(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単に光合成微生物を捕食するミジンコ，ワムシ等微小動物の侵入とその繁殖を防げ、健全に光合成微生物を増殖させる事が可能な、立設透明水槽方式の培養方法及び装置を提供する。【解決手段】収容した光合成微生物懸濁液に太陽光を照射し、光合成微生物を増殖させるための、光透過材質で形成された透明水槽１、及び該透明水槽１内に設置された浮蓋２を備える培養装置を用い、（Ａ）明条件下では浮蓋２の上方に光合成微生物懸濁液を導き、光を照射し、（Ｂ）暗条件下浮蓋２の上方に光合成微生物懸濁液を導かないことにより嫌気条件下光合成微生物を捕食するミジンコ，ワムシ等微小動物の増殖を抑制し、光合成微生物を培養する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
収容した光合成微生物懸濁液に太陽光を照射し、光合成微生物を増殖させるための、光透過材質で形成された透明水槽、及び該透明水槽内に設置された浮蓋を備える培養装置を用い、（Ａ）明条件下では浮蓋の上方に光合成微生物懸濁液を導き、光を照射し、（Ｂ）暗条件下浮蓋の下に光合成微生物懸濁液を収納し、嫌気条件下光合成微生物を捕食するミジンコ，ワムシ等微小動物の増殖を抑制し、光合成微生物を培養することを特徴とする光合成微生物の培養方法。
【請求項２】
上記（Ａ）工程では、浮蓋の浮上を阻止し、水位を上昇させ、上記（Ｂ）工程では、水位を下降させることを特徴とする請求項１記載の光合成微生物の培養方法。
【請求項３】
（ア）収容した光合成微生物懸濁液に太陽光を照射し、光合成微生物を増殖させるための、光透過材質で形成された透明水槽、（イ）該透明水槽水面を覆う浮蓋、及び（ウ）該浮蓋の上方に光合成微生物懸濁液を導く液移動機構を備えることを特徴とする光合成微生物の培養装置。
【請求項４】
前記透明水槽内に浮蓋の上昇阻止具が装着され、これによって前記液移動機構が構成されていることを特徴とする請求項３記載の光合成微生物の培養装置。
【請求項５】
前記浮蓋の上方へ浮蓋下方の懸濁液を送るエアリフトポンプが装着され、これによって前記液移動機構が構成されていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の光合成微生物の培養装置。
【請求項６】
前記透明水槽内に通排気機構を備えた気体溜りが装着され、これによって前記液移動機構が構成されていることを特徴とする請求項３または請求項４または請求項５記載の光合成微生物の培養装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は光合成細菌、微細藻類等光合成微生物を培養するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】一般に屋外で太陽光を利用した光合成微生物の培養方式には、微細藻類の培養において見られるように、（１）浅い平面池で攪拌しながら培養するオープンポンド方式、（２）ループ状に設置された直径２０ｃｍ程度の透明チューブ内を循環させながら培養するチュ−ブラ方式（３）直径およそ１ｍ程度、水深およそ２ｍの上部開放透明水槽内で攪拌しながら培養する立設透明水槽方式等がある。
これら屋外培養方式では、光合成微生物を捕食するミジンコ，ワムシ等微小動物の侵入とその繁殖を防ぐことが困難であり、これら捕食生物によって藻類が全滅することがあるという問題点もある。このため、本発明者は、特許第３８４４３６５号（微細藻類培養装置）を考案し、夜間空気との接触を断つことによりオープンポンド方式における捕食生物発生の問題点を解決した。
立設透明水槽方式はオープンポンド方式に比べて設置面積あたりの受光面積が大きいので、設置面積当たりの収穫量が大きいという利点がある。本発明者は、立設透明水槽方式で夜間浮蓋をして空気との接触を断って、捕食生物発生を防止したが、昼間太陽光受光のため浮蓋を取り外し、夜間浮蓋を設置するという労力は多大であった。また、透明材質で作った浮蓋を一日中設置しておくことで捕食生物発生を防止したが、夏季に水温が過度に上昇し微細藻類が死滅した。
【特許文献１】特許第３８４４３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】そこで本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、光合成微生物を捕食するミジンコ，ワムシ等微小動物の侵入とその繁殖を簡単に防げ、健全に光合成微生物を増殖させる事が可能な、立設透明水槽方式の培養方法及び装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】本発明は、第１に、収容した光合成微生物懸濁液に太陽光を照射し、光合成微生物を増殖させるための、光透過材質で形成された透明水槽、及び該透明水槽内に設置された浮蓋を備える培養装置を用い、（Ａ）明条件下では浮蓋の上方に光合成微生物懸濁液を導き、光を照射し、（Ｂ）暗条件下浮蓋の下に光合成微生物懸濁液を収納し、嫌気条件下光合成微生物を捕食するミジンコ，ワムシ等微小動物の増殖を抑制し、光合成微生物を培養することを特徴とする光合成微生物の培養方法であり、第２に（ア）収容した光合成微生物懸濁液に太陽光を照射し、光合成微生物を増殖させるための、光透過材質で形成された透明水槽、（イ）該透明水槽水面を覆う浮蓋、及び（ウ）該浮蓋の上方に光合成微生物懸濁液を導く液移動機構を備えることを特徴とする光合成微生物の培養装置である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態について詳細に説明する。図１乃至図３は本発明の装置の一実施例を示す図面であり、図１は平面図、図２及び図３はＡ−Ａ縦断面図である。本装置は、光透過材質で形成された円筒形の透明水槽１内に浮かせる浮蓋２からなり、透明水槽１側面上方には浮蓋２の浮上を阻止する着脱可能な留め具３、４、５、６が設けられている。浮蓋２の中央には浮蓋２を貫通して、浮蓋２上方と下方を連絡する管７が設けられている。管７内の下端のやや上方には通気管１１が開口している。通気管１１は、エアストーン１２及び開閉弁１０を備え、ブロワー８に連絡されている。透明水槽１の底部には、エアストーン１３が備えられ、通気管９を経てブロワー８に連絡されている。透明水槽１側面には、開閉弁１４を備えた収穫管１５が設けられている。
次に微細藻類を培養する際の、本装置の運転方法について述べる。
図２のように、昼間、浮蓋２は留め具３、４、５、６によって浮上を阻止され、水面下にある。ブロワー８を作動させエアストーン１２及びエアストーン１３から空気を送る。管７ではエアリフト効果によって上昇流が生じ、浮蓋２の周囲に矢印の方向の旋回流が生じる。浮蓋２の下方にも、エアストーン１３からの通気によって、矢印の方向の旋回流が生じる。これによって微細藻類懸濁液（以後懸濁液と略す）は攪拌されながら、水面、透明水槽１側面から太陽光の照射を受け、微細藻類はこの光を吸収して増殖する。
図３のように、日の入りになれば、ブロワー８を止め、開閉弁１４を開け、懸濁液を収穫する。水面は下降する。浮蓋２が留め具３、４、５、６から少し離れるまで水面が下降したら開閉弁１４を閉める。この様にして、浮蓋２下方に格納された懸濁液は外気からの空気の供給がほとんどなく各微生物の呼吸による酸素消費により次第に嫌気状態となり、ワムシやミジンコなど光合成微生物を捕食する微小動物の生存や増殖が制限される。
翌朝には、前日の収穫量に相当する培養液を投入し、ブロワー８を作動させ、前日と同様の昼間の培養を行う。
上記の操作を毎日繰り返しながら培養を続けると、ワムシやミジンコなど微小動物による微細藻類の捕食が制限され、微細藻類の培養を安定的かつ効率的に行なえる。また、昼間懸濁液は大気と接触するので、水蒸発が生じ、懸濁液は冷却されるので、高温期の過熱による微細藻類の死滅を防ぎ、微細藻類を健全に増殖させる事が出来る。
図４及び図５に示した装置は、本発明の別の実施形態を示す縦断面図である。図４が図２に、図５が図３に相当する。本態様では、管７の上端に有孔管１８を設け、その内部に球状の浮遊体２１を備えている点が、図１乃至図３に示した実施形態と異なる。昼間（図４）、浮遊体２１は、有孔管１８内上部に位置し、矢印の様な旋回流が生じる。夜間（図５）は、浮遊体１８は、管７内水面に位置し、気液接触面積がより小さくなり、ワムシやミジンコなど微小動物による生存や増殖がより制限され微細藻類の培養をより安定的かつより効率的に行なえる。
図６及び図７に示した装置は、本発明の別の実施形態を示す縦断面図である。図６が図４に、図７が図５に相当する。本装置は、光透過材質で形成された円筒形の透明水槽１内に気体溜り１６が設けられている。気体溜り１６は上壁面がほぼ水平で、側面は透明水槽１の側面に並行に下方にのび、側面の下端が透明水槽１の底面のやや上方に位置して設けられている。上壁面のほぼ中央に上壁面を貫通して、上壁面上部と気体溜り１６内下方を連絡する管１７が設けられている。管１７の下端は気体溜り１６側面の下端よりもやや上方に位置させてある。
気体溜り１６の上部には、気体溜り１６内に空気等気体を圧入したり排気したりするための管２２を開口させてある。管２２はブロワー８に連絡してある。
朝になり（図６）、ブロワー８を作動させ、空気を気体溜り１６内に圧入すると、水面は上昇し、浮蓋２も上昇するがやがて留め具３、４、５、６でとめられる。水面はさらに上昇し浮蓋２の上壁面から５ｃｍ程度の高さまで上昇する。他方、気体溜り１６内の水面は徐々に下降し、管１７の下端に達し、さらに水面は水の表面張力により管１７の下端よりやや下方まで下降し、やがて空気は管１７の下端から管１７内に一気に溢れ、管１７内に空気層ｇを形成する。この空気層ｇが一気に上昇することにより、透明水槽１内に矢印の方向の旋回流が生じる。空気の圧入の継続により、前記の噴出が一定の周期で間欠的に繰り返される。前述のように、この噴出により、透明水槽１内には循環流が形成され、懸濁液が撹拌される。同時に管７ではエアリフト効果によって上昇流が生じ、浮蓋２の周囲に矢印の方向の旋回流が生じる。このように撹拌された状態で懸濁液は光の照射を受け、液中の微細藻類は光を吸収し増殖する。
日の入りになれば、ブロワー８を止める。気体溜り１６内の空気は管２２、ブロワー８を経て、大気へと逃げる。これに伴い、浮蓋２が留め具３、４、５、６から少し離れる位置まで水面が下降する（図７）。一晩この状態を続け、前記と同様にワムシやミジンコなど光合成微生物を捕食する微小動物の生存や増殖が制限される。
管１７における噴出に関して、噴出は気体圧入速度に関係なく、１回の噴出規模はほぼ一定であり、１回の噴出よる攪拌効果は一定である。このため気体圧入速度を小さく設定しても効果的な攪拌をすることが可能で、電力費の低下につながる。  さらに、管１７の口径を一定とすると、噴出の際、気体溜り１６の横断面積が大きいほど、また管１７下端から水面までの距離が大きいほど、管１７内に流入する空気の量が多く、その結果管１７内に形成される空気層ｇの容積が大きくなり、噴出が激しくなる。また、管１７と気体溜り１６の横断面積の比は、１：３０から１：５０程度が適当である。また、気体溜り１６の実容量は水面を浮蓋２の上壁面から３ｃｍ〜５ｃｍ程度の高さまで上昇させるに足る容量にする。本態様では、ブロワー８のオン−オフだけで攪拌と水面の高さの移動を同時にできる利点がある。前述の懸濁液の収穫と培養液の投入の操作を毎日行う必要がなく、省力的である。
図８に示した装置は、本発明の別の実施形態を示す縦断面図であり、図２に相当する。本装置は、浮蓋２の下壁面を利用した気体溜り１６を備える点が図２の装置と異なる。気体溜り１６は排気のための管２０及び開閉弁１９を備えている。エアストーン１３からの微細気泡は透明水槽１内を攪拌し、上昇し、気体溜り１６内気層１７に流入する。これによって前述のように、管７を介した間欠的噴出が生じ、浮蓋２の周囲に旋回流が生じる。夜間は開閉弁１９を開け、気体溜り２内の空気を排気しておく。本態様では、気体溜り１６の側壁を設ける必要があるが、図２におけるエアストーン１２が必要なくなる。通気動力が低下する利点がある。
図９に示した装置は、本発明の別の実施形態を示す縦断面図であり、図２に相当する。本装置は、図２における留め具３、４、５、６がない点が図２の装置と異なる。昼間、管７を介したエアリフト効果によって、浮蓋２下方の懸濁液が浮蓋２の上壁面上に送られ、上壁面を端部に向かって流下し、透明水槽１内に戻る。この間に太陽光の照射を受ける。夜間はブロワー８を停止しておく。本態様では、図２における留め具３、４、５、６がなく施設費用が低下するが、浮蓋２の上壁面上の水深が極めて小さく、ここで微細藻類に利用される太陽光が少ないという欠点がある。水蒸発は行われるので、高温期の過熱による微細藻類の死滅を防ぎ、微細藻類を健全に増殖させる事が出来る。
微細藻類の商業的生産では、この装置を多数連結して用いる。前述の大きさの装置であれば、２人で移動することも可能である。工場でこの装置を大量生産して、現場で短期間で設置する事が出来る。
また、本発明は、微細藻類以外の光合成微生物、例えば、光合成細菌の培養にも用いる事が出来る事は言うまでもない。
【発明の効果】
【０００６】本発明の効果として、まとめれば、下記の事項が挙げられる。
（１）装置設置面積当たりの増殖量が大きいので、設置面積を節約できる。
養豚場の廃水処理を兼ねて設置する場合、養豚場は広い敷地を持っていない所も多いので、設置面積が節約できる本発明は極めて重宝である。
（２）高温期の過熱による微細藻類の死滅を防ぎ、微細藻類を健全に増殖させる事が出来る。
（３）ワムシやミジンコなど微小動物による生存や増殖が制限され微細藻類の培養を安定的かつより効率的に行なえる。懸濁液を収穫し、収穫した分だけ、水や培養液を投入して、培養を継続していく、いはゆる、連続培養が可能であり、操作が簡単で労力が少ない。
（４）工場で大量生産して、現場で短期間で設置する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ縦断面図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ縦断面図である。
【図４】別の実施形態を示す縦断面図である。
【図５】別の実施形態を示す縦断面図である。
【図６】別の実施形態を示す縦断面図である。
【図７】別の実施形態を示す縦断面図である。
【図８】別の実施形態を示す縦断面図である。
【図９】別の実施形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】１は透明水槽、２は浮蓋、３は留め具、４は留め具、５は留め具、６は留め具、７は管、８はブロワー、９は通気管、１０は開閉弁、１１は通気管、１２はエアストーン、１３はエアストーン、１４は開閉弁、１５は収穫管、１６は気体溜り、１７は空気層管、１８は有孔管、１９は開閉弁、２０は管、２１は浮遊体、２２は管、ｇは空気層、実線矢印は微細藻類懸濁液の流れの方向を示す。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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