JPS6019989B2 - 自力栄養生物の最適栄養補給方法とその実施装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、栄養素の必要量が成長従って光入射量、温
度および生体密度に関係して変動する自力栄養生物に対
する栄養素としての二酸化炭素の技通補給方法とその実
施装置を対象とする。

光自力栄養生物を飼育する際には主栄養素として二酸化
炭素を与えなければならない。二酸化炭素は水と接触し
て炭酸を作り、Ｈ＋イオンとＨＣ０３イオンとに電離す
る。例えば藻類に対する栄養液のような弱酸性からアル
カリ性の間の水系にＣ０２が加えられるとｐＨ値が低下
する。逆にＣ０２をＱＣ０３またはＨＣ０３の形で除去
するとｐＨ値が上昇する。生物が一定の時刻に必要とす
るＣ０２の量はいくつかの要因（主として光量、温度、
生体密度）に関係し、情況特に開放された土地条件の下
では著しく変動する。異なる条件の下での成長に対して
常に好適でかつ経済的にＣ０２量を供給することは試み
られているが、従来の栄養給与装置では成功しなかった
。

これらの公知装置（これについてはドイツ植物協会−Ｄ
ｅｕねｃｈｅＢｏねｎｉｓｃｈｅＧｅｓｅｌｌｓＣｈａ
ｆｔ−の総合報告第８９蓋、第１１号（１９７０）５８
９−６０６頁に記載されている）は微小生物例えば藻類
の成長に必要なＣ０２が拡散箱を用いて間欠的にまたは
バイパスガス交換器を通して連続的に一様に供給される
。第一の装置ではＣ０２の利用度が高いがＣ０２を満た
すための労働量が大きく、上方に向って閉鎖された箱の
清掃が困難であり、流れに対する抵抗が大きく、不充分
なＣ０２供給量のため面積当りの収穫量と成長速度が比
較的低いという欠点がある。他方連続的で一様なＣ０２
給与法はその時の状態と時刻によって大きく変動する光
条件に追従して最適状態に保持することが不可能であり
、長い時間に亘つてＣ０２の欠乏または過剰供給が起る
という欠点がある。この発明の目的は、開放溝で培養さ
れる微生物特に藻類に対して最小限の監視の下に太陽光
照射によって行われる光合成に直接関係してその都度必
要とするＣ０２量を完全に自動的に供給するようにする
ことである。その際Ｃ０２消費効率（導入Ｃ０２量と藻
類によって吸収されたＣ０２量の比）をできるだけ大き
くし、光照射量もできるだけ大きくし、構内の通流抵抗
は比較的４・さくし、ガス代謝の調整を可能にするもの
でなければならない。この目的を達成するためこの発明
は、培養溝へのＣ０２供給量を溝内で連続的に測定した
掛値に応じて制御することを提案する。この発明の方法
を実施する装置は、藻を含むサスベンジョンが一方向に
動くことができる溝と、間隔を遣し、て設けられたＣ０
２ガスの流込み装置と、少くとも一つの藻のサスベンジ
ョン中に置かれた餌測定装置と、この装置から与えられ
た測定値に対応してＣ０２供Ｖ給量を制御する制御装置
の駆動回路とから構成される。

更にこの発明の実施装置には、供給されたＣ０２ガスの
利用率を良くするため流込み装置の上方からその後方に
かけて藻のサスベンジョンの流れ方向に平行に透光性で
はあるがガスに対しては非透過性の堰層が設けられる。

この堰層としては箔または合成樹脂かガラスの板が有利
であって、保持体によって構内のサスベンジョンの表面
より下に保持される。そのサスベンジョン表面に対する
取りつけ高さは調整可能とする。更にこの発明による装
置には、藻のサスベンジョンを動かすため水車が設けら
れ、制御装置としてはｐＨ測定装置の回路中のＩＪレー
によって制御される電磁弁が使用される。

この発明の装置により対象とする生物の同化作用による
Ｃ０２吸収量に正確に対応するＣ０２供給が可能となる
。

その際大気中へのＣ０２の損失は自動的に考慮される。
純粋の１００％二酸化炭素の導入はｐＨ値制御系を通し
て制御される。開放培養溝に設けられたＣ０２ガス流込
み装置に対して表面に浮んでいるか場合によって液面下
に沈められた浮動箔または合成樹脂かガラスの板を流込
み装置の後に設け、送りこまれたＣ０２ガスが直ちに液
面に上昇してそのまま大気中に逃げ出すことを防止して
Ｃ０２ガスが長い間液と接触するようにする。これによ
ってある種の藻の培養液のように養分の吸収による掛値
の変動が大きくない生理学的中性媒体中のｐＨ値をＣ０
２供総合の制御に通した値とすることができる。次に図
面に示した実施例によってこの発明を更に詳細に説明す
る。

第１図に廃水処理技術でよく知られている酸化溝形の開
放簿１の断面を示す。

２は溝底、３は溝縁である。

溝内では藻を含むサスベンジョン４が水車５の作用で矢
印の方向に流れている。Ｃ０２ガスは流込み管６を適し
て供Ｖ給されるが、その代りに表面拡散機やガス交換機
を設けてもよい。流込み管はＣＱガスを一様に分布させ
るため適当な間隔で規則的に配置する。サスベンジョン
４中に置かれが離郷定ガラス電極７は第３図に示すよう
に限界接点を持つｐＨ調整増幅器１８に接続される。流
込み管６から流れ出したＣ０２ガスを充分に利用するた
め、ガスの流れ出し口８に続けてその上方に箔または合
成樹脂かガラス板を堰層として設け、ガス泡１０がこの
堰層の下に沿って運ばれた後サスベンジョン４の表面１
１から大気中に逃れるようにする。ガス泡１０をこのよ
うに動かすためにはサスベンジ′ガン４が常に一つの方
向に流れていることが必要である。堰層として光に対し
て透過性でガスに対しては非透過性の箔を使用する場合
には一方の側だけに保持体１２を設ければよい。

この保持体は箔９の液面１１に対する高さが調節できる
ものとする。箔９はサスベンジョンによって水平に保持
されるからその長さは１仇 ｎまたはそれ以上にするこ
とができる。ガス流込み装置６，８は導管１３と電磁弁
１４を介してガス供給系（図に示されていない）に結合
される。第２図に培養溝１の横断面を示す。

箔９の保持体は水平片１５で結合された二つの垂直片１
２から成る。合成樹脂板またはガラス板を堰層９として
使用する場合には他方の端部にも別の保持体が必要であ
る。供給されたＣ０２ガスを有効に利用するため二つづ
つの流込み管８をサスベンジョン中に一様に分布して配
置する。堰層９の幅は０．５乃至４ｍとする。第３図に
開放溝１内のｐＨ値を制御するための制御回路を概念的
に示す。

ガス流込み装置６，８は導管１３、流量計１６、電磁弁
１４を介して図示しないＣ○２貯槽に結合され、ｐＨ測
定電極７は導線１７によってｐＨ調整装置１８に接続さ
れる。このｐＨ調整装置は限界接点を持つ調整増幅器で
あって、溝１のサスベンジョン４のｐＨ値が藻の同化作
用によって予め調整された上限値に達するとＩＪレー１
９によって電磁弁１４を駆動してＣ０２ガスの流込み略
を開く。Ｃ０２ガスがサスベンジョン４中に流れ込んで
掛値が例えば約０．１ｐＨだけ低下すると、リレー１９
が働いて電磁弁１４が閉じられる。この経過は藻の同化
作用が続く限り繰り返される。その周期は光照射に基づ
く藻のＣＱ消費に対応して自動的に調節される。第４図
に藻類の成長と掛値との関係を示す。

成長値は開放地条件の下に′行った実験の最大成長値に
対する百分率で示した。直線２０乃至２４はセネデスム
ス（Ｓｅｎｅｄｅｓｍｕｓ）藻に対するもので直線２５
はケラストラム（Ｃｏｅｌａｓｔｍｍ）藻に対する実験
結果を示している。第５図に開放地条件においてのＣ０
２供給量（１時間当りの二酸化炭素ガス量そ）とｐＨ値
の関係を示す。

この実験はセネデスムス藻に対して１９７必王の夏に行
われたもので、実験池の大きさは８１あと７６〆、サス
ベンジョン容積は１２めであった。示された測定値はほ
ぼ対応する成育と光の条件の下に行われた実験の平均値
である。第６図は炭素の利用率（％）とｐＨ値の関係を
示す。

この炭素利用率Ｃは藻の乾燥物中に含まれる二酸化炭素
の量によって定めたものである。その他の条件は第５図
の場合と同様である。第７図は１９７９王９月４日の朝
６時から夕６時までの地表面光照射量の測定曲線を示す
。

光照射量の単位は毎分１の当りｃａそである。この同じ
日において薮サスベンジョン中の酸素濃度変化を第８図
の曲線２６で示す。濃度は１そ当りの酸素量の９で表わ
した。曲線２７はサスベンジョン中の制御されたｐＨ値
を示すもので、ｐＨ値は中心として土０．１ｐＨの範囲
内にある。第９図に１９７仏王８月２２日の地表面光照
射量を曲線２８によって示す。

この照射量において二つのサスベンジョン中のｐＨ値を
制御した。曲線２９はｐＨ値６．５に対するもので、曲
線３０‘ま−値８．５に対するものである。地表面光照
射量が大きく変化するのに対してｐＨ値は有効に制御さ
れていることが明らかに示されている。第１０図にも６
．５および８．５にｐＨ値を制御した結果を曲線３１と
３２で示す。

この場合も二種類の藻のサスベンジョンが使用された。
この場合の地表面光照射量は曲線３３で示されている。
この実験は１９７４手９月１１日に行われたものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はこの発明の方法を実施する装贋の培養
溝の縦断面と横断面を示し、第３図は制御装魔のブロッ
ク図である。 第４図乃至第６図はそれぞれｐＨ値に対する成長率、Ｃ
０２吸収量および炭素利用率の実験値を示し、第７図乃
至第１０図は種々の日照条件の下においての町値制御実
験結果を示す。第１図、第２図において１は培養溝、４
は藻のサスベンジョン、６と８はＣ０２ガス流込み装置
、９はＣＱガス泡堰層である。Ｆｉｇ．ｌ Ｆｉｇ．２ Ｆｉｇ．３ Ｆｉｇ．ム Ｆｉｇ．５ Ｆｉｇ．６ Ｆｉｇ．７ Ｆｉｇ．８ Ｆｉｇ．９ Ｆｉｇ．１０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 栄養素の必要量が成長、従つて入射光線量、温度お
   よび生体密度に関係して変動する自力栄養生物に対する
   栄養素としての二酸化炭素の最適補給方法において、生
   物を入れた培養溝１へのＣＯ＿２の供給を構内で連続的
   に測定したｐＨ値によつて制御することを特徴とする自
   力栄養生物の最適栄養補給方法。 ２ 藻のサスペンジヨン４を一定の方向に流すことがで
   きる溝１，２，３と、間隔をおいて設けられたＣＯ＿２
   ガスの流込み装置６，８と、少くとも一つのサスペンジ
   ヨン中の浸されたｐＨ測定装置７と、この装置から与え
   られた測定値に応じてＣＯ＿２の供給を制御する装置１
   ４の駆動回路１７，１８，１９が設けられていることを
   特徴とする自力栄養生物の最適栄養補給装置。 ３ 排出ＣＯ＿２ガスを有効に利用するため流込み装置
   ６，８の上方からその後方にかけて光透過性でガス不透
   過性の堰層９が藻のサスペンジヨン４の流れ方向に平行
   に設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の装置。 ４ 藻のサスペンジヨン４が水車５によつて動かされる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項記載
   の装置。 ５ 制御装置１４がｐＨ測定装置７の回路１８中のリレ
   ー１９によつて制御される電磁弁であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項乃至第４項のいずれかに記載の
   装置。 ６ 堰層９が箔または合成樹脂かガラスの板であつて、
   溝１の藻のサスペンジヨン４の表面１１の下に保持体１
   ２，１５によつて保持されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第３項乃至第５項のいずれかに記載の装置。 ７ 箔または板９の溝内のサスペンジヨンの表面１１に
   対する高さが調整可能であることを特徴とする特許請求
   の範囲第３項又は第６項記載の装置。