(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークスの製造工程において排出される排水を含む安水を活性汚泥処理することで得られる活性汚泥処理水から分取され、前記活性汚泥処理水を培地として増殖させた微細藻類であるＣｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．、及びアンモニア態窒素を１００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上含む前記活性汚泥処理水を藻類培養槽に投入し、且つ前記微細藻類に光を照射することを特徴とする微細藻類の培養方法。
【請求項２】
前記藻類培養槽のＮ／Ｐ質量比が１６〜３００であることを特徴とする、請求項１に記載の微細藻類の培養方法。
【請求項３】
前記藻類培養槽に、溶存無機炭素源を添加することを特徴とする、請求項１または２に記載の微細藻類の培養方法。
【請求項４】
前記光の光量子密度が６０μｍｏｌ／ｍ２／秒以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の微細藻類の培養方法。
【請求項５】
前記藻類培養槽に、リン酸塩を添加することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の微細藻類の培養方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場排水や循環水等の排水を用いて微細藻類を培養する微細藻類の培養方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、下水を用いた藻類培養技術として、特許文献３、非特許文献１、非特許文献２の報告がある。藻類の増殖には光合成に必要な二酸化炭素、水、窒素、リン、光が必要であるが、下水中には水、窒素、リン、炭酸イオンが含まれており、そこに光を供給し、さらに空気中の二酸化炭素を利用させることで、藻類培養ができるとされている。また、藻類培養の際に窒素を消費することから、下水中の窒素が藻類増殖に利用され、固液分離により藻類と処理水を分離することで窒素除去が可能と考えられる。
【０００３】
また、特許文献４では少なくとも窒素分またはリン分のいずれか一方を含む排水を膜ろ過した透過水による藻類培養方法が提案されている。これは微細藻類の増殖の際に、排水に含まれる細菌類、原生動物、後生動物等の微生物によって微細藻類の増殖が阻害されるという、いわゆるコンタミネーションを抑制することを課題としており、排水をろ過して微生物を除去することを目的としている。また、藻類培養の際に窒素を消費することから、排水中の窒素が藻類増殖に利用され、固液分離により藻類と処理水を分離することで窒素除去が可能と考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４２７８７号公報
【特許文献２】特開２００４−２３０３３８号公報
【特許文献３】特開平８−１０７７８２号公報
【特許文献４】特開２０１４−６０９６７号公報
【特許文献５】国際公開第２０１４／１０３９３０号公報
【特許文献６】特開平５−２８５４９１公報
【特許文献７】特開２０１２−１７５９６４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｙ．Ｓ．Ｙｕｎ，Ｓ．Ｂ．Ｌｅｅ，Ｊ．Ｍ．Ｐａｒｋ，Ｃ−Ｉ．Ｌｅｅ，Ｊ．Ｗ．Ｙａｎｇ（１９９７），Ｃａｒｂｏｎ  Ｄｉｏｘｉｄｅ  Ｆｉｘａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ａｌｇａｌ  Ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ  Ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ，Ｊ．Ｃｈｅｍ  Ｔｅｃｈ．  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｖｏｌ．６９，ｐｐ．４５１−４５５
【非特許文献２】本多了，Ｊ．Ｂｏｏｎｎｏｒａｔ，Ｃ．Ｃｈｉｅｍｃｈａｉｓｒｉ，山本和夫（２０１１），膜分離フォトバイオリアクターを用いた藻類濃縮培養による下水処理水からのバイオマス生産・二酸化炭素固定プロセスの開発，第４５回日本水環境学会年会講演集，ｐ．２３３
【非特許文献３】平田貴丈，三木  理，奥村真子，中山裕隆，海産性微細藻類Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ  ｓｐ．  の培養条件の検討，第４８回日本水環境学会年会，ｐ．１４８
【非特許文献４】竹山春子、微細藻類によるエネルギー生産と事業展望、ｐ．１（２０１２）
【非特許文献５】渡邉信、藻類ハンドブック、ｐｐ．１６０−１６２（２０１２）
【非特許文献６】Ｃｏｌｌｏｓ，  Ｙ．，  ＆  Ｈａｒｒｉｓｏｎ，  Ｐ．  Ｊ．  （２０１４），  Ａｃｃｌｉｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｔｏｘｉｃｉｔｙ  ｏｆ  ｈｉｇｈ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ  ｔｏ  ｕｎｉｃｅｌｌｕｌａｒ  ａｌｇａｅ．  Ｍａｒｉｎｅ  ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ  ｂｕｌｌｅｔｉｎ，  ８０（１），  ｐｐ．８−２３．
【非特許文献７】中山  有ら、都市人工排水系における水・熱輸送に関する観測研究、水工学論文集、第５０巻（２００６）
【非特許文献８】渡邉信、藻類ハンドブック、ｐｐ．３５１（２０１２）
【非特許文献９】渡邉信、藻類ハンドブック、ｐｐ．３４５−３４７（２０１２）
【非特許文献１０】東京都下水道局、芝浦水再生センターにおける全窒素流入負荷に関する一考察（２００８）、［ｏｎｌｉｎｅ］、［２０１４年１０月２３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｅｓｕｉ．ｍｅｔｒｏ．ｔｏｋｙｏ．ｊｐ／ｇｉｊｙｕｔｏｕ／ｇｎ２０／ｎｅｎｐｏｕ２００８／５−１−８．ｐｄｆ＞
【非特許文献１１】三井物産戦略研究所、バイオマス資源としての微細藻類（２０１１）、［ｏｎｌｉｎｅ］、［２０１４年１０月２９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｍｉｔｓｕｉ．ｍｇｓｓｉ．ｃｏｍ／ｉｓｓｕｅｓ／ｒｅｐｏｒｔ／ｒ１１１２ｊ＿ｕｎｏ．ｐｄｆ＞
【非特許文献１２】Ｓｚａｂｏ  Ｍｉｌａｎ  ｅｔ  ａｌ．（２０１４），Ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ａｃｃｌｉｍａｔｉｏｎ  ｏｆ    Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ  ｏｃｕｌａｔａ  ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ  ｂｙ  ｍｕｌｔｉ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ａｎａｌｙｓｉｓ，Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１６７，ｐｐ．５２１−５２９．
【非特許文献１３】渡邉信、新しいエネルギー藻類バイオマス、ｐ．１５０（２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の下水を用いた微細藻類の増殖方法において、下水に含まれる窒素濃度は、非特許文献１０によれば全窒素で３０ｍｇ−Ｎ／Ｌ程度、そのうちアンモニア態窒素は２０ｍｇ−Ｎ／Ｌ程度である。一方で、例えば、コークス炉を用いたコークスの製造工程において排出される排水の窒素濃度は、１００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上あり、そのほとんどがアンモニア態窒素（アンモニア分子を構成する窒素原子）である。
【０００７】
ここで、コークスの製造工程では、以下の工程により排水が生成、排出される。すなわち、コークス炉から発生したＣＯＧ（コークス炉ガス）を安水で洗浄、冷却する。ＣＯＧを洗浄、冷却した安水は、アンモニア態窒素、タール、スラッジ、及びＣＯＤ（化学的酸素要求量）成分等を含む。ＣＯＧを洗浄、冷却した後の安水は、タールデカンタ、アンモニアストリッピング装置に順次導入される。タールデカンタでは、安水からタール及びスラッジが除去され、アンモニアストリッピング装置では、安水からアンモニア態窒素の大半が除去される。しかし、アンモニアストリッピング装置から排出された安水には、依然として多くの（すなわち少なくとも１００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上の）アンモニア態窒素が残っている。アンモニアストリッピング装置から排出された安水は、海水で希釈された後、活性汚泥処理に供される。活性汚泥処理では、主に安水からＣＯＤ成分が除去される。活性汚泥処理後の安水、すなわち活性汚泥処理水は、排水として排出される。このように、コークスの製造工程において排出される排水は、高濃度のアンモニア態窒素を含む。
【０００８】
非特許文献６にはアンモニアによる藻類の生長阻害ＥＣ５０値が整理されている。非特許文献６には、全アンモニア濃度が数千μＭ、すなわちアンモニア態窒素濃度が数十ｍｇ／Ｌ程度となる場合、多くの緑藻類、及び、藍藻類、計藻類、渦鞭毛藻、ラフィド藻類で生長阻害が認められることが示されている。したがって、従来、藻類の培養条件としてのアンモニア態窒素濃度は、数十ｍｇ／Ｌ程度以下にすることが一般的とされている。即ち、活性汚泥処理水を用いる微細藻類の増殖は困難と考えられていた。
【０００９】
また、下水に用いられる微細藻類は淡水系であるが、安水は活性汚泥処理の前に海水で希釈されるため、淡水性藻類ではなく海産性藻類に限定されることから、下水に用いられた微細藻類を活性汚泥処理水で増殖させるのは困難であった。
【００１０】
さらに、下水の水温は外気温の影響を受けやすく、非特許文献７によれば年中を通して１６〜２８℃程度の変動があることが読み取れる。一方、特許文献６によれば安水の活性汚泥処理においては水温を３０℃程度にするとされている。微生物は一般的に至適温度を有しており、培養可能な温度域が異なる。よって、下水で培養可能な微細藻類をそのまま活性汚泥処理水で培養することは困難である可能性がある。
【００１１】
さらに、活性汚泥処理水中にはフェノール系難分解ＣＯＤ成分が残留しており、それらが微細藻類に与える影響が不明である。
【００１２】
上記をまとめると、以下の点において従来技術をそのまま流用することは不可能である。
１）安水は活性汚泥処理される前に海水で希釈されるため、淡水系の微細藻類では海水を含む安水を処理することが困難である。
２）活性汚泥処理水に含まれる窒素成分は下水に比べるとほとんどがアンモニア性窒素であり、またその濃度レベルは活性汚泥処理水の方が淡水より非常に高い。
３）下水と比べて活性汚泥処理水は水温が３０℃程度の活性汚泥処理槽から発生するため、下水に適用される微細藻類では温度条件が合わない、
４）活性汚泥処理水は淡水よりｐＨが高い。（遊離アンモニアが多い）
５）活性汚泥処理水中にはフェノール系難分解ＣＯＤ成分が残留しており、それらが微細藻類に与える影響が不明である。
また、特許文献４では排水を膜ろ過した透過水による微細藻類の増殖が提案されているものの、排水の窒素濃度等に関する記載が無く、さらに、藻類種類が複数例示されているものの、それらが実施可能であることは何ら示されていない。
【００１３】
以上のことから、アンモニア態窒素を高濃度に含んでいる活性汚泥処理水を用いた微細藻類の培養を行うことは困難であった。
【００１４】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、アンモニア態窒素を高濃度に含む排水、例えば活性汚泥処理水を用いて微細藻類を培養することが可能な、新規かつ改良された微細藻類の培養方法及び培養装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、コークスの製造工程において排出される排水を含む安水を活性汚泥処理することで得られる活性汚泥処理水から分取され、活性汚泥処理水を培地として増殖させた微細藻類であるＣｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．、及びアンモニア態窒素を１００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上含む活性汚泥処理水を藻類培養槽に投入し、且つ微細藻類に光を照射することを特徴とする微細藻類の培養方法が提供される。
【００１８】
また、藻類培養槽のＮ／Ｐ質量比が１６〜３００であってもよい。
【００２０】
また、藻類培養槽に、溶存無機炭素源を添加してもよい。
【００２１】
また、光の光量子密度が６０μｍｏｌ／ｍ２／秒以上であってもよい。
【００２２】
また、藻類培養槽に、リン酸塩を添加してもよい。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように本発明によれば、アンモニア態窒素を高濃度に含む排水を用いて微細藻類を培養することが可能である。微細藻類の増殖には窒素を必要とするため、栄養源である窒素を多く含んだ排水を利用できる微細藻類を培養することで、窒素資源を有効利用することができる。さらに、排水が活性汚泥処理水となる場合、活性汚泥処理水は下水と比べて水温が高いため、微細藻類の増殖速度がより高くなることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る微細藻類の培養装置の概要を示す説明図である。
【図２】実施例１の測定結果を示すグラフである。
【図３】実施例２の測定結果を示すグラフである。
【図４】実施例３の測定結果を示すグラフである。
【図５】実施例４の測定結果（ナンノクロロプシス）を示すグラフである。
【図６】実施例４の測定結果（Ｃｈｌｏｒｏｃｏｃｃａｌｅｓ）を示すグラフである。
【図７】藻類培養槽中のＮ／Ｐ質量比と藻類濃度及び比増殖速度との対応関係を藻類の種類ごとに示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２７】
＜１．微細藻類の培養装置の構成＞
まず、図１に基づいて、本実施形態に係る微細藻類の培養装置の構成について説明する。微細藻類の培養装置は、藻類培養槽３と、光源４と、固液分離層５とを備える。藻類培養槽３は、微細藻類２を培養するための培養槽である。藻類培養槽３には、少なくとも、排水１、及び微細藻類２が投入される。
【００２８】
排水１は、少なくともアンモニア態窒素を１００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上含む排水である。このような排水１の例としては、上述した活性汚泥処理水等が挙げられる。ここで、安水を活性汚泥処理する際の活性汚泥処理法は特に制限されず、コークス炉から発生する安水を処理可能なものであればどのようなものであってもよい。活性汚泥処理法の種類としては、標準活性汚泥法、硝化脱窒法等が挙げられる。標準活性汚泥法では、汚泥槽に安水が流入された後、活性汚泥が空気で曝気される。これにより、汚泥槽中の汚泥は、ＣＯＤ成分を酸化分解する。硝化脱窒法では、硝化槽と無酸素槽とからなる汚泥槽を用いて安水中のＣＯＤ成分及びアンモニア態窒素を低減する。硝化脱窒法の詳細は特許文献１、２に開示されている。
【００２９】
微細藻類２は、アンモニア態窒素を１００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上含む排水１中でも培養可能な微細藻類である。微細藻類２は、例えば、ナンノクロロプシス属の微細藻類、活性汚泥処理水中に生息可能な微細藻類である。
【００３０】
ナンノクロロプシス属の微細藻類は、例えば、特許文献５に記載されているＮａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ  ｓｐ．（Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ  ｏｃｕｌａｔａ、Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ  ｇａｄｉｔａｎａ、Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ  ｓａｌｉｎａ、Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ  ｏｃｅａｎｉｃａ、Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ  ａｔｏｍｕｓ、Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ  ｍａｃｕｌａｔａ、Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ  ｇｒａｎｕｌａｔａ、Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ  ｍａｒｉｔｉｍａ等）であってもよい。市販されている製品としては、マリンテック株式会社のマリーンフレッシュ（Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ  ｍａｒｉｔｉｍａを含む）などが知られている。このようなマリーンフレッシュも本実施形態で使用可能である。活性汚泥処理水中に生息可能な微細藻類は、例えばＣｈｌｏｒｏｃｏｃｃａｌｅｓである。これらの微細藻類は、単独で培養しても、混合して培養してもよい。さらに、発明者らが活性汚泥処理水中に生息可能な微細藻類について検討した結果、特にＣｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．が増殖性に優れることが分かった。Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．は非特許文献１３によれば、従来は形態観察を主な基礎として、Ｃｈｌｏｒｏｃｏｃｃａｌｅｓに分類されていたと記載されている。よって、上述のＣｈｌｏｒｏｃｏｃｃａｌｅｓにはＣｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．が含まれる。
【００３１】
本発明者は、微細藻類について鋭意研究を重ねたところ、アンモニア態窒素を１００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上含む排水１中でも培養可能な微細藻類が存在することを見出した。以下、本発明者が行った検討について説明する。
【００３２】
微細藻類とは、非特許文献４に記載されている藻類（酸素を発生するタイプの光合成をする生物のうち、いわゆる陸上植物（コケ、シダ、種子植物）を除いたもの）のうち、非特許文献１１に記載されている海洋や淡水中に生息する数十ミクロンの微生物を指す。微細藻類は窒素およびリンを摂取することにより増殖する。
【００３３】
ここで、排水１として活性汚泥処理水を使用する場合、排水１は、海水によって希釈される。そこで、本発明者は、海産性の微細藻類に着目した。海産性の微細藻類としては、ナンノクロロプシス、キートセラスカルシトランス、キートセラスグラシリス、テトラセルミス、パブロバルセリ等が知られている。
【００３４】
そして、発明者らは、ナンノクロロプシスに着目し、アンモニア態窒素を高濃度で含む活性汚泥処理水中でナンノクロロプシス属の微細藻類を培養することを試みた。この結果、本発明者は、アンモニア態窒素濃度が３００ｍｇ−Ｎ／Ｌとなる活性汚泥処理水中であっても、ナンノクロロプシス属の微細藻類が培養可能であることを見出した。なお、非特許文献３には、ナンノクロロプシスの培養に関する記載があるが、培養液のアンモニア態窒素濃度は明記されていなかった。すなわち、非特許文献３には、アンモニア態窒素濃度が３００ｍｇ−Ｎ／Ｌとなる活性汚泥処理水中であっても、ナンノクロロプシス属の微細藻類が培養可能であるという知見は何ら開示されておらず、示唆もされていなかった。
【００３５】
さらに、これまで、高濃度のアンモニア態窒素は藻類にとって生長阻害があると報告されている。例えば非特許文献６には藻類の生長阻害ＥＣ５０値が整理されている。非特許文献６には、全アンモニア濃度が数千μＭ、すなわちアンモニア態窒素濃度が数十ｍｇ／Ｌ程度となる場合に、多くの緑藻類、藍藻類、計藻類、渦鞭毛藻、ラフィド藻類が生長阻害を示すことが記載されている。したがって、従来、藻類を培養するためには、アンモニア態窒素濃度を数十ｍｇ／Ｌ以下とすることが必要であると認識されていた。よって、アンモニア態窒素濃度が１００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上となる活性汚泥処理水中でナンノクロロプシス属の微細藻類を培養可能であることは知られていなかった。
【００３６】
これに対し、本発明者は、従来よりもアンモニア態窒素濃度がワンオーダー高い活性汚泥処理水中であってもナンノクロロプシス属の微細藻類を培養可能であることを見出した。さらに、本発明者は、固液分離層（活性汚泥処理水中の固体分（汚泥）を活性汚泥処理水から分離する槽）内の活性汚泥処理水を観察したところ、固液分離層内で微細藻類が生長していることを見出した。そして、本発明者は、この微細藻類を採取し、アンモニア態窒素を高濃度で含む活性汚泥処理水中での培養を試みた。この結果、本発明者は、アンモニア態窒素濃度が１，０００ｍｇ−Ｎ／Ｌとなる活性汚泥処理水中であっても当該微細藻類が培養可能であることを見出した。そして、本発明者は、培養後の微細藻類をデジタルピペットで分取し、罫線入りスライドガラスに滴下し、カバーガラスをかけて生物顕微鏡（オリンパス株式会社製ＢＸ４３）により倍率２００〜４００倍で顕微鏡観察を行ったところ、その藻類がＣｈｌｏｒｏｃｏｃｃａｌｅｓであることを見出した。さらに、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ社製３１３０  Ｇｅｎｅｔｉｃ  ＡｎａｌｙｚｅｒのＤＮＡシーケンサーを用いて遺伝子解析を行った結果、その藻類の主要な種がＣｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．であることを見出した。
【００３７】
固液分離層内で生長している微細藻類からＣｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．を単離するには、顕微鏡で観察しながらピペットで目的藻類だけを吸い上げるマイクロピペット法などを用いることができる。単離した微細藻類は、培地にて一定の藻類濃度になるまで増殖させる前培養を経た後、目的とする増殖方法に用いることが多い。または、活性汚泥処理水中に生息可能な微細藻類の中で、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．と同等の増殖性を持ち、同等のアンモニア耐性を持つ微生物が存在しない場合には、固液分離層内で生長している微細藻類を、活性汚泥処理水を培地として培養してもよい。この場合、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．を優占化させることができる。この場合の培養は、優占化を進めるために、複数回の継代培養（目的藻類の一部を新しい培地に移し、増殖する培養）を行うことが望ましい。これらの方法によりＣｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．を単離または優占化することで、珪藻、糸状菌、原生動物などを含まない純度の高い藻類を得ることができ、コンタミネーションを排除できる。すなわち、より高い増殖量および増殖速度が得られる。
【００３８】
このように、本発明者は、アンモニア態窒素を１００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上含む活性汚泥処理水中で培養可能な微細藻類が存在することを見出し、このような知見の下で、本実施形態に係る培養装置及び培養方法に想到した。
【００３９】
一方、微細藻類２の培養には溶存無機炭素も必要である。溶存無機炭素は、例えば二酸化炭素（ＣＯ２）、炭酸（Ｈ２ＣＯ３）、炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）、炭酸イオン（ＣＯ３２−）等であり、排水１中に通常含まれている。ただし、微細藻類２をより増殖させるには、溶存無機炭素源、すなわち排水１中で溶存無機炭素となりうる材料を排水１に投入してもよい。溶存無機炭素源としては、例えば炭酸ガス、各種炭酸塩等が挙げられる。炭酸塩は、例えばナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩などであってもよい。なお、非特許文献５では、藻類の培養に炭酸塩を使用できることが開示されている。そこで、本発明者は、微細藻類２を炭酸塩で培養可能か検証したところ、特に問題なく培養できた。したがって、溶存無機炭素源として炭酸塩を使用可能である。
【００４０】
溶存無機炭素源の投入量、投入方法は特に制限されず、公知の藻類培養方法で採用されている投入量、投入方法を本実施形態でも適用可能である。例えば、溶存無機炭素源として炭酸ガスを排水１中に投入する場合、藻類培養槽３の底部に散気管を配置し、この散気管から炭酸ガスを排水１中に投入（供給）してもよい。また、炭酸ガスのガス流量は、例えば０．２５ｖｖｍ（ｖｏｌｕｍｅ  ｇａｓ  ｐｅｒ  ｖｏｌｕｍｅ  ｂｒｏｔｈ  ｐｅｒ  ｍｉｎ）程度であってもよい（非特許文献８参照）。
【００４１】
また、藻類培養槽３には、微細藻類の呼吸に必要な酸素が投入される。酸素の投入方法は特に制限されない。例えば、上述した散気管から空気を排水１中に投入することで、空気中の酸素を藻類培養槽３に投入してもよい。ここで、溶存無機炭素源として炭酸ガスを使用する場合、炭酸ガス及び空気の混合ガス中に占める炭酸ガスの体積比は、例えば、０．２〜５体積％であってもよい（非特許文献８参照）。
【００４２】
また、微細藻類２の培養にはリンも必要である。排水１として活性汚泥処理水を使用する場合、活性汚泥処理水には、通常０〜１ｍｇ−Ｐ／Ｌ程度のリンが含まれるものの、活性汚泥槽の活性汚泥の状態によっては、ほとんどリンが残っていない可能性もある。したがって、排水１中のリンが不足している場合、排水１にリン源（例えばリン酸）を投入してもよい。後述する実施例４に示されるように、藻類培養槽３中のリン濃度は、１ｍｇ−Ｐ／Ｌ以上であることが好ましい。なお、藻類培養槽３中のリン濃度は、ＪＩＳ  Ｋ１０２０  ４６．１．１  モリブデン青吸光光度法等によって測定可能である。
【００４３】
また、後述する実施例６に示されるように、藻類培養槽３中のアンモニア態窒素濃度とリン濃度の質量比（以下、「Ｎ／Ｐ質量比」とも称する）は１６．７〜３００であることが望ましい。一般にレッドフィールド比においてＮ／Ｐ質量比は１６とされている。これよりリン濃度が高すぎると、すなわちＮ／Ｐ質量比が低すぎると、安水処理水のようなカルシウム塩を多く含む処理水を使用して微細藻類２を培養する場合に、リン酸カルシウム塩による白濁が発生する場合がある。そして、藻類培養槽３中に白濁が発生した場合、これらの白濁によって光が遮蔽されることから、微細藻類の増殖が抑制される。よって、Ｎ／Ｐ質量比は一定値以上であることが好ましい。さらに、リン濃度は最低限必要な量を添加して調整すれば良く、添加するリンが多すぎると、コストが高くなる。よって、リン濃度は少ない方が、すなわち、Ｎ／Ｐ質量比は高い方がコスト的に好ましい。さらに、後述する実施例６に示されるように、リン濃度が１ｍｇ−Ｐ／Ｌ以上であっても、Ｎ／Ｐ比が３００より高くなると藻類濃度または比増殖速度に影響を与えることから、Ｎ／Ｐ質量比には一定の好ましい上限値が存在する。そのため、Ｎ／Ｐ質量比は上述の一定の範囲内に調整されることが望ましい。具体的には、上述したように、Ｎ／Ｐ質量比は１６．７〜３００であることが望ましい。なお、藻類培養槽３には、アンモニア態窒素濃度が非常に高い排水１（例えば活性汚泥処理水）が投入される。したがって、藻類培養槽３中のアンモニア態窒素濃度は非常に高いので、Ｎ／Ｐ質量比の調整は藻類培養槽３にリン源（例えばリン酸）を投入することで行われればよい。また、例えばリン源を投入しすぎた場合等のように、Ｎ／Ｐ質量比を増大させたい場合もある。この場合、藻類培養槽３にアンモニア源（例えば塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム等の固体または溶液）を投入してもよい。
【００４４】
藻類培養槽３自体の形状は特に制限されない。例えば、藻類培養槽３は、下水処理場、工場排水処理場で設計されている直方体型または円筒形のものが望ましいが、これらに限定されない。また、藻類培養槽３内の微細藻類が増大してくると、微細藻類全体に溶存無機炭素が行き渡りにくくなる。そこで、藻類培養槽３には、撹拌装置が設けられてもよい。また、藻類培養槽３が大容量であっても、水、窒素、光、リン、溶存無機炭素源が適切に微細藻類２に供給されれば微細藻類２の培養は可能である。しかし、特に光については藻類培養槽３の底部まで届きにくくなることが考えられる。その場合は、非特許文献９に記載のある開放系ポンドシステムのうち、水深が０．３ｍ程度のループ循環式水路を設けたレースウェイ式培養池を藻類培養槽３とすることで、太陽光を十分に底部まで届かせることができる。
【００４５】
光源４は、藻類培養槽３中の微細藻類に光を供給するものである。ここで、光源４から放射される光の波長は、微細藻類が光合成するのに必要な波長を含むことが望ましい。光源４としては、例えば、白熱灯、蛍光灯、ＬＥＤ（発光ダイオード）などが望ましいが、これらに制限されるものではない。なお、光源４から光を照射する代わりに、太陽光を微細藻類２に照射してもよい。この場合、光源４は必ずしも培養装置に設けなくても良い。
【００４６】
なお、後述する実施例２に示されるように、本発明者は、光の光量子密度は６０μｍｏｌ／ｍ２／秒以上で藻類が大きく増加したことを見出した。よって、光の光量子密度は６０μｍｏｌ／ｍ２／秒以上が望ましい。また、光量子密度の上限値は特に指定しないが、非特許文献１２には太陽光の日中ピークが２，０００μｍｏｌ／ｍ２／秒と記載されており、特許文献７には日光が当たりすぎの部位は強光阻害により増殖が停滞することが記載されていることから、およそ２，０００μｍｏｌ／ｍ２／秒程度が強行阻害を起こさない上限の目安と言える。ただし、この光量子密度は藻類直近におけるものである。なお、光量子密度は、例えば藤原製作所社製光量子計ＭＱ−２００を用いて測定を行うことができる。
【００４７】
藻類培養槽３内で微細藻類２が培養された後、排水１は、微細藻類２とともに固液分離層５に投入される。固液分離層５では、排水１及び微細藻類２の混合物が排水１と微細藻類２とに分離される。分離後の排水１は、処理完了水６として装置外に排出される。なお、固液分離層５は、培養装置が連続処理（微細藻類２を連続的に培養する処理）を行う場合に、培養装置に備えられる。したがって、培養装置がバッヂ処理を行う場合、固液分離層５は培養装置に備えられなくても良い。
【００４８】
＜２．微細藻類の培養方法＞
つぎに、図１に示す培養装置を用いた微細藻類の培養方法を説明する。まず、藻類培養槽３に、排水１、及び微細藻類２を投入する。ついで、微細藻類２に光源４から光を照射する。これにより、藻類培養槽３中で微細藻類２が培養される。微細藻類２の生育状況に応じて、光源４からの光量を適宜調整してもよい。ついで、排水１は、微細藻類２とともに固液分離層５に投入される。固液分離層５では、排水１及び微細藻類２の混合物が排水１と微細藻類２とに分離される。分離後の排水１は、処理完了水６として装置外に排出される。
【００４９】
このように、本実施形態によれば、アンモニア態窒素を１００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上で含む排水１を用いて微細藻類２を培養することができる。
【実施例】
【００５０】
（実施例１：活性汚泥処理水を用いたナンノクロロプシスの増殖）
つぎに、本発明の実施例を説明する。実施例１では、微細藻類２としてナンノクロロプシス属の微細藻類（マリンテック社のマリーンフレッシュ）を培養した。具体的には、培養チューブ容器に微細藻類２を１．０×１０４ｃｅｌｌ／ｍＬ程度となるよう添加した後、培養チューブ容器に活性汚泥処理水を１０ｍＬ入れた。ここで、微細藻類２の濃度（ｃｅｌｌ／ｍＬ）は、培養液を希釈したものを、生物顕微鏡（オリンパス株式会社製ＢＸ４３）で血球計算盤を用いて直接計数を行うことで測定した。また、活性汚泥処理水中のアンモニア態窒素濃度をインドフェノール青吸光光度法により測定したところ、アンモニア態窒素濃度は１８８ｍｇ−Ｎ／Ｌであった。また、活性汚泥処理水中のリン濃度をモリブデン青吸光光度法により測定したところ、リン濃度は０．１８ｍｇ／Ｌであった。ついで、培養チューブ内の光量子密度を６０μｍｏｌ／ｍ２／秒、光照射周期を１２時間明期／１２時間暗期、水温を３０℃として微細藻類２の培養を行った。これらの培養条件は培養中で一定とした。光量子密度の測定は藤原製作所社製光量子計ＭＱ−２００を用いて行った。その結果、培養開始から２週間で、藻類濃度は１．０×１０４ｃｅｌｌ／ｍＬから７．０×１０４ｃｅｌｌ／ｍＬに増加した。測定結果を図２に示す。このことから、ナンノクロロプシスを活性汚泥処理水で培養させることが可能であることがわかった。
【００５１】
（実施例２：活性汚泥処理水中に生息する微細藻類の活性汚泥処理水を用いた増殖）
実施例２では、微細藻類２としてＣｈｌｏｒｏｃｏｃｃａｌｅｓを培養した。具体的には、培養チューブ容器に微細藻類２を２．２×１０４ｃｅｌｌ／ｍＬ程度となるよう添加した後、培養チューブ容器に活性汚泥処理水１０ｍＬを入れた。活性汚泥処理水のアンモニア態窒素濃度は１８８ｍｇ−Ｎ／Ｌ、リン濃度は０．１８ｍｇ／Ｌであった。ついで、培養チューブ内の光量子密度を６０μｍｏｌ／ｍ２／秒、光照射周期を１２時間明期／１２時間暗期、水温を３０℃として培養を行った。これらの培養条件は培養中で一定とした。その結果、培養開始から２週間で、藻類濃度は２．２×１０４ｃｅｌｌ／ｍＬから４．４×１０４ｃｅｌｌ／ｍＬ程度に増加した。測定結果を図３に示す。このことから、Ｃｈｌｏｒｏｃｏｃｃａｌｅｓを活性汚泥処理水で培養させることが可能であることがわかった。
【００５２】
（実施例３：活性汚泥処理水を用いたナンノクロロプシスの増殖における光量子密度検討）
実施例３では、培養チューブ容器内の光量子密度のみを段階的に変化させた他は、実施例１と同様の試験を行った。すなわち、実施例３では、光量子密度のナンノクロロプシスの増殖への影響を検討した。光量子密度は４２、５２、６０、７４、８５μｍｏｌ／ｍ２／秒とし、各光量子密度の条件下で２週間培養を行った。その結果、藻類濃度は２．５×１０４ｃｅｌｌ／ｍＬから最大で４．８×１０５ｃｅｌｌ／ｍＬに増加し、光量子密度に応じて藻類が増加した。測定結果を図４に示す。また、光量子密度５２μｍｏｌ／ｍ２／秒と６０μｍｏｌ／ｍ２／秒の間において、藻類が大きく増加した。このことから、ナンノクロロプシスを培養するための光量子密度は、６０μｍｏｌ／ｍ２／秒以上が好ましいことが分かった。
【００５３】
（実施例４：活性汚泥処理水を用いたナンノクロロプシス及びＣｈｌｏｒｏｃｏｃｃａｌｅｓの増殖におけるリン酸添加検討）
つぎに、ナンノクロロプシス及びＣｈｌｏｒｏｃｏｃｃａｌｅｓの培養量とリン濃度との相関について検討した。具体的には、ナンノクロロプシス及びＣｈｌｏｒｏｃｏｃｃａｌｅｓをそれぞれ別々の培養チューブ容器に投入した。ナンノクロロプシスの投入量は、１．０×１０４ｃｅｌｌ／ｍＬ程度、Ｃｈｌｏｒｏｃｏｃｃａｌｅｓの投入量は２．１×１０４ｃｅｌｌ／ｍＬ程度とした。次に、各培養チューブ容器に活性汚泥処理水１０ｍＬを入れた。活性汚泥処理水のアンモニア態窒素濃度は１８８ｍｇ−Ｎ／Ｌ、リン濃度は０．１８ｍｇ／Ｌであった。さらに、各培養チューブ容器に１ｍｇ−Ｐ／Ｌ相当量のリン酸を添加した。そして、培養チューブ内の光量子密度を６０μｍｏｌ／ｍ２／秒、光照射周期を１２時間明期／１２時間暗期、水温を３０℃として培養を２週間行った。これらの培養条件は培養中で一定とした。また、リン酸の添加量を０（添加なし）、２、５、１０ｍｇ−Ｐ／Ｌに変更して同様の試験を行った。ナンノクロロプシスに関する測定結果を図５に、Ｃｈｌｏｒｏｃｏｃｃａｌｅｓに関する測定結果を図６に示す。
【００５４】
その結果、リン酸濃度が１ｍｇ−Ｐ／Ｌ以上となる培養条件化では、リン酸添加量に関わらず、培養開始から２週間後のナンノクロロプシス濃度は１．０×１０４ｃｅｌｌ／ｍＬから３．４×１０５ｃｅｌｌ／ｍＬ以上まで増加した。また、Ｃｈｌｏｒｏｃｏｃｃａｌｅｓ濃度は、２．１×１０４ｃｅｌｌ／ｍＬから２．４×１０５ｃｅｌｌ／ｍＬ程度に増加した。なお、リン酸添加量がゼロとなる場合にも微細藻類は培養されている。この場合、微細藻類は、活性汚泥処理水中に含まれていたリンによって培養されたと推定される。これらのことから、ナンノクロロプシス及びＣｈｌｏｒｏｃｏｃｃａｌｅｓを培養するための培養液（実施形態中の排水１に相当）中のリン濃度は、１ｍｇ−Ｐ／Ｌ以上であることが好ましいことが分かった。
【００５５】
（実施例５：活性汚泥処理水を用いたＣｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．の増殖）
実施例５では、微細藻類２として活性汚泥処理水中に生息する微細藻類を分取し、分取した微細藻類を、活性汚泥処理水を培地として複数回継代した。これにより、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．を優占化させた。具体的には、活性汚泥処理水中に生息する微細藻類を数ｍＬ分取した。そして、１Ｌの培養容器に培地となる活性汚泥処理水８００ｍｌと、分取した微細藻類を投入した。そして、活性汚泥処理水８００ｍＬ、光量子密度６０μｍｏｌ／ｍ２／秒、光照射周期１２時間明期／１２時間暗期、水温３０℃の培養条件で微細藻類２を培養した。微細藻類２の培養は、微細藻類２の濃度が十分な藻類濃度になるまで行った。さらに、培養容器から微細藻類を数ｍＬ分取し、同様の培養条件で培養を行った。このような培養処理を複数回実施し、継代を行った。継代後の微細藻類２、すなわちＣｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．を１Ｌの培養容器に投入した。その後、培養容器に活性汚泥処理水を投入し、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．の濃度を１．０×１０４ｃｅｌｌ／ｍＬ程度とした。活性汚泥処理水のアンモニア態窒素濃度は１８８ｍｇ−Ｎ／Ｌ、リン濃度は０．１８ｍｇ−Ｐ／Ｌであった。さらに、培養容器に１ｍｇ−Ｐ／Ｌ相当量のリン酸を添加した。そして、培養容器内の光量子密度６０μｍｏｌ／ｍ２／秒、光照射周期１２時間明期／１２時間暗期、水温３０℃とした培養条件でＣｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．の培養を２週間行った。これらの培養条件は培養中で一定とした。その結果、培養開始から２週間で、藻類濃度は１．０×１０４ｃｅｌｌ／ｍＬから４．３×１０６ｃｅｌｌ／ｍＬ程度に増加した。このことから、優占化したＣｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．を用いて活性汚泥処理水で培養させることにより、珪藻、糸状菌、原生動物などを含まない純度の高い藻類を得ることができ、コンタミネーションを排除できることがわかった。すなわち、より高い増殖量および増殖速度が得られた。
【００５６】
（実施例６：活性汚泥処理水を用いたナンノクロロプシスおよびＣｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．の増殖におけるＮ／Ｐ質量比検討）
実施例６では、微細藻類２としてナンノクロロプシスおよびＣｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．をそれぞれ別々の１Ｌの培養容器に投入した。Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．は実施例５と同様の方法で得たものを用いた。ナンノクロロプシスの投入量は、１．０×１０４ｃｅｌｌ／ｍＬ程度、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．の投入量は２．１×１０４ｃｅｌｌ／ｍＬ程度とした。次に、各培養容器に活性汚泥処理水を入れ、アンモニア態窒素濃度を１００〜１０００ｍｇ−Ｎ／Ｌ、リン濃度を１〜６ｍｇ−Ｐ／Ｌ、すなわちＮ／Ｐ質量比を１６．７〜１０００に調整した。ここで、アンモニア態窒素の濃度は塩化アンモニウム溶液によって調整した。リン濃度は、リン酸の培養容器への投入量を調整することで調整した。
【００５７】
そして、各培養容器内の光量子密度６０μｍｏｌ／ｍ２／秒、光照射周期１２時間明期／１２時間暗期、水温３０℃として微細藻類２の培養を２週間行った。これらの培養条件は培養中で一定とした。培養開始から２週間経過した後、藻類濃度および比増殖速度を比較した。この結果を図７に示す。図７（ａ）に示すように、ナンノクロロプシスの濃度は１．０×１０４ｃｅｌｌ／ｍＬから最大１．２×１０６ｃｅｌｌ／ｍＬ程度に増加した。一方、図７（ｂ）に示すように、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．の濃度は２．１×１０４ｃｅｌｌ／ｍＬから最大７．３×１０６ｃｅｌｌ／ｍＬ程度に増加した。Ｎ／Ｐ質量比と藻類濃度及び比増殖速度との対応関係をみると、Ｎ／Ｐ質量比が１６．７〜３００となる場合にナンノクロロプシスの濃度は平均（算術平均）で９×１０５ｃｅｌｌ／ｍＬ程度、比増殖速度は平均（算術平均）で０．５（１／ｄ）程度であった。一方、Ｎ／Ｐ質量比１６．７〜３００がとなる場合にＣｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．の濃度は３．３×１０６ｃｅｌｌ／ｍＬ〜７．３×１０６ｃｅｌｌ／ｍＬと開きがあるものの濃度としては十分であり、かつ、比増殖速度は平均１．０（１／ｄ）程度であった。一方、Ｎ／Ｐ質量比が５００〜１，０００の条件では、いずれの藻類においても藻類濃度および比増殖速度が低下する傾向が見られた。このことから、良好な藻類濃度及び／または比増殖速度が得られるＮ／Ｐ質量比は１６．７〜３００であることがわかった。
【００５８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００５９】
１  排水
２  微細藻類
３  藻類培養槽
４  光源
５  固液分離槽
６  処理完了水
【図１】
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【図２】
0006763123.tif 000003
【図３】
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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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