JP2022085107A - 環境浄化装置及び環境浄化方法 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、副生水素の発生量が少ない工場では、副生水素を燃やしてボイラや自家用発電設備等の燃料として利用する試みもある。しかし、燃料として利用するにも、副生水素の発生量が不安定であると、熱量、エネルギ効率が低くなるから、燃焼制御が難しいという問題がある。
したがって、化学製品等の生産過程から発生する副生水素の発生量が少ない化学工場等においては、副次的に発生する水素を何ら消費することなく大気に無駄に放出、廃棄している現状があり、副生水素の有効利用の要望が高まっている。
上記ハウジング内に化学独立栄養細菌と無機塩を含んだ培養液とを含むとは、当該ハウジング内の培養液中に化学独立栄養細菌を含む液体培養であってもよいし、化学独立栄養細菌を細菌担体に担持させ、化学独立栄養細菌を担持した細菌担体が培養液等の水分(湿気)を含むように構成されたものであってもよい。即ち、ハウジング内に培養液及び細菌担体を収容し高温、高湿の条件とすることで細菌担体を濡らしてもよいし、細菌担体が培養液を吸水するものであってもよいし、或いは、細菌担体に培養液を散水、噴霧等することによって湿らせるものであってもよい。何れにせよ、細菌担体を使用する場合にはそれを湿潤状態とすればよい。
上記化学独立栄養細菌の基質とは、化学独立栄養細菌の生育、増殖に必要な栄養基質であり、少なくとも、化学独立栄養細菌のエネルギ源としての無機物、例えば、水素、硫化水素、硫黄、酸化鉄(II)、アンモニア等と、炭素源としての二酸化炭素とが使用され
、化学独立栄養細菌が好気性菌である場合には、酸素も使用される。それら基質の前記ハウジング内への供給形態は、ガスの形態で供給するものであってもよいし、水に溶解或いは吸湿させて供給するようにしてもよい。更に、前記ハウジングの気相部分に供給してもよいし、前記ハウジングの培養液中に供給するようにしてもよい。各基質は混合して供給されてもよいし、別々に供給されてもよい。
ここで、上記水素細菌とは、水素酸化細菌とも称され、遊離の水素を酸化し、その反応によって生じるエネルギを利用して、二酸化炭素(炭酸ガス)を炭素源として生育、増殖し、炭酸同化を行う細菌の総称である。上記水素細菌は、酸素を電子受容体として利用し好気的に水素を酸化し二酸化炭素を同化するものであってもよいし、二酸化炭素や硝酸イオン(NO3 -)を電子受容体として利用し嫌気的に水素を酸化し二酸化炭素を同化するものであってもよい。なお、水素細菌は、一般的には、短桿菌、グラム陰性、無胞子桿菌で極毛を有するものであり、例えば、土壌や水から分離したものが使用できる。
なお、基質供給部からの水素、二酸化炭素及び酸素の前記ハウジング内への供給は、それら3成分系のみに厳格に要求されるものではなく、前記化学独立栄養細菌の培養、増殖ができる水素、二酸化炭素及び酸素の所定濃度(所定量)を供給できれば、水素、二酸化炭素及び酸素以外の気体、不純物が含まれていてもよい。前記ハウジング内で水素が、好ましくは、20~90%濃度、より好ましくは、50~90%濃度、更に好ましくは、70~90%濃度、酸素が、好ましくは、5~60%濃度、より好ましくは、5~40%濃度、更に好ましくは、5~25%濃度、二酸化炭素濃度が、好ましくは、5~60%濃度、より好ましくは、5~40%濃度、更に好ましくは、5~35%濃度となるように供給される。水素、二酸化炭素及び酸素は、別々に供給されてもよいし、何れか2種以上を混合して供給してもよいし、水素、二酸化炭素及び酸素の混合ガス、成分を供給してもよい。
上記副生水素を含む排ガスとは、例えば、苛性ソーダ、塩素ガス等、或いはその他化学製品を製造する際に、副次的に発生する水素ガスを含み、工場等から排出されるガスである。
上記製造された水素ガスとは、工場等で天然ガスや石油等の化石燃料から水蒸気改質または部分酸化改質で製造された水素ガスや、水の電気分解により製造された水素ガスや、メタノールまたはエタノールの改質で製造された水素ガスである。
上記二酸化炭素を含む燃焼排ガスとは、工場等で燃料を燃焼させたときに生じるガスで、燃料の燃焼で生じる二酸化炭素を含み、工場等から排出されるガスである。
また、上記副生二酸化炭素を含む排ガスは、製鉄時や石油化学製品の製造時、或いはその他の製品を製造する際に、副次的に発生する二酸化炭素を含み、工場等から排出されるガスである。例えば、工場等から排出される副生水素を含む排ガス中には、副生二酸化炭素が含まれていることも多い。
上記余剰酸素を含む燃焼排ガスとは、工場等で燃料を燃焼させたときに生じるガスで、燃料の燃焼に使用されなかった余剰の酸素を含み、工場等から排出されるガスである。
また、上記副生酸素を含む排ガスは、例えば、水の電気分解等で副次的に発生する酸素を含み、工場等から排出されるガスである。
上記ハウジング内に水分を含み化学独立栄養細菌を担持した細菌担体を含むとは、当該ハウジング内に培養液及び細菌担体を収容し高温、高湿の条件とすることで細菌担体を濡らしてもよいし、細菌担体が培養液を吸水するものであってもよいし、或いは、細菌担体に培養液や水を散水、噴霧等することによって湿らせるものであってもよい。何れにせよ、細菌担体を湿潤状態とすればよい。また、細菌担体はハウジング内に交換自在に収容される。なお、当該ハウジング内には、細菌担体が複数個収容されていてもよいし、細菌担体の複数個がまとめられてカートリッジに収納され、当該カートリッジが複数個収容されていてもよい。
上記カートリッジは、液分や気体が透過し中に収納される前記細菌担体に供給できる通気性及び通水性を有する構造であればよく、例えば、網状、メッシュ状、多孔質状のものが使用される。
ここで、上記親水性繊維とは、例えば、パルプ、コットン等の天然繊維や、レーヨン、キュプラ、等の再生セルロース繊維や、アセテート繊維等の半合成セルロース繊維等の植物繊維のセルロース系の繊維や、ポリビニルアルコール繊維等が使用される。
また、上記多孔質材料とは、細孔が多く空いているポーラス材料であり、例えば、活性炭等のカーボンや、ゼオライトや、珪藻土や、セラミック等が使用される。
上記抄紙体は、親水性繊維と多孔質材料とを混抄紙してなる抄紙体であってもよいし、親水性繊維を抄造して得た抄紙体に多孔質材料を付着(外填)させたものであってもよく、親水性繊維と多孔質材料を結合保持するために結合剤を使用したものであってもよい。
ここで、上記貫通状の多孔構造とは、例えば、楕円形または円形状の孔や、三角形、四角形、五角形、六角形(ハニカム)等の角形状とした多数の孔が細菌担体の表裏を貫通する構造であることを意味する。
上記排気部は、前記リアクタ部の前記ハウジングの室内の内気を室外に排出するものであり、当該内気の排出によって、前記ハウジング内の気圧を一定に制御自在とするものである。前記ハウジングから室外に排出された内気は、大気(外気)に放出してもよいし、その一部を前記ハウジング内に戻し循環させてもよい。
上記循環路は、前記排気部から排出された前記内気の一部を前記ハウジング内に戻す循環系のガス経路であり、通常、ファン、ブロア、送風機等によって前記排気部から排出された前記内気の一部が前記ハウジング内に供給される。
上記ハウジング内に化学独立栄養細菌と無機塩を含んだ培養液とを含むとは、当該ハウジング内の培養液中に化学独立栄養細菌を含む液体培養であってもよいし、化学独立栄養細菌を細菌担体に担持させ、化学独立栄養細菌を担持した細菌担体が培養液等の水分(湿気)を含むように構成されたものであってもよい。即ち、ハウジング内に培養液及び細菌担体を収容し高温、高湿の条件とすることで細菌担体を濡らしてもよいし、細菌担体が培養液を吸水するものであってもよいし、或いは、細菌担体に培養液を散水、噴霧等することによって湿らせるものであってもよい。何れにせよ、細菌担体を使用する場合にはそれを湿潤状態とすればよい。
しての二酸化炭素とが使用され、化学独立栄養細菌が好気性菌である場合には、酸素も使用される。それら基質の前記ハウジング内への供給形態は、ガスの形態で供給するものであってもよいし、水に溶解或いは吸湿させて供給するようにしてもよい。更に、前記ハウジングの気相部分に供給してもよいし、前記ハウジングの培養液中に供給するようにしてもよい。各基質は混合して供給されてもよいし、別々に供給されてもよい。
ここで、上記水素細菌とは、水素酸化細菌とも称され、遊離の水素を酸化し、その反応によって生じるエネルギを利用して、二酸化炭素(炭酸ガス)を炭素源として生育、増殖し、炭酸同化を行う細菌の総称である。上記水素細菌は、酸素を電子受容体として利用し好気的に水素を酸化し二酸化炭素を同化するものであってもよいし、二酸化炭素や硝酸イオン(NO3 -)を電子受容体として利用し嫌気的に水素を酸化し二酸化炭素を同化するものであってもよい。なお、水素細菌は、一般的には、短桿菌、グラム陰性、無胞子桿菌で極毛を有するものであり、例えば、土壌や水から分離したものが使用できる。
なお、前記ハウジング内への基質としての水素、二酸化炭素、及び酸素の供給は、それら3成分系のみに厳格に要求されるものではなく、前記化学独立栄養細菌の培養、増殖ができる水素、二酸化炭素及び酸素の所定濃度(所定量)を供給できれば、水素、二酸化炭素及び酸素以外の気体、不純物が含まれていてもよい。前記ハウジング内で水素が、好ましくは、20~90%濃度、より好ましくは、50~90%濃度、更に好ましくは、70~90%濃度、酸素が、好ましくは、5~60%濃度、より好ましくは、5~40%濃度、更に好ましくは、5~25%濃度、二酸化炭素濃度が、好ましくは、5~60%濃度、より好ましくは、5~40%濃度、更に好ましくは、5~35%濃度となるように供給される。水素、二酸化炭素及び酸素は、別々に供給されてもよいし、何れか2種以上を混合して供給してもよいし、水素、二酸化炭素及び酸素の混合ガス、成分を供給してもよい。
上記副生水素を含む排ガスとは、例えば、苛性ソーダ、塩素ガス等、或いはその他化学製品を製造する際に、副次的に発生する水素ガスを含み、工場等から排出されるガスである。
上記製造された水素ガスとは、工場等で天然ガスや石油等の化石燃料から水蒸気改質または部分酸化改質で製造された水素ガスや、水の電気分解により製造された水素ガスや、メタノールまたはエタノールの改質で製造された水素ガスである。
上記二酸化炭素を含む燃焼排ガスとは、工場等で燃料を燃焼させたときに生じるガスで、燃料の燃焼で生じる二酸化炭素を含み、工場等から排出されるガスである。
また、上記副生二酸化炭素を含む排ガスは、製鉄時や石油化学製品の製造時、或いはその他の製品を製造する際に、副次的に発生する二酸化炭素を含み、工場等から排出されるガスである。例えば、工場等から排出される副生水素を含む排ガス中には、副生二酸化炭素が含まれていることも多い。
上記余剰酸素を含む燃焼排ガスとは、工場等で燃料を燃焼させたときに生じるガスで、燃料の燃焼に使用されなかった余剰の酸素を含み、工場等から排出されるガスである。
また、上記副生酸素を含む排ガスは、例えば、水の電気分解等で副次的に発生する酸素を含み、工場等から排出されるガスである。
上記ハウジング内に水分を含み化学独立栄養細菌を担持した細菌担体を含むとは、当該ハウジング内に培養液及び細菌担体を収容し高温、高湿の条件とすることで細菌担体を濡らしてもよいし、細菌担体が培養液を吸水するものであってもよいし、或いは、細菌担体に培養液を散水、噴霧等することによって湿らせるものであってもよい。何れにせよ、細菌担体を湿潤状態とすればよい。また、細菌担体はハウジング内に交換自在に収容される。なお、当該ハウジング内には、細菌担体が複数個収容されていてもよいし、細菌担体の複数個がまとめられてカートリッジに収納され、当該カートリッジが複数個収容されていてもよい。
上記カートリッジは、液分や気体が透過し中に収納される前記細菌担体に供給できる通気性及び通水性を有する構造であればよく、例えば、網状、メッシュ状、多孔質状のものが使用される。
ここで、上記親水性繊維とは、例えば、パルプ、コットン等の天然繊維や、レーヨン、キュプラ、等の再生セルロース繊維や、アセテート繊維等の半合成セルロース繊維等の植物繊維のセルロース系の繊維や、ポリビニルアルコール繊維等が使用される。
また、上記多孔質材料とは、細孔が多く空いているポーラス材料であり、例えば、活性炭等のカーボンや、ゼオライトや、珪藻土や、セラミック等が使用される。
上記抄紙体は、親水性繊維と多孔質材料とを混抄紙してなる抄紙体であってもよいし、親水性繊維を抄造して得た抄紙体に多孔質材料を付着(外填)させたものであってもよく、親水性繊維と多孔質材料を結合保持するために結合剤を使用したものであってもよい。
ここで、上記貫通状の多孔構造とは、例えば、楕円形または円形状の孔や、三角形、四角形、五角形、六角形(ハニカム)等の角形状とした多数の孔が細菌担体の表裏を貫通する構造であることを意味する。
特に、副生水素ガスを燃料電池等として有効利用するときには発電量の安定性や燃料電地スタックを劣化させる等の電池の品質問題があるのに対し、副生水素ガスを化学独立栄養細菌に利用させるものでは、不純物が含まれていても、また、供給量が不安定であっても、燃料電池等のような品質の問題が生じ難い。水素ガスの純度が低く、供給量が不安定な副生水素ガスでも、その水素を利用して二酸化炭素を消費する環境浄化に有効活用することができる。
更に、請求項1の発明の環境浄化装置によれば、化学独立栄養細菌を使用した炭酸同化であり、太陽光等の光をエネルギ源として利用する光合成細菌とは異なり、二酸化炭素の還元、即ち、炭酸同化に光エネルギを要するものでないから、省スペース、コンパクトな設計で水素及び二酸化炭素を消費できる。
このときリアクタ部では、ハウジング内の圧力が一定に維持されるようハウジング内の内気を排出できることで、ハウジング内の増圧による水素細菌の不活性化、増殖の停止が抑えられ、水素及び二酸化炭素の消費効率を高めることができる。更に、ハウジングから排出された内気の一部をハウジング内に循環させているから、例えば、副生水素ガスを含んだ水素排ガスからの水素の供給量が変動し水素供給量が少なくなったときでも、未利用の水素ガスの大気中への排出が抑えられ、水素ガスを無駄なく有効に利用して水素細菌の増殖を維持できるようにすることが可能となる。即ち、供給される基質量に変動がある場合でも基質を無駄なく有効に細菌に消費させることが可能となる。
特に、副生水素ガスを燃料電池等として有効利用するときには発電量の安定性や燃料電地スタックを劣化させる等の電池の品質問題があるのに対し、副生水素ガスを化学独立栄養細菌に利用させるものでは、不純物が含まれていても、また、供給量が不安定であっても、燃料電池等のような品質の問題が生じ難い。水素ガスの純度が低く、供給量が不安定な副生水素ガスでも、その水素を利用して二酸化炭素を消費する環境浄化に有効活用することができる。
更に、請求項15の発明の環境浄化方法によれば、化学独立栄養細菌を使用した炭酸同化であり、太陽光等の光をエネルギ源として利用する光合成細菌とは異なり、二酸化炭素の還元、即ち、炭酸同化に光エネルギを要するものでないから、省スペース、コンパクトな設計で水素及び二酸化炭素を消費できる。
なお、実施の形態及び各変形例において、同一の記号及び同一の符号は同一または相当する機能部分であるから、ここではその重複する詳細な説明を省略する。
図1に示すように、本実施の形態に係る環境浄化装置1は、ハウジング11内に化学独立栄養細菌を担持した細菌担体13及び水素細菌の培養液15を収容したリアクタ部10と、リアクタ部10のハウジング11内に化学独立栄養細菌により資化される水素(H2)、二酸化炭素(CO2)等の基質を供給する基質ガス供給部30と、ハウジング11の室内の圧力を調節する圧力調節部としてハウジング11の室内の内気を室外に排出する排気部40とを有する。
なお、このような吸水性ポリマは、例えば、繊維の抄紙体に散布し、適宜結合剤を使用して結合させてもよいし、そこに更に繊維を積層するようにしてもよい。
水素細菌としては、例えば、Alcaligenes,Aquaspirillum,Arthrobacter,Azospirillum,Bacillus,Bradyrhizobium,Burkholderia,Calderobacterium,Cupriavidus,Derxia,Flavobacterium,Frankia,Helicobacter,Hydrogenobacter,Hydrogenomonas,Hydrogenovibrio,Mycobacterium,Microcyclus,Norcadia,Paracoccus,Pseudmonas,Pyrinomonas, Streptomyces, Ralstonia,Renobacter,Rhizobium,Rhodococcus,Variovorax,Xantobacter属等のものが使用できる。形質転換体を使用してもよい。
そして、1枚の細菌担体13または複数枚(n枚)の細菌担体13(13-1,13-2,・・・,13-n)を収容したカートリッジ17は、ハウジング11内に1個を収容するものであってもよいし、図3(b)に示すように、複数個(m個)収容するようにしてもよい。なお、複数個(m個)のカートリッジ17(17-1,17-2,・・・,17-m)を収容する際には、ハウジング11の底部上に水平方向に並列的またはランダムに配置してもよいし、垂直方向に積層して配置してもよい。
また、ハウジング11内の細菌担体13上の水素細菌が飽和状態になったときには、細菌担体13を収納したカートリッジ17ごとハウジング11から取り出し、新たな水素細菌を担持した細菌担体13が立設状態で収納されたカートリッジ17をハウジング11内に設置すればよく、細菌担体13の交換を容易とする。
培養液15は、主に無機塩を含むものであり、リン酸塩、アンモニウム塩、硝酸塩等の窒素源や、リン酸イオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、鉄イオン、マンガンイオン、硫酸イオン、カルシウムイオン等の無機イオン類を含有する。
具体的には、例えば、硫酸アンモニウム((NH4)2SO4)、リン酸二水素カリウム(KH2PO4)、リン酸水素二カリウム(K2HPO4)、硫酸マグネシウム水和物(MgSO4・7H2O)、硫酸第一鉄(FeSO4・7H2O)、塩化カルシウム(CaCl2)、塩化ナトリウム(NaCl)、塩化アンモニウム(NH4Cl)、塩化マグネシウム(MgCl2・6H2O)、塩化鉄(FeCl2・4H2O)、塩化ニッケル等を含有する。また必要に応じ微量元素(例えば、硫酸亜鉛(ZnSO4・7H2O)、硫酸銅(CuSO4・5H2O)、硫酸マンガン(MnSO4・5H2O)、酸化モリブテン(MoO3)、モリブテン酸ナトリウム(Na2MoO4・2H2O)、塩化コバルト(CoCl2・6H2O)、塩化ニッケル(NiCl2・6H2O)、ホウ酸(H3BO3)等)、ビタミン類、アミノ酸類、核酸類等の微量栄養素が含有される。微量栄養素は、それを含む天然の栄養物、例えば酵母エキス,麦芽エキス等であってもよい。それら微量栄養素の含有により水素細菌の生育、増殖を促進することも可能である。特に、好ましくは、リン酸水素ナトリウム(Na2HPO4)及びリン酸二水素ナトリウム(KH2PO4)や、重炭酸ナトリウム(NaHCO3)を培養液15に含むことにより、pH緩衝能を持たせることができる。即ち、溶存した二酸化炭素や水素細菌の産生物によるpH低下を防止し、pH低下による水素細菌の菌体の生育、増殖の阻害を防止する。
このとき、培養液15のpH情報が入力されたマイクロコンピュータからなる制御装置25の出力を、培養液15、無機塩等の栄養基質成分、またはpHの中和成分を収容した貯留部27に入力し、制御装置25のプログラム制御により貯留部27から培養液15、無機塩等の栄養基質成分、またはpHの中和成分が培養液15に添加、補充されるようしてもよい。なお、pHの中和成分としては、例えば、アンモニア等が使用できる。アンモニアであれば、水素細菌によって資化された培養液15中の消費された窒素源を補うこともできる。
このとき、培養液15の水位情報が入力されたマイクロコンピュータからなる制御装置25の出力を、培養液15を収容した貯留部27に入力し、制御装置25のプログラム制御により貯留部27から培養液15が培養液15に添加、補充されるようしてもよい。
図1に示すように、本実施の形態の基質ガス供給部30は、工場等から排出された副生水素等を含んだ水素排ガス31Gを供給する水素排ガス供給部31と、工場等から排出された二酸化炭素等を含んだ燃焼排ガス32Gと、ハウジング11の室外の外気、即ち、空気33Gを供給する空気供給部33とから構成され、それら水素排ガス供給部31、燃焼排ガス32及び空気供給部33にてハウジング11内のヘッドスペース(気相空間)に水素、二酸化炭素及び酸素の基質ガスを供給する。
工場等から排出された副生水素とは、例えば、苛性ソーダ、塩素ガス、エチレン等の製造時、コークスの精製時、石油精製時、化学製品を製造する際のシリコーンの脱水素縮合反応時、化学エッジング処理時、ダイカスト処理時等で副次的に生産される水素である。
これら化学製品等の製造時に副次的に生産された副生水素を含む水素排ガス31Gには、副生水素ガスの他、燃焼によるまたは副次的な二酸化炭素ガスが含まれていることもある。
工場等から排出された二酸化炭素を含んだ燃焼排ガス32Gとは、工場等で燃料を燃焼させたときに生じるガスで、燃料の燃焼で生じる二酸化炭素を含んだものである。この燃焼排ガス32Gには、燃焼に使用されなかった酸素(余剰酸素)が含まれていることもある。
また、例えば、燃焼排ガス32G中に還元力の強い一酸化炭素(CO)が多く含まれる場合等には、水素細菌の増殖を阻害する可能性もある。この場合には、一酸化炭素を除去した排ガス32Gの供給が望ましい。なお、リアクタ部10へのそれら排ガス31G,32Gの供給や空気33Gの供給は、バッチ式で行うこともできるが、水素細菌の生育、増殖や、水素細菌による二酸化炭素、酸素の消費効率等から、連続的に行うことが好ましい。
本実施の形態の排気部40は、ハウジング11の上方でハウジング11の室内の内気を室外に排出する排出路であり、ファン(送風機、ブロア)F41を設けハウジング11の室内の内気を吸気し室外に排出する構成であればよい。ハウジング11の室内に吸気ダクト等を設けてもよい。
なお、循環路41のハウジング11内への入力は、基質ガス供給部30の構成、例えば、空気供給部33の構成にまとめてよいし、それとは別にしてもよい。
副生水素を燃料電池等として有効利用する場合には発電量の安定性や燃料電地スタックを劣化させる等の電池の品質問題があるのに対し、このように細菌担体13に担持させた水素細菌の培養により水素及び二酸化炭素の消費を行うもの、即ち、副生水素を水素細菌に消費させるものでは、供給されたガスに含まれた二酸化炭素や水素を水素細菌が選択的に使用するものであるから、副生水素を含んだ水素排ガス31Gの水素の純度が低かったり、ガス組成や供給量が不安定で変動があったりしても、燃料電池等のような品質の問題が生じ難い。水素の純度が低く、供給量が不安定な水素排ガス31Gでも、それに含まれる副生水素を利用して二酸化炭素を消費する環境浄化に有効活用することができる。
加えて、水素細菌では栄養要求も単純であり、細菌担体13上で水素細菌を担持して培養しているうえ、水素が高濃度で存在する培養条件下では、リアクタ部10でコンタミによる雑菌の繁殖も生じ難く、有害物も排出しないから、メンテナンスや管理が容易で、培養液15の廃棄処理も複雑化しない。即ち、水素濃度が高い環境では、他の菌の生育も抑えられ、水素細菌を優先的に培養できるから、排ガス31G,32Gや空気33Gのフィルタ除菌等は必ずしも必要ではなく、基質ガス供給部30を簡易な構成にできる。
故に、本実施の形態の環境浄化装置1によれば、省エネ設計が可能で、維持コストも低コストで済み、管理も容易である。
回収した細菌担体13は、それを所定の溶液に投入、攪拌する等の処理を行い、所定の溶液中に水素細菌の菌体を回収し、更に、洗浄、滅菌(除菌)等すれば、再度、新たな水素細菌を担持する細菌担体13として再利用することもできる。特に、上述したように、細菌担体13(13-1,13-2,・・・,13-n)を所定間隔で配置してカートリッジ17に設置、固定するものでは、細菌担体13(13-1,13-2,・・・,13-n)同士の接触摩擦による摩耗もないから、繰り返しの利用に適する。よって、環境浄化装置1の維持も低コストで済む。また、このとき回収した水素細菌の菌体の一部を、細菌担体13に接種する種菌として利用してもよい。細菌担体13から回収された水素細菌を含んだ溶液は滅菌(除菌)処理して廃棄することも可能であるし、それを遠心分離し、得られた沈殿物を適宜抽出処理することにより、有用資源を得ることも可能である。
また、例えば、培養液15中に炭酸水素ナトリウム等の炭酸塩(炭酸水素イオン、炭酸イオン)を含有させ、それを水素細菌の二酸化炭素源として利用してもよい。水素排ガス31G、燃焼排ガス32G、空気33G等の水素、二酸化炭素及び酸素の供給源であるガスは、予め混合し、水素、二酸化炭素及び酸素の混合ガスをハウジング11内に供給するようにしてもよい。
なお、以下で説明する変形例1及び変形例2に係る環境浄化装置100,200においては、基質ガス供給部30以外の構成は、上記実施の形態の説明と同じであるから、ここでは重複する説明は省略し、相違する点のみ説明する。また、図5及び図6においては、上記実施の形態で説明した貯留部27等は、省略してある。
本変形例1において、工場等から排出された副生水素を含んだ水素排ガス31Gを供給する水素排ガス供給部31は、主に、工場等から接続されるパイプラインや配管等の管路31aと、管路31aの途中に配設されハウジング11に副生水素等を含んだ水素排ガス31Gを送り込むファン(送風機、ブロア)F31と、同じく管路31aの途中に配設されファン(送風機、ブロア)F31から送風された空気を圧縮しハウジング11内の培養液15中に配設した散気管31bに送り込むポンプまたはコンプレッサP31と、ハウジング11内の培養液15に配設した散気管31bとから構成される。
なお、本変形例1では、散気管31b,32b,33bを用いたエアレーションで培養液15に流動が生じ、攪拌されることになるから、攪拌羽等の攪拌手段23を省略することも可能である。
特に、水素細菌を使用した炭酸同化は、光合成細菌とは異なり、二酸化炭素の還元、即ち、炭酸同化に光エネルギを要するものでないから、省スペース、コンパクトな設計で水素及び二酸化炭素を消費できる。
更に、本発明を実施する場合には、水素及び二酸化炭素を消費するものであれば、化学独立栄養細菌として水素細菌の使用に限定されるものではなく、その他の水素資化性の化学独立栄養細菌であってもよい。
また、本発明の実施の形態及び実施例で挙げている数値は、その全てが臨界値を示すものではなく、実施に好適な好適値を示すものであるから、上記数値を許容値内で若干変更してもその実施を否定するものではない。
10 リアクタ部
11 ハウジング
13 細菌担体
15 培養液
17 カートリッジ
30 基質供給部
40 排気部(圧力調整部)
42 循環路
Claims (26)
- 化学独立栄養細菌、及び、無機塩を含有した前記化学独立栄養細菌の培養液をハウジング内に含んだリアクタ部と、
前記リアクタ部の前記ハウジング内に前記化学独立栄養細菌の基質を供給する基質供給部と、
前記リアクタ部の前記ハウジングの室内の圧力を調節する圧力調節部と
を具備することを特徴とする環境浄化装置。 - 前記化学独立栄養細菌は、水素細菌であることを特徴とする請求項1に記載の環境浄化装置。
- 前記基質は、水素、二酸化炭素及び酸素であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の環境浄化装置。
- 前記基質としての前記水素の供給源は、副生水素を含む排ガス、空気、または製造された水素ガスの何れか1種以上であることを特徴とする請求項3に記載の環境浄化装置。
- 前記基質としての前記二酸化炭素の供給源は、二酸化炭素を含む燃焼排ガス、副生二酸化炭素を含む排ガス、または空気の何れか1種以上であることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の環境浄化装置。
- 前記基質としての前記酸素の供給源は、余剰酸素を含む燃焼排ガス、副生酸素を含む排ガス、または空気の何れか1種以上であることを特徴とする請求項3乃至請求項5の何れか1つに記載の環境浄化装置。
- 前記リアクタ部では、前記化学独立栄養細菌が細菌担体に担持されており、前記化学独立栄養細菌を担持し水分を含んだ前記細菌担体が前記ハウジング内に収容されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか1つに記載の環境浄化装置。
- 前記細菌担体は、通気性を有し、かつ、その一部が前記培養液に浸漬されて前記培養液を吸い上げる吸水性を有するものであることを特徴とする請求項7に記載の環境浄化装置。
- 前記細菌担体は、その複数個が通気性及び通水性のあるカートリッジに収納されていることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の環境浄化装置。
- 前記細菌担体は、カーボン、セラミック、または珪藻土の何れからなる多孔質材料を含んだものであることを特徴とする請求項7乃至請求項9の何れか1つに記載の環境浄化装置。
- 前記細菌担体は、親水性繊維と多孔質材料の抄紙体からなるものであることを特徴とする請求項7乃至請求項10の何れか1つに記載の環境浄化装置。
- 前記細菌担体は、貫通状の多孔構造を有するものであることを特徴とする請求項7乃至請求項10の何れか1つに記載の環境浄化装置。
- 前記圧力調節部は、前記ハウジングの室内の内気を排出することで前記ハウジングの室内の圧力を調節する排気部からなることを特徴とする請求項1乃至請求項12の何れか1つに記載の環境浄化装置。
- 更に、前記排気部から排出された前記内気の一部を前記ハウジング内に戻し循環させる循環路を具備することを特徴とする請求項13に記載の環境浄化装置。
- 化学独立栄養細菌、及び、無機塩を含んだ前記化学独立栄養細菌の培養液をハウジング内に含み、前記ハウジングの室内の圧力が一定に維持されるよう前記ハウジングの室内の内気を室外に排出自在とし、また、前記排出された内気の一部を前記ハウジング内に戻して循環するリアクタ部に対し、その前記ハウジング内に前記化学独立栄養細菌の基質を供給することを特徴とする環境浄化方法。
- 前記化学独立栄養細菌は、水素細菌であることを特徴とする請求項15に記載の環境浄化方法。
- 前記基質は、水素、二酸化炭素及び酸素であることを特徴とする請求項15または請求項16に記載の環境浄化方法。
- 前記リアクタ部に供給される前記基質としての前記水素の供給源は、副生水素を含む排ガス、空気、または製造された水素ガスの何れか1種以上であることを特徴とする請求項17に記載の環境浄化方法。
- 前記リアクタ部に供給される前記基質としての前記二酸化炭素の供給源は、二酸化炭素を含む燃焼排ガス、副生二酸化炭素を含む排ガス、または空気の何れか1種以上であることを特徴とする請求項17または請求項18に記載の環境浄化方法。
- 前記リアクタ部に供給される前記基質としての前記酸素の供給源は、余剰酸素を含む燃焼排ガス、副生酸素を含む排ガス、または空気の何れか1種以上であることを特徴とする請求項17乃至請求項19の何れか1つに記載の環境浄化方法。
- 前記リアクタ部では、前記化学独立栄養細菌が細菌担体に担持されており、前記化学独立栄養細菌を担持し水分を含んだ前記細菌担体が前記ハウジング内に収容されていることを特徴とする請求項15乃至請求項20の何れか1つに記載の環境浄化方法。
- 前記細菌担体は、通気性を有し、かつ、その一部が前記培養液に浸漬されて前記培養液を吸い上げる吸水性を有するものであることを特徴とする請求項21に記載の環境浄化方法。
- 前記細菌担体は、その複数個が通気性及び通水性のあるカートリッジに収納されていることを特徴とする請求項21または請求項22に記載の環境浄化方法。
- 前記細菌担体は、カーボン、セラミック、または珪藻土の何れからなる多孔質材料を含んだものであることを特徴とする請求項21乃至請求項23の何れか1つに記載の環境浄化方法。
- 前記細菌担体は、親水性繊維と多孔質材料の抄紙体からなるものであることを特徴とする請求項21乃至請求項24の何れか1つに記載の環境浄化方法。
- 前記細菌担体は、貫通状の多孔構造を有するものであることを特徴とする請求項21乃 至請求項24の何れか1つに記載の環境浄化方法。
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