JP2008516746A - バイオマスを物理的・生物学的に処置する方法およびその方法を実施する装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、有機排液を物理的・生物学的に処置し、それにより、少なくとも１つの生物学的処置ゾーン（１）の微生物によって排液を分解する方法に関する。
この方法は、以下の通りである。ａ）前記生物学的処置からのバイオマスのフラクションを取り出す。ｂ）圧縮リザーバ（５）にバイオマス・フラクションを満たす。ｃ）圧縮リザーバ（５）が分離される。ｄ）圧縮リザーバ（５）が、前記フラクションの微生物を分解または損傷させるために、超高圧に暴露される（気体が存在する、または存在しない状態で）。ｅ）圧縮リザーバ（５）を大気圧に戻す。ｆ）上記のように処置された前記フラクションが、生物学的処置ゾーン（１）あるいは生物学的処置の１つまたは複数の他のゾーンに再導入される。

Description

本発明は、バイオマスを物理的・生物学的に処置する方法およびその方法を実施する装置に関する。

本質的に既知であるように、都市、産業、農業を源とする排液は、これらの排液に天然に存在することも、存在しないこともある適切な微生物（細菌など）を使用して生物学的に処置することができる。

生物学的処置の原理は、有機排液を二酸化炭素と水に変換するものであり、熱が発生する。この原理は、物質の損失を伴う。

したがって、生物学的処置中、微生物が有機排液に供給され、有機排液を分解する。微生物（バイオマスまたは生物学的スラジとも呼ばれる）の量は、有機排液の減成が進むにつれ増大する。

使用される生物学的処置のタイプに応じて、ある程度有意な量であるが、常に無視できないバイオマスの量が残存する。

このバイオマスは、利用（農業など）または除去（焼却など）のコストがますます高くなる廃棄物を構成する。

生物学的処置中、バイオマスの減成は、一般に、微生物の自然な老化（２５から３０日）を使用して実施される。

自然に死んだ前記微生物は、より若い微生物によって同化（消費）される。各サイクルにおいて、物質の量は減少し、二酸化炭素、水、熱が発生する。

バイオマスの生成を少なくする１つの技法は、微生物の生活環を破壊することによって微生物の生活環を低減させることである。

１つの破壊技法は、文献ＷＯ０１／０１６０３７やＷＯ００／０７９４６によって教示されるものなど、連続流れタイプのプロセスにおいて、これらの微生物を高圧に曝すものである。この破壊は、実際には不完全である。

したがって、本発明の主な目的は、バイオマスを完全に破壊させる手段を提供することである。本発明の他の目的は、病原性または望ましくない微生物を通常の微生物に変換することである。これらの病原性微生物は、たとえば、製薬産業からの排液、病院からの排液などに存在する。

本発明のこれらの目的は、有機排液が少なくとも１つの生物学的処置ゾーンの微生物によって分解される、前記排液を物理的・生物学的に処置する方法で達成され、この方法では、
ａ）前記生物学的処置から導出されたバイオバスのフラクションが回収され、
ｂ）圧縮リザーバが、このバイオマス・フラクションで満たされ、
ｃ）この圧縮リザーバが分離され、
ｄ）前記フラクション内の微生物を破壊または損傷させるために、この圧縮リザーバが超高圧に暴露され（気体が存在する、または存在しない状態で）、
ｅ）この圧縮リザーバが大気圧に戻され、
ｆ）そのように処置された前記フラクションが、前記生物学的処置ゾーン、あるいは１つまたは複数の他の生物学的処置ゾーンに再注入される。

従来の技術の方法とは異なり、本発明による方法はバッチ式方法であり、これにより、各バイオマスのバッチを閉じ込め、従来の技術の場合よりはるかに高い圧力に曝すことが可能になる。したがって、微生物のはるかにより有効な破壊が得られる。

この方法の他の随意選択の特徴によれば、
前記生物学的スラジ・フラクションは、気体が存在する、または存在しない状態で、３８０バールと１００００バールの間の圧力に暴露され、
ａ）からｆ）のステップの連続が数回実施され、
ステップａ）とｂ）の間において、前記バイオマス・フラクションはシックニングされる。

本発明は、２つのプラグによって２つの端部において閉鎖された高い機械強度の本体を備える、上記による方法を実施するための圧縮リザーバにも関し、シール手段が、これらのプラグによる本体のシール閉鎖を保証するために設けられ、前記バイオマス・フラクションのための入口手段または出口手段が各プラグを通過し、ゲート手段が、前記入口手段または出口手段を選択的に閉鎖するために設けられ、超高圧下において液体を注入する手段が、２つのプラグの少なくとも一方を通過する。

この圧縮リザーバの他の随意選択の特徴によれば、
前記ゲート手段は、プラグによって維持されるゲートとゲート着座を備え、
前記シール手段は、ゲート着座の周囲にシールを備え、かつ前記着座に対して径方向支持力を及ぼすために前記プラグによってきつく締められたウェッジを備え、
前記ゲートは、前記液体が内部において循環することができる作動管に取り付けられる。

本発明は、上記による方法を実施するための装置にも関し、これは、
生物学的処置ゾーンと、
上記による圧縮リザーバと、
前記バイオマス・フラクションを前記処置ゾーンから前記圧縮リザーバに送る手段と、
前記圧縮リザーバを超高圧に曝す手段と、
前記バイオマス・フラクションを前記圧縮リザーバから前記処置ゾーンまたは他の生物学的処置ゾーンに送る手段とを備えるという点で顕著である。

この装置の他の随意選択の特徴によれば、
超高圧に曝す前記手段が、気体が存在する、または存在しない状態で、３８０バールと１００００バールの間の圧力を生成する着脱可能なポンプを備え、
この装置は、前記処置ゾーンと前記送る手段との間に挿入されたシックニング・システムを備える。

可能な限り明確に本発明を示すために、本明細書に添付されている図１、２は、本発明による方法を実施する装置の２つの例を概略的に示す。

図３、４は、２例の一部について、図１、２の装置の一部とすることができる細胞砕解器のそれぞれ正面図および軸方向断面図である。

図１からわかるように、この装置は、通常生物学的反応器からなる処置ゾーン１を備える（フランス特許出願第９７００１１６号によって教示されるものなど）。

この装置はさらに、圧縮リザーバ５と、このリザーバに流体連絡する加圧システム７を備える細胞砕解器３を備える。

加圧システム７は、３８０バールと１００００バールの間の圧力をリザーバ５の内部に生成させる着脱可能な超高圧ポンプを備えることができる。

このリザーバ５自体は、第１に供給システム９によって、第２に排出システム１１によって処置ゾーン１と流体連絡する。

１３において、処置される有機排液が、生物学的処置ゾーン１に導入される。生物学的処置ゾーン１は、有機排液を減成させる着脱可能な微生物を含む。

次いで、生物学的減成プロセスが処置ゾーン１の内部において行われる。

これが行われ、処置ゾーン１に配置されたバイオマス・フラクションで圧縮リザーバ５を満たすために供給システム９がターン・オンされる。

リザーバ５が満たされると、リザーバ５は分離され、加圧システム７がリザーバ５を加圧するためにターン・オンされる。

この圧力増大の効果の下で、リザーバ５の微生物の膜は損傷または断裂し、それによりこれらの微生物は簡単な不活性有機物質に変換される。

この作業が実施されると、加圧システム７がターン・オフされ、大気条件１４に曝すシステムによって、リザーバ５の有機物質が周囲圧力に戻る。

この後、排出システム１１が、この生物学的物質を処置ゾーン１または他の処置ゾーンに送るためにターン・オンされる。

すべてのこれらの作業は必要な回数繰り返される。

上記を考慮して理解することができるように、密閉室においてバイオマスのフラクションを超高圧に曝すことにより、このフラクションの微生物の膜を非常に有効に破壊または損傷させることが可能になり、したがってこれらの微生物は、簡単な不活性有機物質の状態にされる。

この不活性有機物質が生物学的処置ゾーンに注入されると、生存している他の微生物の食糧として作用する。

この不活性有機物質を消費することによって、他の微生物は、成長に必要なタンパク質にほぼ変換され、かつ二酸化炭素、生物学的処置ゾーンに廃棄される水、そして熱に変換される。

したがって各サイクルにおいて、バイオマスの全質量は減少する。

当然、本発明は、上述され、かつ図１によって示された実施形態に限定されるものではない。この実施形態は、非限定的な例として提供される。

したがってたとえば、バイオマス・フラクションを細胞砕解器３の圧縮リザーバ５に送る前に、シックニング・システム１７において生物学的処置ゾーン１から抽出されたバイオマス・フラクションを回収することが可能である（図２参照）。

水の一部をバイオマスから除去することによって、これにより同容積について最大量の微生物を細胞砕解器に送ることが可能になる。

図３、４は、単に例示として、本発明の文脈において適切である細胞砕解器３の例を示す。

この砕解器は、スチールなどの高い機械強度の材料で作製されたたとえば円筒形の圧縮リザーバ５を備える。

圧縮リザーバ５は、たとえばスチールで作製され、適切なねじ山によってリザーバ５にねじ込まれたプラグ１５、１７によって２つの端部が閉鎖される。

リザーバ５の内面にステンレス・スチールのライニング１８を備えることが好ましい。

リザーバ５の内側に位置する各プラグの面に、ゲート着座１９、２１が取り付けられる。

各ゲート着座１９、２１とリザーバ５のステンレス・スチール・ライナ１８との間に、超高圧シール２３、２５が存在する。

リザーバ５の内面とライナ１８との間に２つのウェッジ部材２７、２９があり、それにプラグ１５、１７が軸方向支持力を及ぼし、それによって、ライナ１８がシール２３、２５に対して押され、それによりリザーバ５のシールを強化する。

処置されるバイオマス・フラクションのための入口パイプ３１または出口パイプ３３が、各プラグ１５、１７と各ゲート着座１９、２１を通過している。これらのパイプは、それぞれ供給システム９と排出システム１１に接続される。

パイプ３１、３３の内部は中空管３５、３７であり、その端部にゲート（またはバルブ）３９、４１があり、これらのゲート自体は、ゲートを通過する中空管を有する。

これらの中空管は、ポンプ７によって超高圧の液体（水など）で供給される（図１および２参照）。

これらの中空管により、大気条件１４に曝すためのバルブによって、リザーバ５を大気条件に曝すこともできる（図１および２参照）。さらに、圧力を測定してサンプルを取り入れるためのセンサをこれらの中空管に接続することを構想することも可能である。

さらに、これらの管３５、３７は、たとえばねじジャック・ドライバ４３、４５によって軸方向に作動させることができ、それによって、ゲート３９、４１は、ゲートのそれぞれの着座１９、２１から離れるように移動するか、それに対して押し込まれ、これにより、リザーバ５をパイプ３１、３３と選択的に連絡する（およびしたがって、具体的にはこのリザーバを空気と接触させる）、またはこのリザーバを閉鎖することが可能になる。

細胞砕解器３を満たすために、２つのゲート３９、４１が開放され、これにより、処置されるバイオマス・フラクションがパイプ３１を介して入り、パイプ３３を介して、処置されたバイオマス・フラクションを排出することが可能になる。

次いで、２つのゲート３９、４１は閉鎖され、２つの管３５、３７の一方を介して超高圧下において液体が注入され、これにより、バイオマス・フラクションの微生物は処置されているプロセスにおいて分解される。

この後、ゲート３９は、リザーバ５を大気圧に戻すために徐々に開放され、次のサイクルを再開することができる。

本発明による方法を実施する装置の概略図。 本発明による方法を実施する装置の概略図。 装置の一部とすることができる細胞砕解器の正面図。 装置の一部とすることができる細胞砕解器の軸方向断面図。

Claims (11)

1. 有機排液が少なくとも１つの生物学的処置ゾーン（１）の中で微生物によって分解される、前記排液を物理的・生物学的に処置する方法であって、
   ａ）前記生物学的処置から導出されたバイオマスのフラクションが回収されることと、
   ｂ）圧縮リザーバ（５）がこのバイオマス・フラクションで満たされることと、
   ｃ）この圧縮リザーバ（５）が分離されることと、
   ｄ）この圧縮リザーバ（５）が、気体が存在する、または存在しない状態で、前記フラクション内の前記微生物を破壊または損傷させるために、超高圧に曝されることと、
   ｅ）この圧縮リザーバ（５）が大気圧に戻されることと、
   ｆ）そのように処置された前記フラクションが、前記生物学的処置ゾーン（１）あるいは１つまたは複数の他の生物学的処置ゾーンに再注入されることとを特徴とする方法。
2. 前記生物学的スラジ・フラクションが、気体が存在する、または存在しない状態で、３８０バールと１００００バールの間の圧力に曝される請求項１に記載の方法。
3. ステップａ）からｆ）の連続が数回実施される請求項１および２のいずれかに記載の方法。
4. ステップａ）とｂ）の間で、前記バイオマス・フラクションがシックニングされる先行請求項のいずれか一項に記載の方法。
5. ２つのプラグ（１５、１７）によって２つの端部で閉鎖された高い機械強度の本体を備え、シール手段（２３、２５）が、これらのプラグ（１５、１７）によるこの本体のシール閉鎖を保証するために設けられ、前記バイオマス・フラクションのための入口手段または出口手段が各プラグ（１５、１７）を通過し、ゲート手段（３９、４１）が、前記入口手段または前記出口手段を選択的に閉鎖するために設けられ、超高圧下において液体を注入する手段が、前記２つのプラグ（１５、１７）の少なくとも一方を通過する請求項１から４のいずれか一項に記載の方法を実施するための圧縮リザーバ（５）。
6. 前記ゲート手段が、前記プラグ（１５、１７）によって維持されるゲート（３９、４１）とゲート着座（１９、２１）を備える請求項５に記載のリザーバ（５）。
7. 前記シール手段が、前記ゲート着座（１９、２１）の周囲のシール（２３、２５）と、前記着座（１９、２１）に対して径方向支持力を及ぼすために、前記プラグ（１５、１７）によってきつく締められたウェッジ（２７、２９）とを備える請求項６に記載のリザーバ。
8. 前記ゲート（３９、４１）が、前記液体が内部において循環することができる作動管に取り付けられる請求項６および７のいずれかに記載のリザーバ。
9. 生物学的処置ゾーン（１）と、
   請求項５から８のいずれか一項に記載の圧縮リザーバ（５）と、
   前記バイオマス・フラクションを前記処置ゾーン（１）から前記圧縮リザーバ（５）に送る手段（９）と
   前記圧縮リザーバ（５）を超高圧に曝す手段（７）と、
   前記バイオマス・フラクションを前記圧縮リザーバ（５）から前記処置ゾーン（１）または他の生物学的処置ゾーンに送る手段（１１）とを備える請求項１から４のいずれか一項に記載の方法を実施する装置。
10. 超高圧に曝す前記手段が、気体が存在する、または存在しない状態で、３８０バールと１００００バールの間の圧力を生成する着脱可能なポンプ（７）を備える請求項２に記載の方法を実施するための請求項９に記載の装置。
11. 前記処置ゾーン（１）と前記送る手段（９、１１）の間に挿入されたシックニング・システム（１７）を備える請求項４に記載の方法を実施するための、請求項９および１０のいずれかに記載の装置。

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