JP5010785B2

JP5010785B2 - Bioreactor and water treatment method

Info

Publication number: JP5010785B2
Application number: JP2001222357A
Authority: JP
Inventors: 千秋畑中; 泰雄幡手; 甫堀内
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2021-07-24
Also published as: JP2003033776A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硝酸性窒素を生物学的に分解するバイオリアクター素子、当該バイオリアクター素子を含むモジュール、該モジュールを利用する水処理装置（バイオリアクター）、及び該バイオリアクターを用いて井水、河川水などに含まれる窒素化合物を分解する飲料原水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地下水中の硝酸性窒素（ＮＯ₃−Ｎ）の濃度が経年的な増加傾向にある。これらが飲料水中に多く含まれると、血液中のヘモグロビンと結合してメトヘモグロビンに変化し、これは酸素運搬能力を欠くためチアノーゼ等の症状を呈する。窒素濃度の上昇の原因として、多量に施される化成窒素肥料や家畜の排泄物が地下に浸透し、土壌中の硝化菌によって硝酸性窒素に酸化されることや酸性雨中の酸化窒素分が挙げられる。硝酸性窒素の汚染は世界的規模の問題と考えられているが、日本でも有数のお茶の産地や大規模畜産地域で深刻な社会問題になっている。
【０００３】
地下水中の硝酸性窒素を除去する方法として物理化学的方法と生物学的処理法がある。物理化学的方法としては、イオン交換樹脂法、ＲＯ（逆浸透）法、ＥＤ（電気透析）法など提案されている。しかし、いずれも水中の硝酸性窒素を分離する方法であり、再生排水中や濃縮排水中に高濃度の硝酸性窒素を含有するため、その二次処理が問題となることが多いことや、処理コストが高いことにより最適な方法とはいいがたい。
【０００４】
これに対し、生物学的処理法は、脱窒菌により水中の硝酸性窒素を窒素ガスへ還元し、大気中に放散除去する方法であるため二次的な処理は全く必要ない。生物学的処理法に用いる脱窒菌には、硝酸性窒素の還元に必要な電子を有機化合物から得る細菌（本明細書では従属栄養性細菌という）と、硝酸性窒素の還元に必要な電子を水素ガスから得るので有機化合物を必要としない細菌（本明細書では独立栄養性細菌という）の二種の細菌がある。このうち、従属栄養性細菌を用いる方法では、硝酸性窒素の還元に必要不可欠な有機化合物が水中のＢＯＤ（ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｏｘｙｇｅｎｄｅｍａｎｄ；生物化学的酸素要求量）、ＣＯＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌｏｘｙｇｅｎｄｅｍａｎｄ；化学的酸素要求量）を増加することになり、本来の目的に反し水質を悪化させることになりかねない。したがって、有機化合物を必要としない独立栄養性細菌を用いた生物学的処理法の実用化が望まれる。
【０００５】
このような独立栄養性細菌を用いた生物学的処理方法を行う水処理装置（バイオリアクター）の実用化手段として、高分子のゲルビーズ中に菌体を包括固定し、反応に必要なガスをバブリングにより供給する方式（流動層型バイオリアクター）が提案されている。しかし、この方式には下記▲１▼〜▲３▼の欠点があり、結果として硝酸性窒素の窒素ガスへの還元効率が低く、未だ実用化されるには至っていない。
【０００６】
▲１▼この方式では、基質（硝酸性窒素を含む被処理水）及び水素ガス等の物質移動において大きな流動抵抗が存在すること。
▲２▼前記ゲルビーズの径を小さくするにも限界があり、水処理装置（バイオリアクター）における独立栄養性細菌の菌体濃度を大きくできないこと。
▲３▼この方式により水素ガスをバブリングしても、水素ガスの水に対する溶解度は２０℃で１．６ｍｇ／ｌと著しく低いので、独立栄養性細菌への水素ガスの供給効率が極めて悪いこと。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記３点の欠点を解消する、即ち流動抵抗を小さくし、独立栄養性細菌を高濃度にして、水素ガスの供給効率を高める、ことにより、硝酸性窒素を効率よく窒素ガスへ還元するバイオリアクターを提供し、前記独立栄養性細菌を用いた生物学的処理法を実用化することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するために、発明者らは中空糸を使用することを検討し、以下の構成を有する、バイオリアクター素子、モジュール、バイオリアクター、水処理方法を発明した。なお、本明細書において「バイオリアクター」とは生物学的処理方法を行う水処理装置を意味し、「モジュール」とはバイオリアクターを構成する一群の中空糸の束を意味し、「バイオリアクター素子」とはモジュールを構成する一本の中空糸を意味する。
【０００９】
（１）中空糸外表面に、水素ガスを水素供与体として硝酸性窒素を窒素ガスに
還元しうる独立栄養性細菌、を固定化したバイオリアクター素子。
（２）中空糸外表面が、親水化処理を施されていることを特徴とする前記（１
）記載のバイオリアクター素子。
（３）親水化処理が、親水性素材による中空糸外表面のコート処理である前記
（２）記載のバイオリアクター素子。
（４）親水性素材がポリビニルアルコールである前記（３）記載のバイオリア
クター素子。
（５）前記（１）ないし（４）のいずれかに記載のバイオリアクター素子を含
むモジュール。
（６）前記（５）記載のモジュール、及び該モジュールへの水素ガス供給具、
を備えたバイオリアクター。
（７）前記水素ガス供給具は前記中空糸の少なくとも内部に供給するものであ
ることを特徴とする前記（６）記載のバイオリアクター。
（８）前記（６）または（７）のいずれかに記載のバイオリアクターを用いる
水処理方法。
（９）水源からの原水から前記（６）または（７）のいずれかに記載のバイオ
リアクターを用いる工程を含む処理により浄水を製造する飲料原水処理
方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は本発明に係るバイオリアクター素子の概念図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるバイオリアクター素子の管壁部位の部分拡大図である。バイオリアクター素子１は、細孔３を有する中空糸２の外表面に、水素ガスを水素供与体とする独立栄養性細菌を含む微生物４を担持することで、独立栄養性細菌が中空糸２の外表面に固定化されたものである。
【００１１】
本発明で使用する中空糸２の材質としては特に制限はなく、通常使用される高分子樹脂、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリオレフィン（例えばポリエチレン）、ポリスルホン、ＰＶＡコートポリスルホン、テフロン（登録商標）、セルロース等を使用することができる。
【００１２】
ポリエチレン、ポリスルホン、テフロン（登録商標）など疎水性の素材の中空糸を使用する場合には、該中空糸表面に親水化処理を施すことが、▲１▼被処理水との親和性向上、▲２▼独立栄養性細菌の固定化の強化、の点から望ましい。▲２▼については、前述した中空糸２への独立栄養性細菌の固定化に用いる前記微生物４の表面は親水性物質で覆われているので、中空糸２の表面を親水性にすることで微生物４の担持が強固になることによる。
【００１３】
中空糸表面に親水化処理を施す方法には特に制限はなく、ＰＶＡのような親水性素材でコートしたり、ＰＶＡとブレンドして中空糸を作製したり、中空糸２の素材表面に低温プラズマ処理によりアミノ基、カルボキシル基、水酸基等の親水性基を導入して表面を改質する方法があげられる。本発明においては処理のし易さ、前記微生物との親和性の高さの点から、ＰＶＡで中空糸の素材表面をコートすることが好ましい。なお、独立栄養性細菌の固定化をさらに強固にするために、ＰＶＡ等の親水性高分子で覆い凍結固定化（例えば、微生物４を含むＰＶＡ水溶液に中空糸２を浸漬した後に水を切って−２５℃にて凍結乾燥処理を行う、等）するのがより好ましい。
【００１４】
本発明における独立栄養性細菌とは、前述したように、硝酸性窒素の還元に必要な電子を有機化合物から得ず、水素ガスから得る細菌であれば特に制限はない。このような細菌として、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ属（例えばＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ）、Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ属（例えばＡｌｃａｌｉｇｅｎｅｓｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ）、Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓ属（例えばＰａｒａｃｏｃｃｕｓｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ）などが知られているが、本発明で使用する細菌としては、特にＰａｒａｃｏｃｃｕｓｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓが望ましい。
【００１５】
独立栄養性細菌は以下の式（１）〜（３）によって、硝酸性窒素から、分子状窒素への還元を行う。このとき、電子源として有機化合物は全く必要ないので、処理水中のＢＯＤ、ＣＯＤが上昇する危険は全くなく、余剰汚泥発生量も少ないという長所を持っている。
【００１６】
２ＮＯ₃ ^-＋２Ｈ₂ → ２ＮＯ₂ ^-＋２Ｈ₂Ｏ …（１）
２ＮＯ₂ ^-＋３Ｈ₂ → Ｎ₂＋２Ｈ₂Ｏ＋２ＯＨ^- …（２）

２ＮＯ₃ ^-＋５Ｈ₂ → Ｎ₂＋４Ｈ₂Ｏ＋２ＯＨ^- …（３）
【００１７】
このような微生物を中空糸に担持する方法も特に制限はなく、例えば、微生物が存在する水中に中空糸を浸漬して、自然に中空糸表面に担持、馴養する方法や、ＰＶＡ水溶液などの親水化素材に微生物を混合し、中空糸膜を浸漬して担持する方法などが挙げられる。
【００１８】
本発明に係るバイオリアクター素子１を構成する中空糸２の形状は、図１に示すような中空の筒（特に円筒）であって、中空部から外側表面に向かって気体が浸透し得る細孔３を有するものである。中空糸２の外径は０．５ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは０．７〜３ｍｍである。これは、外径が大きいほど中空糸の引っ張り強さなどの物性保持に優れることと、外径が小さいほど単位体積あたりの表面積が大きくなりコンパクト性に優れることによる。中空糸２の内径は破裂強さやガスの透過効率の点から、外径の０．２〜０．８倍、特に０．４〜０．７倍であることが望ましい。また、細孔３の直径は細菌の固定の強さやＨ₂の透過性の点から５〜１００００ｎｍ、特に１０〜５０００ｎｍであることが好ましい。
【００１９】
本発明に係るバイオリアクター素子を構成する中空糸一本の外径は０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度と非常に細くできるため、硝酸性窒素を含む被処理水及び水素ガス等の物質移動における流動抵抗を小さくすることができる。また、単位体積あたりの表面積もゲルビーズの場合より１桁以上高いことからバイオリアクター中の菌体濃度を高くすることが可能となる。
【００２０】
さらに、水素ガス供給の点においても、中空糸内部から水素ガスを拡散によって表面の菌体へ供給する方式が可能となるため、水素分圧を従来のバブリング法の１０倍以上に高めることができる。これらの作用があいまって、硝酸性窒素の窒素ガスへの還元反応の著しい高効率化が達成されうる。
【００２１】
本発明に係るモジュールについて、図２〜図８を用いて説明する。本発明に係るモジュール５は、前述のバイオリアクター素子１を固定部６などを用いて束ねたものである。図２（ａ）〜図８（ａ）はそれぞれ本発明に係るモジュールの概念図であり、図２（ｂ）〜図８（ｂ）はそれぞれ図２（ａ）〜図８（ａ）におけるＩ−Ｉ断面図である。
【００２２】
モジュール５を構成するバイオリアクター素子１は、処理槽の大きさに応じて任意の長さをとれるが、バイオリアクター素子１の表面積を大きくして効率をあげる点から０．３ｍ以上が好ましく、より好ましくは０．５ｍ以上であり、バイオリアクター素子１が運転中にもつれたり、絡んだりして破損しにくいようにする点から３ｍ以下、特に２ｍであることが好ましい。バイオリアクター素子１を束ねる固定部６の材質としては特に制限はなく、通常用いられる高分子樹脂（例えば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂）を用いることができる。モジュール５を作製する際の、バイオリアクター素子１の束ね方としては、図２（ａ）、図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）のようにすべてのバイオリアクター素子１の両端を二つの固定部６で固定してもよいし、片端部のみ固定して他端は中空糸同士が離れた構造（図３（ａ））にしてもよい。また、図４（ａ）のように片端の固定部６は複数に分割されていてもよい。また、モジュールの端部については、固定部６に穴のない封止構造（図２（ｂ））でもよいが、ガスや被処理水が循環できる点で、図５（ｂ）のように固定部６に孔７が開いていたり、図６（ｂ）のようにバイオリアクター素子１が固定部６を貫通している方が好ましい。さらにバイオリアクター１の配置としては、図６（ｂ）のように均一にまとめた形状でもよいが、バイオリアクター素子が密集しない配置にした方が被処理水の流動抵抗がより小さくなり、処理効率のさらなる向上が期待できる点で好ましい。一例として、図７（ｂ）のように中空糸を櫛歯状に配列した構造をあげるが、バイオリアクター素子が密集しなければどんな形態をとってもよい。同じ理由から、バイオリアクター素子を一列に並べた図８（ｂ）のシート状構造も好ましい一形態である。
【００２３】
本発明に係るバイオリアクターは、図９に示すように、前記モジュール５と、該モジュール５に水素ガスを供給する管などの水素供給具８を備えたものである。図９のように処理槽９に一つのモジュール５を配置してバイオリアクター１０を構成しても、複数のモジュール５を配置してバイオリアクター１０を構成してもよい。モジュール５は図９のように、モジュール５を多数の孔を有する筒状の容器（保護筒１１）に組み込んで処理槽９に配置したほうが、図１０のように処理槽９に直接配置するよりも、モジュール運搬時の保護、バイオリアクター素子同士の動きを抑制することによる絡みの防止、被処理水の流れの制御等の観点から好ましい。保護筒１１はモジュール５の全部あるいは一部を覆っていればよく、また、筒の大きさ、長さ、形、柔軟性、開孔部の有り無し、開口部の形状、開口部の位置、開口部の数などは自由に選択できる。材質は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリエステル、ナイロン等から選択できるが、これらに制限されるものではない。
【００２４】
水素供給具８はモジュール５に水素ガスを供給するものであるが、その形態は任意であり、図９のようなモジュール５の下方へ管を敷設する方法に限られず、図１０のようにモジュール５の上方と下方の両方に管を敷設する方法などの形態をとることもできる。水素供給具８は前記中空糸の少なくとも内部に水素ガスを供給するものであることが望ましい。「００２０」で述べたように、バイオリアクター素子の中空糸内部に水素ガスを供給すると水素分圧が高まり、独立栄養性細菌の増殖が促進し、かつ、上述の式（「００１６」）の硝酸性窒素から窒素ガスへの還元反応も促進するので、本発明をより実効あらしめることができるからである。ここで、水素ガスは、中空糸の少なくとも内側に供給すればよく、例えば中空糸の内側と外側への供給を併用することもできる。
【００２５】
本発明に係るバイオリアクターは上述した利点を有するバイオリアクター素子を含むので、被処理水及び水素ガスの流動抵抗が小さく、独立栄養性細菌の濃度を高め、かつ、該独立栄養性細菌に水素ガスを効率よく供給できる。結果として硝酸性窒素の窒素ガスへの変換効率を高めることができる。これにより、本発明の主目的である、水素ガスを水素供与体とする独立栄養性細菌を用いた、水素ガスで硝酸性窒素を還元するバイオリアクターを実用化することができる。
【００２６】
図１１は、本発明に係る水処理方法を実施する水処理施設の一例の概念図である。被処理水はバイオリアクター１０、ろ過装置、殺菌槽を順に通過して飲料水として使用される。
【００２７】
図１１の水処理施設には三つのモジュール５からなるバイオリアクター１０を有するが、モジュールの数には特に制限はない。バイオリアクター１０では前述した式（「００１６」）の反応により、原水中に含まれた硝酸性窒素が窒素ガスに還元され、原水中から放出される。このとき、被処理水のＰＨは、式１の反応によりアルカリ側にシフトする。このため、酸の添加等により被処理水をＰＨ５．８〜８．６、好ましくは７．０〜８．０の間にＰＨ調整することもできる。
【００２８】
バイオリアクター１０で窒素が除去された被処理水は、続いて、ろ過装置、殺菌槽を通過する。ろ過装置では砂ろ過装置や膜ろ過装置などにより被処理水中の微粒子を除去する。殺菌槽では次亜塩素酸ソーダなどにより病原菌を死滅させる。この一連の処理により処理水は衛生的で安全性を高めた飲料水として使用される。
【００２９】
本発明に係る水処理方法では、ろ過装置、殺菌槽による処理は必須ではなく、逆にその他の処理装置、例えばＢＯＤ成分除去装置、アンモニア性窒素の硝化装置、活性炭吸着器、オゾン処理装置、凝集剤による凝集処理装置、沈殿又は加圧浮上による懸濁物質分離処理装置などを付加してもよい。また、各処理の順序も任意であり、図１１のように各処理を１回ずつ行ってもよいし、ろ過装置からバイオリアクター１０に至る循環ラインを設けて各処理を複数回行ってもよい。
【００３０】
図１１に示した処理施設においては、バイオリアクター１０において原水中の硝酸性窒素を効率よく窒素ガスに還元して放出することができる。また、バイオリアクター１０では前述のように独立栄養性細菌の濃度を高めて効率よく硝酸性窒素を還元できるので、バイオリアクター１０の容積を縮小することができる。
【００３１】
以上、本発明を幾つかの実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上述した実施の形態に記載の構成に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、水処理装置に中空糸は縦方向を向けて配置したが横方向を向けて配置することも可能である。
【００３２】
【実施例】
[実施例]
本発明に係るバイオリアクターの効果を図１０に示したバイオリアクターを用いて、図１２に示す実験装置を使用して調べた。この装置のバイオリアクター１０（容量３リットル）は水素ガスを水素源として硝酸性窒素の還元反応を行う独立栄養性細菌（Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ）を凍結乾燥法により担持したＰＶＡコートポリスルホン膜（（株）クラレ製、クラレＳＦフィルター（８０２８Ａ））からなる中空糸２（直径１ｍｍ、長さ１ｍ）を３００本備えている。このバイオリアクター１０には、ボンベから水素ガスが供給されて中空糸２の内部を水素ガスが通過するようになっている。また、バイオリアクター１０は恒温水槽１２の液を循環させることにより一定温度（例えば２０〜３０℃程度、本実施例では２０℃に設定）になるようにしている。
【００３３】
本実験装置を用いて、本発明に係る水処理方法による窒素化合物の分解処理能力を調査すべく、窒素化合物ＮＯ₃ ^-の分解（脱窒）実験を行った。
【００３４】
実験は、図１０のバイオリアクターのうち下から流れる水素ガスを止め、上記の中空糸に水素ガス圧力１．８ｋｇｆ／ｃｍ²をかけた上で、被処理液（１．２ｇ／ｌのＮａＮＯ₃（Ｎとして２００ｍｇ／ｌに相当）、０．３ｇ／ｌのＫ₂ＨＰＯ₄、０．２ｇ／ｌのＫＨ₂ＰＯ₄、０．０１ｇ／ｌのＭｇＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏの混合溶液）を原料タンク１３に投入し、実験装置内に一定量を流し込んで連続的に行った。実験では、時間の経過による脱窒速度（ｍｇＮ／リットル−リアクター・ｈ）を測定した。ここで、脱窒速度とは、バイオリアクター１リットル、１時間当たりの硝酸性窒素の脱窒量をいう。この測定は、スルファニルアミドとＮ−１−ナフチルエチレンジアミンの共存下でジアゾ化カップリング反応を行い、生成するアゾ化合物の発色を波長５４０ｎｍの吸光度を測定することにより定量し、あらかじめ作成しておい検量線より硝酸性窒素量を求めた。
【００３５】
[比較例]
図１０に記載のバイオリアクターを用い、中空糸膜のモジュールを取り除き、下部より１８リットル／ｈの水素ガスを導入した。バイオリアクター容量の１０容積％のアルギン酸ゲルビーズに独立栄養性細菌（Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ）を固定化し、エアレーターを設置して流動層型バイオリアクターを製作し、これを用いて図１２記載の実験装置を作製した。上記以外は実施例と同様の条件で、上述の脱窒速度を測定した。
【００３６】
実施例についての結果を図１３に示す。脱窒速度は時間の経過と共に向上し、２１日経過後には約２８０ｍｇＮ／リットル−リアクター・ｈとなり、脱窒率は９５％以上となっている。これは、非常に高い脱窒速度であり、中空糸２に担持された独立栄養性細菌が増殖し、非常に高い効率で人工排水中の硝酸性窒素を還元したことを示す。なお、実験開始からの１４日間は、中空糸２に担持された細菌が馴致するのに要する期間であり、１４日経過以降、脱窒率は一定に保たれた。
【００３７】
比較例のバイオリアクターの脱窒速度は１２ｍｇＮ／リットル−リアクター・ｈであった。表１に実施例と比較例との脱窒速度測定結果を比較して示す。実施例のバイオリアクターの脱窒速度２８０ｍｇＮ／リットル−リアクター・ｈは比較例の脱窒速度より遙かに大きい値であった。
【００３８】

【００３９】
【発明の効果】
本発明に係るバイオリアクター素子は、独立栄養性細菌を固定化する担体として中空糸を用いているため、従来提案されていたビルゲーズを用いる方式に比べ、基質（硝酸性窒素を含む被処理水）及び水素ガス等の物質移動における流動抵抗を小さくでき、単位体積あたりの表面積が大きくなる。さらに、水素ガス供給の点においても、中空糸内部から水素ガスを拡散によって表面の菌体へ供給できるため、バブリングによる供給に比べ、水素分圧を高めることができる。これらの作用があいまって、硝酸性窒素の窒素ガスへの還元反応の著しい効率化が期待される。
【００４０】
このようなバイオリアクター素子を含むモジュールを利用したバイオリアクターにより、従来から提案されているビルゲーズを用いる方式より高い効率で硝酸性窒素の窒素ガスへの変換ができる。これにより、本発明の主目的である、水素ガスを水素供与体とする独立栄養性細菌を用いて硝酸性窒素を還元するバイオリアクターを実用化することができる。
【００４１】
また、本発明に係る水処理方法は、前述のバイオリアクターを用いるので、硝酸性窒素から分子状窒素への還元の際に、水素源として有機化合物を供給する必要は全くないので被処理水中のＢＯＤ、ＣＯＤ上昇の危険は全くなく、余剰汚泥発生量も少ないという長所をもっている。また、前述のごとく、中空糸表面での独立栄養性細菌の密度を高めることが可能となり、バイオリアクターの容積を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバイオリアクター素子の説明図である。
【図２】本発明に係るモジュールの説明図である。（ｂ）は、（ａ）におけるＩ─Ｉ断面図である。
【図３】本発明に係るモジュールの一例を示す図である。（ｂ）は、（ａ）におけるＩ─Ｉ断面図である。
【図４】本発明に係るモジュールの一例を示す図である。（ｂ）は、（ａ）におけるＩ─Ｉ断面図である。
【図５】本発明に係るモジュールの一例を示す図である。（ｂ）は、（ａ）におけるＩ─Ｉ断面図である。
【図６】本発明に係るモジュールの一例を示す図である。（ｂ）は、（ａ）におけるＩ─Ｉ断面図である。
【図７】本発明に係るモジュールの一例を示す図である。（ｂ）は、（ａ）におけるＩ─Ｉ断面図である。
【図８】本発明に係るモジュールの一例を示す図である。（ｂ）は、（ａ）におけるＩ─Ｉ断面図である。
【図９】本発明に係るバイオリアクターの説明図である。
【図１０】本発明に係るバイオリアクターの一例を示す図である。
【図１１】本発明に係る水処理方法の概念図である。
【図１２】本発明の実施例に係る実験装置の説明図である。
【図１３】本発明の実施例による脱窒実験の結果を表すグラフである。
【符号の説明】
１：バイオリアクター素子、２：中空糸、３：細孔、４：微生物、５：モジュール、６：固定部、７：孔、８：水素供給具、９：処理槽、１０：バイオリアクター、１１：保護筒、１２：恒温水槽、１３：原料タンク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a bioreactor element for biologically decomposing nitrate nitrogen, a module including the bioreactor element, a water treatment apparatus (bioreactor) using the module, and well water, a river using the bioreactor. The present invention relates to a method for treating raw drinking water that decomposes nitrogen compounds contained in water or the like.
[0002]
[Prior art]
The concentration of nitrate nitrogen (NO ₃ -N) in groundwater tends to increase over time. When these are contained in a large amount in drinking water, they are combined with hemoglobin in the blood and converted into methemoglobin, which exhibits symptoms such as cyanosis because it lacks the ability to carry oxygen. The cause of the increase in nitrogen concentration is that a large amount of chemical nitrogen fertilizer and livestock excretion penetrates underground and is oxidized to nitrate nitrogen by nitrifying bacteria in the soil and nitrogen oxide content in acid rain It is done. Nitrate nitrogen contamination is considered a global problem, but it is also a serious social problem in Japan's leading tea production areas and large-scale livestock areas.
[0003]
There are physicochemical methods and biological treatment methods for removing nitrate nitrogen in groundwater. As a physicochemical method, an ion exchange resin method, an RO (reverse osmosis) method, an ED (electrodialysis) method and the like have been proposed. However, both methods are methods for separating nitrate nitrogen in water, and because secondary nitrate treatment contains high concentrations of nitrate nitrogen in reclaimed wastewater and concentrated wastewater, secondary treatment is often a problem, and treatment It is hard to say that the method is optimal due to the high cost.
[0004]
On the other hand, the biological treatment method is a method in which nitrate nitrogen in water is reduced to nitrogen gas by denitrifying bacteria and diffused and removed into the atmosphere, so no secondary treatment is required. The denitrifying bacteria used in biological treatment methods include a bacterium that obtains electrons necessary for the reduction of nitrate nitrogen from organic compounds (herein referred to as heterotrophic bacteria) and an electron that is required for the reduction of nitrate nitrogen. There are two types of bacteria that are derived from hydrogen gas and do not require organic compounds (referred to herein as autotrophic bacteria). Among them, in the method using heterotrophic bacteria, the organic compounds indispensable for the reduction of nitrate nitrogen are BOD (biochemical oxygen demand), COD (chemical oxygen demand) in water, and chemical oxygen demand. Amount), and the water quality may be worsened against the original purpose. Therefore, practical application of biological treatment methods using autotrophic bacteria that do not require organic compounds is desired.
[0005]
As a practical means of a water treatment device (bioreactor) that performs biological treatment methods using autotrophic bacteria, the cells are encapsulated in polymer gel beads and the gas required for the reaction is bubbled. A system (fluidized bed bioreactor) is proposed. However, this method has the following disadvantages (1) to (3). As a result, the efficiency of reducing nitrate nitrogen to nitrogen gas is low, and it has not yet been put into practical use.
[0006]
(1) In this system, there is a large flow resistance in the mass transfer of the substrate (treated water containing nitrate nitrogen) and hydrogen gas.
(2) There is a limit to reducing the diameter of the gel beads, and the concentration of autotrophic bacteria in the water treatment device (bioreactor) cannot be increased.
(3) Even if hydrogen gas is bubbled by this method, the solubility of hydrogen gas in water is extremely low at 1.6 mg / l at 20 ° C., so the supply efficiency of hydrogen gas to autotrophic bacteria is extremely poor.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention eliminates the above three drawbacks, that is, reduces flow resistance, increases the concentration of autotrophic bacteria, and increases the supply efficiency of hydrogen gas, thereby efficiently converting nitrate nitrogen to nitrogen gas. An object of the present invention is to provide a bioreactor for reduction and to put a biological treatment method using the autotrophic bacteria into practical use.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the inventors studied the use of a hollow fiber, and invented a bioreactor element, module, bioreactor, and water treatment method having the following configuration. In the present specification, the “bioreactor” means a water treatment apparatus that performs a biological treatment method, and the “module” means a bundle of a group of hollow fibers constituting the bioreactor. "Means one hollow fiber constituting the module.
[0009]
(1) A bioreactor element in which autotrophic bacteria capable of reducing nitrate nitrogen to nitrogen gas using hydrogen gas as a hydrogen donor are immobilized on the outer surface of the hollow fiber.
(2) The outer surface of the hollow fiber is subjected to a hydrophilic treatment (1)
) The bioreactor element described.
(3) The bioreactor element according to (2), wherein the hydrophilization treatment is a coating treatment of the outer surface of the hollow fiber with a hydrophilic material.
(4) The bioreactor element according to (3), wherein the hydrophilic material is polyvinyl alcohol.
(5) A module including the bioreactor element according to any one of (1) to (4).
(6) The module according to (5), and a hydrogen gas supply tool to the module,
Bioreactor with
(7) The bioreactor according to (6), wherein the hydrogen gas supply tool supplies at least the inside of the hollow fiber.
(8) A water treatment method using the bioreactor according to either (6) or (7).
(9) A drinking raw water treatment method for producing purified water from raw water from a water source by a treatment including a step of using the bioreactor according to any of (6) or (7).
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 (a) is a conceptual diagram of a bioreactor element according to the present invention, and FIG. 1 (b) is a partially enlarged view of a tube wall portion of the bioreactor element in FIG. 1 (a). The bioreactor element 1 carries the microorganism 4 containing autotrophic bacteria using hydrogen gas as a hydrogen donor on the outer surface of the hollow fiber 2 having the pores 3, so that the autotrophic bacteria are of the hollow fiber 2. It is fixed on the outer surface.
[0011]
There is no restriction | limiting in particular as a material of the hollow fiber 2 used by this invention, For example, normally used polymer resin, for example, polyvinyl alcohol (PVA), polyolefin (for example, polyethylene), polysulfone, PVA coat polysulfone, Teflon (registered trademark), Cellulose or the like can be used.
[0012]
When using a hollow fiber made of a hydrophobic material such as polyethylene, polysulfone, or Teflon (registered trademark), the surface of the hollow fiber is subjected to a hydrophilization treatment. (1) Improvement of affinity with water to be treated, 2) It is desirable from the viewpoint of enhancing immobilization of autotrophic bacteria. Regarding (2), since the surface of the microorganism 4 used for fixing the autotrophic bacteria to the hollow fiber 2 described above is covered with a hydrophilic substance, the surface of the hollow fiber 2 is made hydrophilic. This is because the support of the microorganisms 4 becomes strong.
[0013]
There are no particular restrictions on the method of applying a hydrophilic treatment to the surface of the hollow fiber, such as coating with a hydrophilic material such as PVA, blending with PVA to produce a hollow fiber, or low temperature plasma on the surface of the hollow fiber 2 material. A method of modifying the surface by introducing a hydrophilic group such as an amino group, a carboxyl group, or a hydroxyl group by treatment. In the present invention, it is preferable to coat the material surface of the hollow fiber with PVA from the viewpoint of easy treatment and high affinity with the microorganism. In order to further strengthen the immobilization of autotrophic bacteria, it is covered with a hydrophilic polymer such as PVA and freeze-immobilized (for example, by immersing the hollow fiber 2 in a PVA aqueous solution containing the microorganism 4 and then draining the water). More preferably, freeze-drying is performed at -25 ° C.
[0014]
As described above, the autotrophic bacterium in the present invention is not particularly limited as long as it is a bacterium that does not obtain an electron necessary for reduction of nitrate nitrogen from an organic compound and obtains it from hydrogen gas. Examples of such bacteria include the genus Pseudomonas (eg, Pseudomonas fluorescens), the genus Alcaligenes (eg, Alcaligenes denitrificans), the genus Paracoccus (eg, Paracoccus denitrificans), etc. desirable.
[0015]
Autotrophic bacteria reduce nitrate nitrogen to molecular nitrogen by the following formulas (1) to (3). At this time, since no organic compound is required as an electron source, there is no risk that BOD and COD in the treated water will rise, and there is an advantage that the amount of excess sludge generated is small.
[0016]
2NO ₃ ⁻ + 2H ₂ → 2NO ₂ ⁻ + 2H ₂ O (1)
2NO ₂ ⁻ + 3H ₂ → N ₂ + 2H ₂ O + 2OH ⁻ (2)

2NO ₃ ⁻ + 5H ₂ → N ₂ + 4H ₂ O + 2OH ⁻ (3)
[0017]
There is no particular limitation on the method for supporting such microorganisms on the hollow fiber. For example, a method of immersing the hollow fiber in water where microorganisms are present and naturally supporting and acclimatizing the surface of the hollow fiber; For example, a method may be used in which microorganisms are mixed in a chemical material and a hollow fiber membrane is immersed and supported.
[0018]
The shape of the hollow fiber 2 constituting the bioreactor element 1 according to the present invention is a hollow cylinder (particularly a cylinder) as shown in FIG. 1 and a pore through which gas can permeate from the hollow part toward the outer surface. 3. The outer diameter of the hollow fiber 2 is 0.5 mm to 5 mm, preferably 0.7 to 3 mm. This is because the larger the outer diameter, the better the physical properties such as the tensile strength of the hollow fiber, and the smaller the outer diameter, the larger the surface area per unit volume and the better the compactness. The inner diameter of the hollow fiber 2 is preferably 0.2 to 0.8 times, particularly 0.4 to 0.7 times the outer diameter, from the viewpoint of burst strength and gas permeation efficiency. Further, the diameter of the pore 3 is preferably 5 to 10,000 nm, particularly preferably 10 to 5000 nm, from the viewpoint of bacterial fixation strength and H ₂ permeability.
[0019]
Since the outer diameter of one hollow fiber constituting the bioreactor element according to the present invention can be very thin, about 0.5 mm to 5 mm, the flow resistance in mass transfer of water to be treated including nitrate nitrogen and hydrogen gas is reduced. Can be small. In addition, since the surface area per unit volume is higher by one digit or more than in the case of gel beads, the bacterial cell concentration in the bioreactor can be increased.
[0020]
Furthermore, also in terms of hydrogen gas supply, a method of supplying hydrogen gas from the inside of the hollow fiber to the cells on the surface by diffusion becomes possible, so that the hydrogen partial pressure can be increased to more than 10 times that of the conventional bubbling method. . Combined with these actions, a significant increase in the efficiency of the reduction reaction of nitrate nitrogen to nitrogen gas can be achieved.
[0021]
The module according to the present invention will be described with reference to FIGS. The module 5 according to the present invention is a bundle of the bioreactor elements 1 described above using a fixing unit 6 or the like. 2 (a) to 8 (a) are conceptual diagrams of the module according to the present invention, respectively, and FIGS. 2 (b) to 8 (b) are respectively I in FIGS. 2 (a) to 8 (a). It is -I sectional drawing.
[0022]
The bioreactor element 1 constituting the module 5 can take any length depending on the size of the treatment tank, but is preferably 0.3 m or more from the viewpoint of increasing the surface area of the bioreactor element 1 and increasing the efficiency. It is preferably 0.5 m or more, and is preferably 3 m or less, particularly 2 m from the viewpoint of preventing the bioreactor element 1 from being tangled or entangled during operation and being difficult to break. There is no restriction | limiting in particular as a material of the fixing | fixed part 6 which bundles the bioreactor element 1, A normally used polymer resin (For example, an epoxy resin, a urethane resin, a silicone resin) can be used. As a method of bundling the bioreactor element 1 when producing the module 5, as shown in FIGS. 2 (a), 5 (a), 6 (a), 7 (a), and 8 (a). Both ends of all bioreactor elements 1 may be fixed by two fixing portions 6, or only one end portion may be fixed and the other end may have a structure in which the hollow fibers are separated from each other (FIG. 3A). Moreover, the fixed part 6 at one end may be divided into a plurality as shown in FIG. The end of the module may have a sealing structure without a hole in the fixing part 6 (FIG. 2 (b)), but is fixed as shown in FIG. 5 (b) in that gas and water to be treated can be circulated. It is preferable that a hole 7 is opened in the part 6 or that the bioreactor element 1 penetrates the fixing part 6 as shown in FIG. Furthermore, the bioreactor 1 may be arranged uniformly as shown in FIG. 6B, but the flow resistance of the water to be treated becomes smaller when the bioreactor elements are arranged so that the bioreactor elements are not densely packed. It is preferable in that further improvement can be expected. As an example, a structure in which hollow fibers are arranged in a comb-teeth shape as shown in FIG. 7B is given, but it may take any form as long as the bioreactor elements are not densely packed. For the same reason, the sheet-like structure of FIG. 8B in which the bioreactor elements are arranged in a row is also a preferable form.
[0023]
As shown in FIG. 9, the bioreactor according to the present invention includes the module 5 and a hydrogen supply tool 8 such as a pipe for supplying hydrogen gas to the module 5. As shown in FIG. 9, the bioreactor 10 may be configured by arranging one module 5 in the treatment tank 9, or the bioreactor 10 may be configured by arranging a plurality of modules 5. As shown in FIG. 9, the module 5 is placed in the treatment tank 9 after being assembled in a cylindrical container (protective cylinder 11) having a large number of holes, rather than being directly arranged in the treatment tank 9 as shown in FIG. Is preferable from the viewpoints of protection during module transportation, prevention of entanglement by suppressing movement of bioreactor elements, control of the flow of water to be treated, and the like. The protective cylinder 11 only needs to cover all or a part of the module 5, and the size, length, shape, flexibility, presence / absence of an opening, the shape of the opening, the position of the opening, The number of openings can be freely selected. The material can be selected from polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polysulfone, polyester, nylon and the like, but is not limited thereto.
[0024]
The hydrogen supply tool 8 supplies hydrogen gas to the module 5, but the form is arbitrary, and is not limited to the method of laying a pipe below the module 5 as shown in FIG. 9, and the module as shown in FIG. 10. It is also possible to take a form such as a method of laying pipes above and below 5. It is preferable that the hydrogen supply tool 8 supplies hydrogen gas at least inside the hollow fiber. As described in “0020”, when hydrogen gas is supplied into the hollow fiber of the bioreactor element, the hydrogen partial pressure increases, the growth of autotrophic bacteria is promoted, and the nitric acid of the above formula (“0016”) This is because the reduction reaction from basic nitrogen to nitrogen gas is also promoted, so that the present invention can be made more effective. Here, the hydrogen gas may be supplied to at least the inside of the hollow fiber. For example, the supply to the inside and the outside of the hollow fiber may be used in combination.
[0025]
Since the bioreactor according to the present invention includes the bioreactor element having the above-described advantages, the flow resistance of water to be treated and hydrogen gas is small, the concentration of autotrophic bacteria is increased, and hydrogen gas is added to the autotrophic bacteria. Can be supplied efficiently. As a result, the conversion efficiency of nitrate nitrogen to nitrogen gas can be increased. Thereby, the bioreactor which reduces nitrate nitrogen with hydrogen gas using the autotrophic bacterium which uses hydrogen gas as a hydrogen donor, which is the main object of the present invention, can be put into practical use.
[0026]
FIG. 11 is a conceptual diagram of an example of a water treatment facility for carrying out the water treatment method according to the present invention. The water to be treated passes through the bioreactor 10, the filtration device, and the sterilization tank in this order to be used as drinking water.
[0027]
Although the water treatment facility of FIG. 11 has a bioreactor 10 composed of three modules 5, the number of modules is not particularly limited. In the bioreactor 10, nitrate nitrogen contained in the raw water is reduced to nitrogen gas by the reaction of the above-described formula (“0016”) and released from the raw water. At this time, the pH of the water to be treated is shifted to the alkali side by the reaction of Formula 1. For this reason, the pH of the water to be treated can be adjusted to a pH of 5.8 to 8.6, preferably 7.0 to 8.0 by adding an acid or the like.
[0028]
The treated water from which nitrogen has been removed in the bioreactor 10 then passes through a filtration device and a sterilization tank. In the filtration device, fine particles in the water to be treated are removed by a sand filtration device or a membrane filtration device. In the sterilization tank, pathogens are killed by sodium hypochlorite. Through this series of treatments, the treated water is used as drinking water that is sanitary and highly safe.
[0029]
In the water treatment method according to the present invention, treatment with a filtration device and a sterilization tank is not essential, and conversely, other treatment devices such as a BOD component removal device, an ammoniacal nitrogen nitrification device, an activated carbon adsorber, an ozone treatment device, agglomeration. A coagulation treatment apparatus using an agent, a suspended substance separation treatment apparatus using sedimentation or pressurized levitation may be added. Moreover, the order of each process is also arbitrary, and each process may be performed once as shown in FIG. 11, or each process may be performed a plurality of times by providing a circulation line from the filtration device to the bioreactor 10. .
[0030]
In the treatment facility shown in FIG. 11, nitrate nitrogen in the raw water can be efficiently reduced to nitrogen gas and released in the bioreactor 10. In addition, since the bioreactor 10 can efficiently reduce nitrate nitrogen by increasing the concentration of autotrophic bacteria as described above, the volume of the bioreactor 10 can be reduced.
[0031]
Although the present invention has been described with reference to some embodiments, the present invention is not limited to the configurations described in the above-described embodiments, and is described in the claims. Other embodiments and modifications conceivable within the scope of the matter are also included. For example, the hollow fibers are arranged in the water treatment apparatus in the longitudinal direction, but can also be arranged in the transverse direction.
[0032]
【Example】
[Example]
The effect of the bioreactor according to the present invention was investigated using the experimental apparatus shown in FIG. 12, using the bioreactor shown in FIG. The bioreactor 10 (capacity: 3 liters) of this apparatus is a PVA-coated polysulfone membrane (Kuraray Co., Ltd.) carrying autotrophic bacteria (Paracoccus denitrificans) that carry out a reduction reaction of nitrate nitrogen using hydrogen gas as a hydrogen source. 300 hollow fibers 2 (diameter 1 mm, length 1 m) made of Kuraray SF filter (8028A)) are provided. The bioreactor 10 is supplied with hydrogen gas from a cylinder so that the hydrogen gas passes through the hollow fiber 2. In addition, the bioreactor 10 is set to a constant temperature (for example, about 20 to 30 ° C., set to 20 ° C. in the present embodiment) by circulating the liquid in the constant temperature water tank 12.
[0033]
Using this experimental apparatus, in order to examine the decomposition treatment capability of nitrogen compounds by a water treatment method according to the present invention, nitrogen compounds NO ₃ ^- decomposition (denitrification) experiments were conducted.
[0034]
In the experiment, the hydrogen gas flowing from the bottom of the bioreactor of FIG. 10 was stopped, and after applying a hydrogen gas pressure of 1.8 kgf / cm ² to the hollow fiber, the liquid to be treated (1.2 g / l NaNO ₃ (Corresponding to 200 mg / l as N), 0.3 g / l K ₂ HPO ₄ , 0.2 g / l KH ₂ PO ₄ , 0.01 g / l MgSO ₄ .7H ₂ O mixed solution) It put into the tank 13 and poured a fixed quantity into the experiment apparatus, and performed continuously. In the experiment, the denitrification rate (mgN / liter-reactor · h) over time was measured. Here, the denitrification rate means the denitrification amount of nitrate nitrogen per liter of bioreactor per hour. In this measurement, a diazotization coupling reaction is performed in the presence of sulfanilamide and N-1-naphthylethylenediamine, and the color of the resulting azo compound is quantified by measuring the absorbance at a wavelength of 540 nm. The amount of nitrate nitrogen was determined from the line.
[0035]
[Comparative example]
Using the bioreactor shown in FIG. 10, the module of the hollow fiber membrane was removed, and 18 liter / h of hydrogen gas was introduced from the bottom. Autotrophic bacteria (Paracoccus denitrificans) are immobilized on 10% by volume of alginate gel beads of the bioreactor capacity, an aerator is installed to produce a fluidized bed bioreactor, and an experimental apparatus shown in FIG. did. Except for the above, the above-mentioned denitrification rate was measured under the same conditions as in the Examples.
[0036]
The results for the examples are shown in FIG. The denitrification rate increases with time, and after about 21 days, the denitrification rate is about 280 mgN / liter-reactor · h, and the denitrification rate is 95% or more. This is a very high denitrification rate, indicating that the autotrophic bacteria carried on the hollow fiber 2 grew and reduced nitrate nitrogen in the artificial waste water with very high efficiency. The 14 days from the start of the experiment was a period required for the bacteria carried on the hollow fiber 2 to acclimate, and the denitrification rate was kept constant after 14 days.
[0037]
The denitrification rate of the comparative bioreactor was 12 mgN / liter-reactor · h. Table 1 shows a comparison of the denitrification rate measurement results of the example and the comparative example. The denitrification rate of the bioreactor of Example 280 mgN / liter-reactor · h was much larger than the denitrification rate of Comparative Example.
[0038]

[0039]
【Effect of the invention】
Since the bioreactor element according to the present invention uses a hollow fiber as a carrier for immobilizing autotrophic bacteria, it is a substrate (treated water containing nitrate nitrogen) as compared to the conventionally proposed method using Birges. In addition, the flow resistance in mass transfer of hydrogen gas or the like can be reduced, and the surface area per unit volume is increased. Furthermore, also in terms of hydrogen gas supply, since hydrogen gas can be supplied from the inside of the hollow fiber to the surface cells by diffusion, the hydrogen partial pressure can be increased compared to supply by bubbling. Together, these actions are expected to significantly improve the efficiency of the reduction reaction of nitrate nitrogen to nitrogen gas.
[0040]
By using a bioreactor using a module including such a bioreactor element, it is possible to convert nitrate nitrogen into nitrogen gas with higher efficiency than a conventionally proposed method using Birges. Thereby, the bioreactor which reduces nitrate nitrogen using the autotrophic bacterium which uses hydrogen gas as a hydrogen donor, which is the main object of the present invention, can be put into practical use.
[0041]
In addition, since the water treatment method according to the present invention uses the bioreactor described above, there is no need to supply an organic compound as a hydrogen source at the time of reduction from nitrate nitrogen to molecular nitrogen. There is no danger of an increase in BOD and COD, and the amount of excess sludge generation is small. Further, as described above, the density of autotrophic bacteria on the hollow fiber surface can be increased, and the volume of the bioreactor can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a bioreactor element according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a module according to the present invention. (B) is a II sectional view in (a).
FIG. 3 is a diagram showing an example of a module according to the present invention. (B) is a II sectional view in (a).
FIG. 4 is a diagram showing an example of a module according to the present invention. (B) is a II sectional view in (a).
FIG. 5 is a diagram showing an example of a module according to the present invention. (B) is a II sectional view in (a).
FIG. 6 is a diagram showing an example of a module according to the present invention. (B) is a II sectional view in (a).
FIG. 7 is a diagram showing an example of a module according to the present invention. (B) is a II sectional view in (a).
FIG. 8 is a diagram showing an example of a module according to the present invention. (B) is a II sectional view in (a).
FIG. 9 is an explanatory diagram of a bioreactor according to the present invention.
FIG. 10 is a view showing an example of a bioreactor according to the present invention.
FIG. 11 is a conceptual diagram of a water treatment method according to the present invention.
FIG. 12 is an explanatory diagram of an experimental apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a graph showing the results of a denitrification experiment according to an example of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: bioreactor element, 2: hollow fiber, 3: pore, 4: microorganism, 5: module, 6: fixing part, 7: hole, 8: hydrogen supply tool, 9: treatment tank, 10: bioreactor, 11 : Protection cylinder, 12: constant temperature water tank, 13: raw material tank

Claims

An autotrophic bacterium capable of reducing nitrate nitrogen to nitrogen gas using hydrogen gas as a hydrogen donor is immobilized on the outer surface of the hollow fiber that has been subjected to a hydrophilic treatment, and the hollow fiber extends from the hollow portion to the outer surface. A bioreactor element characterized by having pores having a diameter of 5 to 10,000 nm .

Hydrophilic treatment, bioreactor device of claim 1, wherein the coating process of the hollow fiber outer surface with a hydrophilic material.

The bioreactor element according to claim 2 , wherein the hydrophilic material is polyvinyl alcohol.

A module comprising the bioreactor element according to any one of claims 1 to 3 .

A bioreactor comprising the module according to claim 4 and a hydrogen gas supplier to the module.

The bioreactor according to claim 5, wherein the hydrogen gas supply device supplies hydrogen gas to at least the inside of the hollow fiber.

Water treatment method using the bioreactor according to claim 5 or 6.

The drinking raw water processing method which manufactures purified water by the process including the process using the bioreactor in any one of Claim 5 or 6 from the raw water from a water source.