下酢酸専有別物と炭酸ガスを炭素源として
培養するものである。

従属栄養培養とは、グルコース等の有殿物を炭素源とし
て光の照射を行なわず空気等酸素含有気体を通気して培
養するものである。

士数年前、クロレラは、一般の緑色植物に比べて増殖が
速く、投入する栄養塩類等の流失が少なく、また蛋白質
、ビタミン類０色素、　ＣＧＦ等生理活性物質などに富
んでいることから、有望な食料資源として数多くの研究
がなされてきた。

当初、自然光を利用した独立栄養培養が盛んに研究され
、数多くの培養装置が提案された。これらは、培養池全
体を光透過材質で密閉し、この中に炭酸ガスを供給する
型式のものと、培養池は大気下に開放し炭酸ガスを池底
から通気したり、あるいは混合液を扱取り別の溶解装置
で炭酸ガスを溶解させたものを池に戻す型式のものに大
別できる。前者においては、光透過材質表面に水滴、塵
埃、あるいは藻体が付着し、光透過量が激減し、微細藻
類の増殖速度が著しく減少する欠点があった。また独立
栄養培養では、光飽和条件下微細藻類の増殖に対する飽
和溶存炭酸ガス濃度が空気と平衡した溶存炭酸ガス濃度
より高いため、通常炭酸ガス強化空気を用いる。このた
め、前述の後者の型式において、炭酸ガス強化空気を地
底から通気する場合、池の水深が小さいため気泡ととも
に炭酸ガスの大部分が大気中に放出され、また混合液を
扱取り別の溶解装置で炭酸ガスを溶解させたものを池に
戻す場合、通常培養池は広大な平面積を有し、効果的な
攪拌が行なえず、このため溶解装置を通過して池に戻っ
てきた混合液を速やかに稀釈均一化できず、この結果濃
度の高い部分での大気への放出が大きくまた濃度の低い
部分では微細藻類の増殖が制限され、この藻類増殖を制
限しないために池に戻される混合液の炭酸ガス濃度を更
に高くすると、前述の′ａ度の高い部分での大気への放
出が更に大きくなり、いづれの場合においても炭酸ガス
の損失が大きくなる欠点があった。

また人工光による独立栄養培養は電気料金が高くなるた
め大規模化は難しい。また従属栄養培養に関しては、グ
ルコースのように細菌の汚染を受【Ｊ易いものを使用す
るため、殺菌操作等に大きな費用を要しかつ培養された
藻体の生理活性物質含有ｍが少ない等の品質の面で劣る
欠点があり、企業化されていない。

このため現在では、損失の少ない酢酸を主な炭素源とし
、積極的に炭酸ガスを添加しない混合栄養培養が主流を
なしている。しかし、酢酸が高価なため、クロレラはダ
イス等に代る蛋白資源となりえず、健康食品として高い
価格で販売されている。

しかし、前述の独立栄養培養にあける炭酸ガスの損失を
減少させることができれば、炭酸ガスは非常に安価であ
るので、クロレラが非常に安価に生産できる。

本発明は、前述の微細藻類の独立栄養培養または炭酸ガ
スを積極的に利用した混合栄養培養を行なうに際して、
前述の培養池全体を光透過材質で密閉し、この中に炭酸
ガスを供給する型式の装置が有する自然光の透過率減少
という欠点と、培養池は大気下【こ開放し炭酸ガスを池
底から通気したり、おるいは混合液を扱取り別の溶解装
置で炭酸ガスを溶解させたものを池に戻す型式の装置が
有する炭酸ガスの著しい損失という欠点を改善したもの
で、受光面を光透過材質で覆うことなく、かつ微ｍ藻類
の増殖を制限することなく、大気への炭酸ガスの損失を
減少させ、クロレラ等微細藻類をより安価に生産できる
装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、光照射条件下、炭酸ガスを供給し、大気下に
開放された無終端水路として構成された培養漕内の培養
液および微細藻類藻体の混合液を連続的あるいは断続的
に該水路に沿って流動させ、微ｆｌＩＩ藻類を培養する
ための装置であって、前記水路に水路を横断する阻流壁
を設け、該阻流壁の両側の水路内を、該阻流壁の両側の
水路底壁に開口しかつ該水路底壁より下方を通過する導
水路で、連通するとともに、該導水路上部あるいは導水
路内に、前記阻流壁の上流側から前記導水路を介して下
流側に混合液を流す、水推進機を設け、該水推進機内あ
るいは前記導水路内に、炭酸ガス源からの炭酸ガスを水
路内の混合液に供給するための、炭酸ガス供給管を開口
してなることを特徴とする微細藻類培養装置であって、
これによって、自然光の透過率減少がなく、微細藻類の
増殖を制限することなく、大気への炭酸ガスの損失を著
しく減少させることを可能にするものである。

つぎに、本発明を図面に示す実施例に基づいて、ざらに
具体的に説明する。

第１図および第２図は本発明の一実施例を示し、それぞ
れ、平面図、第１図におけるＸ−Ｘ縦断面図である。

長円形培養槽に整流壁２が設けられ、無終端状の水路１
が形成され、この水路１を横断して阻流壁３が設けられ
、阻流壁３の両側はそれぞれの底壁に開口する導水路４
で連通され、これによって、培養槽は無終端水路として
構成されている。導水路４の一方の開口端には、ケーシ
ング５、インペラー６、モーター８よりなる軸流ポンプ
を設け、水推進機を構成し、インペラ＝６の下方には炭
酸ガス供給管７が開口している。炭酸ガス供給管７は液
化炭酸ガスの収納されたボンベ９に流量制御弁１０を介
して連絡されている。

導水路４は、下流側底壁より下方に伸び、最下部に達し
たのち、上方に伸び下流側底壁に開口している。導水路
４の深さおよび長さは、炭酸ガスの充分な溶解および濃
度の均一化を確保する観点から決定され、通常開口端か
ら最下部までの距離は１ｍ以上あればよい。第２図の装
置では、導水路４は１つで、軸流ポンプを２基使用して
いるが、水路１の幅、水路１における必要流速等を考慮
して複Ｆ！基の設置が可能である。

水路１の水深は、通常２０ｃｍ以下が適当である。

つぎに、第１図および第２図に基づいて作用について説
明する。

モーター８の作動により、インペラー６が回転し、混合
液はケーシング５の上部から水路１内より導水路４内に
送られる。送られた混合液は下向流部ａ、上向流部ｂ、
水路１内を経て再び導水路４に戻る。この循環的流動に
よって、藻体の沈降が防止され、これによって良好な増
殖が確保されかつ沈積による腐敗が防１トされる。水路
１内では光の照射を受け、微細藻類の光合成が行なわれ
る。

またボンベ９内の圧力により、流量制御弁１０を介して
、炭酸ガス供給管７の開口より、実質的に純粋な炭酸ガ
スをインペラー６の下方に送ると、炭酸ガスの溶解速度
が大きいため、ケーシング５上部から流入してくる混合
液に炭酸ガスが速かに溶解し、下向流部ａおよび上向流
部すを移行する問に混合液中の溶存炭酸ガス濃度が均一
化された後、水路１に放出される。

炭酸ガス供給管７の開口部には散気管を設け、多数の細
孔を通して水平方向に炭酸ガスを噴出させる。この炭酸
ガスは、インペラー６の真下で、インペラー６により生
じる水流に対して直角方向に噴出されるので、大きな剪
断力を受けて微細気泡化され、さらに速かに混合液に溶
解する。

混合液に溶解した炭酸ガスは、水路１内で微細藻類の光
合成により固定されると同時に、大気中の炭酸ガス濃度
と溶存炭酸ガス′、ａ度の差に応じた速度で大気中へ移
動する。この大気中への移動弁が損失となる。

第１図および第２図に示した実施例は、炭酸ガス源９と
して液化炭酸ガスを用い、これを空気等で稀釈すること
なく直接混合液に溶解させるものでおるが、ボイラー排
ガス等の炭酸ガス強化空気を炭酸ガス源９として用いて
もよい。この場合、炭酸ガス強化空気は水に難溶の酸素
、窒素を含むので、導水路４内には常に気泡が存在し、
この気泡中と混合液中の炭酸ガス濃度の平衡関係により
気泡中に混合液に溶解しなかった炭酸ガスが存在し、こ
の気泡は最終的に水面より大気中へ放出され、この放出
された気泡中の炭酸ガスが損失として加算される。しか
しこの場合、導水路４の深さおよび艮ざを充分大きくと
ることで、単位通気量当りの炭酸ガス溶解量を多くし、
前記の気泡放出に阻隔した炭酸ガスの損失を、単に水路
１底面から通気する従来のものよりも、少なくできる。

第１図および第２図に示した実施例では、炭酸ガス源９
として液化炭酸ガスを用い、これを空気等で稀釈するこ
となく直接混合液に溶解させるので、通気母を適切に調
節することで、通気した気体をすべて混合液に溶解させ
ることが可能であり、前記の気泡放出に阻隔した炭酸ガ
スの損失をなくすことが可能である。

このようにして炭酸ガスの添加された混合液は、水路１
に送り出され、ここで光の照射を受け、微細藻類の光合
成により炭酸ガスが固定されると同時に、大気中の炭酸
ガス濃度と溶存炭酸ガス濃度の差に応じた速度で大気中
へ移動する。このため混合液中の溶存炭酸ガス濃度は水
路１に沿って次第に減少し、軸流ポンプ流入前に最低と
なる。

したがって、流量制御弁１０を操作して、次間ガス供給
〇を軸流ポンプ流入前の溶存炭酸ガス濃度が微細藻類の
増殖に対重る飽和値となるように決定してもよく、また
導水路４から流出する時の溶存炭酸ガス濃度が微細藻類
の増殖に対する飽和値となるように決定してもよく、ま
たその中間の値となるように決定してもよい。これは、
炭酸ガス源の価格によって左右される問題である。いづ
れにしても、本発明の装置では、このような微調節が可
能である。

また、前記微細藻類の増殖に対する飽和溶存炭酸ガス濃
度は、使用藻類様、水温、光強度によって異なるので、
使用藻類様について、水温、光強度の変化による飽和炭
酸ガス濃度の変化をあらかじめ検討し、決定しておくと
よい。一般に水温、光強度の上昇で微細藻類の増殖に対
する飽和炭酸ガス濃度は上昇する。この決定された特性
にもとづいて、炭酸ガス供給量を、光強度、水温等に応
じて、適宜改変することによって、本発明の装置では、
炭酸ガスの損失を最小限に止めることができる。

水路１が長くなる場合は、導水路４、水推進機、阻流壁
３を水路１に間隔をおいて複数箇所に設け、それぞれの
箇所で炭酸ガスを添加してもよい。

第３図は第１図および第２図に示した装置において、ケ
ーシング５、インペラー６およびモーター８よりなる軸
流ポンプを下流側の導水路４内上方に設け、炭酸ガス供
給管７を上流側の導水路４内上方に開口した場合の一実
施例を示す縦断面図である。導水路４の上流側における
開口部には突起物１８が設けられ、気泡の上昇を防止し
ている。

本装置では、軸流ポンプのインペラー６により気泡が迭
かに微細化されず、炭酸ガスの溶解速度が、第１図およ
び第２図に示した装置に比較してやや小さくなるので、
導水路４の深さおよび長さを、第′１図および第２図に
示した装置よりもやや大きくするとよい。このような改
変によって、本装置においても、第１図および第２図に
示した装置と同様の効果が期待できる。

第４図は、第１図および第２図に示した装置において、
炭酸ガス供給管７が別に設けた炭酸ガス溶解装置の液相
に連絡し、該炭酸ガス供給管７が炭酸ガスの添加された
液体を通り場合の一実施例を示す縦断面図である。

炭酸ガス溶解装置は、−例では、液を満す密閉容器１１
、攪拌用インペラー１４、攪拌用モーター１３からなり
、炭酸ガス源９からの炭酸ガスを密閉容器月内に送る管
１６、および培養液または培養槽から引抜いた混合液を
密閉容器１１内に送る管１７が密閉容器１１内に開口し
、管１６には流量制御弁１５、管７には流量制御弁１０
およびポンプ１２が設けである。

炭酸ガス溶解装置から高濃度に炭酸ガスを含む培養液あ
るいは混合液が、炭酸ガス供給管７を介して、インペラ
ー６の下方に送られると、これは軸流ポンプにより流入
してくる混合液により速かに稀釈混合され、下向流部ａ
および上向流部すを移行する間に混合液中の溶存炭酸ガ
ス濃度が均一化された後、水路１内へ放出される。

本装置では、炭酸ガスを導水路４内とは別に設けた炭酸
ガス溶解装置で液体に溶解させるので、密閉容器１１内
の圧力を高くしたり、攪拌を強くしたり、最適の条件で
炭酸ガスを溶解させることができる等の効果が付加され
る。

本装置においても、第３図にように、軸流ポンプを下流
側の導水路４内上方に設け、炭酸ガス供給管７を上流側
の導水路４内上方に開口してもよい。この場合、軸流ポ
ンプのインペラー６により高濃度炭酸カス含有液体が速
かに混合稀釈されず、混合液中の炭酸ガス濃度の均一化
が、第４図に示した装置に比較してやや遅くなるので、
導水路４の深さおよび艮ざを、第４図に示した装置より
もやや大きくするとよい。このような改変によって、第
４図に示した装置と同様の効果が期待できる。

また、水推進機としては、軸流ポンプに代えて、水中プ
ロペラ、斜流ポンプ、各種水中ポンプ等も使用可能であ
るが、流速が得やすい、気泡を微細化しやすい等の理由
により、軸流ポンプが適する。

また、第２図、第３図および第４図に示した実施例にお
いては、炭酸ガス供給管７が、阻流壁３の上流側の導水
路４内上方に開口し、ざらに第２図および第４図に示し
た実施例においては、インペラー６の真下に開口してい
るが、他の中間部位に開口した場合でも、炭酸ガス供給
管７開ロ部以降の導水路２の長さを、炭酸ガスの溶解、
稀釈、均一化に対して、充分にとってやれば、第２図、
第３図および第４図に示した実施例と同等の効果が期待
できる。しかし、第２図、第３図および第４図に示した
実施例のように構成したほうが、導水路２を有効に利用
できることは言うまでもない。

また、水推進機も、第２図、第３図および第４図に示し
た実施例のように、特に導水路４の上部あるいは導水路
４内上方に設ける必要もないが、施工および維持管理の
容易さの点において、第２図、第３図および第４図に示
した実施例が優れていることも言うまでもないことであ
る。

また、第２図および第４図に示した実施例のように、水
推進機の水推進部、例えばインペラー６、の真下に炭酸
ガス供給管を開口したものは、前）ホのように、炭酸ガ
スの溶解速度、稀釈および均一化の点で、特に優れてい
る。

いづれにしても、本発明の装置は、大気と接触しない導
水路４内で、炭酸ガスの溶解、稀釈混合、および濃度の
均一化を速かに行なうと同時に、省力的に混合液を流動
させることができる点に最大の特徴を有するものである
。

このように、本発明の装置によれば、 （１）供給された炭酸ガスは導水路内で速やかに溶解、
稀釈、均一化されるので、炭酸ガス供給の微Ｌ’４ｆｍ
が可能であり、これによって炭酸ガスの大気への損失を
著しく減少させ、かつ微細藻類の生産に対して経済的な
溶存炭酸ガス濃度を容易にかつ安定して維持することが
可能であり、 （２）自然光の照射憬を減少させることがなく、（３）
水路１と導水路４が一体化した簡単な構造であるととも
に、揚程がほとんどなく、浅い培養槽内を効率的に流動
攪拌することができ、これらにより、最適の条件で微細
藻類の培養が行なえ、安価な炭酸ガスを炭素源とした安
価な微細藻類の生産が可能である。

尚、本発明の装置は、微細藻類に限らず、光合成細菌、
ユーグレナ等他の光合成微生物の光照射条件下炭酸ガス
を利用した培養にも利用”できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す平面図であり第２図は
第１図にあけるＸ−Ｘ縦断面図であり、第３図および第
４図はそれぞれ別の実施例を示す縦断面図である。 １は水路、２は整流壁、３は阻流壁、４は導水路、５は
軸流ポンプケーシング、６は軸流ポンプインペラー、７
は炭酸ガス供給管、８は軸流ポンプモーター、９は炭酸
ガス源、１０は流量制御弁、１１は密閉容器、１２はポ
ンプ、１３は攪拌用モーター１４は攪拌用インペラー、
１５は流量制御弁、１６は管、１７は管、１８は突起物
、１９は管である。 ａは下向流部、ｂは上向流部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光照射条件下、炭酸ガスを供給し、大気下に開放さ
   れた無終端水路として構成された培養槽内の培養液およ
   び微細藻類藻体の混合液を連続的あるいは断続的に該水
   路に沿つて流動させ、微細藻類を培養するための装置で
   あつて、前記水路に水路を横断する阻流壁を設け、該阻
   流壁の両側の水路内を、該阻流壁の両側の水路底壁に開
   口しかつ該水路底壁より下方を通過する導水路で、連通
   するとともに、該導水路上部あるいは導水路内に、前記
   阻流壁の上流側から前記導水路を介して下流側に混合液
   を流す、水推進機を設け、該水推進機内あるいは前記導
   水路内に、炭酸ガス源からの炭酸ガスを水路内の混合液
   に供給するための、炭酸ガス供給管を開口してなること
   を特徴とする微細藻類培養装置。 ２、前記水推進機が前記阻流壁の上流側に位置する前記
   導水路の上部あるいは導水路内上方に設けられるととも
   に、該水推進機の水推進部下方に前記炭酸ガス供給管が
   開口していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の微細藻類培養装置。 ３、前記水推進機が前記阻流壁の下流側に位置する前記
   導水路上部あるいは導水路内上方に設けられるとともに
   、前記阻流壁の上流側に位置する前記導水路内上方に、
   前記炭酸ガス供給管が開口していることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の微細藻類培養装置。 ４、前記水推進機が軸流ポンプであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項または第３項記載の
   微細藻類培養装置。 ５、前記炭酸ガス源が液化炭酸ガスであり、前記炭酸ガ
   ス供給管が液化炭酸ガスの収納された容器に連絡してい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   または第３項または第４項記載の微細藻類培養装置。 ６、前記炭酸ガス供給管が、培養液あるいは前記培養槽
   から引抜いた混合液に炭酸ガス源からの炭酸ガスを添加
   するための、炭酸ガス溶解装置の液相に連絡し、該管は
   炭酸ガスの添加された液体を通すものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項または第３項
   または第４項記載の微細藻類培養装置。