(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体および粒子を含む混合物から粒子を分離する装置であって、
枠と、フィルタと、吸収層と、前記フィルタおよび前記吸収層の間に相対移動を引き起こすよう構成された少なくとも１つの移動装置とを備え、
前記枠は、前記フィルタおよび前記吸収層を支持し、かつ前記フィルタおよび吸収層が互いに対して移動することを許容するよう構成され、
前記フィルタは、少なくとも一部分が前記混合物を受け入れるよう構成された上面と、下面と、前記上面および下面の間に延在する穴とを含み、前記穴は前記液体の通過移動を許容し、かつ少なくともいくつかの粒子の前記通過移動を防ぐために十分な大きさであり、
前記吸収層は、上面および下面を含み、かつ、
前記フィルタの前記下面の少なくとも一部分は、前記吸収層の前記上面の少なくとも一部分に接触し、それにより外力を前記混合物にかけることなく、前記フィルタの前記上面に前記粒子の少なくとも一部分を保持しながら、前記フィルタの前記穴を通り前記吸収層に入る液体の移動によって、前記液体の少なくとも一部分からの前記粒子の少なくとも一部分の分離が達成され、
前記吸収層は、前記フィルタの前記移動に対して略逆向きに移動する、装置。
【請求項２】
前記フィルタの前記上面が前記下面と比較して疎水性である請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記フィルタが連続的なループである請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記連続的なループのフィルタが縁を含む請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記吸収層が連続的なループである請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
液体を前記吸収層から除去するよう構成された装置をさらに備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記液体の除去装置は、圧縮ローラー、一対のピンチャ―ローラー、吸引機、空気ブロワー、ヒーター要素、および制限板ペアの少なくとも１つである請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記混合物を前記フィルタの前記上面に提供する投入部をさらに備える請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記フィルタの前記上面の少なくとも一部分がその中に前記混合物がたまることができる凹部を形成している請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記混合物の前記上面の前記混合物の表面に粒子を凝集する装置をさらに備える請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記凝集装置が、前記混合物の前記表面の粒子を凝集させるエアレータ、電子デバイス、磁気装置、または音響装置を含む請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記吸収層に加えて、液体を前記混合物から除去する少なくとも第２の装置をさらに備える請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記少なくとも第２の装置が加熱要素、ファン、ブロワー、光源、音響装置、または吸引機を含む請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記液体の少なくとも一部分を除去した後に、粒子を前記フィルタから除去する装置をさらに備える請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記粒子除去装置がスクレーパ、吸引機、ブラシ、振動機、またはオーガーを含む請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記フィルタから除去された粒子を収集する収集器をさらに備える請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
混合物を前記フィルタの前記上面に提供する混合物投入部をさらに備え、該混合物投入部が少なくとも滝堰、少なくとも１つのノズル、マニホールド、または複数のノズルを含む請求項１〜１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
液体および粒子を含む混合物から粒子を分離する装置であって、
枠と、フィルタと、吸収層と、前記フィルタおよび前記吸収層の間に相対移動を引き起こすよう構成された少なくとも１つの移動装置とを備え、
前記枠は、前記フィルタを支える第１の複数のローラーおよび前記吸収層を支える第２の複数のローラーを含み、かつ前記フィルタおよび吸収層が互いに対して移動することを許容し、
前記フィルタは、少なくとも一部分が前記混合物を受け入れるよう構成された上面と、下面と、前記上面および下面の間に延在する穴とを含む連続的なループであり、前記穴は前記液体の通過移動を許容し、かつ少なくともいくつかの粒子の前記通過移動を防ぐために十分な大きさであり、
前記吸収層は、上面と下面とを含む連続的なループであり、
前記フィルタの前記下面の少なくとも一部分は、前記吸収層の前記上面の少なくとも一部分に接触し、それにより外力を前記混合物にかけることなく、前記フィルタの前記上面に前記粒子の少なくとも一部分を保持しながら、前記フィルタの前記穴を通り前記吸収層に入る液体の移動によって、前記液体の少なくとも一部分からの前記粒子の少なくとも一部分の分離が達成され、
前記吸収層は、前記フィルタの前記移動に対して略逆向きに移動する、装置。
【請求項１９】
液体および粒子を含む混合物から粒子を分離する方法であって、
上面および下面の間を連通する穴を有するフィルタの前記上面に混合物を提供するステップであって、前記穴は前記液体の通過移動を許容し、かつ少なくともいくつかの粒子の前記通過移動を防ぐために十分な大きさである、提供ステップと、
前記フィルタの前記下面の少なくとも一部分が吸収層の上面の少なくとも一部分に接触するステップであって、前記液体に外力をかけることなく、前記吸収層が前記フィルタの前記上面の前記混合物から前記穴を通りかつ前記吸収層に入る液体の細管流を促進する、接触ステップと、
前記フィルタおよび前記吸収層の間の相対的な移動を達成するステップと、
を備え、
前記フィルタおよび前記吸収層がそれぞれ互いに対して略逆向きに移動する連続的なループである方法。
【請求項２０】
前記吸収層に吸収される前記液体の少なくとも一部分を除去するステップをさらに備える請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記粒子が藻類である請求項１９、または２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２００９年３月９日出願の米国仮出願第６１／１５８，６２５号の利益を主張する。
【０００２】
技術分野
本発明は、概して粒子を含む液体から粒子を分離する、より具体的には水から藻類を分離する装置および方法に関連する。
【背景技術】
【０００３】
自然発生および遺伝子操作されたものの両方の存在が知られている藻類の系統は数千ある。これらの系統のかなりの部分は、限定されないが、バイオディーゼル、薬剤および栄養補助食品への利用等、商業的に有用である様々な有機材料を生成することで知られている。藻類によって作られた材料は、藻類の細胞壁内に形成される場合があるが、あるいは、藻類の外表面に排出されて利用可能となる。どちらの場合においても材料を分離するために、通常水をベースとした藻類が育っている培地から藻類をまず分離することが通常必要である。また藻類ペーストまたはケーキとして知られる高濃度の藻類は、残留水を含んで処理されることが可能である。すなわち、さらなる処理より前に藻類を完全に乾燥させることが好ましい、または必要でさえある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常水をベースとした増殖培地から様々な成熟レベルの藻類を除去または分離することに関連するいくつかの工程が開発されてきた。工程は、凝集、沈降法、浮上分離法、遠心分離、振動分離、マイクロスクリーニング、フィルタプレス法、ベルトプレス法、および乾燥床の使用を含む方法を含んでいる。２つ以上の方法を組み合わせて使用する場合もある。通常上記の工程は、効果的な分離のためにかなりのエネルギー入力が必要となり、かつ結果として得られる製品は、なおも所望の有機材料の分離の処理を始める前にさらなる乾燥が必要である。
【０００５】
さらに、いくつかの上記工程を実施することは、藻類から有機材料を抽出する全体工程において二次的な不都合さをもたらす。例えば、凝集、沈降、および浮上法は、藻類を採取するためにバッチ方式が通常必要であり、成長池または容器からほとんどの藻類を取り除くことが必要である。このステップは、増殖工程が持続される池または容器内に実質的にほとんど藻類がない結果となり、生産性に否定的な影響を及ぼす。バッチ方式の代替形としては、セミバッチ工程を作成する多数のタンクの使用などがある。しかし、この代替形はまたより多くの空間、費用および時間が必要となる。また、いくつかの上記工程は、分離工程によってかけられる圧力により個々の藻類セルを損傷または破壊する場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、概して粒子状物質を含む水などの液体からの粒子状物質の分離を促進する装置について記載する。特に藻類は水などのキャリア流体から分離されることができるが、しかし他の粒子状材料もまた装置の使用により液体から分離されることができる。本発明はまた藻類だけではなく他の粒子状材料に関するこのような分離に効果的な方法を考慮している。方法は、エネルギー消費が比較的低い分離を達成し、分離される粒子への損傷を最小にする小さい差圧を利用する。
【０００７】
装置は、枠内に配置されたフィルタを備え、フィルタは、フィルタに接触するように配置された水などの液体の除去を促進する吸収層を有する。フィルタは、上面および下面、およびこれらの面の間を連通する複数の穴を有する。フィルタの穴は、少なくとも分離される粒子状物質の大部分が十分に穴を突き抜けることができないような大きさである。藻類の養分水からの分離を含む利用において、水中の藻類混合物は、フィルタの上面に適用される。水は、藻類から分離されはじめ、フィルタの下面へフィルタの穴を通じて流れる。吸収層は、フィルタの下面に接触するように配置され、吸収層に接触する水は、フィルタの下面から離れるように引き出され、それによって穴を通じて上からの水をさらに引き出す。湿った吸収層は、乾燥したものよりフィルタの下面から水をより効果的に除去する。フィルタの上面に十分に積み重ねられた藻類は水の流れを制限する場合があるため、藻類および水の投入点に対してフィルタは任意に移動される。さらに、液体−粒子混合物の表面への粒子の浮揚を促進する方法は、粒子をフィルタの上面から離して集める傾向があり、かつ液体が穴を通じてより容易に流れることを許容する。また、吸収層の水を吸収する能力には限界があるため、穴を通って水が流れるフィルタの位置に対して任意に吸収層は移動される。藻類および水の投入点に対してフィルタを移動することができ、かつ異なる速度で同じ方向、またはフィルタに対して異なる方向のどちらにも吸収層をフィルタに対して移動することができる。したがってフィルタは、単独で移動することができ、吸収層は単独で移動することができ、または両方移動することができる。他の代替形として、混合物のフィルタへの投入点は、フィルタに対して移動することができ、または多数の投入点を使用することができる。混合物の固体および液体成分を分離する通常の遠心分離法に比べ、この装置を藻類に使用する分離方法は、遠心分離に比べ最大９５％減とかなりエネルギーの少ない分離効果が見込め、かつ集められた生成物は遠心分離に比べ高い固形分量が得られることが見込まれる。
【０００８】
さらに、この方法は、穴を通る水の移動の促進を補助するために比較的低い差圧を使用する。結果として、粒子はフィルタの穴に押されず、引っ張られず、かつ穴の入口を妨げる、またはふさぐことはごくわずかである。さらに方法は、粒子に低い変形力を与える。藻類を水から分離する場合、この特徴は藻類セルの構造の完全性を守る補助をする。方法のこの態様は、後の処理のために主として含油の藻類の中身を維持することに寄与する。また、藻類の穏やかな乾燥により、藻類を後に成長条件下で蘇生することができる休止状態の段階にすることができる。
【０００９】
水のかなりの部分が粒子から分離された後、フィルタの上面に残る粒子は、いくつかの技術の１つにより含水量がさらに減少し、およびさらなる処理のためにフィルタから除去される。藻類の場合、さらなる処理の１つの例は、藻類からの有機材料の抽出である。フィルタは、枠に取り付けられた連続的なループとして装置に構成されることができ、かつ吸収性のループはまた連続的なループまたは複数のより小さい連続的なループとして構成されることができ、その結果、運転中に吸収層の少なくとも一部分は、フィルタの下面の一部分に接触する。吸収層によって吸収される水は、２つロール、または取り込まれた水を層から引き出す類似の構成品の間の層を通過することにより除去されることができ、層は再利用される。フィルタ、吸収層、または両方は、時間と共に堆積した粒子を除去するために化学的または物理的な作用により時々洗浄され、それにより部分的または完全に詰まった穴を開くことができる。方法の実施に用いられる低い差圧により、フィルタは洗浄または改修が必要になる前に、長期間、さらには連続して運転し続けることができる。
【００１０】
さらに本明細書に記載されるように、他の粒子および粒子タイプの分離が想定されるが、分離装置および方法は、主として水または類似の成長培地からの藻類粒子の分離に関して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】藻類および水の混合物を受け入れ、かつ成分を分離するために運転するスクリーンおよび吸収層を有して構成されたフレームの斜視図である。
【図２】藻類および水が省略された図１の実施形態の斜視断面図である。
【図３】図１の実施形態の立断面図である。
【図４】図３に示される部分の概略断面図である。
【図５】図３に示される部分の拡大概略断面図である。
【図６】フィルタ材料の実施形態の概略図である。
【図７】図１の実施形態の一部の詳細概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、粒子を含む液体からの粒子の分離を対象とし、装置および処理方法を包含する。本発明は、水中の藻類などの粒子を含む液体（藻類混合物）が上に配置される上面を有するフィルタを利用する。フィルタは、下面および穴をさらに含み、穴の少なくとも一部分は上面から下面へ延在する。さらに、低いエネルギー消費にて分離が起こる。また、比較的わずかな圧力を個々の粒子にかける低い差圧での分離作用は、粒子の損傷を最小にする。水から藻類の分離において、フィルタの穴は、藻類を上面に残したまま液体が穴を通過することができる大きさである。数パーセントの粒子は、穴を通過する場合があり、粒子の約１０％〜約１５％までの通過量は許容できると考えられる。粒子は、穴の入口のいくつかの部分を部分的、または完全にふさぐ場合があり、したがって穴を通る液体の流速は時間とともに減少する場合がある。しかし、方法の実施に用いられる低い差圧は、概して穴の重大なまたは不可逆な閉塞を引き起こさない。そして、粒子ケーキの水分の減少に起因する凝集は、いくらかのポート閉塞を引き起こすことがあるそれらの粒子を穴の入口から離して持ち上げる傾向がある。
【００１３】
分離より前のフィルタ上への粒子および水の混合物の流速に依存して、フィルタを通り抜ける液体の流れの速度により、フィルタの上部に藻類混合物のプールを形成する可能性がある。このプールは、プール境界を備える部分へフィルタを運ぶローラーの回転により作られたフィルタのゆるみと組み合わさり、フィルタの中央幅近くの混合物からの下方への力の作用によりフィルタ面に沿った凹部を形成することがある。プールは、投入源からの藻類混合物で再び満たされる。混合物は、継続的、または断続的に再度満たされ、かつ１つの投入点または多数の点を介して導入されることができる。したがって、例えば混合物は１つの入口パイプを介して、または多数の入口ノズルを供給するマニホールドを介してフィルタ上およびプールの中へ流れることができる。投入源に対してフィルタが移動すると、フィルタを覆う藻類によりフィルタの穴が詰まる前に、利用可能なフィルタ面は、新鮮なフィルタ面で補充され、その上面に藻類があるフィルタは残留粒子および水のプールから移動され、または藻類混合物が導入される位置から離れる。
【００１４】
水がなおも流れる上面に湿ったペーストの形で藻類を有するフィルタの領域または部分は、フィルタの下面で吸収層に接触するようになる。藻類の周囲からフィルタの穴を通って流れる水の吸収を促進するように比較的乾燥した吸収性の材料をさらすために、吸収層は水が流れ出るフィルタの位置に対して移動されることができる。吸収層が湿っている場合、いくらかの残留水が層に保持されるように水の吸収は促進される。吸収層がフィルタの下面に接触し、水を藻類粒子の周囲から除去した後は、藻類ケーキはフィルタの下面が吸収性の材料に接触するようになる前よりもはるかに少ない水を含んでいる。必要であれば藻類ケーキの上または下に導入されることが可能な加熱要素、ファン、ブロワー、光源、音響装置または吸引機などによる加熱、また気流の導入等の他の手段により、藻類ケーキの含水量をさらに低くすることができる。
【００１５】
藻類は、フィルタから様々な方法、例えば十分な乾燥の後フィルタを曲げることによって収集されることができ、ケーキはフィルタ表面から持ち上げられる。藻類の収集を容易にする他の処理は、藻類を含むフィルタを模様のある、滑らかでない面のロールに通過させる、またはドクターブレードまたはスクレーパーブレードをフィルタ上面に直接あてる処理を含む。フィルタの下面に対する上面の低い差圧により物理的な力が藻類にほとんどかけられないため、単独の粒子または凝集粒子のどちらの藻類粒子にも有効な大きさに対してフィルタの穴が適切な大きさになっている限り、藻類はフィルタの穴に大きく動かされない。したがって低水分の藻類ケーキを取り除くのは比較的容易であり、フィルタを再利用することができる。もちろん、藻類粒子（または粒子の一部分）の有効な大きさがフィルタの穴の大きさより小さい場合、穴に到達するこれらの藻類粒子は、より通過しやすく、かつ任意に下で再収集される。２つのピンチローラーまたは圧縮ローラー、吸引機、空気ブロワー、ヒーター要素、および制限板ペアなどの材料から液体を絞り出すことができる他の構成品の間を材料が通過することにより、保留水の一部が繰り返し吐き出されることが可能な場合、吸収性の材料はまた再利用される。一実施形態において、藻類ケーキは乾燥している（すなわち固体分が９０％より多い）場合、厚さは２５ミクロン〜９００ミクロン（μｍ）となるだろう。厚さがより薄ければ大きい直径を有するものと比較してより小さい直径の粒子を分離工程より得られることが期待できる。
【００１６】
一実施形態において、吸収性の材料は、連続的なループのフィルタベルトの方向とは逆行する方向に進む連続的なループまたはベルトの形をとる。保留された液体を絞り出すための構成品の間の吸収性のベルト通路を有してこのように構成されているため、装置は、藻類混合物のプールを保持し、それにより比較的高い含水量を有するフィルタベルトに比較的低水分の吸収性の材料を接触させる。したがってこの逆行移動配置は、藻類混合物からフィルタの穴を通る水の移動を促進する傾向にある。ベルトの端の境界に沿った縁取りを作ることにより、連続的なフィルタベルトの構造の完全性が向上する。ベルトは、縁取りを組み込むことによりひずみにくくなる。クロスウェブテンションの提供に役立ち、かつまたフィルタベルトを案内するために、ローラーまたはクリップは、フィルタの縁取りに係合することができる。吸収性の材料の下に補強材料を張ることにより、吸収性のベルト材料の構造の完全性が向上する。吸収性の材料の下側に網目状に繊維ガラス窓スクリーン材料を張り、例えば層を一緒に縫って固定されることにより良好な結果が得られる。連続的なベルトについては、継ぎ目にて過度の磨耗が最小になるように、使用の際に継ぎ目に薄い形状の外観を呈させることが重要である。
【００１７】
また、プール表面または表面付近の藻類などの粒子を集めるために、藻類または他の粒子状混合物を含むプールは、バブル起泡装置、または磁気または電気の起泡装置（図示せず）などの起泡装置を受け入れることが可能であるということが考えられる。プール表面の、またはプール表面付近のより多くの粒子により、フィルタ上面の、またはフィルタ上面付近には粒子が比較的少なく、粒子によって妨げられる、または封鎖されることなく比較的多くの液体が穴を通じて流れることができる。エネルギー消費を最小にするために、浮揚装置に起因する効率の向上は、その装置の運転に起因する増加エネルギー消費とのバランスを保たなければならない。
【００１８】
一実施形態において吸収性の材料は、１つの連続的なループまたはベルトとして示される。あるいは、吸収性の材料はまた１つまたは複数の吸収性のローラー、またはフィルタの下に配置された短い長さの多数の連続的なベルト、または短い長さのベルトおよびローラーの組み合わせを含むことができる。
【００１９】
図１〜図７に示される本発明の実施形態において、装置１０は、分離区域１２、脱水区域１４、選択的な乾燥区域１５、および収集区域１６を有する。図３において、連続的なループのフィルタベルト１８は、装填ローラー２３と向かい合う駆動ローラー２２によって駆動されることにより矢印２０によって示される方向に進む。フィルタベルト１８は、薄い形状を有する継ぎ目２７および／またはフィルタ材料を支える構造を含むことができる。フィルタベルト１８によって形成された連続的なループの内部は、フィルタベルト１８に接触する、矢印２６によって示されるように反対方向に進む吸収ベルト２４である。吸収ベルト２４は同様に連続的なループを形成することが可能である。連続的な吸収ベルトは駆動ローラー２８によって駆動される。圧縮ローラー３０は、駆動ローラー２８に向かい合い、吸収ベルトから液体が絞られ受け皿３１に捕えられるように圧力を加える。変速モーターは、フィルタベルト１８および吸収ベルト２４の両方を駆動するため、必要に応じて広く多様な投入条件に対してベルト速度およびそれに従い装置１０を調整することができる。モーターはまた逆回転することができ、これは整備および修理などのある状況においては都合が良く、または異なるタイプの粒子および液体の分離を促進させる。モーターは、エネルギー消費を測定する一体の構成品を含むことができ、または電力使用を測定する個別のエネルギー消費装置に接続されることができる。装置の様々な構成品が枠２９に取り付けられる。
【００２０】
分離区域１２の微細藻類３６および水３８からなる藻類混合物３４として示される混合物を配置するために、粒子および液体の混合物を含む滝の堰などの混合物投入部３２が配置される。ミドリムシ系の藻類を使用する場合、水１Ｌあたり藻類３ｇの溶液は、藻類を運びかつ水成分から分離することができるような流れ特性を有する混合物を提供することが分かっている。水１Ｌあたり１００ｇのミドリムシ系の溶液は、許容できないほど高粘度であり、フィルタベルト１８の穴を通り水が除去されることを妨げる。他の系が使用される場合、許容できないほどの高粘度は、水１Ｌあたり６０ｇ〜１００ｇの範囲の濃度で得ることができる。一実施形態において液体の固体（粒子）の濃度は、２ｇ／L〜３ｇ／Ｌとすることができる。他の実施形態における１５ｇ／Ｌの濃度は、液体の分離を許容するスクリーンに適用することができる。水１Ｌあたり藻類約０．５ｇよりも小さい溶液は、藻類ケーキをフィルタベルト１８から有効に分離するには、概してフィルタベルト１８の表面に置かれる藻類が少なすぎる。藻類溶液濃度の上限界および下限界は、分離される藻類系、成熟度（およびしたがって藻類粒子の大きさ）および藻類粒子によって生成され、かつ個々の粒子の外表面に沈殿する任意の滲出物または不純物の存在（または不在）により変化する。
【００２１】
また水溜め４０の形の凹部を形成するよう構成されたフィルタベルト１８の領域に混合物を置くことが都合の良いことが分かっており、これは混合物がフィルタベルト１８の縁を越えて流れ出ず、かつフィルタベルト１８の幅を横切る材料の略均一なコーティングを提供するために十分な量の混合物が加えられることを確実にする。混合物は、水溜め４０のプール４２を形成することができ、プール４２および分離区域のフィルタベルト１８の縁の重量は、下部支持体４４および側面ガイド４６によって支持される。下部支持体４４は、プラスチックの湾曲した部品とすることができ、側面ガイド４６は、ステンレス鋼とすることができるが、代替の構造設計および材料を使用することができる。さらに、下部支持体４４および側面ガイド４６の一方または両方は、別の構成においては必要ではない。プール４２の存在、不在、または寸法は、混合物３４の投入レートおよびフィルタベルト１８および吸収ベルト２４が駆動されるそれぞれの速度によって制御可能である。一実施形態において、ベルトの安定を補助し、かつ繊維を封止するためにフィルタベルト１８は、縁取り４７を受容する。
【００２２】
運転中混合物３４は、水溜め部分４０のフィルタベルト１８の上面４８に沈殿する。図１に示すように、混合物の供給は、水平に向けられたパイプを介して導入される。しかし、オーバーヘッド垂直パイプまたは状況に応じてフィルタベルト１８の幅全体にまで及ぶ多数の出口を有するオーバーヘッドマニホールドなどの別の導入要素を使用することができる。フィルタベルト１８は、重力により水などの液体が穴４９を通り受け皿５２に収集される流れ５０（図３）へ向かうことを許容する。穴は、ある大きさの個々のまたは凝集した藻類などの粒子がフィルタベルト１８上面に保留されるような大きさである。藻類などの粒子は、プール４２の周囲で混ぜられるため、いくつかの粒子は、プールの底部のフィルタベルト１８の上面４８に定着する一方、他の粒子は、混合物中で撹拌され続ける。フィルタベルト１８が進むと、新しいフィルタ表面は上流端５４（図７）にてプールに入り、部分的に覆われたフィルタ部分は、下流端５６にてプールから出る。フィルタがプールの傾斜面から出ると、追加の粒子が上面４８に定着する。図４に示すようにフィルタ上の全ての粒子は、水分を有する湿ったケーキ５８を形成する。図示しないが、プール４２の表面または表面付近の粒子を凝縮させるために、エアレータまたは音響、磁気、または電気凝縮装置などのフロス浮選装置を使用することができ、それにしたがい液体がフィルタベルト１８の穴を通って流れ易くするためにフィルタベルト１８の上面から離れる。
【００２３】
湿ったケーキを有するフィルタベルト１８が進むと、いくらかの水が重力によりフィルタベルト１８の穴を通過し続ける。そのうえ、フィルタの穴を通り、かつ藻類から離れる水の流れは、吸収ベルト２４がフィルタベルト１８の下面６０に接触することにより促進される。一実施形態において、装置１０の混合物の供給端部に最も近い吸収ベルト２４は、水溜め部分４０の一部の下のフィルタベルト１８の下面６０に接触する。
【００２４】
フィルタベルト１８が次第に低含水量になる藻類ケーキを進めると、フィルタベルト１８の下面６０は、吸収ベルト２４の上面６２に接触、載置される。一実施形態において、この吸収ベルト２４は、フィルタベルト１８と逆方向に進み、あるいは並行または逆行方向のどちらかでフィルタベルト１８と異なる速さで進む。吸収性の材料は、形成されてフィルタベルト１８の穴４９から落ちようとする水滴６４と流体接触する。水滴が形成していることを示すために図５は間隙を有して描かれている。しかし、通常２つのベルトは、実際に接触している。吸収性の材料は液体をフィルタの穴から逃し、したがってフィルタベルト１８の穴は、粒子の周囲のすきま空間から液体を引き寄せ、または受け入れることを許容し、液体は最終的に吸収性の材料に吸い込まれる。移動するフィルタベルト１８を逆回転の吸収ベルト２４に接触するよう維持することにより、相対的に乾燥した吸収ベルト材料にさらされると、藻類ケーキ５８の固形分が増加する。
【００２５】
粒子ケーキを有するフィルタベルト１８の部分が６６にて吸収ベルトに接触しないようになると、工程の必要性に応じて任意の多数の手段によってさらに水分レベルを減らす選択的な乾燥区域１５に入る。乾燥区域は、周囲の温度および湿度条件下においてさらに乾燥されるように、何もしないことが必要になる場合がある。あるいは、例えば空気移動、加熱、除湿、太陽光またはそれらの組み合わせなどの１つまたは複数の能動的な乾燥方法を使用してもよい。これらの方法は、加熱要素、ファン、ブロワー、光源、音響装置、および／または吸引機によって達成される。一実施形態において、水分閾値に達すると高固形分のケーキはフィルタベルト１８からはがれ、追加的な乾燥が不必要になるようにベルトの速度および混合物投入量を変化させることができる。また多孔質構造のフィルタベルト１８により、ケーキの上、ケーキの下または両方から空気移動または熱を粒子ケーキに適用する能動的な乾燥方法が可能となる。粒子が約３４％固形分かつ約２５μｍ〜９００μｍの範囲の厚みの藻類である場合、藻類ケーキは、フィルタベルト１８の上面から解放され、フレークを形成する。
【００２６】
収集区域１６において、柔軟なフィルタベルト１８は、約９０°以上の角度で方向を変える。柔軟ではない低水分藻類ケーキは、収集されるために割れ、かつベルトから落下する。必要であれば様々な他の収集増進方法を使用することができる。例えばこれは、ローラー周りに図示された半径回転より鋭い回転を作ることを含む。これは、例えば進行方向を変化させるために滑らかな半径ローラーの代わりに縁を越えてフィルタ部材を渡すことによりなされる。必要であれば、スクレーパ、振動機、ブロワー、オーガー、ブラシ、吸引機などを同様に用いることができる。しかし、可能であればゼロまたはゼロの近いエネルギー消費を維持することが望ましい。さらに、図６に示されるように、穴６８を意図的に閉塞させるフィルタベルトを使用することが考えられ、これは均一なケーキの形成を妨げる。１つの大きい連続的ものより意図的にセグメント化されたケーキで作業することにより、乾燥およびはがれ特性が影響を受け、ケーキはより容易にフィルタベルトから離れることができる。藻類セル３６をフィルタベルト１８の穴４９へ押し進める一因となる（吸引引き込み効果または空気圧力押し込み効果による）差圧などの力、またはローラー等が使用されないため、これが可能となる。
【００２７】
装置１０は、柔軟なフィルタベルト１８を枠２９に対して移動させるための１つのＤＣ駆動モーターおよび吸収性の材料を同じまたは異なる速度にて移動させるための個別のＤＣ駆動モーターを含む。一実施形態において水との低濃度の混合物として導入された藻類を少なくとも２０％固形分に採取し、かつ脱水するために利用されるエネルギーは、０．３ｇ／Ｌの藻類の溶液から少なくとも２００ｇ／Ｌまでの溶液を濃縮する場合、脱水された藻類１ｋｇあたり１００Ｗより小さく、他の実施形態においては、脱水された藻類１ｋｇあたり４００Ｗより小さく、さらに他の実施形態においては、脱水された藻類１ｋｇあたり７００Ｗより小さい。他の実施形態において、少なくとも２０％固形分まで脱水する場合、エネルギー消費は脱水された藻類１ｋｇあたり約２６Ｗである。
【実施例】
【００２８】
以下の例は、特に藻類系を脱水する装置を使用した本発明の一実施形態の実施を示す。特許請求の範囲内の他の実施形態は、本明細書の開示に基づいて当業者には明らかであろう。
【００２９】
装置は、ＳａａｔｉＴｅｃｈ（ＮＹ州、Ｓｏｍｅｒｓ）のポリエステルモノフィラメント材料（製品番号ＰＥＳ２５／２０）から作られた連続的なフィルタによって構成され、該材料は（またメッシュ開口部として知られる）２５ミクロンの大きさの穴および２０％の開口領域を有する。フィルタの厚さは５２μｍ、およびフィルタ材料を作成する個々の糸の直径は２７μｍであった。フィルタベルトの下はＨａｇｕｌａｎ  Ｖｌｉｅｓｓｔｏｆｆ  ＧｍｂＨ  ＆  Ｃｏ．ＫＧ（ドイツ、Ｆｕｌｄａ）のエアレイド（ａｉｒｌａｉｄ）不織吸収性材料（Ｎｏ．ＮＦ５２−２３０）の連続的なベルトであった。このベルトは、８０％のビスコースおよび２０％のポリエチレンで作られていた。吸収ベルトの構造の完全性は、繊維ガラスの窓スクリーン材料の網を下側に縫うことにより向上された。連続的なフィルタおよび連続的な吸収ベルトの両方は厚さの変化を最小にするように縫い合わされ、それにより互いに対して滑らかな面および枠に接触する構成品が存在した。２０．３ｃｍ／分（８インチ／分）の速度で動くフィルタベルトは、消費電力を測定するＫｉｌｌ−ａ−ｗａｔｔ電力計に接続されたＤＣモーターによって駆動された。
【００３０】
平均の（凝集した）粒子大きさが１０μｍ〜４０μｍ（個々のセルの大きさが約２μｍ〜約１０μｍの範囲）の尋常性クロレラで構成されている濃度水１Ｌあたり０．８ｇの藻類混合物が、移動するフィルタベルトによって形成されたプールに１．３Ｌ／分の割合で注がれた。吸収性の材料は、Ｋｉｌｌ−ａ−ｗａｔｔ電力計に接続されたＤＣモーターによって駆動されフィルタベルトと逆に１５．２ｃｍ／分（６インチ／分）の速度で移動された。
【００３１】
プールを出た藻類ケーキは、約１０％の固形分を有した。下の吸収ベルト２４が逆に進んでいる状態で、ケーキがフィルタベルト上を約１５ｃｍ進むうちに、固形分が約１６％に増加した。吸収ベルト２４の上に位置するフィルタベルト１８の残り４１ｃｍの上において、固形分はさらに重量当たりの固形分が約１８％に増加した。ケーキ除去ローラー４３より前のフィルタベルト端部において、固形分は約２５％となった。フィルタベルトの長さ、および周囲環境条件によっては、能動的な乾燥手段がとられることなくさらなる乾燥が起こりうる。藻類混合物の初期導入から少なくとも約２５％固形分を有するケーキ除去までの経過時間は、８分であった。フィルタベルト１８および吸収ベルト２４を駆動するローラーの回転に使用されるＤＣモーターのエネルギー消費は、１７Ｗであった。定常状態モードにて作られた少なくとも２０％固形分の藻類ケーキの重量は、単位時間当たり３．７ｇ／分であった。したがって、２０％固形分を有する１ｇの藻類ケーキを生成するために、０．０７７Ｗｈ（２７７．２ジュール）のエネルギーが消費された。ケーキの前記固形分に達するために他のエネルギーは消費されなかった。部屋の周囲温度は、相対湿度が約５０％で約７２°Ｆであった。
【００３２】
異なる系の藻類は、成熟期において異なる粒子直径を有することが理解できるだろう。さらに、系および藻類の成熟度に基づき、個々の藻類粒子が凝集する傾向は多かれ少なかれあり、したがって、装置でろ過される有効な大きさは、増加する。また、粒子の形は、使用される系で変化する場合がある。したがって、効果的に水から粒子を分離するために、適切なフィルタスクリーン材料は、異なる大きさの穴を有することができる。また、粒子の回収を最適化するために混合物の流速を変化させることができ、かつ吸収性の材料の水の吸収能力を適切に変更する必要がある場合がある。したがって、必要に応じて藻類系、フィルタスクリーンの穴の大きさ、および吸収能力の範囲を利用できることが予想される。様々な藻類系の評価および乾燥特性に関するさらなる比較情報は、下表１を参照すること。分離条件は、上に述べた例と略同じであった。
【表１】
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＊流出した藻類は、フィルタを通って水とともに移動した藻類のパーセンテージである。一般に、フィルタを通過する藻類粒子のパーセンテージは、藻類粒子の全粒子量の１０％〜１５％を越えない。
【００３３】
クロレラ微細藻類に対してうまく使用できたフィルタスクリーンの一例は、ＳａａｔｉＴｅｃｈ（ＮＹ州、Ｓｏｍｅｒｓ）から入手できるポリエステルフィルタ織物（ＰＥＳ２５／１６）である。材料は、２５μｍのメッシュ開口部、１６％の開口領域、および糸の直径３４μｍを有する。空気浸透率は、１，７００ｌ／ｍ２ｓ（単位平方メートル１秒あたりのリットル数）である。開口面積は、定義された領域のフィルタ生地における糸表面に対する穴の表面のパーセンテージとして定義される。有効なメッシュ開口部は、液体から分離される材料粒子の大きさの関数である。粒子の大きさより実質的に大きいメッシュ開口部は、粒子のほとんどがフィルタベルトを通過する結果となる。メッシュ開口部が実質的に粒子の大きさより小さい場合、穴は低い差圧力でさえもより容易に閉塞され、または妨げられる。結果として、液体の移動は妨げられ、分離が妨げられる。粒子の約１０％〜１５％までがフィルタベルトを通過することが通常許容されている。したがって、実質的にはそのようになっていないが、フィルタベルトのメッシュ開口部は、粒子の大きさより大きくすることができる。したがって、例えば２５μｍのメッシュ開口部は、通過粒子を許容しつつ平均大きさが約２０μｍの粒子を効果的に分離する。装置に使用するフィルタ材料の範囲は、メッシュ開口部が少なくとも７μｍから７００μｍ開口部まで、開口領域がそれぞれ２％から６８％までである。一実施形態におけるフィルタ材料の選択において、混合物に最も近い材料の部分は、最も高い疎水性を有し、混合物から離れて広がるにつれ、材料はより吸水性になる。疎水性を増すためにシリコーンまたはフッ素化ポリマー等に基づくコーティングを使用することができる。
【００３４】
分離工程において個々の藻類粒子の損傷レベルが低いため、フィルタベルト１８は、材料の洗浄、交換または改修する必要なく長期間運転することができる。例に示した構成において、フィルタベルト１８は、取り外される前に１週間運転され、弱い漂白溶液に２０分間浸漬され、運転に戻された。
【００３５】
吸収ベルトに使用された吸収性の材料は、重量２２１ｇ／ｍ２（単位平方メートルあたりのグラム数）、厚さ（１０ｏｚ．について）２．２ｍｍ、ビスコース８０％およびポリエチレン２０％の混合率および１１９８％または２．６５ｌ／ｍ２（単位平方メートルあたりのリットル数）吸収性を有するニードルフェルトフロアクロス（ＮＦ５２−２３０Ｓ）であった。これはドイツＦｕｌｄａのＨａｇｕｌａｎ  Ｖｌｉｅｓｓｔｏｆｆ  ＧｍｂＨ  ＆  Ｃｏ．ＫＧから入手可能である。
【００３６】
上記の本発明は、藻類の乾燥のための使用に関して記載されているが、また任意の他の粒子状物質の水または他の液体からの分離、脱水、および収集に使用可能である。スクリーンおよび吸収層が液体または粒子に反応しないように、このような他の粒子状物質の特性は、スクリーンの特性および吸収層の調整を必要とする場合がある。また、水以外の他の液体を使用することができる。例えば、油のリサイクル処理で使用される廃水からの粒子状物質であるエタノール製造工程からの粒子状物質は液体キャリアから分離される。
【００３７】
本明細書に図示および説明された実施形態は、スクリーン内で進む藻類がその中で成長または運ばれる水または他の液体から藻類を分離する目的の１つの吸収ベルトを有する。スクリーンベルト上にある間、または他のベルトに移した後に藻類に他の工程を実行することができることがまた想定される。例えば、進むスクリーンベルトは、藻類の外部にある油または他の物質を除去する目的で藻類ケーキに溶剤をスプレーするノズルの下を通ることができる。この溶剤は、スクリーンを通過し、収集される。例えば脂質などの望ましい材料は、溶剤から分離され、溶剤は再循環される。また、最終的に収集する前に藻類ケーキの水分レベルをさらに減らす補助をするために、第２の吸収ベルトをフィルタベルトの下部に接触させることができる。有機材料を藻類粒子の外表面から除去する工程中に、藻類は、生きたまま、損傷を受けず、外表面により多くの材料を生成するためにタンクへ戻されるということが考えられる。材料を細胞外に生成する藻類は、再生成の速さが遅い場合があり、この頻発な有機材料の外表面からの収集および返還は、生産率を所望のレベルに保つことに使用される。
【００３８】
本明細書に図示および説明された実施形態は、水平方向のベルト面が用いられている。方向については変えることができる。装置は、軸周りの第１の方向に進む丸い円盤のフィルタスクリーン、および第２軸周りに逆方向に進む円盤の吸収性の材料を有し、例えばクスレーパーまたは吸引機などのケーキ材料除去の適切な方法を伴って構成されることがまた想定される。同様に装置は、例えば藻類が円筒のスクリーンの外側に配置され、かつ吸収性の材料が内側の円筒の形とすることができる。
【００３９】
本発明は、様々な多様な実施形態の記述によって図示され、およびこれらの実施形態はかなり詳細に記載されているが、添付の特許請求の範囲をこのような詳細に制限、または限定することは出願人の意図ではない。追加的な好都合点、および改良は、当業者には容易に理解できるだろう。したがって、より広い態様における本発明は、装置および方法を表す特定の細部および示され説明された実例に限定しない。それに応じて出願人の一般発明概念の精神または技術的範囲から逸脱することなく、このような詳細から新しい試みがなされることがある。
【符号の説明】
【００４０】
１０  装置
１２  分離区域
１４  脱水区域
１５  乾燥区域
１６  収集区域
１８  フィルタベルト
２２  駆動ローラー
２３  装填ローラー
２４  吸収ベルト
２７  継ぎ目
２８  駆動ローラー
２９  枠
３０  圧縮ローラー
３１  受け皿
３２  混合物投入部
３４  藻類混合物
３６  微細藻類
３８  水
４０  水溜め
４２  プール
４３  ケーキ除去ローラー
４４  下部支持体
４６  側面ガイド
４７  縁取り
４８  フィルタベルトの上面
４９  穴
５０  流れ
５２  受け皿
５４  上流端
５６  下流端
５８  ケーキ
６０  フィルタベルトの下面
６２  吸収ベルトの上面
６４  水滴
６８  穴
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１】
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【図３】
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