JP2000507096A - 廃棄物の生物学的浄化のための装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 廃棄物の生物分解のために指数増殖にある微生物培養物を含有しかつ微生物の供給を環境に送達するための装置および方法。当該装置はバイオリアクター（１２）および制御器（２０）を有する。当該バイオリアクターは、微生物の供給を含有するための第一チャンバー（１４）、水および無機栄養素を含有するための第二チャンバー（１６）ならびに有機栄養素を含有するための第三チャンバー（５０）を有する。当該制御器はタイマーおよび制御ポンプ（７２、８２）に対する調節器を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 廃棄物の生物学的浄化のための装置および方法 発明の背景 本発明は、廃棄物の生物学的浄化のための装置および方法に関する。 より具体的には、本発明は、廃棄物を生物分解する生存生物体を導入することに よる、油脂、および廃水流、地下水、土壌などに含有される他の汚染物質のよう な廃棄物の処理のための装置および方法に向けられる。 廃棄物は、通常の条件下で、環境において固有の微生物により徐々に分解もし くは生物分解される。しかしながら、生物分解反応は、しばしば、温度、ｐＨ、 塩度、水および空気の供給量などの変化のような環境の変動により妨げられる。 微生物は、脂肪および油脂から成る廃棄物を脂肪酸およびグリセロールに分解す る。酸素の存在下で、脂肪酸はさらに代謝され、最終生成物は二酸化炭素である 。グリセロールもまた効率的なエネルギー源として代謝される。 廃水システムを参照すれば、とりわけ外食産業におけるものは、典型的には、 廃水の通過する流れから油脂および他の汚染物質を捕捉し、そしてこうした汚染 物質をトラップからの最終的除去のために貯蔵する防油弁を組み込む。典型的に は、当該防油弁は定期的に点検され、そして汚染物質が最終的廃棄として除去さ れる。油脂および他の汚染物質は、しばしば、こうしたトラップ中で非常に迅速 に蓄積する。それらが時宜を得た様式で除去されない場合、効率的に操作するト ラップの能力は、もしくはあったとしても、ひどい影響を受ける。トラップがも はや機能的でない場合、汚染物質はトラップを迂回するであろうし、そして、こ れらの汚染物質を含まないことが意図される領域に流入するであろう。 とりわけ、汚染物質は、廃水システムを詰まらせるか、もしくは地域の条例もし くは州法に違反して市の下水システムに流入するかのいずれかである。大部分の 防油弁は、とりわけ給食施設が大容量で操作する場合は、比較的大きな区画室を 必要とする。 トラップ中の油脂の生物分解を増大させることによりその後の防油弁の洗浄の 間に必要とされる期間を増大させる多様なアプローチが開発されている。防油弁 中の油脂の生物分解を高める一アプローチは、化学物質もしくは栄養素をトラッ プに導入して、トラップ中で油脂を生物分解する天然に存在する細菌もしくは微 生物を助けることである。例えば、カニンガム(Cunningham)に発行された米国特 許第5,340,376号は、栄養素を生物救済(bioremediation)の環境に低濃度で添加 して微生物の増殖および活動性を高めそして環境の汚染物質の除去における生物 救済の有効性を促進する、制御放出(controlled-release)栄養素源を開示する。 当該栄養素は被覆された固形粒子の形態であり、それぞれが放出速度制御コーテ ィング中に被包化された水溶性の微生物栄養素の核を有する。制御放出栄養素源 の導入により天然に存在する細菌もしくは微生物の増殖を高めることの有効性は 、温度、ｐＨ、塩度、水および空気の供給量などの変化のような環境の変動によ りなお制限される。 防油弁中の油脂の生物分解を高める別のアプローチは、固有の微生物が結合か つ成長し得、そしてかように効果的に防油弁中に存続し得る構造を導入すること である。例えば、双方ともフランシス(Francis)に発行された米国特許第4,925,5 64号および米国特許第4,670,149号は、防油弁中の固体の細菌増殖表面積を増す 形もしくは大きさの球状充填物のような高表面積要素で充填された有孔性壁構造 をもつ閉鎖容器(enclosure) を有する細菌インキュベーター装置を開示する。当該インキュベーターは浮遊す る油脂および水の界面に配置される。支持構造の導入により天然に存在する細菌 もしくは微生物の増殖を高めることの有効性は、温度、ｐＨ、塩度、水および空 気の供給量などの変化のような環境の変動によりなお制限される。 防油弁中の油脂の生物分解を高めるなお別のアプローチは、防油弁中に付加的 な微生物を導入することである。例えば、ヘッペンシュタール(Heppenstall)に 発行された米国特許第5,271,829号は廃水の処理システムを開示し、これは、そ れが防油弁を通って流れる際に廃水から分離される油脂を分解する目的上、防油 弁中に処理素材すなわち細菌の溶液を導入するための分配器を包含する。当該分 配器は、油脂分解素材の量を保持するための区画およびその区画の下端の分配開 口部を有するハウジングを包含する。制限器(restricter)が、分解素材が定常の 制限的速度で分配開口部から防油弁のチャンバー中の処理されるべき油脂まで通 過することを可能にするために分配開口部に配置される。当該油脂分解素材は、 本来、４相の増殖周期（すなわち、誘導、指数、静止および死亡、下の細菌増殖 の部にさらに詳細に記述される）を経ることができ、この周期は、延長されても しくは連続的に油脂の生物分解を高めるその有効性を制限する。 防油弁中へ付加的な微生物を導入する別の例は、パパス(Pappas)らに発行され た米国特許第5,225,083号である。パパス(Pappas)らは、防油弁への最終的導入 のための１個もしくはそれ以上のドレン管路に、固有の細菌性微生物を添加する こと、および油脂を分解することを包含する、単純な方法を開示する。再度、当 該細菌性微生物は、導入される場合は、 それらの増殖周期に沿ったそれらがあるところに依存して、当該微生物による油 脂の生物分解の有効性を変えることができる。 防油弁中の油脂の生物分解を高める別のアプローチは、防油弁に酵素を導入し て油脂を可溶化することである。例えば、ウェバー(Weber)に発行された米国特 許第4,940,539号は、油脂を含有する廃水を受領する入口および出口を有するハ ウジングを含んで成る防油弁を開示する。ハウジング内の廃水は、廃水中に浸さ れる電気的加熱要素により加熱され、また、この加熱要素は、水の所望温度を与 えられた範囲内に維持するサーモスタットにより制御される。酵素および細菌の 胞子の混合物を含有する水性組成物が廃水と接触するハウジングに導入される。 当該酵素が油脂を可溶化する一方、細菌の胞子が油脂を生物分解する。しかしな がら、細菌の胞子は、油脂を生物分解し始める指数増殖期に入る前のそれらの誘 導期増殖の間の時間を必要とする。 別の例、すなわちウォング(Wong)らに発行された米国特許第4,882,059号は、 廃水中の粒状物質を可溶化する方法を開示し、これは、細菌に増大された量の酵 素を産生し始めさせるように予め決められた濃度より下に食品源の濃度が低下す るまで、食品源を含有する活性化物質溶液中で酸素の存在下に好気性細菌を培養 すること、そしてその後、活性化された細菌および酵素を、廃棄物を可溶化する 条件下で粒状物質と接触させることの段階を含んで成る。モラー(Moller)らに発 行された米国特許第5,171,687号に示される別の例は、流通系(flow system)中に おける廃棄物処理のために細菌叢を培養しかつ送達するための装置を開示する。 この装置は第一および第二チャンバーを有する容器を包含する。第一チャンバー は、その中に支持される起源微生物体のための栄養素豊富な環境 に維持される一方、第二チャンバーは栄養素不足である。水は、予め決められた 速度で第一チャンバ-内に導入され、そして出口を通って第二チャンバーに流入 する。第二チャンバーの出口は微生物体の活動性から利益を得る流通系に向けら れる。ウォング(Wong)およびモラー(Moller)らの双方において、栄養素の飢餓細 菌はその中での酵素産生を活性化して廃水中の微粒子物質の可溶化を助けると考 えられる。酵素は油脂の可溶化を助けるとは言え、細菌は可溶化された油脂の生 物分解において無効となることができ、ここで、栄養素不足である細菌は静止期 （死滅期でない場合は）に入ることができ、また、細菌が油脂を生物分解し始め るために、誘導期、その後指数増殖期に入るための時間を必要とするであろう。 予め選択された油脂分解微生物を、活動性の指数増殖期に、かつ、予め決めら れた濃度、望ましくは最大濃度の活動性の微生物を提供することが知られている レベルに維持し、また、環境中に含有される廃棄物の生物分解を効果的に生物増 強する(bioaugmenting)ために、活動性の微生物を廃棄物を含有する環境に連続 的もしくは定期的に送達することがさらに可能である、生物増強システムの要求 が存在する。 発明の要約 従って、廃棄物処理施設において、処理されるべき環境を、その目的のために 設計された予め選択されかつ順化された細菌もしくは微生物の導入により処理さ れた廃棄物の生物分解に対しより伝達性(conductive)である条件に調節する生物 増強システムを提供することが、本発明の一目的である。 選択された微生物を、活動性の指数増殖にかつ送達されるべき環境に 順化されて維持し、そして廃棄物を効率的にかつ迅速に生物分解するために廃棄 物を含有する環境にその微生物を送達する生物増強システムを提供することが、 本発明の別の目的である。 通常の生物分解速度が処理されるべき環境において失速する場合は、処理され るべき環境に微生物を導入して、最高性能のための生物分解過程の長期間の維持 、補充そして改良、もしくは生物分解過程の再開始を確実にする生物増強システ ムを提供することもまた、本発明の一目的である。 表面の被膜を除く作業の間に通常必要とされる時間を大きく増加させる微生物 を、廃棄物流通系例えば防油弁に注入する生物増強システムを提供することが、 本発明のさらに別の目的である。 防油弁と共の使用のための、また、地域の環境条例もしくは州法で認可される ような市の下水システムへの廃水の放出前に廃水から油脂を効果的に除去するの に必要とされる防油弁の大きさを縮小する、生物増強システムを提供することが 、本発明のさらに別の目的である。 そのシステムが、廃棄物を生物分解する固有の微生物の能力を制限する温度、 ｐＨ、塩度、水および空気の供給量などの変化のような環境の変動に伴う問題を 克服する廃水処理における使用のための生物増強システムを提供することが、本 発明のなお別の目的である。 廃水流ならびに地下水および土壌の汚染を生物救済するためのドレン管路、浸 出池、無菌系および昇降機の場所(lift station)のような多様な廃棄物処理施設 での使用のための生物増強システムを提供することが、本発明のさらになお別の 目的である。 構造が単純でありかつ安価であり、そして最小限のメンテナンスで有 用な運転の長い寿命が可能である、廃棄物の生物学的浄化のための生物増強シス テムを提供することが、本発明のさらなる目的である。 環境中に含有される廃棄物の生物分解のために、指数増殖にある微生物を培養 しそして環境に送達する方法を提供することが、本発明の一目的である。 前述のおよび関連する目的のあるものは、微生物培養物を含有するための、そ して、廃棄物の生物分解を生物増強するために微生物の所定の供給物を廃棄物を 含有する環境に送達するための生物増強装置において容易に得られ、当該装置は 、微生物培養物を含有するためのバイオリアクターチャンバーおよび制御器を有 する第一容器を含んで成る。当該制御器は、水の所定の供給物をバイオリアクタ ーチャンバーに導入し、そして最低１種の無機栄養素および有機栄養素の所定の 供給物をバイオリアクターチャンバーに導入するためのための手段、ならびに、 当該制御器がこうした微生物をバイオリアクターチャンバー中で本質的に指数増 殖で維持するのに有効であるように、水、最低１種の無機栄養素および有機栄養 素ならびに微生物の所定の供給物をバイオリアクターチャンバーから除去するた めの手段、ならびに、水、最低１種の無機栄養素および有機栄養素ならびに本質 的に指数増殖にある微生物のこうした除去された所定の供給物を生物分解される べき廃棄物を含有する環境との接触に送達するための手段を包含する。 好ましくは、当該生物増強装置は、酸素の所定の供給物をバイオリアクターチ ャンバーに導入するための手段を包含する。望ましくは、水の所定の供給物をバ イオリアクターチャンバーに導入し、そして最低１種の無機栄養素および有機栄 養素の所定の供給物をバイオリアクターチャ ンバーに導入するための手段、ならびに、制御器がバイオリアクターチャンバー 中の微生物を本質的に指数増殖で維持するのに有効なように、水、有機栄養素お よび微生物の所定の供給物をバイオリアクターチャンバーから除去するための手 段は、定期的に操作可能であるかもしくは連続的に操作可能であるかのいずれか である。有利には、水の所定の供給物をバイオリアクターチャンバーに導入し、 そして最低１種の無機栄養素および有機栄養素の所定の供給物をバイオリアクタ ーチャンバーに導入するための手段、ならびに、水、最低１種の無機栄養素およ び有機栄養素ならびに微生物の所定の供給物をバイオリアクターチャンバーから 除去するための手段は、本質的に同じ容量の所定の供給物をそれぞれ導入および 除去するように操作可能である。 本発明の好ましい態様において、生物増強装置は、供給水を含有するための第 二チャンバーを有する第二容器（当該第二チャンバーはバイオリアクターチャン バーと液体連絡において操作可能に連結される）、および、有機栄養素の供給物 を含有するための第三チャンバーを有する第三容器（当該第三チャンバーはバイ オリアクターチャンバーと液体連絡において操作可能に連結される）を包含する 。第一容器は円形の底および上に伸長する筒状の側壁を包含し、第二容器は円形 の底および上に伸長する筒状の側壁を包含し、また、第三容器は円形の底および 上に伸長する筒状の側壁を包含する。 望ましくは、第一容器は第二容器内に配置され、第三容器はバイオリアクター チャンバー内に配置され、そして第二チャンバーは形状が輪状である。 生物増強装置の本発明のさらにより好ましい態様において、水の予め 決められた供給をバイオリアクターチャンバーに導入し、そして最低１種の無機 栄養素および有機栄養素の所定の供給物をバイオリアクターチャンバーに導入す るための手段は、バイオリアクターチャンバーと第二チャンバーとの間で液体連 絡において操作可能に連結される第一ポンプを包含し、また、水、最低１種の無 機栄養素および有機栄養素ならびに微生物の所定の供給物を除去するための手段 、ならびに、水、最低１種の無機栄養素および有機栄養素ならびに微生物の除去 された所定の供給物を生物分解されるべき廃棄物を含有する環境との接触に送達 する手段は、バイオリアクターチャンバーと生物分解されるべき廃棄物を含有す る環境との間で液体連絡において操作可能に連結される第二ポンプを包含する。 望ましくは、制御器は、タイマー、ならびに、バイオリアクターチャンバー中 で微生物を本質的に指数増殖で効果的に維持するために第一ポンプおよび第二ポ ンプに操作可能に連結される調節器を包含する。 前述のおよび関連する目的のあるものはまた、廃棄物の生物分解を生物増強す る方法においても容易に得られる。当該方法は、微生物培養物を準備すること、 水ならびに最低１種の無機栄養素および有機栄養素の所定の供給物を当該微生物 培養物に導入すること、微生物培養物が本質的に指数増殖で維持されるように、 水、最低１種の無機栄養素および有機栄養素ならびに微生物の所定の供給物を微 生物培養物から除去すること、そして、廃棄物を生物分解するために、水、最低 １種の無機栄養素および有機栄養素ならびに微生物の除去された所定の供給物を 廃棄物を含有する環境との接触のために送達すること、の段階を包含する。 好ましくは、微生物は最低１種の嫌気性および好気性微生物であり、 また、最低１種の無機栄養素および有機栄養素は、微生物を生物分解されるべき 廃棄物に順化するように、生物分解されるべき廃棄物に含有される廃棄物に本質 的に類似である。有利には、微生物培養物は、誘導期増殖と静止増殖との間の中 間の本質的に指数増殖で維持される。望ましくは、微生物培養物は、細胞約５億 個／立方センチメートルないし細胞約30億個／立方センチメートルの濃度でバイ オリアクターチャンバー中で維持される。より望ましくは、微生物培養物は、細 胞約25億個／立方センチメートルの濃度でバイオリアクターチャンバー中で維持 される。 好ましくは、水ならびに最低１種の無機栄養素および有機栄養素の所定の供給 物を微生物培養物に導入する段階、ならびに、微生物培養物が本質的に指数増殖 で維持されるように、水、最低１種の無機栄養素および有機栄養素ならびに微生 物の所定の供給物を微生物培養物から除去する段階は、定期的にもしくは連続的 にのいずれかで実施される。 図面の簡単な記述 本発明の他の目的および特徴は、付随する図面と関連して考慮される以下の詳 細な記述から明らかとなるであろう、図面は本発明のいくつかの態様を開示する 。図面は具体的な説明のみの目的上使用されるべきであり、かつ、本発明の限界 の定義として使用されるべきでないことが理解されるべきである。 図面において、類似の参照文字はいくつかの図を通じて類似の要素を示す。す なわち 図１は、制御器に操作可能に連結されたバイオリアクターを一般に包含する、 本発明の装置の好ましい態様の透視図であり； 図２は図１のバイオリアクターの部分的に破断された拡大透視図であ り； 図３は、付加的な培地が添加されない微生物培養物の典型的な４相の増殖周期 （すなわち、誘導、指数、静止および死亡）のグラフでの表現であり； 図４は図１の生物増強装置の概略の図解であり； 図５（ａ）および図５（ｂ）は、（ａ）微生物培養物の多様な誘導、指数およ び静止の増殖周期相を示す微生物培養物、ならびに（ｂ）微生物培養物が指数増 殖期で維持される図１の生物増強システムで維持される微生物培養物、を定期的 にサンプリングするための光学濃度測定手段を使用したグラフで表した結果であ り；そして 図６は本発明の方法を具体的に説明するフローチャートである。 発明の詳細な記述 装置 今や、図面、およびとりわけ図１を参照すれば、そこには本発明の具体的な態 様である生物増強装置１０が図解される。装置１０は、一般に、微生物培養物（ 示されない）を含有するためのバイオリアクター１２を包含し、ここでバイオリ アクター１２は、微生物培養物を指数増殖で効果的に維持し、そして廃棄物、例 えば防油弁もしくは無菌タンク（示されない）中の油脂の生物分解を生物増強す るために廃棄物を含有する環境にチューブ２９を介して微生物を送達するため、 チューブ２２、２４、２６、２８を介して制御器２０に操作可能に連結される。 装置１０の操作は下の操作の部においてより詳細に説明される。 図２を参照すれば、バイオリアクター１２は円形の底３２および上に伸長する 筒状の側壁３４を有する第一容器３０を包含する。除去可能な 蓋３６が側壁３４の上端に取付られ、そして容器３０を閉鎖する。円形の底４２ および上に伸長する筒状の側壁４４を有する第二容器４０が第一容器３０を取り 巻いている。除去可能な蓋４６が側壁４４の上端に取付られ、そして容器４０を 閉鎖する。 微生物培養物（示されない）を含有するための筒状のバイオリアクターチャン バー１４が第一容器３０内に規定される。水、ならびにリン酸カリウム、硝酸ア ンモニウムおよび塩化カルシウムのような一般に無機の栄養素の供給を含有する ための輪状の貯蔵所すなわち第二チャンバー１６が、第一容器３０と第二容器４ ０との間に規定される。 好ましくは、容器３０および４０は、ポリエチレンもしくはポリ塩化ビニルの ような、非毒性でありかつ微生物と反応しないプラスチック素材から二次加工さ れる。バイオリアクター１２はコンパクトな形状で示されるとは言え、容器３０ および４０は正方形もしくは長方形に成形され得、かつ、並んだ関係に配置され 得ることが認識されることができる。 有機栄養素（示されない）、すなわち成形された乾燥オレイン酸カリウム粉末 もしくは他の脂肪酸の水溶性塩のような炭素源の供給を含有するための第三チャ ンバー１８を有する第三容器５０は、バイオリアクターチャンバー１４内に配置 され、かつ、微生物培養物の上に支持される。望ましくは、有機栄養素の供給は 、微生物培養物（示されない）中の微生物を生物分解されるべき廃棄物に順化す るように、生物分解されるべき廃棄物のものに類似する。とりわけ、容器５０は 円形の底５２および上に伸長する筒状の側壁５４を有して筒状に成形される。筒 状の側壁５４の上端は、水および無機栄養素の供給を受領するためのチューブ２ ６に付着するゴム栓５８を受領する。容器５０の縦方向に伸長するスリッ ト５６は、有機栄養素がチャンバー１８を通り抜けそしてバイオリアクターチャ ンバー１４中に排出する際に、チャンバー１８に含有されるそれらが水および無 機栄養素の供給により溶解されることを可能にする。再度、バイオリアクター１ ２はコンパクトな形状で示されるとは言え、容器５０はバイオリアクターチャン バー１４の内側に置かれる必要はないが、しかし、別個の独立型ユニットから成 り得るか、もしくは、あるいは、有機栄養素の供給は、チューブ２６と直列で適 して組み込まれ得ることが認識されている。 再度図１を参照すれば、制御器２０は、バイオリアクター１２中で微生物培養 物を本質的に指数増殖で効果的に維持し、そして活動性の微生物を処理されるべ き環境に送達する。とりわけ、制御器２０は、バイオリアクター１２中に送達さ れる水、無機栄養素、有機栄養素および空気の所定の供給、ならびにバイオリア クター１２から除去される水、無機栄養素、有機栄養素および活動性の微生物の 所定の供給を制御する。 バイオリアクター１２へ酸素の所定の供給を導入するための手段６０は、チュ ーブ２２に連結される空気ポンプ６２を包含する。とりわけ、チューブ２２は、 一端で空気ポンプ６２に連結され、そして、図２に示されるように、反対端は、 反対端がバイオリアクターチャンバー１４中の容器３０の底３２に隣接して配置 されるように、蓋３６および蓋４６を通り抜ける。 再度図１を参照すれば、水（示されない）の所定の供給を第二チャンバー１６ （図２）からバイオリアクター１２に導入し、そして有機栄養素（示されない） の所定の供給を第三チャンバー１８（図２）からバイオリアクター１２に導入す るための手段７０は、第一ポンプ７２、チュ ーブ２４および２６、タイマー１００ならびに調節器１１０を包含する。とりわ け、図２に示されるように、チューブ２４は、第二チャンバー１６に含有される 水の所定の供給を受領するため容器３０の底３２に隣接して配置される自由端を 有し、また、チューブ２４の他端はポンプ７２（図１）上の入口ポートに取付ら れる。ポンプ７２（図１）の出口ポートはチューブ２６の一端に取付られ、そし てチューブ２６の反対端は容器５０中の栓５８との連結のために蓋３６、蓋４６ を通り抜ける。 図１に示されるように、第二チャンバー１６（図２）から除去されそしてバイ オリアクターチャンバー１４（図２）中に放出される水の量すなわち流量は、ポ ンプ７２を運転および停止するためにポンプ７２にワイヤを介して操作可能に連 結されるタイマー１００により制御され、また、調節器１１０は、ポンプ７２へ の電気エネルギーの供給を調節し、それによりポンプ７２が起動される場合にポ ンプ７２の速度そしてかように水の流速を制御するよう、ポンプ７２にワイヤを 介して操作可能に連結される。水は市水源から供給され得るとは言え、多様な無 機栄養素を水の供給に包含することが望ましい。 残存する微生物培養物を指数増殖で効果的に維持するように、バイオリアクタ ー１２から水、無機栄養素、有機栄養素および微生物を除去するための手段８０ は、第二ポンプ８２、チューブ２８、タイマー１００および調節器１１０を包含 する。とりわけ、図２に示されるように、チューブ２８は、バイオリアクターチ ャンバー１４に含有される水、無機栄養素、有機栄養素および微生物の所定の供 給を受領するため容器４０の底４２に隣接して配置される自由端を有し、また、 チューブ２８の反対端はポンプ８２（図１）上の入口ポートに取付られる。 再度、図１を参照すれば、手段８０のチューブ２８を介して送達される除去さ れた水、無機栄養素、有機栄養素および微生物を廃棄物を含有する環境と接触さ せるための手段９０は、ポンプ８２およびチューブ２９を包含する。とりわけ、 図２に示されるように、チューブ２９はポンプ８２（図１）上の出口ポートに取 付られる一端、ならびに、水、無機栄養素、有機栄養素および微生物を含有する 、バイオリアクターチャンバー１４の所定の量の内容物を放出するためのドレン もしくはトラップ（示されない）に操作可能に連結される反対端を有する。 バイオリアクターチャンバー１４（図２）からトラップ（示されない）までの 水、無機栄養素、有機栄養素および微生物の量すなわち流量は、ポンプ８２を運 転および停止するためにワイヤを介してポンプ８２に操作可能に連結されるタイ マー１００、および、ポンプ８２への電気エネルギーの供給を調節し、それによ りポンプ８２が起動される場合にポンプ８２の速度そしてかように水、無機栄養 素、有機栄養素および微生物の流速を制御するよう、ポンプ８２にワイヤを介し て操作可能に連結される調節器１１０により制御される。空気ポンプ６２、タイ マー１００および調節器１１０は、電気の出口、好ましくは120ボルトの交流（ 示されない）に操作可能に連結される。 細菌の増殖 本発明の重要な因子は、微生物すなわち細胞数が時間に対する正比例状態で増 加もしくは定常速度で分裂し、そしてかように最も活動性である指数増殖（対数 増殖としてもまた知られる）で、選択されかつ順化された微生物培養物を保持す る、および、活動性の微生物を処理されるべき環境に送達する能力である。 とりわけ、図３を参照すれば、そこでは、定常条件下（すなわち、培養物にお ける微生物の増殖のために付加的な培地（有機および無機栄養素）が添加されな い）での培養物の周期における４個の明確な相を示す典型的な増殖周期が具体的 に示されている。４個の具体的に示された増殖期は、誘導、指数、静止および死 滅である。誘導期においては、細胞数は増加せず、また、細胞は活動性増殖の準 備をしている。最終的に、細胞分裂が起こり、そして指数増殖期に到達する。最 後に、いくつかの栄養素が使い尽くされたようになるか、もしくはいくつかの毒 性代謝産物が蓄積するかのいずれかであり、すると増殖速度が低下しそして増殖 が終わる。 本発明においては、選択されかつ順化された微生物培養物を、微生物が最も活 動性である指数増殖で保持すること、および、活動性の微生物を、微生物が廃棄 物を即座に生物分解し始める処理されるべき環境に送達することが望まれる。 そこで微生物が廃棄物の生物分解を開始する指数増殖期に到達する前に時間を 必要とする誘導期に微生物がある、処理されるべき環境に微生物を送達させるこ とは望まれない。例えば、処理されるべき環境が定期的なもしくは定常的な液体 流を有する防油弁である場合、微生物は、廃棄物を生物分解することが可能とな る前に防油弁から洗い流されもしくは除去されうる。 そこで微生物が静止期にありそして圧力を加えられた(stressed)ようになり、 処理されるべき環境への微生物の送達に際して微生物が指数増殖期に入る前に誘 導期に再度入ることを必要とする、処理されるべき環境に微生物を送達させるこ とも望まれない。再度、例えば、処理される べき環境が定期的なもしくは定常的な液体流を有する典型的な防油弁である場合 、微生物は、廃棄物を生物分解することが可能となる前に防油弁から洗い流され もしくは除去されうる。 操作 本発明の操作は、図４、すなわち指数増殖期の微生物を培養し、そして廃棄物 例えば防油弁１２０中の油脂の生物分解を生物増強するために廃棄物を含有する 環境に微生物を送達するための生物増強装置１０の概略的な説明に関して説明さ れるであろう。 装置１０の構成において、正しい位置に示されるバイオリアクター１２の蓋３ ６および４６を除去し、そして、微生物ならびに水、無機栄養素および有機栄養 素の培地から成る初期微生物培養物２００を、第一容器３０のバイオリアクター チャンバー１４に入れる。好ましくは、天然に存在するかもしくは処理されるべ き環境中の特定の廃棄物の生物分解のため特別に開発されたかのいずれかである 好気性もしくは嫌気性細菌が、本発明での使用に適する。 水もしくは水および無機栄養素の供給物２１０を第二容器４０の第二チャンバ ー１６に入れる。溶解可能な有機栄養素の供給物２２０を容器５０の内側に詰め る。蓋３６および４６を戻す。 チューブ２９の自由端を、一般に、廃棄流の開始点、例えば防油弁１２０につ ながるドレン（示されない）もしくは直接防油弁１２０に連結する。 微生物培養物２００が指数増殖期に到達すれば、制御器２０を起動して、微生 物培養物を指数増殖に維持し、そして、処理されるべき環境に微生物を送達する 。ここで、微生物は指数的に増殖しており、そして従っ て処理されるべき環境中に含有される廃棄物を生物分解するための最高性能にあ る。 再度図４を参照すれば、とりわけ、制御器２０は、バイオリアクターチャンバ ー１４への水、無機栄養素および有機栄養素の速度、ならびにバイオリアクター チャンバー１４を出てそして処理されるべき環境、例えば防油弁１２０に送達さ れる水、無機栄養素、有機栄養素および微生物の速度を制御するよう設定される 。多数の変数が、微生物培養物を指数増殖期で維持することに関与する。こうし た変数は、微生物の型およびその特異的増殖速度、培養物の体積、初期培地、水 、無機栄養素および有機栄養素の微生物培養物への導入速度、ならびに、処理さ れるべき環境に送達される微生物培養物からの水、無機栄養素、有機栄養素およ び微生物の除去速度である。 特異的な増殖速度定数、ある量の培養物、および初期培地を有するある型の微 生物を考えれば、微生物培養物をモニターして、すなわち培養物のサンプルの光 学濃度を定期的に慣習的に測定して、微生物培養物中の細胞数を決定し得る。微 生物培養物は、誘導期、指数期および静止期を経ることができる。制御器２０を 設定することにより、水、無機栄養素および有機栄養素の微生物培養物への導入 速度、ならびに、水、無機栄養素、有機栄養素および微生物の微生物培養物から の除去ならびに処理されるべき環境に送達される速度は、微生物培養物が静止期 に到達する前の指数期で微生物培養物を維持するよう調節され得る。 水、無機栄養素および有機栄養素の微生物培養物への導入速度、ならびに、水 、無機栄養素、有機栄養素および微生物の微生物培養物からの除去ならびに処理 されるべき環境に送達される速度は、連続的速度であ り得るか、もしくは定期的に達成され得るかのいずれかである。望ましくは、導 入および除去の速度（時間あたり体積）は、制御器２０が連続的様式で操作され るにしろ定期的様式で操作されるにしろ本質的に容積的に同じであることができ る。すなわち、ポンプ７２および８２は同時に操作されることができる。 バイオリアクターチャンバー１４中での活動性を増大させるため、攪拌機もし くはパドルのような混合機１４０が、バイオリアクターチャンバー１４中に操作 可能に設置され得る。加えて、攪拌機もしくはパドルのような混合機１４５もま た、微生物の油脂に対する接触を増大させるように防油弁１２０中に置かれ得る 。 実施例 図５（ａ）を参照すれば、微生物培養物の定期的サンプリングの光学濃度測定 手段を使用して微生物培養物の増殖周期を決定した最初の３日間の実験の、時間 に対する光学濃度の結果がグラフで図解される。微生物培養物は、サイブロン ケミカルズ インク(Sybron Chemicals Inc)による７００番の細菌混合物(Numbe r 700 bacteria mixture)から成った。600ナノメートルの波長の光で作動するヒ ューレット パッカード(Hewlett Packard)８４５２Ａダイオードアレイ分光光 度計を使用して、培養物から取り出されたサンプルの光学濃度を測定した。 今や、図１および５（ｂ）を参照すれば、およそ３日後の生物増強装置１０中 の微生物培養物についての時間に対する光学濃度のグラフで図解された結果は、 測定されかつ図５（ａ）に具体的に示されるように、その指数増殖期の上限と下 限との間の中間の細胞密度に到達することを可能にした。微生物培養物のその指 数増殖期の上限と下限との間のほぼ 中間の細胞密度への到達に際し、制御器２０を起動して、微生物培養物を本質的 にこうした細胞密度で維持し、そして微生物をおよそ21日にわたる期間、処理さ れるべき環境に送達した。 図４および図５（ｂ）を参照すれば、およそ21日の間、４時間ごとに約200立 方センチメートルの水および無機栄養素を微生物培養物に添加し、かつ、およそ 200立方センチメートルの水、無機栄養素、有機栄養素および微生物を微生物培 養物から除去し、そして生物分解されるべき油脂を含有する防油弁に送達した。 水に含有された無機栄養素は、リン酸カリウム、硝酸アンモニウム、塩化カルシ ウムおよび塩化マグネシウムから成った。とりわけ、以下は、水および無機栄養 素の相対的量の一覧表である。すなわち 水−１リットル リン酸一カリウム−１グラム リン酸二カリウム−１グラム 硝酸アンモニウム−１グラム 塩化カルシウム−0.002グラム 塩化マグネシウム−0.002グラム 生物増強装置１０の使用を伴わない典型的な防油弁１２０は、防油弁１２０が 30ごとに浄化されることを必要とし、また、操作中の生物増強装置１０の使用を 伴う典型的な防油弁１２０は、防油弁が１年（365日）に１回のみ浄化されるこ とを必要とする。好ましくは、微生物培養物は、バイオリアクターチャンバー中 で、細胞約５億個／立方センチメートルないし細胞約30億個／立方センチメート ルの濃度に維持される。より好ましくは、微生物培養物は、バイオリアクターチ ャンバー中で細胞約25 億個／立方センチメートルの濃度に維持される。 微生物培養物２００はより大きな細胞密度で操作され得ることが認識されるこ とができる。しかしながら、大きすぎる細胞密度で操作することは、静止期に入 る微生物培養物が、十分な水、無機栄養素もしくは有機栄養素が適正に導入され るはずがない危険を有する。低すぎる細胞密度は、廃棄物の効果的かつ至適の生 物分解に十分な微生物を産生しない。望ましくは、その指数増殖期のその上限と 下限との間の中間の細胞密度を選び、そしてバイオリアクター１２中で維持する 。 方法 廃棄物の生物分解を生物増強するための本発明に従った方法は、微生物培養物 を準備すること、水および有機栄養素の所定の供給物を微生物培養物に導入する こと、微生物培養物が本質的に指数増殖で維持されるように、微生物培養物から 水、有機栄養素および微生物の所定の供給物を除去すること、そして、廃棄物の 生物分解のため、水、有機栄養素および微生物の除去された所定の供給物を廃棄 物を含有する環境との接触に送達すること、の段階を含んで成る。 本発明は、防油弁中の油脂の生物分解の生物増強における使用に理想的に適す ることが認識されることができるが、しかしながら、本発明はまた、他の廃棄物 もしくは潟湖、曝気池、土壌および地下水のような廃棄物流の生物救済にも従う 。 加えて、指数増殖速度で微生物を維持する多様な手段、および、電気的にもし くは空気で操作されるソレノイドまたは自然流下手段のような微生物を送達する 多様な手段は、本発明のこうした生物増強システムでの使用に等しく応用可能で ある。 本発明のいくつかの態様のみが示されかつ記述されている一方で、多くの変更 および改変が本発明の精神および範囲から離れることなくこれに対しなされうる ことが明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１２Ｎ 1/00 Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢＡ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｈ Ｕ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 プレミユジク，ユージーン・テイ アメリカ合衆国ニユーヨーク州11940イー ストモリチエス・ピーオーボツクス126・ モントークハイウエイ (72)発明者 リン，モウ・エス アメリカ合衆国ニユーヨーク州11778ロツ キーポイント・ウエストチエスタードライ ブ81 (72)発明者 シエレンコバ，リユドミラ アメリカ合衆国ニユーヨーク州11980ヤフ アンク・ストツクトンコモンズ19

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．微生物培養物を含有し、そして廃棄物の生物分解を生物増強するために廃棄 物を含有する環境に微生物の所定の供給物を送達するための生物増強装置であっ て、当該装置が、 ａ）微生物培養物を含有するためのバイオリアクターチャンバーを有する第一容 器； ｂ）１）前記バイオリアクターチャンバーに水の所定の供給物を導入し、そして 、前記バイオリアクターチャンバーに最低１種の無機栄養素および有機栄養素の 所定の供給物を導入するための手段； ２）前記制御器がこうした微生物を前記バイオリアクターチャンバー中で本質的 に指数増殖で維持するのに有効であるように、水、最低１種の無機栄養素および 有機栄養素ならびに微生物の所定の供給物を前記バイオリアクターチャンバーか ら除去するための手段；ならびに ３）水、最低１種の無機栄養素および有機栄養素ならびに本質的に指数増殖にあ る微生物のこうした除去された所定の供給物を生物分解されるべき廃棄物を含有 する環境との接触に送達するための手段、 を包含する制御器、 を含んで成る生物増強装置。 ２．前記バイオリアクターチャンバーに酸素の所定の供給物を導入するための手 段をさらに包含する、請求の範囲１に記載の生物増強装置。 ３．請求の範囲１に記載の生物増強装置であって、水の所定の供給物を前記バイ オリアクターチャンバーに導入し、そして最低１種の無機栄養素および有機栄養 素の所定の供給物を前記バイオリアクターチャンバーに導入するための前記手段 が定期的に操作可能である、生物増強装置。 ４．請求の範囲３に記載の生物増強装置であって、前記制御器が前記バィオリア クターチャンバー中の微生物を本質的に指数増殖で維持するのに有効であるよう に、水、最低１種の無機栄養素および有機栄養素ならびに微生物の所定の供給物 を前記バイオリアクターチャンバーから除去するための前記手段が定期的に操作 可能である、生物増強装置。 ５．請求の範囲１に記載の生物増強装置であって、水の所定の供給物を前記バイ オリアクターチャンバーに導入し、そして最低１種の無機栄養素および有機栄養 素の所定の供給物を前記バイオリアクターチャンバーに導入するための前記手段 が連続的に操作可能である、生物増強装置。 ６．請求の範囲５に記載の生物増強装置であって、前記制御器が前記バイオリア クターチャンバー中の微生物を本質的に指数増殖で維持するのに有効であるよう に、水、最低１種の無機栄養素および有機栄養素ならびに微生物の所定の供給物 を前記バイオリアクターチャンバーから除去するための前記手段が連続的に操作 可能である、生物増強装置。 ７．請求の範囲１に記載の生物増強装置であって、水の所定の供給を前記バイオ リアクターチャンバーに導入し、そして最低１種の無機栄養素および有機栄養素 の所定の供給物を前記バイオリアクターチャンバーに導入するための前記手段、 ならびに、水、最低１種の無機栄養素および有機栄養素ならびに微生物の所定の 供給物を前記バイオリアクターチャンバーから除去するための前記手段が、本質 的に同じ体積測定の所定の供給物をそれぞれ導入および除去するように操作可能 である、生物増強装置。 ８．供給水を含有するための第二チャンバーを有する第二容器をさらに包含する 、請求の範囲１に記載の生物増強装置であって、前記第二チャ ンバーが前記バイオリアクターチャンバーと液体連絡において操作可能に連結さ れる、生物増強装置。 ９．供給有機栄養素を含有するための第三チャンバーを有する第三容器をさらに 包含する、請求の範囲１０に記載の生物増強装置であって、前記第三チャンバー が前記バイオリアクターチャンバーと液体連絡において操作可能に連結される、 生物増強装置。 １０．前記第一容器が円形の底および上に伸長する筒状の側壁を包含する、請求 の範囲９に記載の生物増強装置。 １１．前記第二容器が円形の底および上に伸長する筒状の側壁を包含する、請求 の範囲１０に記載の生物増強装置。 １２．前記第三容器が円形の底および上に伸長する筒状の側壁を包含する、請求 の範囲１１に記載の生物増強装置。 １３．前記第一容器が前記第二容器内に配置される、請求の範囲１２に記載の生 物増強装置。 １４．前記第三容器が前記バイオリアクターチャンバー内に配置される、請求の 範囲１３に記載の生物増強装置。 １５．前記第二チャンバーが形状が輪状である、請求の範囲１４に記載の生物増 強装置。 １６．請求の範囲１に記載の生物増強装置であって、水の所定の供給物を前記バ イオリアクターチャンバーに導入し、そして最低１種の無機栄養素および有機栄 養素の所定の供給物を前記バイオリアクターチャンバーに導入するための前記手 段が、前記バイオリアクターチャンバーと前記第二チャンバーとの間で液体連絡 において操作可能に連結される第一ポンプを包含する、生物増強装置。 １７．請求の範囲１６に記載の生物増強装置であって、水、最低１種の無機栄養 素および有機栄養素ならびに微生物の所定の供給物を除去するための前記手段、 ならびに、水、最低１種の無機栄養素および有機栄養素ならびに微生物の前記除 去された所定の供給物を生物分解されるべき廃棄物を含有する環境との接触に送 達するための手段が、前記バイオリアクターチャンバーと生物分解されるべき廃 棄物を含有する環境との間で液体連絡において操作可能に連結される第二ポンプ を包含する、生物増強装置。 １８．前記制御器が、タイマー、ならびに、前記第一ポンプおよび第二ポンプに 操作可能に連結されて微生物を前記バイオリアクターチャンバー中で本質的に指 数増殖で効果的に維持するための調節器を包含する、請求の範囲１７に記載の生 物増強装置。 １９．ａ）微生物培養物を準備すること； ｂ）水ならびに最低１種の無機栄養素および有機栄養素の所定の供給物を前記微 生物培養物に導入すること； ｃ）前記微生物培養物が本質的に指数増殖で維持されるように、水、最低１種の 無機栄養素および有機栄養素ならびに微生物の所定の供給物を前記微生物培養物 から除去すること；そして ｄ）廃棄物を生物分解するために、水、最低１種の無機栄養素および有機栄養素 ならびに微生物の前記除去された所定の供給物を廃棄物を含有する環境との接触 に送達すること、 の段階を含んで成る、廃棄物の生物分解を生物増強する方法。 ２０．前記微生物培養物が最低１種の嫌気性および好気性微生物を包含する、請 求の範囲１９に記載の方法。 ２１．前記最低１種の無機栄養素および有機栄養素が、微生物を生物分解される べき廃棄物に順化するように、生物分解されるべき廃棄物中に含有される廃棄物 に本質的に類似である、請求の範囲１９に記載の方法。 ２２．前記微生物培養物が、誘導期増殖と静止増殖との間のほぼ中間の本質的に 指数増殖で維持される、請求の範囲１９に記載の方法。 ２３．前記微生物培養物が、細胞約５億個／立方センチメートルないし細胞約30 億個／立方センチメートルの濃度でバイオリアクターチャンバー中で維持される 、請求の範囲１９に記載の方法。 ２４．前記微生物培養物が、細胞約25億個／立方センチメートルの濃度でバイオ リアクターチャンバー中で維持される、請求の範囲２３に記載の方法。 ２５．水、最低１種の無機栄養素および有機栄養素の所定の供給物を前記微生物 培養物に導入する前記段階が定期的に実施される、請求の範囲１９に記載の方法 。 ２６．前記微生物培養物が本質的に指数増殖で維持されるように、水ならびに最 低１種の無機栄養素および有機栄養素ならびに微生物の所定の供給物を前記微生 物培養物から除去する前記段階が定期的に実施される、請求の範囲２５に記載の 方法。 ２７．水、最低１種の無機栄養素および有機栄養素の所定の供給物を前記微生物 培養物に導入する前記段階が連続的に実施される、請求の範囲１９に記載の方法 。 ２８．前記微生物培養物が本質的に指数増殖で維持されるように、水、最低１種 の無機栄養素および有機栄養素ならびに微生物の所定の供給物を前記微生物培養 物から除去する前記段階が連続的に実施される、請求 の範囲２７に記載の方法。