JP2015524353A - 選択的透過バリアを利用する生物処理システム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2012年8月8日提出の、米国仮特許願第61/680,827号の優先権を主張し、その内容全体をここに援用する。
本発明は、典型的には水系媒体である流動媒体から汚染物を除去するために使用できる多様なシステムを含んでいる。1実施態様では、このシステムは、媒体からの汚染物を代謝する培養微生物を分離するために構築された半透過バリアを含む処理領域を含む。半透過バリアは、汚染物質を媒体と培養微生物との間で交換させるが、培養微生物は媒体から隔離されている。時間と共に、微生物は汚染物質を消化し、媒体は浄化される。実施態様によっては、このシステムは電極を追加的に含んでおり、汚染物を除去するためにエキソエレクトロジェニック微生物を利用する。
培養及び維持することができ、その微生物が(直接的に又は間接的に)標的汚染物を代謝するなら、菌類、古細菌、真菌類、原性生物、及び藻類を含む多様な微生物を本発明のシステムで利用できる。微生物群生体は、単種の微生物又は複数の微生物で構成できる。この群生体に含まれる少なくとも一種が、その代謝プロセスにおいてそれぞれの標的の物質を利用できるであろう。一つの物質が媒体からの除去の標的となっているとき、群生体の微生物の1種類以上がその物質を利用できるであろう。除去のために複数の物質が標的となっているとき、少なくとも一種類の微生物がそれぞれの物質を利用できるであろう。単種の微生物は、その代謝プロセスにおいて複数の標的の物質を利用できる。実施態様によっては、微生物はジオバクター属、クロストリジウム属、ロデフェラクス属、又は大腸菌由来のものでよい。
一般的には水又は廃水である処理対象の媒体は、媒体領域に進入するであろう。媒体は汲み上げられるか、又は重力などによって充填される。媒体内の汚染物質は半透過バリアを通って処理領域に入り、そこで微生物が汚染物質を代謝する。実施態様によっては、第2の物質流を、微生物のための栄養物及び/又は処理対象の二次汚染物を含む処理領域に追加できる。このシステムは典型的には、最良の機能を確実に提供するため、汚染物又は栄養物の流れを調節する能力も含んでいるであろう。バリアは、微生物及び二次汚染物が処理領域から媒体領域へ通過することを防止するか、又は別々なチャンバ内の微生物集団が互いに汚染し合うことを防止する。
処理されている媒体への非制御分散を防止するよう、バリアは微生物を収容するように機能する。追加的にバリアは、異なる微生物集団がシステムの異なる領域で利用されるときの交差汚染を防止する。バリアは、標的の物質をシステムに進入及びそこから外出させるために十分大きいが、有機物を通過させないように十分小さい孔サイズを備えたフィルターなどの機械的なものでよい。バリアは、イオンを通過させるが、微生物を排除するイオン透過膜などの電子化学原理も利用できる。バリアは、紫外線光バリアなどの殺菌又は滅菌特性も利用できる。
実施態様によっては、システムは、微生物のバイオフィルムの増殖を促進するため、及び/又は領域内での混合を補助するため、及び/又は領域間の分散を補助するための支持構造体を含んでいる。支持構造体は、その上でバイオフィルムが増殖できる構造を提供する任意の形状又は材質でよく、栄養物(標的汚染物を含む)を構造体内に進入させて通過させる。例えばメッシュ、交差流媒体、又は顆粒を利用できる。メッシュ形態では、支持構造体は一般的には、図4に示すように、好適にはバリアと支持構造体との間に空間が存在しないように、バリア付近に配置されるであろう。他の実施態様では、支持構造体は、バイオフィルムを処理領域全体に分散させる浮動性(又は中密度)の大表面積ポリマー構造であろう。追加的に、本発明がBES成分(以降で解説)を組み込んでいる場合には、支持構造体は、好適にはそれらの間に空間がないように電極付近に配置されるか、又は電極は支持構造体内に組み込まれるであろう。
処理領域と半透過バリアの組み合わせに加えて、本発明の実施態様のいくつかは、生物電気化学システム(BES)を追加的に組み込んでおり、即ち、電位及び/又は電流源、並びにそれらの代謝プロセス(エキソエレクトロゲン)において電気エネルギーを利用するか、又は電気エネルギーを創出する微生物を含んでいる。図5を参照のこと。BESは脱窒プロセスのいくつかの重要な増強を提供している。先ずBESは、COD利用性が非常に低いとき、カソードコンパートメント(処理領域)での脱窒を可能にする電位を提供する。さらに、生体電極、生物的に活性なアノード及びカソード電極はエキソエレクトロゲンのバイオフィルムの利用を促進するために使用できる。
その他の実施態様では、本発明は予備処理ステップも含んでいる。例えば、本発明が脱窒処理に利用されるとき、脱窒ステップが含まれる。追加的に、酸素除去も予備処理としてシステムに含まれることができる。この構成は、固形物の嫌気性消化で生成されるアンモニアとアンモニウムイオンを更に容易に処理させる。
特許、特許出願、特許刊行物、学術雑誌、書籍、論文、ウェブコンテンツなどの他の文献の援用及び引用は、本明細書中でなされている。それら全ての文献はその内容全体を全ての目的のためにここで援用している。
本発明を、その精神又は重要な特徴から逸脱せずに、その他特定の形態で具現化できる。従って、上述の実施例は、ここで解説の発明を限定するものではなく、全ての点において例示であると理解されるべきである。よって本発明の範囲は、上述の解説によってではなく、添付の「請求の範囲」によって示され、請求項に記載の発明と均等な範囲内の全ての変更は、そこに含まれるものである。
Claims (23)
- 流動媒体から第1の標的汚染物及び第2の標的汚染物を除去するためのシステムであって、
半透過バリアによって第2の領域から分離された第1の領域と、
前記第1の領域内に配置された培養微生物と、を含み、
該培養微生物は、代謝過程において第1の標的汚染物を使用できる少なくとも一種の微生物と、代謝過程において第2の標的汚染物を使用できる少なくとも一種類の微生物と、を含み、
前記半透過バリアは、前記第1の標的汚染物を透過させるが、前記微生物は実質的に透過させない、システム。 - 前記第1の標的汚染物を使用できる前記少なくとも一種の微生物及び前記第2の標的汚染物を使用できる前記少なくとも一種の微生物は、同じ微生物である、請求項1記載のシステム。
- 前記第1の領域内に配置され、培養微生物の増殖を促進させるように構築された支持構造体を更に含む、請求項1記載のシステム。
- 前記支持構造体は電極を含む、請求項3記載のシステム。
- 本システムの電気活性は、前記第1の標的汚染物又は前記第2の標的汚染物の濃度をモニターするために利用される、請求項4記載のシステム。
- 前記第1の標的汚染物又は前記第2の標的汚染物の濃度を、モニターされた電気活性の変化に対応して調節するように設計されている、請求項5記載のシステム。
- 前記第1の標的汚染物を使用できる前記少なくとも一種類の微生物又は前記第2の標的汚染物を使用できる前記少なくとも一種類の微生物は、エキソエレクトロゲン微生物である、請求項4記載のシステム。
- 前記電極は、前記第1の領域の電位が前記第2の領域の電位よりも高くなるようにバイアスされる、請求項4記載のシステム。
- 前記電極は、前記第1の領域の電位が前記第2の領域の電位よりも低くなるようにバイアスされる、請求項4記載のシステム。
- 前記バリアはイオン交換膜を含む、請求項1記載のシステム。
- 前記バリアはフィルターを含む、請求項1記載のシステム。
- 前記第1の標的汚染物は、硝酸塩、亜硝酸塩、又はアンモニアを含む、請求項1〜11のいずれかに記載のシステム。
- 前記第2の標的汚染物は炭素を含む、請求項1〜12のいずれかに記載のシステム。
- 前記半透過バリアは、前記流動媒体を実質的に透過させない、請求項12または13記載のシステム。
-
前記半透過バリアは、前記第2の標的汚染物を実質的に透過させない、請求項12〜14のいずれかに記載のシステム。 - 複数の半透過バリアによって、前記第2の領域から分離された複数の第1の領域を更に含む、請求項1記載のシステム。
- 追加的な半透過バリアによって前記第2の領域から分離され、代謝プロセスにおいて第1の標的汚染物を使用できる前記少なくとも一種類の微生物と、代謝プロセスにおいて第2の標的汚染物を利用できる前記少なくとも一種類の微生物とを含む第3の領域を更に含む、請求項1記載のシステム。
- 前記第2の領域を画定するタンクを更に含む、請求項1記載のシステム。
- 前記第1の領域は、化学的酸素要求量を有する流動媒体を受領するように設計されており、前記第2の領域は、高濃度の硝酸塩を含む流動媒体を受領するように設計されている、請求項1記載のシステム。
- 前記第1の領域は、動物性廃棄物又は都市下水を受領するように設計されている、請求項19記載のシステム。
- 前記第2の領域は、農業廃水又は養殖処理水を受領するように設計されている、請求項19記載のシステム。
- 前記流動媒体は水を含む、請求項1〜21のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記微生物は、ジオバクター属、クロストリジウム属、ロデフェラクス属、及び大腸菌から成る群から選択される、請求項1〜22のいずれかに記載のシステム。
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