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世界でのこの技術分類の技術分布

技術 バイオリアクター素子の製造方法

出願人 発明者
出願日 2009年6月15日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2009-142223
公開日 2010年12月24日 (3年4ヶ月経過) 公開番号 2010-284617
登録日 2012年7月13日 (1年9ヶ月経過) 登録番号 5039093
特許期限 2029年6月15日 (残15年1ヶ月)
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以下の情報は公開日時点(2010年12月24日)のものです。

課題

中空糸を用いて脱窒反応及び硝化反応を行うことにより効率的な水処理が実施できるバイオリアクター素子を提供する。

解決手段

バイオリアクター素子は、脱窒菌及び硝化菌含有する汚泥物質炭素源および無機塩類溶解させて懸濁液とし、該バイオリアクター素子に該懸濁液を循環させるか、又は該懸濁液に該バイオリアクター素子を浸漬させて形成する。このように形成されたバイオリアクター素子は、中空糸の表面に硝化菌及び脱窒菌を効果的に短時間固定化することができ、BOD物質の酸化除去硝化及び脱窒における高い能力を有し、一般下水道水から工場廃液までの幅広スケールに対して水処理が適用可能となる。

この項目の情報は公開日時点(2010年12月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

背景

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微生物酵素固定化して物質合成分解化学変換などを行うバイオリアクター(bioreactor)については、近年、数多くの研究がなされている。このうちBOD物質(BOD原因物質)の酸化除去硝化アンモニア性窒素酸化)、及び脱窒硝酸イオン(もしくは亜硝酸イオン)の還元除去)が可能なバイオリアクターは、水処理技術に広く適用されており、その主な方式としては、標準活性汚泥法流動層型リアクターバイオフィルムリアクターなどがある。

標準活性汚泥法は、活性汚泥(汚泥)に含まれる微生物により汚水浄化(有機物を分解)する方法であり、多種の好気性微生物曝気により活性化させ、汚水中の有機物を二酸化炭素と水とに分解させる工程を繰り返すことにより、廃水を浄化する。また、流動層型リアクターは、天然高分子又は合成高分子固定化担体として用い、これらのゲル中微生物菌体や酵素を物理的包括固定化してビーズ状とし、流通式反応器充填連続的生化学反応を行わせる方法であり、その種類としては、例えば、ポリプロピレン不織布、PVA(ポリビニルアルコールゲルビーズ、PAAM(ポリアクリルアミド)ゲルビーズ、アルギン酸ゲルビーズ、光硬化樹脂ビーズがある。

バイオフィルムリアクターは、回転円盤を用いた流動層により高分子担体表面薄膜を形成する方法であり、その種類としては、例えば、RBC(Rotating Biological Contactor;回転生物接触装置)、MBBR(Moving Bed Biofilm Reactor;移動層生物膜反応器)、SABF(Submerged Aerated Biological Filter)がある。

現状では、これらの3つの方式は、水処理能率が低いために大規模設備とともに高いコストが必要とされている。具体的には、標準活性汚泥法は、脱窒速度及びBOD酸化除去速度遅いことから設備の大規模化が必要であり、高いコストが必要となる。また、流動層型リアクターは、高分子ゲル機械的強度が小さいことから安定的な運転が困難であり、また、ゲル菌体への酸素供給のための曝気電力消費が大きく、また、窒素除去に有効なバクテリアがゲル表面に局在しているために触媒効率が低い。また、バイオフィルムリアクターは、菌体薄膜剥離により活性が低くなり、また、菌体への酸素供給効率が低いためにBOD酸化及び硝化速度が小さい。

上記の従来技術の他に、中空糸膜を、硝化菌を含む汚泥担体として用い、中空糸膜内部に酸素又は酸素と炭酸ガス或はこれを含む気体を導入することにより、中空糸膜の壁膜を通して中空糸状膜外面に形成された汚泥層に酸素又は酸素と炭素源を供給する技術がある(例えば、特許文献1参照)。

概要

中空糸を用いて脱窒反応及び硝化反応を行うことにより効率的な水処理が実施できるバイオリアクター素子を提供する。 バイオリアクター素子は、脱窒菌及び硝化菌を含有する汚泥物質に炭素源および無機塩類溶解させて懸濁液とし、該バイオリアクター素子に該懸濁液を循環させるか、又は該懸濁液に該バイオリアクター素子を浸漬させて形成する。このように形成されたバイオリアクター素子は、中空糸の表面に硝化菌及び脱窒菌を効果的に短時間に固定化することができ、BOD物質の酸化除去、硝化及び脱窒における高い能力を有し、一般下水道水から工場廃液までの幅広スケールに対して水処理が適用可能となる。

目的

本発明は前記課題を解消するためになされたもので、中空糸の表面に硝化菌及び脱窒菌を効果的に短時間に固定化することができ、BOD物質(BOD原因物質)の酸化除去、硝化(アンモニア性窒素の酸化)、及び脱窒(硝酸イオン(もしくは亜硝酸イオン)の還元除去)における高い能力を有し、一般下水道水から工場廃液までの幅広い分野における水処理等に適用可能なバイオリアクターの提供を目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項

以下の情報は公開日時点(2010年12月24日)のものです。

請求項1

請求項2

請求項1のバイオリアクター素子の製造方法であって、脱窒菌及び硝化菌を含有する汚泥物質炭素源溶解させて懸濁液とし、該バイオリアクター素子に該懸濁液を循環させるか、又は該懸濁液に該バイオリアクター素子を浸漬させる工程を含むバイオリアクター素子製造方法

請求項3

請求項2に記載のバイオリアクター素子製造方法において、懸濁液が、アルコール類、糖類及び有機酸塩のうち少なくとも1つからなる有機物と、無機塩とを含み、該懸濁液のイオン強度が、0.001より大きいバイオリアクター素子製造方法。

請求項4

請求項3に記載のバイオリアクター素子製造方法において、懸濁液が、アルコール類、糖類及び有機酸塩のうち少なくとも1つからなる有機物と、無機塩とを含み、該懸濁液のイオン強度が、0.2から0.3の範囲に含まれるバイオリアクター素子製造方法。

請求項5

請求項2に記載のバイオリアクター素子製造方法において、懸濁液が、無機塩として塩化ナトリウムを含有し、有機物としてブドウ糖及び/又はペプトンを含有するバイオリアクター素子製造方法。

請求項6

請求項1に記載のバイオリアクター素子の使用方法であって、バイオリアクター素子を束ね硝化反応用の硝化リアクターとして使用するバイオリアクター素子使用方法。

請求項7

請求項1に記載のバイオリアクター素子の使用方法であって、バイオリアクター素子を束ねて脱窒反応用の脱窒リアクターとして使用するバイオリアクター素子使用方法。

請求項8

請求項7に記載のバイオリアクター素子使用方法において、中空糸の内部及び外部に窒素を通して中空糸表面嫌気状態とし、pH値をpH5〜10の範囲に調整し、硝酸性窒素又は亜硝酸性窒素リン及びカリウムを含む原水水素供与体として有機炭素源連続的にあるいは回分添加し、徐々に脱窒リアクター槽内通液するバイオリアクター素子使用方法。

請求項9

請求項8に記載のバイオリアクター素子使用方法において、有機炭素源が、窒素に対して0.71より大きいTOC比を示すバイオリアクター素子使用方法。

請求項10

請求項9に記載のバイオリアクター素子使用方法において、有機炭素源が、窒素に対して0.71から1.5の範囲のTOC比を示すバイオリアクター素子使用方法。

請求項11

請求項8〜請求項10のいずれかに記載のバイオリアクター素子使用方法において、pH値をpH6〜9の範囲に調整するバイオリアクター素子使用方法。

請求項12

請求項6に記載のバイオリアクター素子使用方法において、中空糸の内部及び外部に空気を通して中空糸表面を好気状態とし、pH値をpH5〜11の範囲に調整し、リン、カリウム、及びアンモニア性窒素を含む原水を硝化リアクターに通液するバイオリアクター素子使用方法。

請求項13

請求項12に記載のバイオリアクター素子使用方法において、pH値をpH6〜10の範囲に調整するバイオリアクター素子使用方法。

請求項14

請求項1に記載のバイオリアクター素子の使用方法であって、バイオリアクター素子を束ねた硝化反応用の硝化リアクターと、バイオリアクター素子を束ねた脱窒反応用の硝化リアクターとを組み合せて使用するバイオリアクター素子使用方法。

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