(57)【要約】【課題】藻類の培養に適した環境が容易に得られる藻類培養システム及び藻類培養方法。【解決手段】含窒素有機物に加熱処理を施して、二酸化炭素とアンモニアと水とを含む第一のガスを得る熱処理装置２と、前記第一のガスから前記アンモニアを除去し、第二のガスを得るアンモニア除去装置３と、前記第二のガスに気液分離処理を施して、前記二酸化炭素を含む第三のガスと、前記水を含む第一の液体とを得る気液分離装置４と、前記第一の液体の全部又は一部と藻類とを含む培養液とし、前記藻類を培養する培養装置６と、を備える、藻類培養システム１００。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
含窒素有機物に加熱処理を施して、二酸化炭素とアンモニアと水とを含む第一のガスを得る熱処理装置と、
前記第一のガスから前記アンモニアを除去し、第二のガスを得るアンモニア除去装置と、
前記第二のガスに気液分離処理を施して、前記二酸化炭素を含む第三のガスと、前記水を含む第一の液体とを得る気液分離装置と、
前記第一の液体の全部又は一部と藻類とを含む培養液とし、前記藻類を培養する培養装置と、を備える、藻類培養システム。
【請求項２】
前記培養装置の前段に、前記第一の液体に調整剤を供給して調整液を得る調整装置をさらに備える、請求項１に記載の藻類培養システム。
【請求項３】
前記第三のガスの全部又は一部を前記調整装置に供給する第一供給手段をさらに備える、請求項２に記載の藻類培養システム。
【請求項４】
前記熱処理装置で得られる固形分の全部又は一部を前記調整装置に供給する第二供給手段をさらに備える、請求項２又は３に記載の藻類培養システム。
【請求項５】
前記アンモニア除去装置で除去されたアンモニアの全部又は一部を前記調整装置に供給する第三供給手段をさらに備える、請求項２〜４のいずれか一項に記載の藻類培養システム。
【請求項６】
前記第三のガスの全部又は一部を前記培養装置に供給する第四供給手段をさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の藻類培養システム。
【請求項７】
前記熱処理装置で得られる固形分の全部又は一部を前記気液分離装置に供給する第五供給手段をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の藻類培養システム。
【請求項８】
含窒素有機物に加熱処理を施して、二酸化炭素とアンモニアと水とを含む第一のガスを得る熱処理工程と、
前記第一のガスから前記アンモニアを除去し、第二のガスを得るアンモニア除去工程と、
前記第二のガスに気液分離処理を施して、前記二酸化炭素を含む第三のガスと、前記水を含む第一の液体とを得る気液分離工程と、
前記第一の液体の全部又は一部と藻類とを含む培養液とし、前記藻類を培養する培養工程と、を備える、藻類培養方法。
【請求項９】
前記培養工程の前段に、前記第一の液体に調整剤を供給して調整液を得る調整工程をさらに備える、請求項８に記載の藻類培養方法。
【請求項１０】
前記調整工程は、前記第三のガスの全部又は一部を前記調整液に供給する第一供給操作をさらに備える、請求項９に記載の藻類培養方法。
【請求項１１】
前記調整工程は、前記熱処理工程で得られる固形分の全部又は一部を前記調整液に供給する第二供給操作をさらに備える、請求項９又は１０に記載の藻類培養方法。
【請求項１２】
前記調整工程は、前記アンモニア除去工程で除去されたアンモニアの全部又は一部を前記調整液に供給する第三供給操作をさらに備える、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の藻類培養方法。
【請求項１３】
前記培養工程は、前記第三のガスの全部又は一部を前記培養液に供給する第四供給操作をさらに備える、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の藻類培養方法。
【請求項１４】
前記気液分離工程は、前記熱処理工程で得られる固形分の全部又は一部を前記第一の液体に供給する第五供給操作をさらに備える、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の藻類培養方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、藻類培養システム及び藻類培養方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオマス燃料や食品の材料として微細藻類が注目されており、大規模な培養プラントにおける藻類培養が盛んである。藻類培養には、培養液の栄養分に大きなコストを要する。培養液の栄養分のコストを削減するために、炭素や窒素等の栄養分を含む廃棄物が用いられることがある。栄養分を多く含む廃棄物として下水汚泥が挙げられる。下水汚泥を藻類培養に用いる場合は、炭素や窒素等を藻類が利用できる形態にするために、加熱により固形成分を可溶化したり、電解パルスにより殺菌したりする等の前処理が必要になる。
例えば、特許文献１には、多糖類を含む汚泥に熱水処理を施した後、回収した固体成分に対して糖化を行い、糖化後の液体を使用して藻類の培養を行う藻類培養方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５６９６３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、汚泥中に過剰な栄養分が含まれていると、熱水処理後の液体成分を希釈する必要がある。特にアンモニアは過剰に存在すると藻類の培養を阻害するおそれがある。このため、特許文献１の藻類培養方法では、熱水処理後の液体成分を希釈して、藻類の培養環境を調節する必要がある。
【０００５】
そこで、本発明は、藻類の培養に適した環境が容易に得られる藻類培養システム及び藻類培養方法を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の態様を有する。
［１］含窒素有機物に加熱処理を施して、二酸化炭素とアンモニアと水とを含む第一のガスを得る熱処理装置と、前記第一のガスから前記アンモニアを除去し、第二のガスを得るアンモニア除去装置と、前記第二のガスに気液分離処理を施して、前記二酸化炭素を含む第三のガスと、前記水を含む第一の液体とを得る気液分離装置と、前記第一の液体の全部又は一部と藻類とを含む培養液とし、前記藻類を培養する培養装置と、を備える、藻類培養システム。
［２］前記培養装置の前段に、前記第一の液体に調整剤を供給して調整液を得る調整装置をさらに備える、［１］に記載の藻類培養システム。
［３］前記第三のガスの全部又は一部を前記調整装置に供給する第一供給手段をさらに備える、［２］に記載の藻類培養システム。
［４］前記熱処理装置で得られる固形分の全部又は一部を前記調整装置に供給する第二供給手段をさらに備える、［２］又は［３］に記載の藻類培養システム。
［５］前記アンモニア除去装置で除去されたアンモニアの全部又は一部を前記調整装置に供給する第三供給手段をさらに備える、［２］〜［４］のいずれかに記載の藻類培養システム。
［６］前記第三のガスの全部又は一部を前記培養装置に供給する第四供給手段をさらに備える、［１］〜［５］のいずれかに記載の藻類培養システム。
［７］前記熱処理装置で得られる固形分の全部又は一部を前記気液分離装置に供給する第五供給手段をさらに備える、［１］〜［６］のいずれか一項に記載の藻類培養システム。
【０００７】
［８］含窒素有機物に加熱処理を施して、二酸化炭素とアンモニアと水とを含む第一のガスを得る熱処理工程と、前記第一のガスから前記アンモニアを除去し、第二のガスを得るアンモニア除去工程と、前記第二のガスに気液分離処理を施して、前記二酸化炭素を含む第三のガスと、前記水を含む第一の液体とを得る気液分離工程と、前記第一の液体の全部又は一部と藻類とを含む培養液とし、前記藻類を培養する培養工程と、を備える、藻類培養方法。
［９］前記培養工程の前段に、前記第一の液体に調整剤を供給して調整液を得る調整工程をさらに備える、［８］に記載の藻類培養方法。
［１０］前記調整工程は、前記第三のガスの全部又は一部を前記調整液に供給する第一供給操作をさらに備える、［９］に記載の藻類培養方法。
［１１］前記調整工程は、前記熱処理工程で得られる固形分の全部又は一部を前記調整液に供給する第二供給操作をさらに備える、［９］又は［１０］に記載の藻類培養方法。
［１２］前記調整工程は、前記アンモニア除去工程で除去されたアンモニアの全部又は一部を前記調整液に供給する第三供給操作をさらに備える、［９］〜［１１］のいずれかに記載の藻類培養方法。
［１３］前記培養工程は、前記第三のガスの全部又は一部を前記培養液に供給する第四供給操作をさらに備える、［８］〜［１２］のいずれかに記載の藻類培養方法。
［１４］前記気液分離工程は、前記熱処理工程で得られる固形分の全部又は一部を前記第一の液体に供給する第五供給操作をさらに備える、［８］〜［１３］のいずれか一項に記載の藻類培養方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の藻類培養システム及び藻類培養方法によれば、藻類の培養に適した環境が容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る藻類培養システムの模式図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る気液分離装置の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜藻類培養システム＞
本発明の藻類培養システムは、熱処理装置と、アンモニア除去装置と、気液分離装置と、培養装置とを備える。
以下に、本発明の一実施形態に係る藻類培養システムについて、図１に基づき詳細に説明する。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態の藻類培養システム１００は、原料貯留装置１と、熱処理装置２と、アンモニア除去装置３と、気液分離装置４と、調整装置５と、培養装置６と、藻類回収装置７と、背圧弁Ｂ１と、配管Ｌ１〜Ｌ７とを備える。
藻類培養システム１００は、さらに、固形分貯留装置２１と、アンモニア貯留装置３１と、第一調整剤貯留装置５１と、第二調整剤貯留装置５２と、第三調整剤貯留装置６１と、藻類貯留装置７１と、配管Ｌ２０、Ｌ２１、Ｌ３０、Ｌ３１、Ｌ４０、Ｌ５１、Ｌ５２、Ｌ５３、Ｌ６１、Ｌ６２、Ｌ７０とを備える。
【００１２】
原料貯留装置１と熱処理装置２とは、配管Ｌ１によって接続されている。熱処理装置２とアンモニア除去装置３とは、配管Ｌ２によって接続されている。アンモニア除去装置３と気液分離装置４とは、配管Ｌ３によって接続されている。配管Ｌ３には、背圧弁Ｂ１が設けられている。気液分離装置４と調整装置５とは、配管Ｌ４で接続されている。調整装置５と培養装置６とは、配管Ｌ５で接続されている。培養装置６と藻類回収装置７とは、配管Ｌ６で接続されている。藻類回収装置７には、配管Ｌ７が接続されている。
固形分貯留装置２１は、配管Ｌ２０で熱処理装置２に接続されている。固形分貯留装置２１は、配管Ｌ２１で調整装置５に接続されている。
アンモニア貯留装置３１は、配管Ｌ３０でアンモニア除去装置３に接続されている。アンモニア貯留装置３１は、配管Ｌ３１で調整装置５に接続されている。
気液分離装置４には、配管Ｌ４０が接続されている。配管Ｌ４０は、分岐１０１で配管Ｌ５３と配管Ｌ６２とに接続されている。配管Ｌ５３は、調整装置５に接続されている。配管Ｌ６２は、培養装置６に接続されている。
第一調整剤貯留装置５１は、配管Ｌ５１で調整装置５に接続されている。
第二調整剤貯留装置５２は、配管Ｌ５２で調整装置５に接続されている。
第三調整剤貯留装置６１は、配管Ｌ６１で培養装置６に接続されている。
藻類貯留装置７１は、配管Ｌ７０で藻類回収装置７に接続されている。
【００１３】
原料貯留装置１は、含窒素有機物を貯留する装置である。
原料貯留装置１としては、含窒素有機物を貯留できればよく、下水処理施設の配水管の一部や含窒素有機物を一時貯留することができるタンクや、含窒素有機物を積載する車両等が挙げられる。
【００１４】
熱処理装置２は、含窒素有機物に加熱処理を施して、二酸化炭素とアンモニアと水とを含む第一のガスを得る装置である。
熱処理装置２としては、例えば、加熱ヒーターを備える耐圧容器が挙げられる。
加熱ヒーターとしては、熱処理装置２の内部を加熱可能なヒーターであればよく、例えば、高温の水蒸気を通流させるスチームヒーターや、ガスボイラー等が挙げられる。
耐圧容器としては、例えば、ステンレスやニッケル合金等の金属製の耐圧容器が挙げられる。
【００１５】
固形分貯留装置２１は、熱処理装置２で得られた固形分を貯留する装置である。
固形分貯留装置２１としては、例えば、固形分を一時貯留することができるタンクや、固形分を積載する車両等が挙げられる。
固形分は、含窒素有機物に加熱処理を施して得られる固体成分である。固体成分には、リン等の藻類の培養に必要なミネラルが含まれる。
【００１６】
アンモニア除去装置３は、第一のガスからアンモニアを除去し、第二のガスを得る装置である。すなわち、第二のガスは、第一のガスからアンモニアを分離して得られる残部である。
アンモニア除去装置３としては、例えば、第一のガス中のアンモニアを吸着する吸着剤が充填された耐圧容器が挙げられる。耐圧容器としては、例えば、ステンレスやニッケル合金等の金属製の耐圧容器が挙げられる。
アンモニア除去装置３には、加熱ヒーター、冷却部、又は、圧力調整バルブ等（不図示）が設けられていてもよい。
吸着剤としては、例えば、ゼオライト等、公知の吸着剤が挙げられる。また、アンモニアと反応してリン酸マグネシウムアンモニアを生成するリン酸マグネシウムを適用してもよい。
【００１７】
アンモニア貯留装置３１は、アンモニア除去装置３で分離されたアンモニアを貯留する装置である。
アンモニア貯留装置３１としては、アンモニアを気体又は液体として貯留できる貯留槽やボンベ等が挙げられる。
【００１８】
気液分離装置４は、第二のガスに気液分離処理を施して、二酸化炭素を含む第三のガスと、水を含む第一の液体とを得る装置である。
気液分離装置４としては、例えば、熱交換器を備える凝縮器等が挙げられ、気体と液体とに分離できる装置であれば特に限定されない。
【００１９】
調整装置５は、第一の液体に調整剤を供給して調整液を得る装置である。
調整装置５としては、例えば、水槽と攪拌翼とを備える攪拌槽が挙げられる。
【００２０】
第一調整剤貯留装置５１は、ｐＨ調整剤を貯留し、調整装置５にｐＨ調整剤を供給する装置である。
第一調整剤貯留装置５１としては、例えば、貯留容器や貯留槽等が挙げられ、開閉バルブや圧送ポンプが設けられていてもよい。
【００２１】
第二調整剤貯留装置５２は、栄養剤を貯留し、調整装置５に栄養剤を供給する装置である。
第二調整剤貯留装置５２としては、例えば、第一調整剤貯留装置５１と同様の貯留容器や貯留槽等が挙げられる。
【００２２】
培養装置６は、第一の液体の全部又は一部と藻類とを含む培養液とし、藻類を培養する装置である。
培養装置６としては、例えば、水槽と攪拌翼とを備える攪拌槽が挙げられる。
培養装置６で培養される藻類としては、例えば、植物性プランクトン等の微細藻類が挙げられる。
【００２３】
第三調整剤貯留装置６１は、ｐＨ調整剤を貯留し、培養装置６にｐＨ調整剤を供給する装置である。
第三調整剤貯留装置６１としては、例えば、第一調整剤貯留装置５１と同様の貯留容器や貯留槽等が挙げられる。なお、第一調整剤貯留装置５１が、第三調整剤貯留装置６１を兼ねていてもよい。
【００２４】
藻類回収装置７は、培養液から培養された藻類を回収し、藻類と、処理水ＴＷとを得る装置である。
藻類回収装置７としては、例えば、遠心分離機や膜ろ過装置等が挙げられる。
【００２５】
藻類貯留装置７１は、藻類回収装置７で回収された藻類を貯留する装置である。
藻類貯留装置７１としては、例えば、藻類を貯留できる貯留槽等が挙げられる。
【００２６】
藻類培養システム１００は、第三のガスの全部又は一部を調整装置５に供給する第一供給手段をさらに備える。
藻類培養システム１００が第一供給手段を備えることで、調整液に第三のガスの全部又は一部を供給でき、藻類の培養に必要な炭素成分を調整液に溶解できる。
加えて、調整液に第三のガスの全部又は一部を供給することで、調整液が第三のガスによって攪拌され、調整液の攪拌に要するエネルギーを軽減できる。
本実施形態の第一供給手段は、配管Ｌ４０と配管Ｌ５３とで構成されている。第一供給手段には、圧送ポンプやコンプレッサーが設けられてもよい。
【００２７】
藻類培養システム１００は、固形分の全部又は一部を調整装置５に供給する第二供給手段をさらに備える。
藻類培養システム１００が第二供給手段を備えることで、調整液に固形分の全部又は一部を供給でき、藻類の培養に必要なミネラルを調整液に溶解できる。
本実施形態の第二供給手段は、配管Ｌ２１で構成されている。第二供給手段には、圧送ポンプやコンプレッサーが設けられてもよい。
【００２８】
藻類培養システム１００は、アンモニア除去装置３で除去されたアンモニアの全部又は一部を調整装置５に供給する第三供給手段をさらに備える。
藻類培養システム１００が第三供給手段を備えることで、調整液にアンモニアの全部又は一部を供給でき、藻類の培養に必要な窒素成分を調整液に溶解できる。
本実施形態の第三供給手段は、配管Ｌ３１で構成されている。第三供給手段には、圧送ポンプやコンプレッサーが設けられてもよい。
【００２９】
藻類培養システム１００は、第三のガスの全部又は一部を培養装置６に供給する第四供給手段をさらに備える。
藻類培養システム１００が第四供給手段を備えることで、培養液に第三のガスの全部又は一部を供給でき、藻類の培養に必要な炭素成分を培養液に溶解できる。
加えて、培養液に第三のガスの全部又は一部を供給することで、培養液が第三のガスによって攪拌され、培養液の攪拌に要するエネルギーを軽減できる。
本実施形態の第四供給手段は、配管Ｌ４０と配管Ｌ６２とで構成されている。第四供給手段には、圧送ポンプやコンプレッサーが設けられてもよい。
【００３０】
藻類培養システム１００は、背圧弁Ｂ１をさらに備える。
藻類培養システム１００が背圧弁Ｂ１を備えることで、気液分離装置４における圧力調整を容易に行うことができ、第二のガスの気液分離処理に要するエネルギーを軽減できる。
【００３１】
＜藻類培養方法＞
本発明の藻類培養方法は、熱処理工程と、アンモニア除去工程と、気液分離工程と、培養工程とを備える。
藻類培養システム１００を用いた藻類培養方法について、図１に基づいて説明する。
【００３２】
まず、原料（含窒素有機物）を原料貯留装置１から配管Ｌ１を介して、熱処理装置２に供給する。
本明細書において、含窒素有機物とは、窒素成分を含む有機物を指す。含窒素有機物としては、メタン発酵工程から排出されるアンモニア含有消化液、食品廃棄物、家畜排泄物、有機汚泥等のバイオマス廃棄物等が挙げられる。有機汚泥としては、下水処理によって得られる有機汚泥が挙げられ、生汚泥、余剰汚泥、濃縮汚泥、消化汚泥の他、下水汚泥や活性汚泥、畜産汚泥等が挙げられる。
【００３３】
熱処理装置２に供給された含窒素有機物は、加熱処理が施され、二酸化炭素とアンモニアと水とを含む第一のガスと、固形分とに分離される（熱処理工程）。
熱処理工程における熱処理装置２の内部温度（以下、熱処理温度ともいう。）は、水の沸点（１００℃）以上であり、水の臨界温度（３７４℃）以上が好ましく、３７４℃以上５００℃以下がより好ましく、４００℃以上４５０℃以下がさらに好ましい。熱処理温度が上記下限値以上であると、含窒素有機物を十分に酸化分解することができる。熱処理温度が上記上限値以下であると、アンモニアへの転化率を向上しやすい。このため、後述するアンモニア除去工程で、含窒素有機物に含まれる窒素成分をアンモニアとして分離しやすい。加えて、熱処理温度が上記上限値以下であると、加熱処理を施す際のエネルギーを節約しやすい。
熱処理温度は、加熱ヒーター等により調整できる。
【００３４】
熱処理工程における熱処理装置２の内部圧力（以下、熱処理圧力ともいう。）は、特に限定されず、含窒素有機物の炭素成分が二酸化炭素まで分解される圧力であればよい。熱処理圧力としては、例えば、５ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下が好ましく、１０ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下がより好ましく、１０ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下がさらに好ましい。熱処理圧力が上記下限値以上であると、含窒素有機物を十分に酸化分解することができる。熱処理圧力が上記上限値以下であると、熱処理装置２にかかる負荷を低減しやすい。
なお、熱処理圧力は、水の臨界圧力（２２ＭＰａ）以上であってもよい。
熱処理圧力は、高圧ポンプ等により調整できる。
【００３５】
含窒素有機物は水分を含んでおり、通常、脱水してから焼却等が行われる。
本実施形態の藻類培養システム１００では、熱処理装置２を高温高圧にして含窒素有機物を酸化分解するため、脱水工程及び焼却工程が不要である。
なお、熱処理工程で生成する含窒素有機物の固形分は、排出ポンプ等を用いて、配管Ｌ２０を介して固形分貯留装置２１へと供給される。
【００３６】
含窒素有機物の含水率は、９０質量％以上９８質量％以下が好ましい。含窒素有機物の含水率が上記下限値以上であると、原料貯留装置１から熱処理装置２への流動性に優れ、藻類培養システム１００を連続して運転できるため、藻類培養システム１００の処理効率を向上しやすい。含窒素有機物の含水率が上記上限値以下であると、含窒素有機物の処理量を低減できるため、加熱処理を施す際のエネルギーを節約しやすい。
【００３７】
熱処理工程における加熱処理が施される時間（以下、熱処理時間ともいう。）は、１分以上３０分以下が好ましく、１分以上２０分以下がより好ましく、１分以上１５分以下がさらに好ましい。熱処理時間が上記下限値以上であると、含窒素有機物を十分に酸化分解することができる。熱処理時間が上記上限値以下であると、アンモニアへの転化率を向上しやすい。このため、後述するアンモニア除去工程で、含窒素有機物に含まれる窒素成分をアンモニアとして分離しやすい。加えて、熱処理時間が上記上限値以下であると、加熱処理を施す際のエネルギーを節約しやすい。
【００３８】
第一のガスには、主に窒素、二酸化炭素、アンモニア、水が含まれる。熱処理工程で生成された第一のガスは、配管Ｌ２を介してアンモニア除去装置３へと流入する。
【００３９】
アンモニア除去装置３に流入した第一のガスは、アンモニアが除去され、アンモニアの濃度が所定値以下の第二のガスとなる（アンモニア除去工程）。
第二のガスは、アンモニアの濃度が所定値以下であるため、藻類の培養を阻害するおそれが軽減される。
アンモニアの濃度の所定値は、予め任意に定められた値である。アンモニアの濃度の所定値は、培養する藻類種によって定めてもよい。培養する藻類種が、例えば、クロレラ（Palachlorella kessleri NIES-2160）の場合、アンモニアの濃度の所定値としては、後述する培養液のアンモニア性窒素の濃度が４００ｍｇ／Ｌ以下となるアンモニアの濃度が好ましい。例えば、培養液の流量１．２５ｍ３／ｈに対して、第二のガスが５０００ｍ３／ｈ発生する場合、アンモニアの濃度の所定値としては、アンモニア発生量が０．１ｍｇ／Ｌ以下となる濃度が挙げられる。アンモニアの濃度の所定値が上記上限値以下であると、藻類の培養を阻害するおそれが軽減される。
なお、アンモニアの濃度の所定値は、培養液の流量１．２５ｍ３／ｈに対して、第二のガスが５０００ｍ３／ｈ発生する場合、アンモニア発生量が０ｍｇ／Ｌとなる濃度であってもよい。
アンモニアの発生量は、発生したガス中のアンモニア濃度を、例えば、ガスクロマトグラフィーで測定することにより求められる。また、アンモニアの発生量は、培養液に溶存するアンモニア性窒素の濃度を、例えば、イオンクロマトグラフィーで測定することにより求められる。
【００４０】
アンモニア除去工程では、第一のガスに含まれるアンモニアが、吸着剤によって選択的に吸着され、除去される。
アンモニア除去工程におけるアンモニア除去装置３の内部温度（以下、除去温度ともいう。）は、２０℃以上３００℃以下が好ましく、２０℃以上２００℃以下がより好ましく、２０℃以上１００℃以下がさらに好ましい。除去温度が上記下限値以上であると、第一のガスに含まれるアンモニアが吸着剤に吸着されやすい。除去温度が上記上限値以下であると、吸着剤の吸着能を維持しやすい。
除去温度は、アンモニア除去装置３に設けられた加熱ヒーター又は冷却部（不図示）により調整できる。
【００４１】
アンモニア除去工程におけるアンモニア除去装置３の内部圧力（以下、除去圧力ともいう。）は、水の臨界圧力（２２ＭＰａ）未満が好ましく、１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下がより好ましく、１ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下がさらに好ましく、１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下が特に好ましい。除去圧力が上記下限値以上であると、第一のガスに含まれるアンモニアが吸着剤に吸着されやすい。除去圧力が上記上限値以下であると、アンモニア除去装置３にかかる負荷を低減しやすい。
除去圧力は、アンモニア除去装置３に設けられた圧力調整バルブ等（不図示）により調整できる。
【００４２】
第二のガスは、配管Ｌ３及び背圧弁Ｂ１を介して気液分離装置４へと流入する。
【００４３】
背圧弁Ｂ１を介することで、第二のガスは常圧（０．１ＭＰａ）まで減圧される。第二のガスには、主に窒素、二酸化炭素、水が含まれる。
気液分離装置４に流入した第二のガスは、０℃超１００℃未満に冷却されることにより、二酸化炭素を含む第三のガスと、水を含む第一の液体とに分離される（気液分離工程）。
第一の液体は、一度気化して凝集した液体であるため、不純物が少ない清浄な水である。第一の液体を培養装置６で用いることにより、藻類の培養により適した環境が得られやすい。
加えて、第一の液体は、一度加熱処理が施されているため、含窒素有機物に含まれる雑菌が殺菌されている。このため、第一の液体を培養装置６で用いることにより、コンタミネーションのおそれがない、藻類の培養により適した環境が得られやすい。
【００４４】
第一の液体は、配管Ｌ４を介して調整装置５へと流入する。
【００４５】
調整装置５へと流入した第一の液体は、第一調整剤貯留装置５１及び第二調整剤貯留装置５２から調整剤が供給され、混合されて調整液となる（調整工程）。
調整液は、第一の液体の全部又は一部と調整剤とを含む。
本実施形態の藻類培養方法は、後述する培養工程の前段に、調整工程を備えることで、藻類の培養に適した環境（培養液）がより容易に得られる。
調整剤としては、ｐＨ調整剤、藻類に栄養分を供給する栄養剤等が挙げられる。
調整剤は、粉体でもよく、液体でもよく、粉体を水に溶解した水溶液であってもよい。
第一の液体に供給しやすく、容易に混合される観点から、調整剤は、液体又は水溶液であることが好ましい。
ｐＨ調整剤としては、例えば、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、アンモニア及びこれらの水溶液等の塩基性物質；硫酸、硝酸、酢酸、クエン酸、コハク酸及びこれらの水溶液等の酸性物質が挙げられる。
栄養剤としては、例えば、マグネシウム、カルシウム、リン、鉄、ビタミン類及びこれらの水溶液等のミネラルが挙げられる。
なお、第一の液体は、清浄な水であるため、殺菌剤を添加しないことが好ましい。
殺菌剤としては、塩素、次亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素、オゾン及びこれらの水溶液等が挙げられる。
また、第一の液体には調整剤が供給されなくてもよく、第一の液体を調整液としてもよい。
【００４６】
調整装置５では、第一調整剤貯留装置５１から配管Ｌ５１を介してｐＨ調整剤が供給される。調整装置５内の調整液は、ｐＨがモニタリングされ、藻類の培養に適したｐＨを保つことができる。
調整工程が、後述する第一供給操作を備える場合、調整液には、二酸化炭素を含む第三のガスが供給されるため、調整液は酸性になりやすい。このため、ｐＨ調整剤としては、水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム及びこれらの水溶液等の塩基性物質が好ましい。
調整装置５に供給されるｐＨ調整剤の種類や添加量は、藻類の培養に適したｐＨに応じて、適宜設定できる。
培養する藻類種がChlorella sorokiniana NIES-2169の場合、調整液のｐＨは、例えば、６．８〜８．３が好ましい。
【００４７】
調整工程では、第一の液体に栄養剤が添加されてもよい。第一の液体に栄養剤が添加されることにより、藻類の培養により適した調整液が得られる。
栄養剤は、第二調整剤貯留装置５２から配管Ｌ５２を介して、調整装置５に供給される。
調整装置５に供給される栄養剤の種類や添加量は、藻類の培養に適した環境に応じて、適宜設定できる。
【００４８】
本実施形態の調整工程は、第三のガスの全部又は一部を調整液に供給する第一供給操作をさらに備える。
第三のガスには、主に窒素、二酸化炭素が含まれる。本実施形態の調整工程は、第一供給操作を備えることで、調整液に窒素成分、炭素成分を供給できる。これらの窒素成分、炭素成分は、藻類の培養に必要な成分であるため、第一供給操作を備えることで、藻類の培養により適した環境が得られやすい。
加えて、第一供給操作を備えることで、調整液が第三のガスによって攪拌され、調整液の攪拌に要するエネルギーを軽減できる。
第一供給操作では、第三のガスは、配管Ｌ４０、分岐１０１、配管Ｌ５３を介して調整装置５に供給される。
【００４９】
本実施形態の調整工程は、熱処理工程で得られる固形分の全部又は一部を調整液に供給する第二供給操作をさらに備える。
固形分には、藻類の培養に必要なミネラルが含まれる。本実施形態の調整工程は、第二供給操作を備えることで、調整液にミネラルを供給できる。ミネラルは、藻類の培養に必要な成分であるため、第二供給操作を備えることで、藻類の培養により適した環境が得られやすい。
第二供給操作では、固形分は、固形分貯留装置２１から、配管Ｌ２１を介して調整装置５に供給される。
【００５０】
本実施形態の調整工程は、アンモニア除去工程で除去されたアンモニアの全部又は一部を調整液に供給する第三供給操作をさらに備える。
アンモニアには、藻類の培養に必要な窒素成分が含まれる。本実施形態の調整工程は、第三供給操作を備えることで、調整液にアンモニアを供給できる。このため、第三供給操作を備えることで、藻類の培養により適した環境が得られやすい。
また、第三供給操作を備えることで、アンモニアをｐＨ調整剤として利用でき、第一調整剤貯留装置５１からのｐＨ調整剤の供給を省略できる。
なお、第三供給操作で供給されるアンモニアの濃度は、藻類の培養に必要な窒素成分の濃度に応じて適宜設定できる。
第三供給操作では、アンモニアは、アンモニア貯留装置３１から、配管Ｌ３１を介して調整装置５に供給される。
【００５１】
調整工程で得られた調整液は、配管Ｌ５を介して培養装置６へと流入する。
【００５２】
培養装置６へと流入した調整液は、藻類が添加されることにより培養液となる。培養液は、調整液の全部又は一部と藻類とを含む。すなわち、培養液は、第一の液体の全部又は一部と藻類とを含む。本実施形態の藻類培養方法は、藻類の培養により適した調整液を用いているため、藻類の培養に適した環境（培養液）がより容易に得られやすい。
このように、培養装置６では、第一の液体の全部又は一部と藻類とを含む培養液を用いて藻類が培養される（培養工程）。
【００５３】
本実施形態の培養工程は、第三のガスの全部又は一部を培養液に供給する第四供給操作をさらに備える。
本実施形態の培養工程は、第四供給操作を備えることで、培養液に窒素成分、炭素成分を供給できる。これらの窒素成分、炭素成分は、藻類の培養に必要な成分であるため、第四供給操作を備えることで、藻類の培養により適した環境が得られやすい。
加えて、第四供給操作を備えることで、培養液が第三のガスによって攪拌され、培養液の攪拌に要するエネルギーを軽減できる。
第四供給操作では、第三のガスは、配管Ｌ４０、分岐１０１、配管Ｌ６２を介して培養装置６に供給される。
【００５４】
培養工程が、第四供給操作を備える場合、培養液には、二酸化炭素を含む第三のガスが供給されるため、培養液は酸性になりやすい。このため、培養装置６では、培養液のｐＨがモニタリングされ、第三調整剤貯留装置６１から配管Ｌ６１を介してｐＨ調整剤が供給されることが好ましい。ｐＨ調整剤を添加された培養液は、藻類の培養に適したｐＨを保つことができる。
ｐＨ調整剤としては、水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム及びこれらの水溶液等の塩基性物質が好ましい。
培養装置６に供給されるｐＨ調整剤の種類や添加量は、藻類の培養に適したｐＨに応じて、適宜設定できる。
【００５５】
培養装置６で、目的の量まで藻類を培養したら、培養液は、配管Ｌ６を介して、藻類回収装置７へと供給される。
【００５６】
藻類回収装置７に供給された培養液は、藻類が分離され、処理水ＴＷとなる（藻類回収工程）。
分離された藻類は、配管Ｌ７０を介して藻類貯留装置７１へと供給され、貯留される。
処理水ＴＷは、配管Ｌ７を介して、藻類培養システム１００の系外に排出される。処理水ＴＷは、下水処理等、適切な処理を施し、種々の用途に利用できる。
【００５７】
本実施形態の藻類培養システム１００によれば、第三のガスを利用することで、藻類の培養に必要な炭素成分の供給と、調整液又は培養液の攪拌を同時に行うことができる。
本実施形態の藻類培養システム１００によれば、含窒素有機物に加熱処理を施すことで雑菌が殺菌されるため、コンタミネーションのおそれがない、藻類の培養により適した環境が得られやすい。
本実施形態の藻類培養システム１００によれば、一度気化した水を凝集して利用するため、不純物が少ない清浄な水が得られる。この水を培養液として培養装置６で用いることにより、藻類の培養により適した環境が得られやすい。
本実施形態の藻類培養システム１００によれば、固形分や栄養剤を添加する量を調整できるため、含窒素有機物の性状によって、藻類の増殖を左右されない。
本実施形態の藻類培養システム１００によれば、アンモニア除去装置３で除去しきれなかったアンモニアを藻類の培養に活用できる。
本実施形態の藻類培養システム１００によれば、加熱処理を施した水を培養液として利用しているため、培養液の温度を一定に保ちやすく、藻類の安定した培養が可能となる。
本実施形態の藻類培養システム１００によれば、アンモニアを除去した水を培養液として利用しているため、アンモニアを希釈するために培養液に添加する水を必要としない。
【００５８】
以上、本発明の藻類培養システム及び藻類培養方法について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
本実施形態の藻類培養システム１００は、調整装置５を備えるが、藻類培養システムは、調整装置を備えなくてもよい。
藻類の培養に適した環境がより容易に得られる観点から、藻類培養システムは、調整装置を備えることが好ましい。
本実施形態の藻類培養システム１００は、調整剤を調整装置５に供給する第一調整剤貯留装置５１と第二調整剤貯留装置５２とを備える。藻類培養システムは、第一調整剤貯留装置及び第二調整剤貯留装置の双方又はいずれか一方を備えなくてもよい。
藻類の培養に適した環境がより容易に得られる観点から、藻類培養システムは、第一調整剤貯留装置及び第二調整剤貯留装置の双方又はいずれか一方を備えることが好ましい。
本実施形態の藻類培養システム１００は、調整装置５から調整液を連続して培養装置６に供給している。藻類培養システムは、バッチ式で調整液を培養装置に供給してもよい。加熱処理をより効率よく行う観点から、調整液を連続して培養装置に供給することが好ましい。
本実施形態の藻類培養システム１００は、調整剤を培養装置６に供給する第三調整剤貯留装置６１を備えるが、藻類培養システムは、第三調整剤貯留装置を備えなくてもよい。
藻類の培養に適した環境がより容易に得られる観点から、藻類培養システムは、第三調整剤貯留装置を備えることが好ましい。
培養装置は、栄養剤を培養液に供給する調整剤貯留装置と接続されていてもよい。
本実施形態の藻類培養システム１００は、熱処理装置で得られる固形分の全部又は一部を調整装置５に供給する第二供給手段を備える。藻類培養システムは、固形分の全部又は一部を培養装置に供給する供給手段を備えてもよい。藻類培養システムは、固形分の全部又は一部を気液分離装置に供給する供給手段を備えてもよい。
【００５９】
藻類培養システムが、固形分の全部又は一部を気液分離装置に供給する供給手段を備える場合について説明する。
例えば、図２に示すように、気液分離装置４Ａは、第五供給手段Ｍ４１を有する。第五供給手段Ｍ４１は、支柱４２と、固定糸４３と、袋４４とを備える。袋４４には、熱処理装置２で得られた固形分が収容される。
支柱４２としては、特に限定されず、気液分離装置４の内部に固定できるものであればよい。固定糸４３としては、公知の糸、紐、ロープ、化学繊維、金属線等が挙げられる。袋４４は、透水性を有し、かつ、収容された固形分を袋４４の外部に漏出しないものであればよい。袋４４の素材としては、布、不織布、樹脂フィルム等が挙げられる。
【００６０】
固形分には、藻類の成長に必要なリンやカリウム等の栄養素が豊富に含まれる。このため、藻類培養システムが第五供給手段Ｍ４１を備えることで、藻類の成長に必要な栄養素をより有効に利用できる。
【００６１】
藻類培養システムが、固形分の全部又は一部を気液分離装置に供給する供給手段を備える場合の藻類培養方法について説明する。
熱処理工程で得られる固形分を袋４４に収容し、固定糸４３で、袋４４の開口部を縛り、支柱４２に固定する。固形分を収容した袋４４を気液分離工程で得られる第一の液体中に浸漬する（第五供給操作）。
すなわち、藻類培養方法の気液分離工程は、熱処理工程で得られる固形分の全部又は一部を第一の液体に供給する第五供給操作を備える。気液分離工程が第五供給操作を備えることで、気液分離装置４Ａの内部の液体（すなわち、第一の液体）により多くの栄養素を供給でき、藻類の培養に適した環境がより得られやすい。
第五供給操作において、第一の液体に供給する固形分の質量は、第一の液体１Ｌ／ｈｒに対して、例えば、１〜５００ｇが好ましく、１〜３００ｇがより好ましく、１〜１００ｇがさらに好ましい。第一の液体に供給する固形分の質量が上記下限値以上であると、第一の液体により多くの栄養素を供給しやすい。第一の液体に供給する固形分の質量が上記上限値以下であると、固形分が袋４４の外部に漏出することを抑制しやすい。
第五供給操作において、固形分を第一の液体に浸漬する時間は、例えば、１〜７２時間が好ましく、１〜４８時間がより好ましく、１〜２４時間がさらに好ましい。固形分を第一の液体に浸漬する時間が上記下限値以上であると、第一の液体により多くの栄養素を供給しやすい。固形分を第一の液体に浸漬する時間が上記上限値以下であると、固形分から第一の液体に栄養素を供給する速度を速めやすい。固形分を第一の液体に浸漬する時間は、固形分に含まれる栄養素の量に応じて決定できる。
第五供給操作において、固形分を第一の液体に浸漬する温度は、例えば、１０〜１００℃が好ましく、２０〜６０℃がより好ましく、４０〜６０℃がさらに好ましい。固形分を第一の液体に浸漬する温度が上記下限値以上であると、第一の液体により多くの栄養素を供給しやすい。固形分を第一の液体に浸漬する温度が上記上限値以下であると、水蒸気等によって系外に排出される水分や熱を抑制しやすい。
【００６２】
なお、固形分をそのまま気液分離装置４Ａに投入すると、固形分が第一の液体中に分散し、培養装置６において充分に光が透過せず、藻類が充分に光合成を行うことができない。このため、第五供給操作では、固形分を袋４４に収容し、固形分が第一の液体中に分散しないようにすることが好ましい。
また、第一の液体は、ｐＨ調整剤を供給する前の液体であるため、調整液や培養液に比べてｐＨが低い。このため、固形分の栄養素は調整液や培養液よりも第一の液体に溶出しやすい。固形分の栄養素としては、上述したリンやカリウムのほか、鉄やマグネシウム等の栄養塩が挙げられる。これらの栄養塩は、調整液や培養液に比べてｐＨが低い第一の液体に溶出しやすい。
【００６３】
藻類培養方法は、第五供給操作を備えることで、熱処理工程で得られる固形分の栄養素を有効利用できるため、より多くの藻類の培養が可能となる。加えて、藻類培養方法は、第五供給操作を備えることで、調整工程で供給する調整剤の量を節約できる。さらに、第五供給操作では、固形分が第一の液体中に分散しないため、培養工程において藻類の光合成を阻害しない。
このように、藻類培養方法が第五供給操作を備えることで、藻類の培養に適した環境がより容易に得られやすい。
【００６４】
本実施形態の藻類培養システム１００は、アンモニア除去装置３で除去されたアンモニアの全部又は一部を調整装置５に供給する第三供給手段を備える。藻類培養システムは、アンモニアの全部又は一部を培養装置に供給する供給手段を備えてもよい。
本実施形態の藻類培養システム１００は、背圧弁Ｂ１を備えるが、藻類培養システムは、背圧弁を備えなくてもよい。
第二のガスの気液分離処理に要するエネルギーを軽減できる観点から、藻類培養システムは、背圧弁を備えることが好ましい。
【００６５】
本実施形態の熱処理工程では、含窒素有機物の加熱処理は、水の臨界温度以上で、かつ、水の臨界圧力未満（いわゆる水の亜臨界条件）で行うことが好ましい。
熱処理工程は、水の亜臨界条件に満たない熱処理温度又は熱処理圧力で行ってもよく、水の超臨界条件で行ってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１００…藻類培養システム、１…原料貯留装置、２…熱処理装置、３…アンモニア除去装置、４，４Ａ…気液分離装置、５…調整装置、６…培養装置、７…藻類回収装置、２１…固形分貯留装置、３１…アンモニア貯留装置、５１…第一調整剤貯留装置、５２…第二調整剤貯留装置、６１…第三調整剤貯留装置、７１…藻類貯留装置、１０１…分岐、Ｂ１…背圧弁、Ｌ１〜Ｌ７，Ｌ２０，Ｌ２１，Ｌ３０，Ｌ３１，Ｌ４０，Ｌ５１〜Ｌ５３，Ｌ６１，Ｌ６２，Ｌ７０…配管、ＴＷ…処理水
【図１】
2020054333.tif 000003
【図２】
2020054333.tif 000004