農集と生物田の組み合わせ その② -藻化池-
それでは、藻化池から説明していきます。
藻化池は、農集の処理水で微細藻類を培養する場所になります。
微細藻類の種類は、動物プランクトンの餌になれば何でも良いため、自然発生したもので十分です。
最高効率を狙って、クロレラなどを純粋培養しようとすると、処理水の滅菌や、拡大培養法など、他の微生物の混入を避けるための煩雑な操作が必要となります。
このために必要となる施設や労力、コストは、実現可能性を無くしてしまいます。
実際、微細藻類からオイルを得ようとする試みが為されていますが、コスト面で採算が取れないために断念されるケースが多いようです。
これは、純粋培養法に加え、肥料や用水、藻の分離、脂質の溶媒抽出、オイルの精製などに要するコストが高いためですが、下水処理水を用いたプランクトンプラントでは、この全てが必要ありません。
生産物である動物プランクトンはそのまま放流してしまうので、直接収入が得られる物がないため、徹底的に低コストかつ低労力であることが必要になります。
一番理想的なのは、機械や設備は最小限のものしかなく、ほぼ無動力かつメンテナンスフリーで、放っておいても動くようなものです。
この観点から藻化池がどのようなものになるか、考えてみたいと思います。
上は、下水処理場の放流水を通水している池の写真です。
夏の高温でミドリムシが大量に発生しており、表面が赤く染まっています。こうした池でミドリムシが発生するのは短期間に限られ、通常はイカダモが優占していて、凍結しない限り通年、藻が発生します。
このように、特別な設備が無くても、下水処理水を通水した池では微細藻類が１年間自然に湧いてきます。しかも、イカダモやミドリムシなど、ミジンコのよい餌になるものが優占種になります。
このような素掘りの池でも、年間を通じて微細藻類の培養が可能なのです。種類にこだわらない雑藻の培養は、簡単にできるのです。
しかし、攪拌を加えて水流をおこした方が、培養の効率を飛躍的に高められるため、藻化池では撹拌機などの機械設備が取り付けられることになりそうですね。
実際に、下水浄化センターの処理水を用いて土着藻類（自然発生する雑多な微細藻類）を培養する研究が、土木研究所で為されています。
下水道を核とした資源回収・生産・利用技術に関する研究（H23～H27）
下水処理場における培養微細藻類量の予測ツ－ルの開発：高部祐剛・南山瑞彦、土木技術資料57-12（2015）
ここでは、“レースウェイ型”水槽を用いています。
これは微細藻類の大量培養によく使われるもので、攪拌に要する電力が少ないことが特徴です。
福島県では、微細藻類からの燃料生産を目的として、土着藻類の大規模な培養実験を行っています。
福島県南相馬市における「土着藻類」バイオマス生産：出村幹英、生物工学会誌 第95巻 第4号
ここでもレースウェイ型水槽を使っています。
これらの事例で発生した土着藻類は、一年を通じて安定した培養が可能であり、その種類はイカダモを主体とする緑藻が大部分を占めています。
緑藻は、動物プランクトンの良い餌になりますので、プランクトンプラントの藻化池として十分です。
この池に必要な機械設備は撹拌機だけで、土木工事は素掘りのものにビニールシートを貼ったものでも構いません。
実際、（株）ユーグレナと小橋工業（株）が水田造成のあぜ塗り技術を応用して、1000m2の微細藻類培養プールを作っています。
水深も40cm程度なので、水田を改造することも十分可能でしょう。
このように、比較的簡単に設置することが可能なのですが、農集の運転方法も、藻化に適するようにする必要があります。
まず、硝化抑制運転をして、脱窒で窒素を逃がすことなくアンモニア性窒素として放流する。これと同時にリン濃度を増加させるのが良いと思います。
次に、ビタミンB12についてですが、可能な限り放流水中に多く含ませることが重要と思います。
これは、施設にメタン菌を多く含む嫌気部があるかどうかで大きく違うと予想されます。
B12高含有藻は、動物プランクトンの培養に効果的なので、場合によっては藻化水を直接水路に放流することも考えられます。
一方、藻化池にCO2を添加すると、微細藻類の収量が大幅に増加することが報告されています
ミジンコの成長に及ぼすpCO2の間接効果：戸苅淳・占部城太郎（京都大学生態学研究センター）
この研究によると、イカダモの培養は、高CO2分圧下では、通常大気下で培養したものよりも10倍の量が発生しています。
しかし、餌としては高CO2培養イカダモを餌としたミジンコの成長速度は、通常大気培養イカダモを餌とした場合よりも低下することが示されており、栄養価は低下するようです。
また、上の土木研究所の研究では、CO2添加を行うと藍藻が発生したことが報告されています。
CO2吸収や微細藻類の収量増加のためには有効ですが、動物プランクトン培養に有利に働くかは不明です・・・量は増しても質が低下するため。
CO2添加や保温のためのビニールハウスは、培養の効率を大きく高めますが、設備のためのコストがかかります。
また、処理水を用いたレースウェイ型藻化池では、動物プランクトンが発生して、藻を食べて減らしてしまうことがあります。
この対策としてCO2添加で動物プランクトンを窒息させる方法があります。
これ以外にも、プランクトンネットで動物プランクトンを濾し取る方法があり、
レースウェイ型微細藻類培養槽（HRAP）の大型動物プランクトン除去による汚水処理性能および微細藻類への影響：戸田龍樹、尾内秀美ほか（創価大学大学院工学研究科）、第27回資源循環学会研究発表会 講演原稿2016
これで効果的に除去できることが示されています。
このように、様々な研究がなされていますが、実は、レースウェイ型の藻化池で微細藻類を培養して水田に供給するという考えは既に出されています。
マイクロアグリカルチャーの推進：生田義明（㈱シーアグジャパン）、農業経営者2002年4月号
ここでは、除草と施肥を主な目的とし、休耕田を利用した藻化池から微細藻類を水田に入れることを考えています。
下水処理水による動物プランクトンの生産と放流による生態系活性化というプランクトンプラントの目的とは、少しずれているのですが、
微細藻類により、水田の動物プランクトンや微生物を活性化することも、副次的なねらいとしているため、かなり重なるものがあります。
ここで示された二酸化炭素の吸収量の計算や実験は、大変参考になります。
藻化池は、レースウェイ型以外にも有りまして、例えばクロレラ培養を目的とした研究がなされていました。
クロレラ培養における農業廃棄物の利用：清水浩（岩手大学農学部）、農業機械学会誌第39巻第１号
ここでは水田を改造して機械設備（循環用ポンプ、送風機など）を付けて藻化池としていました。
藻化池をビニールで覆い、二酸化炭素強化空気を入れることでクロレラの生産効率を上げる工夫がなされています。
しかし、このような設備は、藻化池の実現性を考えると、最小に抑えなければなりません。
最も重要なことは、ミジンコ等の動物プランクトンが大喰らいなため、これを大量に生産するためには、藻化池は広大な面積が必要になるということです。
このため、付帯設備も大規模なものになるため、できるだけ設備の数と種類を減らして、簡素なものにしなければなりません。そうでなければコスト増が許容限度をすぐに超えます。
よって、素掘りのレースウェイ型の浅池に、撹拌機を設置するだけのものが一番だと思われます。
（R1/11/24）
以下追加
撹拌に要する電力量を減らすため、水車を利用することが考えられています。
水田には、用水路と排水路が併設されていますから、水量さえ十分に確保できるのなら、水車で撹拌機を駆動するのは良い方法だと思います。
しかし、実用例をあまり見かけないところを見ると、条件的に苦しいのかもしれません。
そこで、上の図では電動撹拌機の補助としてみました。これであっても、電力量の削減には十分役に立つはずです。
プランクトンプラントの藻化池の攪拌は、雑藻をゆるい条件で繁殖させるだけなので、常時高い流速を確保しなくても良く、水車でもいけるのではないでしょうか。
（R2/9/13）