JP7848016B2 - 藻類回収装置及び藻類回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、培養した微細藻及び培養液を回収する藻類回収装置及び藻類回収方法に関する。

従来、気候変動の緩和又は影響軽減を目的とした取り組みが継続され、この実現に向けて二酸化炭素の排出量低減に関する研究開発が行われている。微細藻を培養する培養装置は、気候変動の緩和又は影響軽減に寄与するものとして期待されている。

例えば、下記特許文献１に開示された培養システムでは、培養槽で使用した培養液をリサイクルするために、培養液をろ過するフィルタが開示されている。

特開２０１３－１６５７３５号公報

特許文献１の培養システムでは、培養液をフィルタにてろ過することにより、フィルタに目詰まりが発生する。特許文献１の培養システムでは、微細藻の効率的な回収に関して改善の余地がある。

本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。

本発明の第１の態様は、培養した微細藻及び培養液を回収する藻類回収装置であって、培養槽から前記微細藻及び前記培養液を回収する回収配管と、前記回収配管を介して回収された前記微細藻及び前記培養液を貯留するタンクと、前記回収配管よりも下流側に設けられ、前記培養液をろ過するフィルタを有するろ過機構と、を備え、前記回収配管には、前記微細藻を沈降させる沈降部が形成される、藻類回収装置である。

本発明の第２の態様は、培養した微細藻及び培養液を回収する藻類回収方法であって、回収配管により、培養槽から前記微細藻及び前記培養液を回収し、前記回収配管に形成された沈降部にて前記微細藻を沈降させ、前記回収配管よりも下流側に設けられたフィルタにより前記培養液をろ過し、前記回収配管を介して回収された前記微細藻及び前記培養液をタンクに貯留する、藻類回収方法である。

本発明によれば、回収配管に設けられた沈降部で微細藻が沈降するため、沈降部の下流側に設けられたフィルタが微細藻によって目詰まりすることを抑制することができる。沈降部での微細藻の沈降と、フィルタでの培養液のろ過とを同時並行で行うことで、工程が集約されるため、微細藻を効率的に回収することができる。回収配管を通過した微細藻液（微細藻及び培養液）をろ過機構でさらにろ過して藻濃縮液を得るため、微細藻を効率的に回収することができる。

図１は、微細藻の培養、回収、濃縮の工程フロー図である。 図２は、本発明の実施形態に係る藻類回収装置の概略図である。

図１において、培養装置１０は、水を含む培養液中の微細藻に対して、光と、ガスとを供給して、微細藻を培養する（培養工程Ｓ１）。詳細は図示しないが、培養装置１０は、培養液及び微細藻を収容可能な培養槽を備える。培養液及び微細藻が収容された培養槽に、例えば、二酸化炭素ガス又は二酸化炭素含有ガス（例えば、空気）が供給される。これにより、培養装置１０では、微細藻が光合成を行いながら増殖する。なお、培養液は水の他に、微細藻の培養に必要な栄養分（例えば、窒素、リン及びカリウムから選択される少なくとも１つ以上）を含むことが好ましい。ガスは、例えば、工場から排出される二酸化炭素ガスを含むことが好ましい。

培養装置１０により培養可能な微細藻は特に限定されるものではない。培養した微細藻を用いて、例えば、エタノールのようなバイオ燃料を製造する場合には、緑藻綱（例えば、クラミドモナス及びクロレラ）、プラシノ藻綱、クリプト藻綱及び藍藻綱（例えば、スピルリナ）に分類される微細藻類を培養装置１０により培養することが好ましい。培養装置１０により培養する好適な微細藻の例としては、独立行政法人製品評価技術基盤機構特許生物寄託センター（千葉県木更津市かずさ鎌足２－５－８ １２０号室）に寄託した、「ＨｏｎｄａＤＲＥＡＭＯ株」（受託日２０１６年４月２２日、受託番号ＦＥＲＭ ＢＰ－２２３０６）が挙げられる。

培養装置１０は、微細藻の成長に必要な波長（例えば、４００～７００ｎｍ）の光を微細藻に照射可能な環境に設置される。このような環境として、例えば、太陽光を微細藻に照射可能な屋外が挙げられる。しかしながら、培養装置１０は、例えば、太陽光を微細藻に照射可能な室内に設置されてもよい。また、培養装置１０は、例えば、上記の波長の人工光を微細藻に照射可能な室内に設置されてもよい。

培養装置１０にて培養された微細藻は、培養液とともに藻類回収装置１２に送られる。以下、微細藻と培養液との混合物を「微細藻液ＭＬ」ともいう。藻類回収装置１２は、培養した微細藻及び培養液を回収する。藻類回収装置１２は、微細藻の回収沈降と、培養液のろ過とを行う（回収沈降・ろ過工程Ｓ２）。藻類回収装置１２は、さらに、微細藻の濃縮を行う（藻濃縮工程Ｓ３）。ろ過された培養液は、所定の処理が施された後、培養装置１０において再利用される。すなわち培養液はリサイクルされる。以下、藻類回収装置１２の詳細について説明する。

図２に示すように、藻類回収装置１２は、培養槽から微細藻液ＭＬ（微細藻及び培養液）を回収する回収配管１４と、培養液をろ過するフィルタ３２を有するろ過機構１６と、回収配管１４を介して回収された微細藻及び培養液を貯留するタンク１８と、を備える。

回収配管１４は、培養槽から微細藻液ＭＬが導入される導入管部２０と、下方に凸形状となるＵ字形状の沈降管部２２とを有する。導入管部２０の一端に、導入口２０１が形成されている。導入口２０１を介して導入管部２０内に微細藻液ＭＬ（微細藻及び培養液）が流入する。導入管部２０の他端（下流端）に、Ｕ字形状の沈降管部２２の一端（上流端）が接続されている。導入管部２０は、例えば、水平方向に延在する。

沈降管部２２は、第１縦管２２１と、第１縦管２２１から連なる湾曲管２２２と、湾曲管２２２から連なる第２縦管２２３と、を有する。なお、沈降管部２２は、第１縦管２２１、湾曲管２２２及び第２縦管２２３が切れ目なく連続して繋がった単一の配管部材であり得る。

第１縦管２２１の上端は、導入管部２０の下流端に接続されている。第１縦管２２１は、鉛直方向に延在する。第１縦管２２１の下端（下流端）に湾曲管２２２の一端（上流端）が接続されている。湾曲管２２２は、沈降管部２２の下部を構成している。湾曲管２２２は、湾曲管２２２の一端（上流端）から下方に向かい、湾曲管２２２の中間位置で上方に方向転換するように弧状に湾曲し、上方に向かって他端（下流端）へと至る形状に形成されている。

回収配管１４には、微細藻液ＭＬ中の微細藻を沈降させる沈降部１５が形成されている。沈降管部２２のＵ字形状の下端に沈降部１５が形成されている。すなわち、沈降部１５は、沈降管部２２内の底部における湾曲形状によって構成されている。沈降部１５の最下端（回収配管１４の最下端）に、排出口１５１が形成されている。排出口１５１に接続された出口管２６に開閉弁２８が配置されている。湾曲管２２２の他端に、第２縦管２２３の下端（上流端）が接続されている。

第２縦管２２３は、第１縦管２２１と平行に鉛直方向に延在する。第２縦管２２３の上端が、連結配管２４を介してろ過機構１６に接続されている。連結配管２４は、例えば、図２に示すように上方に凸となるＵ字形状に形成されている。

ろ過機構１６は、回収配管１４よりも下流側に設けられる。回収配管１４を通過した培養液がろ過機構１６に流入する。ろ過機構１６は、ハウジング３０と、ハウジング３０の内部に配置されたフィルタ３２とを有する。ハウジング３０の上端は、ろ過対象である微細藻液ＭＬ（沈降部１５で沈降しなかった微細藻と、培養液）を取り込む流入口３００を有する。ハウジング３０の下端は、第１流出口３０１と第２流出口３０２とを有する。第１流出口３０１は、フィルタ３２を通過しなかった液体（濃縮液）を排出する。第２流出口３０２は、フィルタ３２を通過した液体（透過液）を排出する。第２流出口３０２には排出管３４が接続されている。

フィルタ３２は、培養液からタンパク質を除去する。フィルタ３２として、例えば、ナノろ過膜（ＮＦ膜）が用いられる。フィルタ３２は、ハウジング３０内を第１室３１１と第２室３１２とに仕切るように配置される。第１室３１１は、被供給液側の空間である。第２室３１２は、透過液側の空間である。ろ過機構１６は、被供給液がフィルタ３２に平行に供給され、透過液がフィルタ３２に直角方向に透過する。すなわち、ろ過機構１６は、クロスフロー方式のろ過装置である。

タンク１８は、沈降部１５及びろ過機構１６の下方に配置されている。タンク１８の上部に回収配管１４及びろ過機構１６が固定されている。藻類回収装置１２は、回収配管１４、ろ過機構１６及びタンク１８が一体化された処理ユニットである。

沈降部１５に沈降した微細藻、及びろ過機構１６を通過した培養液は、タンク１８に貯留される。具体的には、タンク１８は、微細藻及び培養液を貯留可能な貯留部１９を有する。沈降部１５から排出された微細藻（藻濃縮液Ｍ１）が流れ落ちて、タンク１８の貯留部１９に貯留される。ろ過機構１６の第１流出口３０１から排出された濃縮液（藻濃縮液Ｍ２）が流れ落ちて、タンク１８の貯留部１９に貯留される。タンク１８の最下端には、排出口１８０が形成されている。排出口１８０に接続された排出管３６に開閉弁３８が配置されている。

藻類回収装置１２は、以下のように動作する。

培養装置１０（図１参照）から微細藻液ＭＬ（培養された微細藻、及び培養液）が、導入口２０１を介して回収配管１４へと低流量且つ高圧で送液される。微細藻液ＭＬの送液時の流量及び圧力は、沈降部１５での微細藻の沈降と、ろ過機構１６での培養液のろ過を良好に行えるように設定される。微細藻液ＭＬは、例えば、数百ｋＰａ～数ＭＰａの圧力で回収配管１４に送液される。

微細藻液ＭＬが回収配管１４を流れる過程で、沈降特性を有する微細藻は、沈降部１５にて沈降し、濃縮した微細藻（藻濃縮液Ｍ１）として蓄積する。沈降部１５にてある程度の量の微細藻が蓄積した段階で、開閉弁２８が開放される。藻濃縮液Ｍ１は、沈降部１５の排出口１５１を介して沈降部１５からタンク１８へと移送される。

回収配管１４を通過した微細藻液ＭＬは、連結配管２４を介してろ過機構１６へと流入する。ろ過機構１６では、培養液がフィルタ３２を透過して第２室３１２に流入する。微細藻はフィルタ３２を透過しない。フィルタ３２を透過する過程で培養液からはタンパク質が除去される。タンパク質が除去された培養液（タンパク質除去液）は第２流出口３０２及び排出管３４を介して藻類回収装置１２の外部へと排出される。タンパク質除去液は、所定の処理が施された後に、培養液としてリサイクルされる（図１参照）。

ろ過機構１６においてフィルタ３２を透過しない微細藻液ＭＬは、培養液を含む微細藻の濃縮液（藻濃縮液Ｍ２）となり、第１流出口３０１を介して排出され、タンク１８に貯留される。

タンク１８の貯留部１９では、沈降部１５から排出された藻濃縮液Ｍ１と、ろ過機構１６から排出された藻濃縮液Ｍ２とが混ぜ合わされた液体（藻濃縮液Ｍ３）が貯留される。タンク１８では、藻濃縮液Ｍ３がさらに濃縮されて、タンク１８の下部に蓄積される。これにより、タンク１８の下部では高濃度の藻濃縮液Ｍ４が得られる。高濃度の藻濃縮液Ｍ４が所定量蓄積した段階で、開閉弁３８が開放される。藻濃縮液Ｍ４は、タンク１８の下部に設けられた排出口１８０及び排出管３６を介してタンク１８の外部へと排出され、回収される。

本実施形態は、以下の効果を奏する。

回収配管１４に設けられた沈降部１５で微細藻が沈降するため、沈降部１５の下流側に設けられたフィルタ３２が微細藻によって目詰まりすることを抑制することができる。沈降部１５での微細藻の沈降と、フィルタ３２での培養液のろ過とを同時並行で行うことで、工程が集約されるため、微細藻を効率的に回収することができる。回収配管１４を通過した微細藻液ＭＬをろ過機構１６でさらにろ過して藻濃縮液Ｍ２を得るため、微細藻を効率的に回収することができる。

沈降部１５で微細藻を沈降させるとともに、回収配管１４を通過した微細藻液ＭＬをろ過機構１６でさらにろ過してタンク１８に貯留するため、高濃度の藻濃縮液Ｍ４を得ることができる。

回収配管１４は、下方に凸形状となるＵ字形状の沈降管部２２を有する。沈降管部２２のＵ字形状の下端に沈降部１５が形成される。Ｕ字形状の沈降管部２２の下端に沈降部１５が形成されるため、微細藻を良好に沈降させてフィルタ３２の目詰まりを抑制することができる。

沈降部１５に沈降した微細藻、及びろ過機構１６を通過した培養液をタンク１８に貯留するため、フィルタ３２の目詰まりを抑制しつつ、ろ過した培養液と微細藻をタンク１８にて沈降濃縮することができる。

フィルタ３２は、培養液からタンパク質を除去するため、培養液をリサイクルすることができる。

本実施形態は、培養した微細藻を効率的に回収できるものであるため、気候変動の緩和又は影響軽減に寄与するものである。

上記の実施形態をまとめると、以下のようになる。

上記の実施形態は、培養した微細藻及び培養液を回収する藻類回収装置（１２）であって、培養槽から前記微細藻及び前記培養液を回収する回収配管（１４）と、前記回収配管を介して回収された前記微細藻及び前記培養液を貯留するタンク（１８）と、前記回収配管よりも下流側に設けられ、前記培養液をろ過するフィルタ（３２）を有するろ過機構（１６）と、を備え、前記回収配管には、前記微細藻を沈降させる沈降部（１５）が形成される、藻類回収装置を開示する。

前記回収配管は、下方に凸形状となるＵ字形状の沈降管部（２２）を有し、前記沈降管部の前記Ｕ字形状の下端に前記沈降部が形成される。

前記沈降部及び前記ろ過機構の下方に前記タンクが配置され、前記沈降部に沈降した前記微細藻、及び前記ろ過機構を通過した前記培養液を前記タンクに貯留する。

前記フィルタは、前記培養液からタンパク質を除去する。

上記の実施形態は、培養した微細藻及び培養液を回収する藻類回収方法であって、回収配管（１４）により、培養槽から前記微細藻及び前記培養液を回収し、前記回収配管に形成された沈降部（１５）にて前記微細藻を沈降させ、前記回収配管よりも下流側に設けられたフィルタ（３２）により前記培養液をろ過し、前記回収配管を介して回収された前記微細藻及び前記培養液をタンク（１８）に貯留する、藻類回収方法を開示する。

なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を取り得る。

１２…藻類回収装置 １４…回収配管
１８…タンク １６…ろ過機構
１５…沈降部 ３２…フィルタ

Claims (5)

1. 培養した微細藻及び培養液を回収する藻類回収装置であって、
   培養槽から前記微細藻及び前記培養液を回収する回収配管と、
   前記回収配管を介して回収された前記微細藻及び前記培養液を貯留するタンクと、
   前記回収配管よりも下流側に設けられ、前記培養液をろ過するフィルタを有するろ過機構と、を備え、
   前記回収配管には、沈降特性を有する前記微細藻を沈降させる沈降部が形成され、
   前記沈降部に沈降した前記微細藻、及び前記ろ過機構を通過した前記培養液を前記タンクに貯留する、藻類回収装置。
2. 請求項１記載の藻類回収装置において、
   前記回収配管は、下方に凸形状となるＵ字形状の沈降管部を有し、
   前記沈降管部の前記Ｕ字形状の下端に前記沈降部が形成される、藻類回収装置。
3. 請求項１又は２記載の藻類回収装置において、
   前記沈降部及び前記ろ過機構の下方に前記タンクが配置される、藻類回収装置。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の藻類回収装置において、
   前記フィルタは、前記培養液からタンパク質を除去する、藻類回収装置。
5. 培養した微細藻及び培養液を回収する藻類回収方法であって、
   回収配管により、培養槽から前記微細藻及び前記培養液を回収し、
   前記回収配管に形成された沈降部にて沈降特性を有する前記微細藻を沈降させ、
   前記回収配管よりも下流側に設けられたフィルタにより前記培養液をろ過し、
   前記回収配管を介して回収された前記微細藻及び前記培養液をタンクに貯留する、藻類回収方法。