(57)【要約】【課題】コストが低減する光合成微生物培養槽および光合成微生物培養装置を提供する。【解決手段】光合成微生物を含んだ培養液Ｍが循環する循環水路を有し、循環水路を流れる培養液Ｍの流れ方向Ｘを法線とする面で切断した水路断面形状Ｄは、下側になるほど幅が狭くなる形状となる。光合成微生物培養槽と、循環攪拌装置と、散気ガス供給装置と、光合成微生物回収装置と、制御装置と、を備え、制御装置は、回収運転時のパドルの回転速度を、培養運転時のパドルの回転速度よりも低くする。【選択図】図１
2015053872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光合成微生物を含んだ培養液が循環する循環水路を有し、
該循環水路を流れる前記培養液の流れ方向を法線とする面で切断した水路断面形状は、下側になるほど幅が狭くなる形状となる
ことを特徴とする光合成微生物培養槽。
【請求項２】
前記水路断面形状は、液面側の幅よりも、水路底面側の幅が狭い逆台形の形状となる
ことを特徴とする請求項１に記載の光合成微生物培養槽。
【請求項３】
前記水路断面形状は、液面側を底辺とする逆三角形の形状となる
ことを特徴とする請求項１に記載の光合成微生物培養槽。
【請求項４】
前記循環水路は、
前記循環水路の両岸に配置される擁壁と、
前記循環水路の中央底部に配置される錘と、
遮水シートと、を有して構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の光合成微生物培養槽。
【請求項５】
請求項１に記載の光合成微生物培養槽と、
パドルを回転させることにより、前記光合成微生物培養槽の前記培養液を前記循環水路に沿って循環させるとともに、前記培養液を攪拌する循環攪拌装置と、
前記光合成微生物培養槽の前記培養液に散気ガスを散気する散気ガス供給装置と、
前記光合成微生物培養槽から前記培養液ごと前記光合成微生物を回収する光合成微生物回収装置と、
前記循環攪拌装置、前記散気ガス供給装置、前記光合成微生物回収装置を制御し、前記光合成微生物を培養する培養運転および前記光合成微生物を回収する回収運転を実行させる制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記回収運転時の前記パドルの回転速度を、前記培養運転時の前記パドルの回転速度よりも低くする
ことを特徴とする光合成微生物培養装置。
【請求項６】
前記培養運転時において、前記制御装置は、前記散気ガス供給装置により前記光合成微生物培養槽の前記培養液に散気し、
前記回収運転時において、前記制御装置は、前記散気ガス供給装置による前記光合成微生物培養槽の前記培養液への散気を停止させる
ことを特徴とする請求項５に記載の光合成微生物培養装置。
【請求項７】
前記光合成微生物培養槽は、前記循環水路の底部に、周囲の底部よりも低い凹部であるピットを有し、
該ピットは、
前記散気ガス供給装置が前記光合成微生物培養槽の前記培養液に散気ガスを散気する散気管と、
前記光合成微生物回収装置が前記光合成微生物培養槽から前記培養液ごと前記光合成微生物を回収する取水部と、を備える
ことを特徴とする請求項６に記載の光合成微生物培養装置。
【請求項８】
光合成微生物を含んだ培養液が循環する循環水路を有する光合成微生物培養槽と、
パドルを回転させることにより、前記光合成微生物培養槽の前記培養液を前記循環水路に沿って循環させるとともに、前記培養液を攪拌する循環攪拌装置と、
前記光合成微生物培養槽の前記培養液に散気ガスを散気する散気ガス供給装置と、
前記光合成微生物培養槽から前記培養液ごと前記光合成微生物を回収する光合成微生物回収装置と、
前記循環攪拌装置、前記散気ガス供給装置、前記光合成微生物回収装置を制御し、前記光合成微生物を培養する培養運転および前記光合成微生物を回収する回収運転を実行させる制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記回収運転時の前記パドルの回転速度を、前記培養運転時の前記パドルの回転速度よりも低くする
ことを特徴とする光合成微生物培養装置。
【請求項９】
前記培養運転時において、前記制御装置は、前記散気ガス供給装置により前記光合成微生物培養槽の前記培養液に散気し、
前記回収運転時において、前記制御装置は、前記散気ガス供給装置による前記光合成微生物培養槽の前記培養液への散気を停止さる
ことを特徴とする請求項８に記載の光合成微生物培養装置。
【請求項１０】
前記光合成微生物培養槽は、前記循環水路の底部に、周囲の底部よりも低い凹部であるピットを有し、
該ピットは、
前記散気ガス供給装置が前記光合成微生物培養槽の前記培養液に散気ガスを散気する散気管と、
前記光合成微生物回収装置が前記光合成微生物培養槽から前記培養液ごと前記光合成微生物を回収する取水部と、を備える
ことを特徴とする請求項９に記載の光合成微生物培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光合成微生物の培養に用いる光合成微生物培養槽および光合成微生物培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、温室効果ガスの一つである二酸化炭素（ＣＯ2 ）の排出量を抑制するという観点から、カーボンニュートラル（carbon neutral）という考え方が浸透してきている。また、カーボンニュートラルなエネルギ源として、バイオマス由来の原料から生産された燃料（バイオ燃料）の使用が一部に始まっている。
【０００３】
しかし、大豆、トウモロコシ、パームなどの可食性植物を原料とする場合、食糧不足への懸念が問題となっている。また、ジャトロファ、カメリナなどの非可食性植物を原料とする場合、可食性植物の場合と比較して、単位面積当りの生産量が低い。このため、植物を原料とする場合、広い耕地を確保するために起こる森林破壊の問題が付きまとう。そこで、これら植物の中で油脂生産能力が高いパームよりも、単位面積当りの油脂生産能力が１０倍程度高い光合成微生物に注目が集まっている。このような光合成微生物としては、例えば、微細藻類（藍藻も含む）が知られており、光合成能を有し、バイオ燃料およびバイオ燃料の原料となりうる成分を生合成し、細胞内に蓄積する。
【０００４】
微細藻類（藍藻も含む）などの光合成微生物を培養するリアクタ（培養槽、バイオリアクタ）として、以下の３種類のものがよく用いられている。第１は、レースウェイポンド等のポンド（池）を使う方式である。この方式では、広い設置面積を必要とするものの、初期コストを低く抑えることができるというメリットがある。第２は、プレート型リアクタである。プレート型リアクタは、受光面積を広くすることができるが、初期コストが高くなる。第３は、パイプ式リアクタである。パイプ式リアクタは、プレート型リアクタほどではないものの受光面積を広くすることができるが、初期コストの低さではポンド（池）を使う方式には及ばない。
【０００５】
レースウェイポンドを用いたリアクタ（以下、「レースウェイ型培養槽」と称する。）として、特許文献１〜３が開示されている。特許文献１（特開平５−７６３４３号公報）には、光ファイバ等で水中に太陽光を引き込んで、受光面積を増加させるレースウエイ型藻類培養装置（レースウェイ型培養槽）が開示されている。なお、より安価な培養槽を目指すとき、高価な光ファイバの大量導入がネックとなる。特許文献２（特開平８−１１６９６５号公報）には、クロレラＴ−１株を用いた炭酸ガス固定化方法について開示されており、培養手段としてレースウェイ型リアクター（レースウェイ型培養槽）を用いている（図９参照）。特許文献３（特開平１０−５７７４５号公報）には、アルカリ溶液で回収した炭酸ガスを藻類増殖に用いる炭酸ガスの回収および固定化方法について開示されており、培養手段としてレースウェイ型のリアクター（レースウェイ型培養槽）を用いている（図２参照）。
【０００６】
このように、いずれの特許文献においても、培養槽として、初期コストを低く抑えることができるレースウェイ型培養槽が用いられている。なお、これら特許文献１〜３のレースウェイ型培養槽は、流れ方向に見た水路の断面が矩形断面となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−７６３４３号公報
【特許文献２】特開平８−１１６９６５号公報
【特許文献３】特開平１０−５７７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このようなレースウェイ型培養槽（光合成微生物培養槽）を屋外に製作する場合、要所にコンクリートを打ち、ポリエチレン系若しくはポリオレフィン系シートなどの遮水シートを貼り付けて、製作するのが一般的である。しかしながら、このように製作されたレースウェイ型培養槽では、施工性が悪く、培養槽一基当りの製作コストが高くなるおそれがある。また、遮水シートに使用可能な材質にも制限を受ける。
【０００９】
また、レースウェイ型培養槽（光合成微生物培養槽）で培養した光合成微生物を回収する際、光合成微生物を含んだ培養液ごとポンプ等で引き抜くこととなるが、この際、光合成微生物の濃度ができるだけ高いほうが望ましい。つまり、高濃度なほど、光合成微生物に対するポンプの運転時間を短くすることができ、回収時のランニングコストが低減する。また、回収した光合成微生物を濃縮する際の濃縮処理のコストが低減する。
【００１０】
そこで、本発明は、コストが低減する光合成微生物培養槽および光合成微生物培養装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような課題を解決するために、本発明に係る光合成微生物培養槽は、光合成微生物を含んだ培養液が循環する循環水路を有し、該循環水路を流れる前記培養液の流れ方向を法線とする面で切断した水路断面形状は、下側になるほど幅が狭くなる形状となることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光合成微生物培養装置は、光合成微生物を含んだ培養液が循環する循環水路を有する光合成微生物培養槽と、パドルを回転させることにより、前記光合成微生物培養槽の前記培養液を前記循環水路に沿って循環させるとともに、前記培養液を攪拌する循環攪拌装置と、前記光合成微生物培養槽の前記培養液に散気ガスを散気する散気ガス供給装置と、前記光合成微生物培養槽から前記培養液ごと前記光合成微生物を回収する光合成微生物回収装置と、前記循環攪拌装置、前記散気ガス供給装置、前記光合成微生物回収装置を制御し、前記光合成微生物を培養する培養運転および前記光合成微生物を回収する回収運転を実行させる制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記回収運転時の前記パドルの回転速度を、前記培養運転時の前記パドルの回転速度よりも低くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、コストが低減する光合成微生物培養槽および光合成微生物培養装置を提供することができる。これにより、光合成微生物の生産に要するコストを低減して、ひいては、光合成微生物を原料として生産されるバイオ燃料の生産コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る光合成微生物培養装置の構成模式図である。
【図２】本実施形態に係る光合成微生物培養槽の斜視図である。
【図３】本実施形態に係る光合成微生物培養槽の断面図である。
【図４】（ａ）は本実施形態に係る光合成微生物培養槽の水深と流体に与えられる速度の関係であり、（ｂ）は水深と流体に与えられる速度の関係を示した図である。
【図５】本実施形態に係る光合成微生物培養槽の回収運転時における長手方向断面図である。
【図６】本実施形態に係る光合成微生物培養装置の運転を説明するフローチャートである。
【図７】変形例に係る光合成微生物培養槽の斜視図である。
【図８】比較例に係る光合成微生物培養槽の斜視図である。
【図９】比較例に係る光合成微生物培養槽の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００１６】
≪光合成微生物培養装置１≫
本実施形態に係る光合成微生物培養装置１について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る光合成微生物培養装置１の構成模式図である。なお、図１の光合成微生物培養槽２は、上方から視た状態を示している。図１に示すように、光合成微生物培養装置１は、光合成微生物培養槽２と、散気ガス供給装置３と、循環攪拌装置４と、光合成微生物回収装置５と、制御装置６と、を備えている。
【００１７】
光合成微生物培養槽２は、無終端の開水路（オープンポンド）で形成されるレースウェイ型培養槽であり、光合成微生物を含んだ培養液Ｍを収容して、光合成微生物を含んだ培養液Ｍを水路に沿って循環させることができるようになっている。図１に示す矢印Ｘは、培養液Ｍの循環方向（流れ方向）を示す。なお、光合成微生物培養槽２の構造については、図２および図３を用いて後述する。
【００１８】
また、光合成微生物培養槽２は、後述する循環攪拌装置４の下流側底部に、周囲の底部よりも低い凹部であるピット２９が設けられている（後述する図５参照）。なお、図示および詳細な説明は省略するが、光合成微生物培養槽２の水位を一定に保つための培養液供給手段（図示せず）を備えている。
【００１９】
散気ガス供給装置３は、ガスタンク（若しくはガス供給源）３１と、送風機３２と、散気管３３と、を有している。ガスタンク３１は、ＣＯ2 を含有するガスである散気ガスが充填されている。送風機３２は、ガスタンク３１内の散気ガス（ＣＯ2 含有ガス）を散気管３３へと圧送することができるようになっている。散気管３３は、光合成微生物培養槽２のピット２９に配置されており、光合成微生物培養槽２の培養液Ｍに散気ガス（例えば、ＣＯ2 含有ガス）を散気することで培養液Ｍ中のＣＯ2 を富化することができるようになっている。なお、後述する制御装置６は、送風機３２を制御することにより、散気ガス供給装置３の全体を制御することができるようになっている。
【００２０】
循環攪拌装置４は、回転軸４１ａを中心に回転するパドル４１と、パドル４１を回転させるモータ４２と、を有している。循環攪拌装置４の回転軸４１ａは、光合成微生物培養槽２の水路上に配置されており、パドル４１が回転することにより、培養液Ｍを攪拌するとともに、培養液Ｍを光合成微生物培養槽２の水路に沿って循環させることができるようになっている。なお、後述する制御装置６は、モータ４２を制御することにより、循環攪拌装置４の全体を制御することができるようになっている。
【００２１】
このように、光合成微生物培養装置１は、光合成微生物培養槽２の培養液Ｍを循環攪拌装置４で攪拌・循環させながら、散気ガス供給装置３で散気ガス（ＣＯ2 を含有するガス）を散気する。また、培養液Ｍには、窒素源、リン源、ミネラルなどの栄養塩類が添加されている。これにより、光合成微生物は、光合成により、バイオ燃料およびバイオ燃料の原料となりうる成分を生合成して細胞内に蓄積するとともに、その数が増殖する。
【００２２】
光合成微生物回収装置５は、取水管５１と、液ポンプ５２と、沈殿槽５３と、を有している。取水管５１は、一端である開口部５１ａが光合成微生物培養槽２のピット２９に配置されており、他端は液ポンプ５２の吸込口と接続されている。液ポンプ５２は、取水管５１の開口部５１ａから光合成微生物を含んだ培養液Ｍを取水して、沈殿槽５３に送ることができるようになっている。沈殿槽５３は、光合成微生物を含んだ培養液Ｍから光合成微生物を沈殿させ、上澄み液Ｍ１と沈殿物Ｍ２とに分離させる。なお、上澄み液Ｍ１は、光合成微生物培養槽２に戻すことにより、上澄み液Ｍ１に含まれる培養液Ｍの栄養塩類や光合成微生物を再利用することができる。また、光合成微生物を多く含む沈殿物Ｍ２は、沈殿槽５３から回収され、遠心分離等によりさらに濃縮処理され、バイオ燃料の原料となる。なお、後述する制御装置６は、液ポンプ５２を制御することにより、光合成微生物回収装置５の全体を制御することができるようになっている。
【００２３】
制御装置６は、散気ガス供給装置３の送風機３２と、循環攪拌装置４のモータ４２と、光合成微生物回収装置５の液ポンプ５２と、を制御することにより、光合成微生物培養装置１の全体を制御することができるようになっている。
【００２４】
＜光合成微生物＞
本実施形態に用いることのできる光合成微生物としては、ユーグレナ（Euglena）を挙げることができる。ユーグレナは鞭毛虫の一群で、運動性のある藻類として有名なミドリムシを含む。大部分のユーグレナは、葉緑体を持っており、光合成を行って独立栄養生活を行うが、捕食性のものや吸収栄養性のものもある。
ユーグレナは、動物学と植物学の双方に分類される属である。
動物学では、原生動物門（Protozoa）の鞭毛虫綱（Mastigophorea）、植物鞭毛虫亜綱（Phytomastigophorea）に属する目の中にミドリムシ目（Euglenida）があり、これは三つの亜目、Euglenoidina、Peranemoidina、Petalomonadoidinaよりなる。
Euglenoidinaには、属としてEuglena、Trachelemonas、Strombonas、Phacus、Lepocinelis、Astasia、Colaciumが含まれる。
植物学では、ミドリムシ植物門（Euglenophyta）があり、その下にミドリムシ藻類綱（Euglenophyceae）、ミドリムシ目（Euglenales）があって、この目に含まれる属としてはEuglenaの他、動物分類表と同様である。
これ以外にも、シアノバクテリア、緑藻およびトレボキシア、プラシノ藻（緑色藻類）、原始紅藻類、珪藻、円石藻、渦べん毛藻、真眼点藻、黄金色藻などから１種または２種以上を選択して用いることができる。
【００２５】
なお、シアノバクテリアとしては、例えば、Chroococcacae、Stigonematacae、MastigocladacaeおよびOscillatroriacaeを挙げることができる。また、その他にも、Synechococcus lividusおよびSynechococcus elongatusなどのSynechococcusや、Synechocystis minervaeなどのSynechocystisや、Mastigocladus laminosusなどのMastigocladusや、Phormidium laminosusなどのPhormidiumや、Symploca thermalisなどのSymplocaや、Aphanocapsa thermalisなどのAphanocapsaや、Fisherellaなどを挙げることができる。
さらには、アナべナ（Anabaena）属に属するアナべナ・バリアビリス（Anabanena variabilis）ＡＴＣＣ ２９４１３、シアノテセ（Cyanothece）属のCyanothece sp. ＡＴＣＣ ５１１４２、シネノコッカス（Synechococcus）属に属するSynechococcus sp. ＰＣＣ ７９４２およびアナシスティス（Anacystis）属に属するアナシスティス・ニデュランス（Anacystis nidulans）および好熱性シアノバクテリアなどを用いることができる。
【００２６】
緑藻およびトレボキシアとしては、例えば、クロレラ（系統学的に分けられたパラクロレラを含む）、クラミドモナス、ドナリエラ、セネデスムス、ボトリオコッカス、スティココッカス、ナンノクロリス、およびデスモデスムスなどの気生藻を挙げることができる。具体的には、Chlorella vulgarisおよびChlorella saccharophilaなどのクロレラ（Chlorella）、Dunaliella salina、Dunaliella tertiolectaなどのDunaliella、並びに光合成などの基本的な性質は同じであるが、分子系統解析によりトレボキシア藻網として分類されるParachlorella kessleri（Chlorella kessleri）を挙げることができる。また、クラミドモナス（Chlamydomonas）属に属するクラミドモナス・ラインハルディ（Chlamydomonas reinhardtii）、クラミドモナス・モエブシィ（Chlamydomonas moewusii）、クラミドモナス・ユーガメタス（Chlamydomonas eugametos）、クラミドモナス・セグニス（Chlamydomonas segnis）、セネデスムス（Senedesmus）属に属するセネデスムス・オブリクス（Senedesmus obliquus）、スティココッカス（Stichococcus）属に属するスティココッカス・アンプリフォルミス（Stichococcus ampliformis）、ナンノクロリス（Nannochloris）属に属するナンノクロリス・バシラリス（Nannochloris bacillaris）、およびデスモデスムス（Desmodesmus）属に属するデスモデスムス・スブスピカツス（Desmodesmus subspicatus）などを挙げることができる。
【００２７】
また、プラシノ藻（緑色藻類）としては、例えば、テトラセルミスなどを挙げることができ、原始紅藻類としては、例えば、シアニディオシゾン、シアニディウム、ガルディエリア、ポルフィリディウムなどを挙げることができる。
なお、本実施形態に用いることのできる光合成微生物は、光合成によりバイオ燃料およびバイオ燃料の原料となりうる成分を生成し、細胞内に蓄積することができ、溶存酸素低減処理により沈降性が向上できるものであれば用いることができ、前記したものに限定されるものではない。
【００２８】
＜培養液Ｍ＞
光合成微生物としてユーグレナを用いる場合、培養液Ｍとして、例えば、改変Cramer-Myers培地（（ＮＨ4）2ＨＰＯ4  １．０ｇ／Ｌ、ＫＨ2ＰＯ4  １．０ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏ  ０．２ｇ／Ｌ、ＣａＣｌ2・２Ｈ2Ｏ  ０．０２ｇ／Ｌ、Ｆｅ2（ＳＯ2）3・７Ｈ2Ｏ  ３ｍｇ／Ｌ、ＭｎＣｌ2・４Ｈ2Ｏ  １．８ｍｇ／Ｌ、ＣｏＳＯ4・７Ｈ2Ｏ  １．５ｍｇ／Ｌ、ＺｎＳＯ4・７Ｈ2Ｏ  ０．４ｍｇ／Ｌ、Ｎａ2ＭｏＯ4・２Ｈ2Ｏ  ０．２ｍｇ／Ｌ、ＣｕＳＯ4・５Ｈ2Ｏ  ０．０２ｍｇ／Ｌ、チアミン塩酸塩（ビタミンＢ１）  ０．１ｍｇ／Ｌ、シアノコバラミン（ビタミンＢ１２）０．０００５ｍｇ／Ｌ、（ｐＨ３．５））を用いることができる。なお、（ＮＨ4）2ＨＰＯ4は、（ＮＨ4）2ＳＯ4やＮＨ3ａｑに変換することも可能である。
なお、培養液Ｍは、用いる光合成微生物に適した培地を用いればよく、これに限定されるものでないことはいうまでもない。
【００２９】
＜散気ガス（ＣＯ2 含有ガス）＞
ガスタンク３１に充填され、散気管３３から光合成微生物培養槽２の培養液Ｍに散気される散気ガスは、ＣＯ2 を含有するガスであればよく、例えば、工場や火力発電所から排出される燃料排ガスを用いてもよい。なお、散気ガスとして燃料排ガスを用いる場合、集塵機、脱硝装置、脱硫装置により、燃料排ガス塵埃、ＮＯｘ（窒素酸化物）、ＳＯｘ（硫黄酸化物）を取り除くことが好ましい。
【００３０】
≪光合成微生物培養槽２≫
次に、本実施形態に係る光合成微生物培養槽２の構造について、図２および図３を用いて更に説明する。図２は、本実施形態に係る光合成微生物培養槽２の斜視図である。図３は、本実施形態に係る光合成微生物培養槽２を培養液Ｍの流れる方向を法線とする面で切断した断面図である。なお、図２において、ピット２９、散気ガス供給装置３（散気管３３）、循環攪拌装置４（パドル４１）、光合成微生物回収装置５（取水管５１）の図示は省略している。
【００３１】
図２に示すように、本実施形態に係る光合成微生物培養槽２は、上方からみて２つの半円と２つの直線で構成される外周壁２１と、外周壁２１で囲まれた範囲の中央長手方向に設けられた中央壁２２と、底面２３と、を有し、上側が開口した水路として形成されている。そして、水路を流れる培養液Ｍの流れ方向（図１の矢印Ｘ参照）を法線とする面で切断した水路断面形状Ｄが、水深が深くなるほど幅が狭くなる形状となることを特徴とする。即ち、水路断面形状Ｄは、水面側（上側）の幅よりも、水路底面側（下側）の幅が狭くなる形状となっている。ちなみに、図２の例では、上底（水面側（上側）の底辺）が下底（水路底面側（下側）の底辺）よりも長い逆台形の形状となっている。
【００３２】
図３に示すように、光合成微生物培養槽２は、テーパ部２１Ａａを有するコンクリート擁壁２１Ａと、テーパ部２２Ａａを有するコンクリート擁壁２２Ａと、コンクリート錘２３Ａと、保護マット２４，２４と、遮水シート２５，２６と、砕石２７と、を備えて構成されている。
【００３３】
コンクリート擁壁２１Ａは、外周壁２１となる。また、コンクリート擁壁２１Ａのテーパ部２１Ａａおよび砕石２７の上に敷かれた保護マット２４は、水路の中心に向かって傾斜する斜面を形成する。コンクリート擁壁２２Ａは、中央壁２２となる。また、コンクリート擁壁２２Ａのテーパ部２２Ａａおよび砕石２７の上に敷かれた保護マット２４は、水路の中心に向かって傾斜する斜面を形成する。
【００３４】
光合成微生物培養槽２の施工は、まず、コンクリート擁壁２１Ａおよびコンクリート擁壁２２Ａを施工し、砕石２７と保護マット２４で斜面を施工する。このように形成された斜面に遮水シート２５を敷き、遮水シート２５を押さえる（テンションをかける）ためのコンクリート錘２３Ａを水路中央に配置する。なお、遮水シート２５の端部は、アンカー等でコンクリート擁壁２１Ａに固定される。そして、底面２３となるコンクリート錘２３Ａの上面に遮水シート２６が貼付される。
【００３５】
＜比較例に係る光合成微生物培養槽２Ｃ＞
ここで、比較例に係る光合成微生物培養槽２Ｃの構造について、図８および図９を用いて更に説明する。図８は、比較例に係る光合成微生物培養槽２Ｃの斜視図である。図９は、比較例に係る光合成微生物培養槽２Ｃの断面図である。
【００３６】
比較例に係る光合成微生物培養槽２Ｃ（図８、図９参照）は、本実施形態に係る光合成微生物培養槽２（図２、図３参照）と比較して、水路の断面形状（Ｄ，ＤＣ）が異なっており、それに起因して施工方法が異なっている。その他の構成は同様であり、説明を省略する。
【００３７】
図８に示すように、比較例に係る光合成微生物培養槽２Ｃは、上方からみて２つの半円と２つの直線で構成される外周壁２１Ｃと、外周壁２１Ｃで囲まれた範囲の中央長手方向に設けられた中央壁２２Ｃと、底面２３Ｃと、によって、上側が開口した水路が形成されている。そして、水路を流れる培養液Ｍの流れ方向を法線とする面で切断した水路断面形状ＤＣが、矩形断面となることを特徴とする。
【００３８】
図９に示すように、光合成微生物培養槽２Ｃは、コンクリート擁壁２１ＣＡと、コンクリート擁壁２２ＣＡと、コンクリート錘２３ＣＡ，２３ＣＡと、保護マット２４Ｃと、遮水シート２５Ｃ，２６Ｃ，２６Ｃと、砕石２７Ｃと、を備えて構成されている。
【００３９】
コンクリート擁壁２１ＣＡは、外周壁２１Ｃとなる。コンクリート擁壁２２ＣＡは、中央壁２２Ｃとなる。また、砕石２７Ｃの上に敷かれた保護マット２４Ｃは、水平となるように配置され、底面２３Ｃとなる。
【００４０】
光合成微生物培養槽２Ｃの施工は、まず、コンクリート擁壁２１ＣＡおよびコンクリート擁壁２２ＣＡを施工し、砕石２７Ｃと保護マット２４Ｃで水平な底面を施工する。このように形成された水平な底面に遮水シート２５Ｃを敷き、遮水シート２５Ｃを押さえる（テンションをかける）ためのコンクリート錘２３ＣＡ，２３ＣＡを水路両端に配置する。なお、遮水シート２５Ｃの端部は、アンカー等でコンクリート擁壁２１ＣＡに固定される。そして、コンクリート錘２３ＣＡ，２３ＣＡの上面に遮水シート２６Ｃ，２６Ｃが貼付される。
【００４１】
＜本実施形態に係る光合成微生物培養槽２の作用・効果＞
本実施形態に係る光合成微生物培養槽２（図２、図３参照）の作用・効果について、比較例に係る光合成微生物培養槽２Ｃ（図８、図９参照）と対比しつつ説明する。
【００４２】
比較例に係る光合成微生物培養槽２Ｃでは、図９に示すように、遮水シート２５Ｃを押さえる（テンションをかける）ためのコンクリート錘２３ＣＡ，２３ＣＡを、水路両端に２箇所配置している。また、２箇所のコンクリート錘２３ＣＡ，２３ＣＡを遮水するために遮水シート２６Ｃ，２６Ｃをそれぞれの上に貼付する。つまり、貼付作業は２箇所になる。
【００４３】
これに対し、本実施形態に係る光合成微生物培養槽２では、図３に示すように、遮水シート２５を押さえる（テンションをかける）ためのコンクリート錘２３Ａは、水路中央に１箇所配置している。また、１箇所のコンクリート錘２３Ａを遮水するために遮水シート２６を１箇所貼付する。これにより、コンクリート錘２３Ａ（２３ＣＡ）の設置コスト、および、遮水シート２６（２６Ｃ）を貼付するコストを低減することができ、光合成微生物培養槽２の一基当りの製作コストを低減することができる。
【００４４】
また、本実施形態に係る光合成微生物培養槽２は、比較例に係る光合成微生物培養槽２Ｃよりも、遮水シート２６（２６Ｃ）を施工する際直角に曲げなくてもすむため、屈曲度を小さくすることができるので、例えば、複数の培養槽を並列に配置した場合でも、一度に施工することができる。
【００４５】
また、濡縁の長さ（図３の断面図において、培養液Ｍと遮水シート２５，２６とが接する長さ）は、比較例に係る光合成微生物培養槽２Ｃよりも本実施形態に係る光合成微生物培養槽２の方が短くすることができる。これにより、培養液Ｍが循環する際の抵抗が低減するため、培養液Ｍを効率よく循環させることができる。
【００４６】
図４（ａ）は、本実施形態に係る光合成微生物培養槽２の水深と流体に与えられる速度の関係であり、図４（ｂ）は水深と流体に与えられる速度の関係を示した図である。
【００４７】
図４（ｂ）に示すように、パドル４１（パドル式の循環攪拌装置４）は、水深によって流体（培養液Ｍ）に与える速度が異なり、水深が深いほど速く（速度ＶH ）、水深が浅いほど遅く（速度ＶL 、ＶH ＞ＶL ）なっている。このため、パドル式の循環攪拌装置４は、流体（培養液Ｍ）に流れを与えるだけでなく、流体の速度差により上下の流体を混合させる効果がある。しかし、比較例に係る光合成微生物培養槽２Ｃのように、水路断面形状ＤＣが矩形断面となる場合、入れ替わる場所が限られており、攪拌効果は小さかった。
【００４８】
これに対し、本実施形態に係る光合成微生物培養槽２では、水路断面形状Ｄおよびパドル４１の形状が逆台形となっているため、流体（培養液Ｍ）に与える速度は、図４（ａ）に示すようになる。なお、速度ＶH ，ＶMH ，ＶML ，ＶL の大小関係は、「ＶH ＞ＶMH ＞ＶML ＞ＶL 」である。
【００４９】
このように、本実施形態に係る光合成微生物培養槽２では、水路断面形状Ｄおよびパドル４１の形状が逆台形となっているため、底部と水面部との間（図４（ａ）の上下間）に速度差が生じるだけでなく、中央部と両岸部との間（図４（ａ）の左右間）にも速度差が生じる。これにより、循環攪拌装置４が同じ動力であっても、本実施形態に係る光合成微生物培養槽２では、比較例に係る光合成微生物培養槽２Ｃよりも、より効果的な攪拌を行うことができる。
【００５０】
また、比較例に係る光合成微生物培養槽２Ｃのように水路断面形状ＤＣが矩形断面となる場合、遮水シート２５Ｃの屈曲限界から、隣接する光合成微生物培養槽２Ｃ同士の間に跨って、遮水シート２５Ｃを施工することは困難であった。これに対し、本実施形態に係る光合成微生物培養槽２のように水路断面形状Ｄが逆台形となる場合、遮水シート２５Ｃの屈曲が緩やかであるため、隣接する光合成微生物培養槽２同士の間に跨って、遮水シート２５Ｃを施工することが可能となる。これにより、複数の光合成微生物培養槽２を施工する際の施工性が向上し、光合成微生物培養槽２の一基当りの製作コストを低減することができる。
【００５１】
≪光合成微生物培養装置１の動作≫
次に、本実施形態に係る光合成微生物培養装置１の動作について、図５および図６を用いて説明する。図５は、本実施形態に係る光合成微生物培養槽１の回収運転時における長手方向断面図である。図６は、本実施形態に係る光合成微生物培養装置１の運転を説明するフローチャートである。
【００５２】
まず、図６を用いて、本実施形態に係る光合成微生物培養装置１の運転について説明する。
ステップＳ１０１において、制御装置６は、光合成微生物を培養する培養運転を行う。具体的には、制御装置６は、送風機３２を動作させることにより（送風機：ＯＮ）、光合成微生物培養槽２の培養液Ｍに散気ガス（例えば、ＣＯ2 含有ガス）を散気する。また、制御装置６は、モータ４２を制御して回転速度Ｒ1 でパドル４１を回転させることにより（モータ回転速度：Ｒ1 ）、光合成微生物培養槽２の培養液Ｍを循環・攪拌する。なお、培養運転において、液ポンプ５２は停止している（液ポンプ：ＯＦＦ）。
【００５３】
ステップＳ１０２において、制御装置６は、回収運転を開始するか否かを判定する（回収開始判定）。回収運転を開始する場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、制御装置６の処理はステップＳ１０３に進む。一方、回収運転を開始しない場合（Ｓ１０２・Ｎｏ）、制御装置６の処理はステップＳ１０１に戻る。なお、回収運転を開始するか否かの判定は、限定するものではなく、任意の方法でよい。例えば、光合成微生物培養槽２の培養液Ｍにおける光合成微生物の濃度を検知する光合成微生物濃度センサを備え、光合成微生物の濃度が所定の閾値以上となったら回収運転を開始すると判定してもよい。また、タイマを備え、前回の回収運転終了時から所定時間経過すると、回収運転を開始すると判定してもよい。
【００５４】
ステップＳ１０３において、制御装置６は、光合成微生物を回収する回収運転を行う。具体的には、制御装置６は、送風機３２を停止させる（送風機：ＯＦＦ）。また、制御装置６は、モータ４２を制御して培養運転時の回転速度Ｒ1 よりも低い回転速度Ｒ2 でパドル４１を回転させる（モータ回転速度：Ｒ2 ）。また、制御装置６は、液ポンプ５２を動作させることにより（液ポンプ：ＯＮ）、取水管５１の開口部５１ａから光合成微生物を含んだ培養液Ｍを取水して、沈殿槽５３に送る。
【００５５】
ステップＳ１０４において、制御装置６は、回収運転を終了するか否かを判定する（回収終了判定）。回収運転を終了する場合（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、制御装置６の処理はステップＳ１０１に戻る。一方、回収運転を終了しない場合（Ｓ１０４・Ｎｏ）、制御装置６の処理はステップＳ１０３に戻る。なお、回収運転を終了するか否かの判定は、限定するものではなく、任意の方法でよい。例えば、光合成微生物培養槽２の培養液Ｍにおける光合成微生物の濃度を検知する光合成微生物濃度センサを備え、光合成微生物の濃度が所定の閾値未満となったら回収運転を開始すると判定してもよい。また、タイマを備え、回収運転開始時から所定時間経過すると、回収運転を終了すると判定してもよい。
【００５６】
回収運転時において、モータ４２の回転速度を、培養運転時の回転速度Ｒ1 よりも低い回転速度Ｒ2 とする。より具体的には、回転速度Ｒ2 は、培養液Ｍの攪拌が低下して、培養液Ｍの中の光合成微生物が沈み始める速度以下とする。これにより、図５に示すように、底側に、光合成微生物の濃度が増加した培養液ＭＵが形成される。なお、回転速度の目安は、培養運転時の回転速度Ｒ1により発生する平均流速を０．２５ｍ／ｓ以上とするのが好ましく、回収運転時の、回転速度Ｒ2 により発生する平均流速を０．１ｍ／ｓ以下とするのが好ましい。
【００５７】
また、パドル４１が緩やかに回転することにより、光合成微生物の濃度が増加した培養液ＭＵは、光合成微生物培養槽２に形成されたピット２９へと導かれる。そして、ピット２９に設けられた取水管５１の開口部５１ａから光合成微生物を多く含んだ培養液ＭＵを取水して沈殿槽５３に送る。
【００５８】
これにより、本実施形態に係る光合成微生物培養装置１は、回収運転時に光合成微生物を多く含んだ培養液ＭＵを取水することができるので、効率的に光合成微生物を回収することができる。
【００５９】
なお、回収運転時に送風機３２を停止させ、ピット２９に設けられた散気管３３からの散気を停止させることにより、ピット２９に流入した光合成微生物が散気ガスにより巻き上げられることを防止して、効率的に光合成微生物を回収する。
【００６０】
一方、培養運転時には、ピット２９に設けられた散気管３３から散気することにより、ピット２９に流入した光合成微生物が散気ガスにより巻き上げられる。これにより、培養運転時に、ピット２９に光合成微生物が滞留・沈殿することを防止することができる。
【００６１】
≪変形例≫
なお、本実施形態に係る光合成微生物培養装置１（光合成微生物培養槽２）は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【００６２】
散気ガス供給装置３は、送風機３２により、散気管３３から散気ガスを散気するものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、ガスタンク３１に充填された散気ガスのガス圧によって散気管３３から散気ガスを散気するものとしてもよい。このような構成の場合、送風機３２に変えて、開閉弁、流量調整弁を用いてもよい。
【００６３】
光合成微生物回収装置５は、液ポンプ５２により光合成微生物を含んだ培養液Ｍを回収するものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、光合成微生物培養槽２と沈殿槽５３との間に高低差をつけることにより、光合成微生物培養槽２から沈殿槽５３へと光合成微生物を含んだ培養液Ｍを流入させるようにしてもよい。このような構成の場合、液ポンプ５２に変えて、開閉弁、流量調整弁を用いてもよい。
【００６４】
光合成微生物培養槽２の水路断面形状Ｄは、逆台形（図２、図３参照）であるものとして説明したが、これに限られるものではない。図７は、変形例に係る光合成微生物培養槽２Ｂの斜視図である。
【００６５】
図７に示すように、変形例に係る光合成微生物培養槽２Ｂは、上方からみて２つの半円と２つの直線で構成される外周壁２１Ｂと、外周壁２１Ｂで囲まれた範囲の中央長手方向に設けられた中央壁２２Ｂと、によって、上側が開口した水路が形成されている。そして、水路を流れる培養液Ｍの流れ方向を法線とする面で切断した水路断面形状ＤＢが、液面側が底辺である逆三角形となることを特徴とする。
【００６６】
このように、光合成微生物培養槽２の水路断面形状Ｄは逆台形（図２、図３参照）に限られるものではなく、逆三角形（図７参照）としてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１                  光合成微生物培養装置
２、２Ｂ            光合成微生物培養槽
２１                外周壁
２２                中央壁
２３                底面
２１Ａ、２２Ａ      コンクリート擁壁（擁壁）
２１Ａａ、２２Ａａ  テーパ部
２３Ａ              コンクリート錘（錘）
２４                保護マット
２５、２６          遮水シート
２７                砕石
２９                ピット
３                  散気ガス供給装置
３１                ガスタンク（ガス供給源）
３２                送風機
３３                散気管
４                  循環攪拌装置
４１                パドル
４１ａ              回転軸
４２                モータ
５                  光合成微生物回収装置
５１                取水管
５１ａ              開口部（取水部）
５２                液ポンプ
５３                沈殿槽
６                  制御装置
Ｄ、ＤＢ            水路断面形状
Ｍ、ＭＵ            培養液
Ｍ１                上澄み液
Ｍ２                沈殿物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015053872.tif 000008
【図７】
2015053872.tif 000009
【図８】
2015053872.tif 000010
【図９】
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