(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に培養部を設けその下部に藻体分離部を設け一体とするとともに、培養部に通気口を設けた微細藻類の培養装置において、培養部における攪拌と藻体分離部における藻体分離とを、通気ガス流量を調節することによってコントロールすることを特徴とする微細藻類の培養装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
微細藻類の増殖と分離を効率的に行うことができる光合成微細藻類の培養装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球温暖化の一原因として大気中の二酸化炭素濃度の増加が問題とされている。大気中の二酸化炭素濃度を低減させるための方法として、火力発電所等から排出される排ガス中の二酸化炭素を光合成微細藻類で吸収固定させる処理技術の研究開発が進められている。
光合成微細藻類の培養方法としては、太陽光を直接利用するオープンポンド方式と、集光装置で集光した太陽光を光ファイバー等で送り、培養槽で照射させ光合成に利用する集光方式がある。
【０００３】
オープンポンド方式は、大量に微細藻類を培養する場合、光の透過損失の影響で培養槽を深くすることができず、その結果広大な敷地面積が必要となる。また、深さに比較し面積が大きいため、光を微細藻類に均一に当てようとした場合、多大の攪拌動力が必要となる。
【０００４】
一方、集光方式には、光を透過する材質を外壁とした培養槽の中で、外側から光を供給して光合成微細藻類を培養する外部照射型（特開昭５０ー１５７５８１号公報）と、外部の光源からの光を培養槽内に導き、培養槽内の発光坦体等から光を供給する内部照射型（特開昭５０ー１４２７７８号公報、特開昭５７ー１０２１８１号公報、特開昭６１ー１３９３８２号公報）の二種類の培養装置がある。
【０００５】
しかしながら、外部照射型で、光合成微細藻類を大量に培養するためには、外壁部を大きくしなければならず、強度面及び構造上から困難である。
また、培養槽のスケールアップを行う場合、培養槽内の光密度を一定にしてスケールアップをしなければならないが、外部照射型では光を培養槽の外側から供給することしかできず、培養槽の容積の増大分に必要な光供給面積を確保できない。
【０００６】
更に、外部照射型では、培養槽を大きくした場合や光合成微細藻類の培養濃度が高くなった場合に培養液中での光の損失により培養に十分な光が供給されず、微細藻類の増殖が押さえられるという欠点を有している。
一方、内部照射型も、外部照射型やオープンポンド型と同様に、培養する光合成微細藻類に光を均一にあて、光の利用効率を良くする必要がある。このためには十分な培養液の攪拌混合と光の供給面積が確保されることが必要である。
【０００７】
培養液の攪拌には、ポンプにより循環攪拌させる方法、攪拌翼により攪拌する方法及びガスを通気することにより攪拌する方法がある。そして、沈降性の悪い微細藻類の場合は攪拌しやすく、一方、沈降性の良い藻類は固液分離が容易であるという特性があり、攪拌と固液分離は藻類の沈降特性等により左右される。従って、この攪拌と固液分離とを最適にコントロールすることが望まれる。
【０００８】
従来、微細藻類の培養では、培養液を取り出し後一次濃縮をして、遠心分離機等を用いて微細藻類と培養液を分離しており、なるべく高濃度（例えば水分８５％程度）まで濃縮し、その後乾燥機等により必要な含水率まで水分を除去している。しかし、現状では遠心分離機で使われる動力が大きいという問題があり、一方、遠心分離を行う前に凝集剤を用いて、藻体を沈降させ濃度を高める方法もあるが、凝集剤のコストが高いばかりでなく、回収後の藻体中に凝集剤が残り、利用時の障害となる恐れがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
微細藻類の培養装置において、沈降特性を考慮して攪拌性能と固液分離をバランスさせ、トータルシステムとして効率良く、高濃度の培養液を培養すると同時に、藻体と培養液とに分離させることを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねて、本発明を完成させた。
本発明の特徴は、
（１）上部に培養部を設けその下部に藻体分離部を設け一体とするとともに、培養部に通気口を設けた微細藻類の培養装置、
（２）藻体分離部は取り出し口に近い部分がロート状である（１）に記載の培養装置、
（３）培養部における攪拌と藻体分離部における藻体分離とを、通気ガス流量を調節することによってコントロールすることを特徴とする（１）または（２）に記載の培養装置、
（４）ロート状部の傾斜角度は藻体の安息角と藻体の付着性により決定することを特徴とする（２）に記載の培養装置
である。
【００１１】
すなわち、培養濃度、光の照射条件、微細藻類の沈降特性に合わせて通気ガスの通気条件を最適化し、あわせて藻体分離部の傾斜角度を適正なものとすることにより、培養部で高効率でかつ高濃度の培養を行い、藻体分離部で培養液からの微細藻類の一次分離を可能とする培養槽に関するものである。
本発明において、微細藻類とは例えばクロレラ及びスピルリナのようなものであるが、これに限定されるものではない。
【００１２】
本発明を図面に基づいて説明すると、培養部（９）には、微細藻類の特性に合わせ、高濃度で培養するのに十分な照射面積を有した発光坦体（８）を取り付ける。発光坦体（８）は、太陽光を集める集光装置もしくは人工光の光源装置からの光を、光ファイバー（４）により送り込まれるように構成されている。
【００１３】
微細藻類の光合成に必要な二酸化炭素を含んだ通気ガス（１２）は、送風機（１３）によりガス通気管（１５）に送られ、ガス供給口（１１）は発光坦体（８）の位置に合わせ、培養液の攪拌が行える位置に開口させる。光合成微細藻類により、二酸化炭素を固定された残りの排ガス（３）は排気口（２）から排出される。
微細藻類の増殖に必要な栄養塩類は、培地供給口（５）から供給される。
【００１４】
藻体分離部（１０）は、沈降した微細藻類が溜まる部分で、取り出し口（１４）が最下部に設けられている。藻体分離部（１０）は取り出し口（１４）に近い部分で藻体濃度が濃くなるようにロート状になっている。ロート部の傾斜は沈降した藻体が取り出し口（１４）に集まるように、藻体の安息角と藻体の付着性から決める。なお、ここで藻体の安息角とは、培養液内で藻体が水平面上に沈降した場合、自然に形成される傾斜角（斜面の角度）のことである。ロート部分の材質としては、テフロン加工が好ましいが、これに拘るものではない。
【００１５】
通気ガス流量は、培養濃度と微細藻類の沈降特性に合わせて決めるが、光合成を行わない夜間には通気しない。藻体分離部（１０）への微細藻類の沈降は、通気ガス（１２）の供給中は、通気ガス流量と沈降特性との関係による。また、夜間は培養液と藻体との比重差により沈降する。
本発明を実施することにより、通常の培養装置の通気ガス流量が、０．５〜１．０ｍ3／分のところ、０．１ｍ3／分で十分であり、通常の１／５〜１／１０で済ますことができる。
【００１６】
通気ガス流量が少なくてすむ理由は、通常の培養では、藻体分離部が別装置となっているため、藻体が沈降し培養槽の底に溜まると腐る等により、培養に悪影響を与えるため、かなり多めのガス流量で通気し攪拌しなければならないが、本装置では培養部の下部に藻体分離部を設けてあるとともに、通気ガス流量により、沈降具合と拡散具合をコントロールできるためである。
取り出し口（１４）から引き抜かれた培養液は、微細藻類の種類及び培養条件により若干異なるが、９７〜９８％程度まで濃縮されるため、一次濃縮をせずに、固液分離機（遠心分離機）（１７）により培養液（１９）と藻体（１８）とを分けることができる。
【００１７】
分離された培養液（１９）は培養液測定器（２３）で栄養塩の濃度等を測定し、培養液調整槽（２４）にて栄養塩等を加えられ、再び、培養槽に供給することも可能である。この時、栄養塩量、培養濃度、培養液の引き抜き量は濃度測定器（２１、２２）等により測定されたデータをコントローラー（２０）に送り、コントローラーからの指示で通気ガス（１２）及び栄養塩濃度等を調整された培養液（７）の供給、培養液の引き抜きを自動的にコントロールし、連続運転することができる。コントローラーとしては、通常使用しているパソコンにより可能である。
なお、本発明の説明として集光方式を主体に行ったが、オープンポンド方式にも適用可能であることは言うまでもない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施例
ＭＣ培養液を供試し、培養温度２５℃でリトラーレ（Ｃｈｌｏｒｏｃｏｃｃｕｍ  ｌｉｔｔｏｒａｌｅ）の培養を行った。培養部の大きさは約１０Ｌで、この中に発光坦体を入れ、発光坦体と発光坦体の間に断面形状が三角形の棒状の散気管を配置し、ここから約０．１ｍ3 ／分で光照射時（約１０時間／日）のみ通気し、一日で約３．２ｇの藻体が回収できた。
【００１９】
また、培養液中でリトラーレの培養に伴い吸収される栄養塩（窒素、リン等）の濃度が減少しないように、栄養塩を追加供給した。（窒素の場合はリトラーレ増殖量の約４％）藻体分離部はロート部の傾斜角度を４５度とし、ここで約９７％の濃度にリトラーレを濃縮し、回収することができた。
なお、リトラーレは、一般の藻類の数倍の光合成能を有し、高いＣＯ2 濃度下でも生息できる特殊な藻類である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の装置によれば、藻体の沈降特性を考慮して通気ガス流量を調節することにより、攪拌性能と固液分離を上手にバランスさせることができ、あわせて、藻体分離部のロート部分の傾斜角度を適正にすることにより、トータルシステムとして非常に効率よく、藻体の培養・分離を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の構成を示す図
【符号の説明】
１  培養槽
２  排気口
３  排ガス
４  光ファイバ
５  培地供給口
６  培養液供給ポンプ
７  培養液
８  発光坦体
９  培養部
10  藻体分離部
11  供給口
12  通気ガス
13  送風機
14  取り出し口
15  通気管
16  培養液引き抜きポンプ
17  固液分離機
18  藻体
19  培養液
20  コントローラー
21  濃度測定器
22  濃度測定器
23  培養液測定器
24  培養液調整槽
【図１】
0003668341.tif 000002