(57)【要約】【課題】藻類の培養効率を向上することが可能な藻類培養装置を提供する。【解決手段】藻類培養装置（１０）は、上面開放型の藻類培養槽（１１）と、藻類培養槽（１１）の上面を覆う透光カバー（３０）と、バイオガス発電装置（６）からの排ガスを、藻類培養槽（１１）内の培養液（８）と透光カバー（３０）との間の空間（７）に導入する排ガス導入路（６２）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面開放型の藻類培養槽と、
前記藻類培養槽の上面を覆う透光カバーと、
バイオガス発電装置からの排ガスを、前記藻類培養槽内の培養液と前記透光カバーとの間の空間に導入する排ガス導入路とを備える、藻類培養装置。
【請求項２】
前記藻類培養槽は、レースウェイ型培養槽である、請求項１に記載の藻類培養装置。
【請求項３】
前記藻類培養槽は、前記バイオガス発電装置の排ガスによって昇温された温水を培養液の加温に利用するための温水循環路を含む、請求項１または２に記載の藻類培養装置。
【請求項４】
前記藻類培養槽を形成する壁は、断熱層を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の藻類培養装置。
【請求項５】
前記藻類培養槽は、メタン発酵槽からの消化液を導入する消化液導入口と、培養液をメタン発酵槽へ送り出す培養液排出口とを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の藻類培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、藻類培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、バイオマス原料（生物資源）から、バイオガスを生成させることが広く行われている。たとえば、メタンガスを生成する場合、メタン発酵が行われる。生成されたバイオガス（メタン）は、バイオガス発電の燃料として利用され、電気および熱が発生する。
【０００３】
メタン発酵の原料として、藻類が用いられる。藻類の培養方法として、たとえば特許文献１（特開２０１４−２２６１２３号公報）および特許文献２（特開２０１６−１３１５１１号公報）などが知られている。
【０００４】
特許文献１には、上面開放型のレースウェイ型の培養槽であり、攪拌パドルの回転により藻類が槽内を周回することが開示されている。特許文献１の培養槽は、培養液中に殺菌剤を供給することで、コンタミネーションを低減している。
【０００５】
特許文献２には、閉鎖型のバイオリアクター型の培養槽であり、培養槽内に、培養液とともに藻類が密閉されることが開示されている。特許文献２の培養槽は、密閉された構造であるため、連続的に二酸化炭素（ＣＯ２）を供給する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２２６１２３号公報
【特許文献２】特開２０１６−１３１５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のレースウェイ型の培養槽は、藻類の大量培養を行うのに適している。しかしながら、上面が開放しているため、コンタミネーションによるリスクが高い。また、特許文献１の培養槽では、殺菌剤を培養液に供給することでコンタミネーションを低減することができるものの、常に殺菌剤を投入する必要があるため、十分にコンタミネーションを防ぐことができない。
【０００８】
特許文献２のバイオリアクター型の培養槽は、密閉型であるため、コンタミネーションが生じる可能性は低い。しかしながら、培養液中にＣＯ２を安定して供給することができなくなったり、培養槽の壁面にバイオフィルムが付着し、光の安定供給ができなくなるという課題がある。
【０００９】
このように、藻類培養槽はレースウェイ型、バイオリアクター型のいずれであってもデメリットがあり、藻類の培養を効率的に行うことができないという課題がある。
【００１０】
これらの課題を解決するため、本発明は藻類の培養効率を向上することが可能な藻類培養装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による藻類培養装置は、上面開放型の藻類培養槽と、藻類培養槽の上面を覆う透光カバーと、バイオガス発電装置からの排ガスを、藻類培養槽内の培養液と透光カバーとの間の空間に導入する排ガス導入路とを備える。
【００１２】
好ましくは、藻類培養槽は、レースウェイ型培養槽である。
【００１３】
好ましくは、藻類培養槽は、バイオガス発電装置の排ガスによって昇温された温水を培養液の加温に利用するための温水循環路を含む。
【００１４】
好ましくは、藻類培養槽を形成する壁は、断熱層を含む。
【００１５】
好ましくは、藻類培養槽は、メタン発酵槽からの消化液を導入する消化液導入口と、培養液をメタン発酵槽へ送り出す培養液排出口とを含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の藻類培養装置によれば、藻類の培養効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る藻類培養装置を利用した排ガス利用システムの一例を示す図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う藻類培養装置の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る藻類培養装置の一部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１９】
本発明の実施形態に係る藻類培養装置１０の説明に先立ち、藻類培養装置１０を利用した排ガス利用システム１の一例について説明する。
【００２０】
図１を参照して、排ガス利用システム１は、有機性廃棄物を発酵させてバイオガスを生成するためのメタン発酵槽５と、メタン発酵槽５で生成したバイオガスを利用して発電するバイオガス発電装置６と、メタン発酵槽５およびバイオガス発電装置６から排出される廃液（消化液）や排ガス（ＣＯ２や熱）を利用して藻類を培養する藻類培養装置１０とを備える。
【００２１】
メタン発酵槽５は、バイオガスの生成を主目的とする湿式メタン発酵槽であり、メタン生成菌を含むメタン発酵液が既に貯留する。メタン発酵槽５の内壁面には攪拌機が設けられており、メタン発酵槽５に貯留するメタン発酵液と、供給される有機性廃棄物とを攪拌する。メタン発酵槽５内部は、メタン発酵の温度域（３５〜４２℃）に維持される。なお、有機性廃棄物は、食品などの製造工程で生じる野菜かすなどの食品系廃棄物や、家畜糞などの生物系廃棄物から選択される。
【００２２】
所定の条件に保持されるメタン発酵槽５内部でメタン生成菌などの嫌気性細菌が活動することにより、有機性廃棄物は分解され、バイオガスが発生する。メタン発酵槽５は、バイオガス供給通路５１を介してバイオガス発電装置６と接続しており、バイオガス発電装置６にバイオガスを供給する。また、バイオガス生成後に残る消化液（廃液）は、藻類培養装置１０へ導かれることで、有効利用される。なお、嫌気性細菌は、生育に酸素（Ｏ２）を必要としない細菌である。
【００２３】
バイオガス発電装置６は、バイオガス供給通路５１より供給されるバイオガスを利用して発電する。バイオガス発電装置６は、たとえば発電機、ボイラーなどにより電気と熱を生成する装置である。バイオガス発電装置６で生成された電気は、回収され、たとえば売電される。一方で、回収しきれなかった熱やＣＯ２は排ガスとなり、藻類培養装置１０へ導かれることで、有効利用される。
【００２４】
図２，３をさらに参照して、本実施の形態に係る藻類培養装置１０について説明する。藻類培養装置１０は、上面開放型の藻類培養槽１１と、藻類培養槽の上面を覆う透光カバー３０と、バイオガス発電装置６からの排ガスを導入する排ガス導入路６２とを備える。
【００２５】
藻類培養槽１１は、たとえばレースウェイ型培養槽であり、中央部に空洞を有するリング形状である。図２に示すように、藻類培養槽１１は、底壁１２と、底壁１２の両端から立ち上る一対の側壁１３と、側壁１３の上方縁から外方に張り出す縁部１４とを備える。底壁１２は、平面視略楕円形状である。側壁１３の高さは、たとえば３０〜５０ｃｍ程度である。これにより、外部からの光を後述する培養液８全体に行きわたらせることができる。縁部１４は、藻類培養槽１１の外周の枠であり、透光カバー３０を取り付ける部分である。藻類培養槽１１の材料は、たとえばコンクリート、鋼板、樹脂などから選択されるが、材料については特に限定されない。
【００２６】
藻類培養槽１１を形成する壁は、断熱層１５を含む。具体的には、断熱層１５は、藻類培養槽１１の底壁１２を覆う底面１７と、藻類培養槽１１の側壁１３を覆う側面１６とを有する。
【００２７】
藻類培養槽１１は、既に貯留する水などの液体および藻類と、メタン発酵槽５から供給される消化液とを含む培養液８を培養する。藻類は、酸素発生型光合成を行う生物のうち、コケ植物、シダ植物、種子植物などの陸上植物を除いた植物であり、具体的には、微細藻類である。藻類は、光合成を行い、培養液８中に含まれるＣＯ２をＯ２にし、消化液を栄養分とする。藻類培養槽１１は、藻類の生育に最適な温度、すなわち２０〜３０℃の範囲に保たれる。藻類培養槽１１には、断熱層１５の底面１７および一対の側面１６で囲まれた領域に培養液８が貯留している。藻類培養槽１１は、側壁１３の高さの５〜８分目程度まで培養液８で満たされている。そのため、培養液８と透光カバー３０は接していない。
【００２８】
図１に示すように、藻類培養槽１１は、複数のプロペラ型の攪拌機２０を有する。攪拌機２０を設けることで、培養液８を攪拌するとともに、図１の紙面における反時計周りの水流を起こすことができる。また、攪拌機２０は、メタン発酵槽５から消化液を導入する消化液導入口２２の下流位置に設けられる。これにより、メタン発酵槽５から導入された消化液を効率よく培養液８内に拡散することができる。なお、図１において、攪拌機２０の形状をプロペラ型で示したが、その配置や形状は限定されず、たとえばメタン発酵槽５から消化液を導入する消化液導入口２２の上流側に設けてもよいし、ポンプで水流を起こすことで培養液８が培養槽１１内を循環するように設けてもよい。
【００２９】
藻類培養槽１１は、バイオガス発電装置６の排ガスの熱（廃熱）によって昇温された温水を培養液８の加温に利用するための温水循環路１９を含む。図１，２を参照して、温水循環路１９は、バイオガス発電装置６と藻類培養槽１１を連結する温水導入路１８が設けられる。温水循環路１９の温水は、藻類培養槽１１内を循環する。温水循環路１９は、たとえば培養液８の流れに沿って等間隔で４本設けられる。温水循環路１９は、断熱層１５の底面１７上に接している。温水循環路１９内を流れる液体は、水などの液体であり、バイオガス発電装置６の廃熱を利用して昇温する。温水導入路１８および温水循環路１９は、たとえば配管などで構成されていてもよい。
【００３０】
温水循環路１９を備えることで、藻類培養装置１０を屋外に設けた場合でも培養液８の温度を藻類の培養に適した温度に保つことができる。また、培養液８の加温に用いる熱はバイオガス発電装置６の廃熱を利用しているため、コストを大幅に削減することができる。
【００３１】
また、温水循環路１９には、培養液８の温度を検知する温度センサで検知した情報に基づいて、バイオガス発電装置６から温水循環路１９への廃熱供給量を制御する、廃熱供給制御ユニットが設けられていてもよい。培養液８の温度は、２０〜３０℃になるよう制御されることが好ましい。たとえば冬は、外気の影響を受けて培養液８の温度が極端に低くなるため、廃熱供給制御ユニットにより制御される温水循環路１９は高温になり、温水循環路１９周りの藻類が熱ショックによって死滅するおそれがある。これを防ぐため、藻類培養槽１１に断熱層１５を設けることで、培養液８にかかる外気温の影響を小さくし、温水循環路１９内を流れる温水の温度が過度に昇温することを防止し、熱ショックによる藻類の死滅を防ぐことができる。
【００３２】
透光カバー３０は、透光性を有しており、光が透過する。図３に示すように、透光カバー３０は、平面視略矩形形状の板材である。透光カバー３０は複数設けられ、隣り合う透光カバー３０の間にガスケット４４を設けることで、藻類培養装置１０内の気密性を保つことができる。透光カバー３０の材料は、透光性を有するものであれば特に限定されず、たとえばプラスチック、アクリル、ＰＣ（ポリカーボネート）などの材料から選択される。
【００３３】
図２をさらに参照して、透光カバー３０は、ボルト４２およびナット４３を用いて藻類培養槽１１の縁部１４に取り付けられる。この場合、藻類培養装置１０内の気密性を保つために、透光カバー３０と、藻類培養槽１１の縁部１４の上部および断熱層１５の側面１６の上端縁との間に、パッキン４１が設けられる。
【００３４】
バイオリアクター型の培養槽は１枚で形成されるため、藻類培養槽の壁面にバイオフィルムが付着した場合は、培養槽ごと取り換える必要があり、コストがかかっていた。これに対し、本実施の形態における透光カバー３０は、複数の矩形形状の板材を組み合わせているため、１枚ずつ取り換えることができる。また、バイオリアクター型の培養槽は透光カバー３０が破損または汚損により交換が必要となった場合、稼働を停止して交換する必要があるが、本実施の形態の藻類培養装置１０は稼働を停止せずに修理することができる。さらに、上述のように培養液８は、藻類培養槽１１内に５〜８分目程度まで貯留されており、透光カバー３０と培養液８とは接していない。そのため、透光カバー３０へのバイオフィルムの付着を防ぐことができ、藻類培養装置１０にかかるメンテナンスコストを削減することができる。
【００３５】
図１，２に示すように、排ガス導入路６２は、バイオガス発電装置６からの排ガスを、藻類培養槽１１内の培養液８と透光カバー３０との間の空間７に導入する。導入される排ガスは、ＣＯ２を主体とするガスである。排ガス導入路６２は、藻類培養装置１０内の透光カバー３０と培養液８との間の空間７に接する藻類培養槽１１の側壁１３に設けられる排ガス導入口２３を有する。また、排ガス導入路６２は、藻類培養槽１１と培養液８が接する領域に設けられ、培養液８中に導入されるようにしてもよい。排ガス導入路６２には、バイオガス発電装置６から導入される排ガスの流入量を調節する排ガス導入口２３が設けられていてもよい。なお、排ガス導入路６２は、たとえば配管などで構成されていてもよい。
【００３６】
また、藻類培養装置１０は、排ガス導入路６２から最も離れた位置、たとえば半周離れた位置に排ガス排出路６３を有する。排ガス排出路６３は、透光カバー３０と培養液８との間の空間７に充満したＣＯ２、および、藻類が光合成により生産したＯ２を外部へ排出する。排ガス排出路６３は、排ガス導入路６２に対して対角線上に設けられる。排ガス排出路６３は、藻類培養装置１０内の透光カバー３０と培養液８との間の空間７に接する藻類培養槽１１の側壁１３に設けられる排ガス排出口２４を有する。また、排ガス排出路６３には、排ガスの排出量を調節する排ガス排出口２４が設けられていてもよい。
【００３７】
排ガス排出路６３を、排ガス導入路６２から最も離れた位置に設けることで、透光カバー３０と培養液８との間の空間７に効率よくＣＯ２が充満するため、培養液８の藻類にＣＯ２を均等に供給することができる。また、導入されるＣＯ２はバイオガス発電装置６からの排ガスであるため、安定して供給することができるとともにコストを大幅に削減することができる。
【００３８】
図１に示すように、藻類培養槽１１は、メタン発酵槽５と藻類培養槽１１を連結し、メタン発酵槽５から排出された消化液を藻類培養槽１１へ導入する消化液導入流路５３を有する。消化液導入流路５３は、藻類培養槽１１に設けられ、メタン発酵槽５からの消化液を導入する消化液導入口２２を有する。
【００３９】
また、藻類培養槽１１は、メタン発酵槽５と藻類培養槽１１を連結し、藻類培養槽１１内の培養液８をメタン発酵槽５へ送り出す培養液排出流路５２を有する。培養液排出流路５２は、培養液８をメタン発酵槽５へ送り出し、藻類培養槽１１の側壁１３または底壁１２に設けられる培養液排出口２１を有する。培養液排出口２１は、消化液導入口２２の上流位置に設けられる。培養液排出流路５２および消化液導入流路５３は、たとえば配管などで構成されていてもよい。なお、培養液排出流路５２を流れる流量と消化液導入流路５３を流れる流量は、流量計により管理されていることが好ましい。
【００４０】
藻類培養槽１１は、メタン発酵槽５から導入された消化液に含まれるアンモニアを、藻類培養槽１１で循環する過程で消費させ、アンモニア濃度を低減させた後に、培養液８をメタン発酵槽５へ返送する。これにより、排水処理にコストのかかる消化液（廃液）をメタン発酵槽５で再利用することができる。この場合、培養液排出口２１から送り出される培養液８は、藻類を含んでいるためメタン発酵のバイオマス原料として利用することができる。また、培養液８は、メタン発酵槽５に投入される原料である有機性廃棄物の希釈水として利用することができる。
【００４１】
次に、図１を参照して、本実施の形態に係る藻類培養装置１０を利用した排ガス利用システム１の動作について説明する。
【００４２】
有機性廃棄物をメタン発酵槽５に供給すると、メタン発酵槽５でバイオガスが発生するとともに、消化液が排出される。この消化液は消化液導入流路５３に導かれて藻類培養槽１１内に供給され、藻類の栄養分として利用される。藻類培養槽１１で培養された培養液８は、培養液排出口２１から培養液排出流路５２に導かれてメタン発酵槽５へ送り込まれる。また、メタン発酵槽５で発生したバイオガスは、バイオガス供給通路５１に導かれて、バイオガス発電装置６に供給される。供給されたバイオガスを利用して、バイオガス発電装置６で発電を行うと、電気と熱が発生するとともに、排ガスが排出される。電気は売電され、廃熱は温水循環路１９に導かれ、排ガスのＣＯ２は排ガス導入路６２に導かれる。
【００４３】
廃熱は、温水導入路１８を介して温水循環路１９内を循環する液体を昇温し、藻類培養槽１１内の培養液８を加温する。排ガスのＣＯ２は、透光カバー３０と培養液８との間の空間７に導入され、培養液８中に含まれる藻類全体に十分なＣＯ２を供給し、排ガス排出路６３で排出される。
【００４４】
このように、藻類培養槽１１内の培養液８に導入された消化液は、藻類の培養に利用された後培養液排出流路５２に導かれるため、排水処理を行わずに、再利用することができる。廃熱により温水循環路１８，１９内を流れる液体が昇温されるため、培養液８を加温することができる。排ガスのＣＯ２が透光カバー３０と培養液８との間の空間７に導入されることで、十分なＣＯ２を供給することが可能になり、藻類の培養効率を向上することができる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、藻類培養装置１０を排ガス利用システム１として用いたが、藻類培養装置１０をユニット化し、藻類培養装置１０を単体として提供してもよい。また、排ガスを利用できる施設、たとえば火力発電所、ゴミ焼却施設などに藻類培養装置１０を設けてもよい。さらに、藻類培養槽１１は、平面視略楕円形状の培養槽の中央部に空洞を設けたが、中央部に仕切板を設けることで培養液が循環するようにしてもよいし、攪拌機２０等を設けないプール型の培養槽であってもよい。
【００４６】
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４７】
１  排ガス利用システム、５  メタン発酵槽、６  バイオガス発電装置、７  空間、８  培養液、１０  藻類培養装置、１１  藻類培養槽、１２  底壁、１３  側壁、１４  縁部、１５  断熱層、１６  側面、１７  底面、１８  温水導入路、１９  温水循環路、２０  攪拌機、２１  培養液排出口、２２  消化液導入口、２３  排ガス導入口、２４  排ガス排出口、３０  透光カバー、４１  パッキン、４２  ボルト、４３  ナット、４４  ガスケット、５１  バイオガス供給通路、５２  培養液排出流路、５３  消化液導入流路、６２  排ガス導入路、６３  排ガス排出路。
【図１】
2020048528.tif 000003
【図２】
2020048528.tif 000004
【図３】
2020048528.tif 000005