特許ウォッチ

公開番号2024171766
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-12
出願番号2023088965
出願日2023-05-30
発明の名称微細藻類の濃縮方法、膜ろ過装置、制御プログラム及び制御方法
出願人三菱ケミカル株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C12M 1/12 20060101AFI20241205BHJP(生化学;ビール;酒精;ぶどう酒;酢;微生物学;酵素学;突然変異または遺伝子工学)
要約【課題】微細藻類の代謝が変化しても膜閉塞を十分に抑制しつつ、微細藻類を濃縮できる微細藻類の濃縮方法、膜ろ過装置、制御プログラム及び制御方法の提供。
【解決手段】太陽光を用いて培養した微細藻類を含む培養液Sを、分離膜を備えた濃縮手段21により膜ろ過して濃縮する方法であって、太陽光の日照条件に基づき、濃縮手段21の運転条件を制御する微細藻類の濃縮方法。太陽光を用いて培養した微細藻類を含む培養液Sを、分離膜により膜ろ過して濃縮する濃縮手段21と、太陽光の日照条件を記録する記録部221と、濃縮手段21の目標値を設定して記憶する記憶部222と、記録部221で記録された日照条件、及び記憶部222で記憶された目標値に基づき、濃縮手段21の運転条件を演算する演算部223と、演算部223で演算した結果に基づき、濃縮手段21の運転条件を制御する制御部224とを備える、膜ろ過装置20。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
太陽光を用いて培養した微細藻類を含む培養液を、分離膜を備えた濃縮手段により膜ろ過して濃縮する方法であって、
前記太陽光の日照条件に基づき、前記濃縮手段の運転条件を制御する、微細藻類の濃縮方法。
続きを表示（約 2,700 文字）【請求項２】
前記太陽光の日照条件を記録し、
前記濃縮手段の目標値を設定して記憶し、
記録された前記日照条件、及び記憶された前記目標値に基づき、前記濃縮手段の運転条件を演算し、
前記濃縮手段の運転条件の演算結果に基づき、前記濃縮手段の運転条件を制御する、請求項１に記載の微細藻類の濃縮方法。
【請求項３】
前記日照条件が、光合成光量子束密度、又は、日の出時刻及び日の入時刻の少なくとも一方である、請求項１又は２に記載の微細藻類の濃縮方法。
【請求項４】
前記濃縮手段の運転条件が、高速で膜ろ過を行う高速モードにおける平均膜ろ過流束Ｌ
Ｈ
ａ、及び前記高速モードよりも低速で膜ろ過を行う低速モードにおける平均膜ろ過流束Ｌ
Ｌ
ａの少なくとも一方を含み、
下記式（１）より求められる前記平均膜ろ過流束Ｌ
Ｈ
ａと前記平均膜ろ過流束Ｌ
Ｌ
ａとの比率Ｒが１．１～１．５である、請求項２に記載の微細藻類の濃縮方法。
Ｒ＝Ｌ
Ｈ
ａ／Ｌ
Ｌ
ａ・・・（１）
【請求項５】
前記膜ろ過と前記膜ろ過の停止を繰り返しながら前記培養液を濃縮し、
前記濃縮手段の運転条件が、前記膜ろ過の開始から停止終了までを前記膜ろ過の１サイクルとしたときの、前記高速モードでの前記１サイクルにおける前記膜ろ過の停止時間Ｔ
Ｈ
ｏｆｆ、及び前記低速モードでの前記１サイクルにおける前記膜ろ過の停止時間Ｔ
Ｌ
ｏｆｆを含む、請求項４に記載の微細藻類の濃縮方法。
【請求項６】
前記膜ろ過と前記膜ろ過の停止を繰り返しながら前記培養液を濃縮し、
前記目標値は、日計画処理水量Ｖ、前記比率Ｒ、前記膜ろ過の開始から停止終了までを前記膜ろ過の１サイクルとしたときの前記１サイクルにおける膜ろ過時間、及び前記１サイクルにおける前記膜ろ過の停止時間から選ばれる１つ以上の値を用いて設定される、請求項４に記載の微細藻類の濃縮方法。
【請求項７】
前記目標値は、前記微細藻類の種類、培養時の季節、及び生産量から選ばれる１つ以上の要素を用いて設定される、請求項２に記載の微細藻類の濃縮方法。
【請求項８】
記録された前記日照条件により前記高速モードの運転期間Ｔ
Ｈ
及び前記低速モードの運転期間Ｔ
Ｌ
を決定し、
前記日計画処理水量Ｖ、前記比率Ｒ、前記高速モードでの前記１サイクルにおける膜ろ過時間Ｔ
Ｈ
ｏｎ及び前記膜ろ過の停止時間Ｔ
Ｈ
ｏｆｆ、並びに前記低速モードでの前記１サイクルにおける膜ろ過時間Ｔ
Ｌ
ｏｎ及び前記膜ろ過の停止時間Ｔ
Ｌ
ｏｆｆを設定し、
前記式（１）及び下記式（２）～（４）に基づき（ただし、下記式（２）～（４）中のＡは前記分離膜の膜面積である。）、前記平均膜ろ過流束Ｌ
Ｈ
ａ及び前記平均膜ろ過流束Ｌ
Ｌ
ａと、前記高速モードにおける瞬間膜ろ過流束Ｌ
Ｈ
ｉ及び前記低速モードにおける瞬間膜ろ過流束Ｌ
Ｌ
ｉを演算する、請求項６に記載の微細藻類の濃縮方法。
Ｖ＝（Ｌ
Ｈ
ａ×Ｔ
Ｈ
＋Ｌ
Ｌ
ａ×Ｔ
Ｌ
）×Ａ・・・（２）
Ｌ
Ｈ
ｉ＝Ｒ×Ｖ／（Ｒ×Ｔ
Ｈ
＋Ｔ
Ｌ
）／｛Ｔ
Ｈ
ｏｎ／（Ｔ
Ｈ
ｏｎ＋Ｔ
Ｈ
ｏｆｆ）｝／Ａ・・・（３）
Ｌ
Ｌ
ｉ＝Ｖ／（Ｒ×Ｔ
Ｈ
＋Ｔ
Ｌ
）／｛Ｔ
Ｌ
ｏｎ／（Ｔ
Ｌ
ｏｎ＋Ｔ
Ｌ
ｏｆｆ）｝／Ａ・・・（４）
【請求項９】
記録された前記日照条件により前記高速モードの運転期間Ｔ
Ｈ
及び前記低速モードの運転期間Ｔ
Ｌ
を決定し、
前記日計画処理水量Ｖ、前記比率Ｒ、前記高速モードでの前記１サイクルにおける膜ろ過時間Ｔ
Ｈ
ｏｎ、前記低速モードでの前記１サイクルにおける膜ろ過時間Ｔ
Ｌ
ｏｎ、並びに前記高速モードにおける瞬間膜ろ過流束Ｌ
Ｈ
ｉ及び前記低速モードにおける瞬間膜ろ過流束Ｌ
Ｌ
ｉを設定し、
前記式（１）及び下記式（２）、（５）、（６）に基づき（ただし、下記式（２）、（５）、（６）中のＡは前記分離膜の膜面積である。）、前記平均膜ろ過流束Ｌ
Ｈ
ａ及び前記平均膜ろ過流束Ｌ
Ｌ
ａと、前記高速モードでの前記１サイクルにおける前記膜ろ過の停止時間Ｔ
Ｈ
ｏｆｆ及び前記低速モードでの前記１サイクルにおける前記膜ろ過の停止時間Ｔ
Ｌ
ｏｆｆを演算する、請求項６に記載の微細藻類の濃縮方法。
Ｖ＝（Ｌ
Ｈ
ａ×Ｔ
Ｈ
＋Ｌ
Ｌ
ａ×Ｔ
Ｌ
）×Ａ・・・（２）
Ｔ
Ｈ
ｏｆｆ＝Ｌ
Ｈ
ｉ×Ａ×Ｔ
Ｈ
ｏｎ／｛Ｒ×Ｖ／（Ｒ×Ｔ
Ｈ
＋Ｔ
Ｌ
）｝－Ｔ
Ｈ
ｏｎ・・・（５）
Ｔ
Ｌ
ｏｆｆ＝Ｌ
Ｌ
ｉ×Ａ×Ｔ
Ｌ
ｏｎ／｛Ｖ／（Ｒ×Ｔ
Ｈ
＋Ｔ
Ｌ
）｝－Ｔ
Ｌ
ｏｎ・・・（６）
【請求項１０】
前記濃縮手段の運転条件の演算結果に基づき、前記分離膜を透過した透過水を吸引する吸引ポンプ、又は前記分離膜に前記培養液を圧送する加圧ポンプの周波数及び発停の少なくとも一方を制御することで、前記濃縮手段の運転条件を制御する、請求項２に記載の微細藻類の濃縮方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細藻類の濃縮方法、膜ろ過装置、制御プログラム及び制御方法に関する。
続きを表示（約 5,100 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、バイオマス燃料や、食品、化粧品等の材料等として、微生物、特に微細藻類が注目され、大規模プラントでの微細藻類の培養が盛んに行われている。微細藻類を工業利用する際には、通常、培養液から微細藻類を分離、濃縮して回収する必要がある。
微細藻類を濃縮する方法として、例えば分離膜を用いた方法が知られている。
【０００３】
しかし、分離膜を用いて微細藻類を濃縮する場合、運転時間の経過と共に分離膜に微細藻類が付着することにより膜が目詰まりし（膜閉塞）、透水性能が低下するという問題がある。
特に、好気呼吸を行う微細藻類を含む培養液を濃縮すると、低酸素状態となって微細藻類が膜を目詰まりさせる物質（膜閉塞物）を分泌する場合があり、膜閉塞が発生しやすくなる可能性がある。
【０００４】
そこで、分離膜を洗浄する方法が提案されている。
例えば特許文献１には、二酸化炭素を含む気体の散気によって、分離膜を備えた膜ユニットを洗浄する微細藻類の培養装置及び培養方法が開示されている。
また、特許文献２には、洗浄液を分離膜に供給して洗浄する液体洗浄工程と、洗浄ガスを分離膜に供給して洗浄する気体洗浄工程とを繰り返して、分離膜を洗浄する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１４－７６０１６号公報
国際公開第２０１６／１１７０８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
微細藻類の培養は、日照等の外部条件が変化すると、微細藻類の代謝物の発生量や代謝速度も変化する。例えば、日中など、日照時間が長い場合や日射が強い場合、微細藻類は二酸化炭素、窒素、リン、有機物等を吸収して酸素を排出するため、膜閉塞は少ない傾向にある。一方、夜間など、日射が弱い場合や日射がない場合、微細藻類は酸素を吸収して二酸化炭素及び有機物等を排出するため、膜閉塞が発生しやすい傾向にある。
特許文献１、２に記載の方法では、微細藻類の代謝変化による膜閉塞に十分に対応できていない。
【０００７】
本発明は、微細藻類の代謝が変化しても膜閉塞を十分に抑制しつつ、微細藻類を濃縮できる微細藻類の濃縮方法、膜ろ過装置、制御プログラム及び制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、下記の態様を有する。
［１］太陽光を用いて培養した微細藻類を含む培養液を、分離膜を備えた濃縮手段により膜ろ過して濃縮する方法であって、
前記太陽光の日照条件に基づき、前記濃縮手段の運転条件を制御する、微細藻類の濃縮方法。
［２］前記日照条件が、光合成光量子束密度、又は、日の出時刻及び日の入時刻の少なくとも一方である、前記［１］の微細藻類の濃縮方法。
［３］前記太陽光の日照条件を記録し、
前記濃縮手段の目標値を設定して記憶し、
記録された前記日照条件、及び記憶された前記目標値に基づき、前記濃縮手段の運転条件を演算し、
前記濃縮手段の運転条件の演算結果に基づき、前記濃縮手段の運転条件を制御する、前記［１］又は［２］の微細藻類の濃縮方法。
［４］前記目標値は、前記微細藻類の種類、培養時の季節、及び生産量から選ばれる１つ以上の要素を用いて設定される、前記［３］の微細藻類の濃縮方法。
［５］前記濃縮手段の運転条件の演算結果に基づき、前記分離膜を透過した透過水を吸引する吸引ポンプ、又は前記分離膜に前記培養液を圧送する加圧ポンプの周波数及び発停の少なくとも一方を制御することで、前記濃縮手段の運転条件を制御する、前記［３］又は［４］の微細藻類の濃縮方法。
［６］前記濃縮手段の運転条件が、高速で膜ろ過を行う高速モードにおける平均膜ろ過流束Ｌ
Ｈ
ａ、及び前記高速モードよりも低速で膜ろ過を行う低速モードにおける平均膜ろ過流束Ｌ
Ｌ
ａの少なくとも一方を含み、
下記式（１）より求められる前記平均膜ろ過流束Ｌ
Ｈ
ａと前記平均膜ろ過流束Ｌ
Ｌ
ａとの比率Ｒが１．１～１．５である、前記［３］～［５］のいずれかの微細藻類の濃縮方法。
Ｒ＝Ｌ
Ｈ
ａ／Ｌ
Ｌ
ａ・・・（１）
［７］前記膜ろ過と前記膜ろ過の停止を繰り返しながら前記培養液を濃縮し、
前記濃縮手段の運転条件が、前記膜ろ過の開始から停止終了までを前記膜ろ過の１サイクルとしたときの、前記高速モードでの前記１サイクルにおける前記膜ろ過の停止時間Ｔ
Ｈ
ｏｆｆ、及び前記低速モードでの前記１サイクルにおける前記膜ろ過の停止時間Ｔ
Ｌ
ｏｆｆを含む、前記［６］の微細藻類の濃縮方法。
［８］前記膜ろ過と前記膜ろ過の停止を繰り返しながら前記培養液を濃縮し、
前記目標値は、日計画処理水量Ｖ、前記比率Ｒ、前記膜ろ過の開始から停止終了までを前記膜ろ過の１サイクルとしたときの前記１サイクルにおける膜ろ過時間、及び前記１サイクルにおける前記膜ろ過の停止時間から選ばれる１つ以上の値を用いて設定される、前記［６］又は［７］の微細藻類の濃縮方法。
［９］記録された前記日照条件により前記高速モードの運転期間Ｔ
Ｈ
及び前記低速モードの運転期間Ｔ
Ｌ
を決定し、
前記日計画処理水量Ｖ、前記比率Ｒ、前記高速モードでの前記１サイクルにおける膜ろ過時間Ｔ
Ｈ
ｏｎ及び前記膜ろ過の停止時間Ｔ
Ｈ
ｏｆｆ、並びに前記低速モードでの前記１サイクルにおける膜ろ過時間Ｔ
Ｌ
ｏｎ及び前記膜ろ過の停止時間Ｔ
Ｌ
ｏｆｆを設定し、
前記式（１）及び下記式（２）～（４）に基づき（ただし、下記式（２）～（４）中のＡは前記分離膜の膜面積である。）、前記平均膜ろ過流束Ｌ
Ｈ
ａ及び前記平均膜ろ過流束Ｌ
Ｌ
ａと、前記高速モードにおける瞬間膜ろ過流束Ｌ
Ｈ
ｉ及び前記低速モードにおける瞬間膜ろ過流束Ｌ
Ｌ
ｉを演算する、前記［８］の微細藻類の濃縮方法。
Ｖ＝（Ｌ
Ｈ
ａ×Ｔ
Ｈ
＋Ｌ
Ｌ
ａ×Ｔ
Ｌ
）×Ａ・・・（２）
Ｌ
Ｈ
ｉ＝Ｒ×Ｖ／（Ｒ×Ｔ
Ｈ
＋Ｔ
Ｌ
）／｛Ｔ
Ｈ
ｏｎ／（Ｔ
Ｈ
ｏｎ＋Ｔ
Ｈ
ｏｆｆ）｝／Ａ・・・（３）
【０００９】
［１２］太陽光を用いて培養した微細藻類を含む培養液を、分離膜により膜ろ過して濃縮する濃縮手段と、
前記太陽光の日照条件を記録する記録部と、
前記濃縮手段の目標値を設定して記憶する記憶部と、
前記記録部で記録された前記日照条件、及び前記記憶部で記憶された前記目標値に基づき、前記濃縮手段の運転条件を演算する演算部と、
前記演算部で演算した結果に基づき、前記濃縮手段の運転条件を制御する制御部と、
を備える、膜ろ過装置。
［１３］前記日照条件が、光合成光量子束密度、又は、日の出時刻及び日の入時刻の少なくとも一方である、前記［１２］の膜ろ過装置。
［１４］前記濃縮手段の運転条件が、高速で膜ろ過を行う高速モードにおける平均膜ろ過流束Ｌ
Ｈ
ａ、及び前記高速モードよりも低速で膜ろ過を行う低速モードにおける平均膜ろ過流束Ｌ
Ｌ
ａの少なくとも一方を含み、
下記式（１）より求められる前記平均膜ろ過流束Ｌ
Ｈ
ａと前記平均膜ろ過流束Ｌ
Ｌ
ａとの比率Ｒが１．１～１．５である、前記［１２］又は［１３］の膜ろ過装置。
Ｒ＝Ｌ
Ｈ
ａ／Ｌ
Ｌ
ａ・・・（１）
［１５］前記膜ろ過と前記膜ろ過の停止を繰り返しながら前記培養液を濃縮し、
前記濃縮手段の運転条件が、前記膜ろ過の開始から停止終了までを前記膜ろ過の１サイクルとしたときの、前記高速モードでの前記１サイクルにおける前記膜ろ過の停止時間Ｔ
Ｈ
ｏｆｆ、及び前記低速モードでの前記１サイクルにおける前記膜ろ過の停止時間Ｔ
Ｌ
ｏｆｆを含む、前記［１４］の膜ろ過装置。
［１６］前記膜ろ過と前記膜ろ過の停止を繰り返しながら前記培養液を濃縮し、
前記目標値は、日計画処理水量Ｖ、前記比率Ｒ、前記膜ろ過の開始から停止終了までを前記膜ろ過の１サイクルとしたときの前記１サイクルにおける膜ろ過時間、及び前記１サイクルにおける前記膜ろ過の停止時間から選ばれる１つ以上の値を用いて設定される、前記［１４］又は［１５］の膜ろ過装置。
［１７］前記記録部で記録された前記日照条件により前記高速モードの運転期間Ｔ
Ｈ
及び前記低速モードの運転期間Ｔ
Ｌ
を決定し、
前記記憶部は、前記日計画処理水量Ｖ、前記比率Ｒ、前記高速モードでの前記１サイクルにおける膜ろ過時間Ｔ
Ｈ
ｏｎ及び前記膜ろ過の停止時間Ｔ
Ｈ
ｏｆｆ、並びに前記低速モードでの前記１サイクルにおける膜ろ過時間Ｔ
Ｌ
ｏｎ及び前記膜ろ過の停止時間Ｔ
Ｌ
ｏｆｆを設定し、
前記演算部は、前記式（１）及び下記式（２）～（４）に基づき（ただし、下記式（２）～（４）中のＡは前記分離膜の膜面積である。）、前記平均膜ろ過流束Ｌ
Ｈ
ａ及び前記平均膜ろ過流束Ｌ
Ｌ
ａと、前記高速モードにおける瞬間膜ろ過流束Ｌ
Ｈ
ｉ及び前記低速モードにおける瞬間膜ろ過流束Ｌ
Ｌ
ｉを演算する、前記［１６］の膜ろ過装置。
Ｖ＝（Ｌ
Ｈ
ａ×Ｔ
Ｈ
＋Ｌ
Ｌ
ａ×Ｔ
Ｌ
）×Ａ・・・（２）
Ｌ
Ｈ
ｉ＝Ｒ×Ｖ／（Ｒ×Ｔ
Ｈ
＋Ｔ
Ｌ
）／｛Ｔ
Ｈ
ｏｎ／（Ｔ
Ｈ
ｏｎ＋Ｔ
Ｈ
ｏｆｆ）｝／Ａ・・・（３）
Ｌ
Ｌ
ｉ＝Ｖ／（Ｒ×Ｔ
Ｈ
＋Ｔ
Ｌ
【００１０】
［２２］太陽光を用いて培養した微細藻類を含む培養液を、分離膜により膜ろ過して濃縮する濃縮手段を備えた膜ろ過装置を制御するためのプログラムであって、
前記膜ろ過装置のコンピュータに、
前記太陽光の日照条件を記録する記録処理と、
前記濃縮手段の目標値を設定して記憶する記憶処理と、
記録された前記日照条件、及び記憶された前記目標値に基づき、前記濃縮手段の運転条件を演算する演算処理と、
前記濃縮手段の運転条件の演算結果に基づき、前記濃縮手段の運転条件を制御する制御処理と、
を実行させる、制御プログラム。
［２３］太陽光を用いて培養した微細藻類を含む培養液を、分離膜により膜ろ過して濃縮する濃縮手段を備えた膜ろ過装置を制御するための制御方法であって、
前記太陽光の日照条件を記録する記録工程と、
前記濃縮手段の目標値を設定して記憶する記憶工程と、
記録された前記日照条件、及び記憶された前記目標値に基づき、前記濃縮手段の運転条件を演算する演算工程と、
前記濃縮手段の運転条件の演算結果に基づき、前記濃縮手段の運転条件を制御する制御工程と、
を有する、制御方法。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許