JP2008528272A - 汚染成分のレベルを低下させるための方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は大気汚染レベルを低下させ、微細粉塵および酸化窒素の濃度を低下させるための方法および装置に関する。この汚染除去システムは、適切な支持体上の硝化および脱窒微生物の共同作用の結合に基づく。都市および産業レベルで、この製品が内部および外部において使われることができる。
【選択図】なし

Description

大都市のスモッグ内に現在存在する相当な量の汚染、例えば微細粉塵（ＰＭ１０ ｅ ＰＭ２．５）および酸化窒素（ＮＯ_ｘ）は、社会および行政に対する大きな問題をもたらしている。

これまで産業研究は、排出レベルを低下させることにとりわけ集中してきたが、すでに大気中に存在する汚染成分の吸収あるいは減少にこれといった注目を払わなかった。

理由は、現行の技術を使用して屋外に配置されるフィルタ装置が、非常に高価な接続および高い維持費を必要とするためである。

空気中に存在する汚染レベルを減少させることが可能な工業的適用、例えば特別な塗料仕上げ、タイルあるいは特定の抗スモッグアスファルトがある。しかし、このタイプの材料の使用は、スモッグ吸収製品のそれらの低い効率レベル（反応剤部分が厚さ１ミクロン未満であることに起因する）および非常に高い特定コストによって限定される。

本発明は、最高効率および安定性で、時間とともに大気中に存在する環境汚染を減少させることが可能な、硝化および脱窒微生物の相乗効果的な結合に関する。このシステムは自己再生し、人に無害であり、高度に機能し、かつ大気中に存在する常温および湿度変動によって実質的に影響を受けない。本発明は、閉環境において、同じく戸外においても適用されることができ、一般的に汚染物質の供給源に近接して設置される。

本発明の目的は、大気中に存在する環境汚染成分、特に、酸化窒素、アンモニア、微細粉塵およびＣＯ_２、を減少させるための方法を提供することであり、処理されるべき大気は、適切に搬送され、その両方が好気性である、少なくとも一つの脱窒微生物と少なくとも一つの硝化微生物を含有する汚染除去要素と接触する。

脱窒微生物は、好ましくは、フラボバクテリウム種（ＡＴＣＣ ２９７９０）、シュードモナスデニトリフィカンス（ＡＴＣＣ １３８６７）、パラコッカス パントトロファス（ＡＴＣＣ １３５４３）、ミクロヴァーグラアエロデニトリフィカンス（ＤＳＭ １５０８９）、フラボバクテリウムフリギダリウム（ＡＴＣＣ ７００８１０）、そして、ニトロソモナスユートロファ、の中から選択される。硝化微生物は、好ましくはニトロソモナスユウロペア（ＡＴＣＣ １９７１８１）である。

全ての前述の微生物は人に無害であり、したがって、本発明の目的のためのそれらの使用は健康に対する脅威を引き起こさない。上記の指定された微生物は異なる最適使用温度を有する利点を示し、このため、異なる環境および時期における使用において大きなシステム融通性を提供し、それらは、また、酸化窒素を減少させる際に極めて効率的であると証明された。しかし、有用な微生物は前述のリストのそれらに限定されず、関連する環境条件において存続可能な状態であるその他の好気性硝化および脱窒微生物がこの発明の目的のために使用されることができる。

好ましくは、複数の微生物が、異なる最適使用温度を有する各々のクラス（硝化および脱窒）のために使われ、広い環境熱又は湿度範囲の場合、これは全体としてシステムのより大きな安定性および融通性の利点を示す。

特に、少なくとも２つの脱窒微生物を使用することが好ましく、その一つは、ＮＯ_３感受性（シュードモナスデニトリフィカンス、パラコッカスパントトロファス、フラボバクテリウムフリギダリウム）であり、そしてもう一つはＮＯ_２／ＮＯ感受性（ニトロソモナスユートロファ）である。好ましい実施態様において、上記の全ての微生物が、同時に使われる。

下の表は異なる微生物の最適使用温度のリストを示す：

フラボバクテリウム種（ＡＴＣＣ ２９７９０） ３０℃
シュードモナスデニトリフィカンス（ＡＴＣＣ １３８６７） ３０℃
パラコッカスパントトロファス（ＡＴＣＣ １３５４３） ２６℃
ミクロヴァーグラアエロデニトリフィカンス（ＤＳＭ １５０８９） ２８℃
フラボバクテリウムフリギダリウム（ＡＴＣＣ ７００８１０） １５℃
ニトロソモナスユウロペア（ＡＴＣＣ １９７１８１） ２６℃
ニトロソモナスユートロファ ２５℃
硝化微生物と脱窒微生物との間の相互の比率は、広い範囲内で、好ましくは６０％と４０％の間で、変化させることができる。各々の微生物の量は、異なる操作条件に従って広範囲にわたって変化させることができる。全ての前述の微生物が使われる場合、存在するニトロソモナスの総量（ユートロファ＋ユウロペア）が１００％、そして別の１００％が残りの微生物（すなわち非ニトロソモナス）であり、最適な割合は、次の通りである：

ニトロソモナス

ニトロソモナスユウロペア（ＡＴＣＣ １９７１８１）６０％
ニトロソモナスユートロファ ４０％

非ニトロソモナス

フラボバクテリウム種（ＡＴＣＣ ２９７９０）２０％
シュードモナスデニトリフィカンス（ＡＴＣＣ １３８６７）３０％
パラコッカスパントトロファス（ＡＴＣＣ １３５４３）１０％
ミクロヴァーグラアエロデニトリフィカンス（ＤＳＭ １５０８９）２０％
フラボバクテリウムフリギダリウム（ＡＴＣＣ ７００８１０）２０％
上記のパーセンテージは、関連する硝化／脱窒活性度の国際単位（ＩＵ）に関して測定される微生物の量の間の比率を指す。

図１は、１つの硝化微生物、１つの脱窒ＮＯ_３感受性微生物、および１つの脱窒ＮＯ_２／ＮＯ感受性微生物を含む、好ましい実施態様による本発明の機能を示す。
ＮＯ_３サイクル：
環境ＮＯ_３は、ＮＯ_３感受性微生物によってＮＯ_２に脱窒されて、ＮＯ_２／ＮＯ感受性微生物によってＮ_２に更に脱窒される。
ＮＯ_２／ＮＯサイクル：
環境ＮＯ_２／ＮＯは、ＮＯ_２／ＮＯ感受性微生物によってＮ_２に脱窒される。
ＮＨ_３サイクル：
環境ＮＨ_３およびプロセス中に生成されるそれは、硝化微生物によってＮＯ_２に変換され、結果として生じるＮＯ_２は、次にＮＯ_２／ＮＯ感受性微生物によってＮ_２に脱窒される。
ＣＯ_２サイクル：
環境ＣＯ_２およびプロセス中に生成されるそれは、有機化合物に変換される。これらの有機化合物は、次に脱窒微生物（特にＰ．デニトリフィカンス、Ｐ．パントトロファス、Ｆ．フリギダリウム）の代謝のための基質として作用し、脱窒微生物は、有機物をＣＯ_２に再酸化させ、それをもう一度硝化反応に利用できる。
Ｈ_２Ｏサイクル：
ＮＨ_３の硝化反応は、ＮＨ_３および酸素からの水の形成に結びつく。このように形成された水は、必要とされるシステムの加湿を提供し、それによって上記の全てのバクテリア生物種の代謝を助ける。

基本的に、通常は大気中に存在する汚染成分の吸収、および水と有機物の形成を通して、システムを動作可能に保つための追加の外部栄養の必要性なしで、システムは自己動作可能である。

ニトロソモナスユウロペアは、微細粉塵（ＰＭ１０、ＰＭ２．５）を吸収するように作用する粘液を分泌する表面を発現させる更なる利点を示し、それは脱窒作用と有利に関連し、これは本発明の主な目的である。

このシステムは、したがって、様々な利点を提供することができる：
− 上記の異なる微生物のおかげで、全ての酸化窒素およびアンモニアに向けた広範囲汚染除去能力、
− 硝化および脱窒微生物間の相乗作用のおかげで向上した汚染除去効率、
− Ｎ．ユウロペアの特定作用を通した、微細粉塵減少活動による補充の可能性、
− 異なる最適使用温度による微生物のつながりのおかげで、異なるあるいは変化する環境条件での、一般的に１０℃と３５℃の間での、使用の広い融通性および応答定常性、
− 関係する微生物の代謝のために必要な、酸化窒素吸収サイクルと水および有機物発生のおかげである、システム自己持続能力。

システムの広域の汚染除去能力は、使用する微生物と接触する気流の濃度に関して変化する。参照として、３０００ｃｆｍ以上の気流の存在下で、上記した好ましい割合の３００ｇの前述の７つの微生物が２４時間につき２４０ｇのＮＯ_ｘを窒素に変換することが可能である。

上記した汚染除去方法を実施するために適応される装置、同じくそれらの製造のための方法は、本発明の更なる目的を含む。この装置は、汚染空気流と接触することに適応される適切な支持体に結合される前述の微生物を与え、前記支持体は、環境への露出に適応される容器の中に、任意選択で配置されていることで特徴付けられる。

支持体を占める材料は、充分な剛性を備え、同時に、安定して存続可能な方法で前述のバクテリア生物種を固定することが可能な、任意の種類の材料とすることができる。一般的に、織物、不織布、綿、繊維ガラス、繊維素パルプ、例えば寒天、紙、ボール紙、ポリマー材料などのバクテリア培養のための材料のような、多孔質あるいは繊維材料が、使用可能である。ポリマー材料の中で、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥあるいはＴｅｌｏｎ）は特に効率的であり、ＰＴＦＥ上の存続可能なバクテリアの安定固着は、従来技術において公知の実践である。（Ａｐｐｌ．Ｅｎｖ． Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．， １９９１， ｐ．２１９−２２２を参照）。

支持体は、露出の環境条件に従い様々な形状および構造で使われることができる。全ての支持体の共通特性は、処理されるべき気流を遮断して、空気と固定した微生物との間に大きい接触面を提供する能力である。例えば、支持体は前述の材料から成る１ｍ^２などのパネル構造を有し、その表面および／または内層はしっかりと付着した微生物を含む。

例えば、３０００ｃｆｍ以上の気流にさらされる、合計３００ｇの上記した微生物を含有するパネルは２４時間で平均２４ＯｇのＮＯ_ｘを脱窒する。

支持体は、個別に使われることができるか、あるいはセットにまとめられることができ、例えば、５０個の平行パネルが、使用されることができ、各々のパネル間を２ｃｍの間隙で、直線に配置され、１ｍ^３の体積で単一ユニットを形成し、および間隙に沿って流れる接線方向空気流束を収容することになり、パネルにつき例えば３００ｇｍｓの微生物の含有量を仮定すると、１立方メートルあたりこのユニットの変換能力は、１２（＝０．２４０ｘ５０）ｋｇｍ ＮＯ_ｘ／２４ｈである。

支持体は、個々であれあるいはセットであれ、環境要因に対して適切に耐性のある、光を透過するおよび／または支持照明装置を備えている、扱いやすい保護容器内に挿入されることができ、上記した微生物学的反応は光の存在下で生じるので、支持照明は、自然あるいは人工にかかわらず、本発明のために必須の条件である。活性表面に対して潜在的に損傷を与える物体の粒子を外側に保つために、好ましくは、容器は保護格子および／または空気プレフィルタシステムを含み、これらのプレフィルタシステムはまた、加湿され、および／または適切な流体物質で処理され、あるいは、粉塵および特に微細粉塵（ＰＭ１０ ＰＭ ２．５）を閉じ込めるために、静電気的に帯電されることができ、この活動は、本発明の脱窒作用に効率的に相乗作用を与え、そして、Ｎ．ユウロペアの抗ＰＭ活動と共に、処理された空気の洗浄にいっそう更に寄与する。好ましくは、前記容器は、また、汚染を除去する方向に気流を増大して／導くための適切なシステムを含み、これらのシステムは、静的であるか、あるいは動的である。静的システムは、（例えば）ラッパ型あるいは漏斗状の空気コンベクタ、スクロール、ボリュートなどを含む。動的システムは、ファン、タービン、可搬式のパネル、ブレード、などを含む。本発明が、動いている構造に搭載される場合、静的システムが好ましく使われる（例えば自動車あるいは他のいくつかの運搬車両の中に入る空気を処理するために）。動的システムは、例えば家庭のエアーフィルタ、または産業排水管の近くの、あるいは自動車排気管からＮＯ_ｘを遮断するロードブランケットに近接した、汚染除去構造などの固定した構造に有利に使われる。

具体例では、そのブレードが、ブレード表面に結合される本発明の微生物を含有するＰＴＦＥから作られるファンによって例証されるように、それ自体で動的ユニットを形成して、支持体が容器なしで使われることができる。

容器は、また、例えば空気プレヒートシステム、前および後処理汚染解析センサ、環境内の微生物の偶発的な放出を防ぐことを目的とされるシステム、などの付属システムを備えることができる。

図２および３は、非制限的な方法で本発明の２つの実施態様を例示し、自動車内部に入る空気を清浄にする、自動車の外面のような動いている構造上の用途に役立つ。２つの図は、脱窒素チャンバ（１１）の照明装置だけが異なり、図２では、自然光が不透明なプレキシグラス（登録商標）カバー（１）を通して拡散され、図３では、環境光がソーラパネル（２）を通してエネルギーとして保存され、汚染除去支持体の近くに配置される低消費照明（３）に供給する。図２−３に共通の残りのシステム要素は、以下のとおりである：到着空気（４）は、静的コンベヤ（５）によって構造の内側に導かれ、次いで、空気は、環境水および湿気を遮断する格子（６）を通して通過して、入口センサ（７）が、入って来る空気内のＮＯ_ｘ含有量を分析して、図面内に示されない適切なリーダに、データを送信する。空気は、次いで、全てのより大きいサイズの材料粒子をブロックするプレフィルタ（８）を通って通過し、次は、脱窒素反応のために適温まで空気を加熱する抵抗（９）を備えた予熱チャンバであり、次の部分は、微細粉塵（ＰＭ１０ ＰＭ ２．５）を除去するための一般の静電フィルタ（１０）である。続いて空気は、前述した微生物を含有する支持体（図面内に図示せず）が設置される脱窒チャンバ（１１）に入り、出て行く空気は、ＵＶＡ光線によって照らされる消毒チャンバ（１２）に入り、このチャンバは、支持体から偶然に放出されたバクテリアを非活性化するために用いられる。適切な光セパレータ（１３）が、支持体とＵＶＡ光線との間の接触を防ぐために２つのチャンバ（１１）と（１２）の間に挿入される。出て行く空気は、次いで汚染成分を分析する出口センサ（１４）を通過して、入口データと結果を比較することによって、実時間でシステムの脱汚染効率のデータを出力し、このように、処理された出て行く空気（１５）は、それが使われるべき環境の中に放出される準備が整っている。

このシステムは、出口の保護格子および制御、洗浄、保守、修理、などのために使用される様々なシステム要素へのアクセスのためのオープニング機構（１６）とともに完成される。

本発明は、以下のセクターにおいて限定されない方法で汚染レベル、特に窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）、ＮＨ_３、微細粉塵（ＰＭ１０ ｅ ＰＭ２．５）およびＣＯ_２を減少させることに役立つ：
− 特に都市環境での、家庭およびオフィス室内、走行中の車両の内部および汚染除去、
− 燃焼器および焼却装置からの焼けた煙霧内に存在する汚染粒子の更なる減少、
− 内燃機関からの汚染気体排出物の更なる減少。

本発明の汚染除去要素の機能を示すフローチャートである。 自然光電源を備えた可搬式の構造である。 ソーラパネルを備えた可搬式の構造である。

Claims (21)

1. 大気中に存在する環境汚染成分、特に酸化窒素、アンモニア、微細粉塵およびＣＯ_２、の減少のための方法であって、処理されるべき前記大気が、適切に搬送され、両方とも好気性の、少なくとも一つの脱窒微生物と少なくとも一つの硝化生物とを含有する汚染除去要素と接触することを特徴とする方法。
2. 前記脱窒微生物は、フラボバクテリウム種、シュードモナスデニトリフィカンス、パラコッカスパントトロファス、ミクロヴァーグラアエロデニトリフィカンス、フラボバクテリウムフリギダリウムおよびニトロソモナスユートロファの中から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記硝化微生物は、ニトロソモナスユウロペアであることを特徴とする請求項１−２に記載の方法。
4. 少なくとも２つの脱窒微生物が使われ、１つがＮＯ_３感受性であり、もう１つが、ＮＯ_２／ＮＯ感受性であることを特徴とする請求項１−３に記載の方法。
5. ＮＯ_３感受性の微生物は、シュードモナスデニトリフィカンス、パラコッカスパントトロファス、フラボバクテリウムフリギダリウムの中から選択されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記Ｎ０_２／Ｎ０感受性の微生物は、ニトロソモナスユートロファであることを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. 全ての以下の微生物、すなわち、フラボバクテリウム種、シュードモナスデニトリフィカンス、パラコッカスパントトロファス、ミクロヴァーグラアエロデニトリフィカンス、フラボバクテリウムフリギダリウム、ニトロソモナスユウロペア、ニトロソモナスユートロファ、が同時に使われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 硝化微生物と脱窒微生物との間の相互の比率は、６０％および４０％の間で変動することを特徴とする請求項１−７に記載の方法。
9. 前記微生物が、以下の分量で使われることを特徴とする請求項１−８に記載の方法。
   
   ニトロソモナス
   
   ニトロソモナスユウロペア（ＡＴＣＣ １９７１８１）６０％
   ニトロソモナスユートロファ ４０％
   
   非ニトロソモナス
   
   フラボバクテリウム種（ＡＴＣＣ ２９７９０）２０％
   シュードモナスデニトリフィカンス（ＡＴＣＣ １３８６７）３０％
   パラコッカスパントトロファス（ＡＴＣＣ １３５４３）１０％
   ミクロヴァーグラアエロデニトリフィカンス（ＤＳＭ １５０８９）２０％
   フラボバクテリウムフリギダリウム（ＡＴＣＣ ７００８１０）２０％
10. 大気中に存在する環境汚染成分、特に酸化窒素、アンモニア、微細粉塵およびＣＯ_２、の減少のための装置であって、それが少なくとも一つの好気性脱窒微生物と、少なくとも一つの好気性硝化微生物とを含み、両方とも、処理されるべき前記気流との接触に適応される一つ以上の支持体に結合されることを特徴とする装置。
11. 前記脱窒微生物は、フラボバクテリウム種、シュードモナスデニトリフィカンス、パラコッカスパントトロファス、ミクロヴァーグラアエロデニトリフィカンス、フラボバクテリウムフリギダリウムｅニトロソモナスユートロファ、の中から選択されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記硝化微生物は、ニトロソモナスユウロペアであることを特徴とする請求項１０−１１に記載の装置。
13. 前記支持体は、多孔質あるいは繊維材料、例えば織物、不織布、綿、繊維ガラス、繊維素パルプ、紙、ボール紙、ポリマー材料、例えばポリテトラフルオロエチレン、から構成されることを特徴とする請求項１０−１２に記載の装置。
14. 前記支持体はパネルあるいはその複数から成り、セットにまとめられることを特徴とする請求項１０−１１に記載の装置。
15. 前記支持体は、前記環境への露出に適応し、かつ前記支持体のための照明装置を備えている容器の内部に載置されることを特徴とする請求項１０−１４に記載の装置。
16. 前記容器は、保護格子および／または、加湿されることができ、および／または適切な流体物質によって処理されることができ、あるいは粉塵および特に微細粉塵（ＰＭ１０、ＰＭ ２．５）を閉じ込めるために静電気的に帯電することができる空気プレフィルタシステム、前記気流を増大して／前記支持体の方向に導くことが可能な静的あるいは動的システム、空気プレヒートシステム、前および後処理汚染解析センサ、前記環境において微生物の偶発的な放出を防ぐシステム、などを含むことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. 内部環境、例えば家庭の室内、事務所、車両内部などの処理のために考えられる、請求項１６に記載の装置。
18. 例えば車両あるいは工業用プラントからの前記大気中への汚染物質放出を減少させるような、外部の環境の処理のために考えられる、請求項１６に記載の装置。
19. 汚染レベル、特に酸化窒素（ＮＯ_ｘ）、ＮＨ_３、微細粉塵（ＰＭ１０ ｅ ＰＭ２．５）およびＣＯ_２の減少のための、請求項１０に記載の装置の使用法。
20. 以下のセクターにおける請求項１９に記載の使用法。
    − 特に都市環境での、家庭およびオフィス室内、走行中の車両の内部における汚染除去
    − 燃焼器および焼却装置からの焼けた煙霧内に存在する汚染粒子の更なる減少
    − 内燃機関からの汚染気体排出物の更なる減少
21. 大気中、特に酸化窒素、アンモニア、微細粉塵およびＣＯ_２中に存在する環境汚染物の減少のための装置の製造方法であって、少なくとも一つの好気性脱窒微生物と少なくとも一つの好気性硝化生物が、処理されるべき前記気流と接触するのに適応される一つ以上の適切な支持体上へ結合され、かつ、任意選択として、前記支持体は、前記環境への露出のために適応される適切な容器内部に入れられることを特徴とする製造方法。