JP5589478B2 - Microorganism concentration device - Google Patents

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Description

本発明は、微生物濃縮装置に関するものである。   The present invention relates to a microorganism concentrating device.

近年、酵素反応や微生物を用いた生物反応等を利用して、溶液状態の原料から物質の合成や分解を行う装置、所謂バイオリアクタに関する技術が盛んに開発されている。   2. Description of the Related Art In recent years, technologies relating to so-called bioreactors, which are apparatuses for synthesizing and decomposing substances from raw materials in solution using enzyme reactions or biological reactions using microorganisms, have been actively developed.

一般に生物反応は、化学反応と比べると反応速度は遅いが化学反応のように高温・高圧を必要としないため省エネルギー性に優れ、また反応設備を耐熱・耐圧とする必要がないという特長を有している。更には、反応に用いる生物種に応じて、特定の原料から目的とする生成物へ、副反応が少ない反応系を構築することができるという特長も備えていることから、工業的に有利な点が多く注目を浴びている(例えば、特許文献1)。   In general, biological reactions are slower than chemical reactions, but they do not require high temperatures and pressures unlike chemical reactions, so they have excellent energy savings, and the reaction equipment does not need to be heat and pressure resistant. ing. Furthermore, since it has the feature that a reaction system with few side reactions can be constructed from a specific raw material to a target product according to the species used in the reaction, it is industrially advantageous. Has attracted much attention (for example, Patent Document 1).

他にも、微生物の生物反応を利用して生活排水や工業排水などを処理する設備として、好気性微生物群を主成分とする活性汚泥を用い、排水中の有機性汚濁を浄化させる設備(活性汚泥槽)が知られている。   In addition, as an equipment for treating domestic wastewater and industrial wastewater using biological reactions of microorganisms, equipment that uses activated sludge mainly composed of aerobic microorganisms to purify organic pollution in wastewater (active (Sludge tank) is known.

微生物を用いたバイオリアクタにおいては、反応効率を高めるためには、反応を触媒する微生物を反応装置内に高濃度で保持する技術が非常に重要となる。従来は、微生物に分解されにくい物質で形成した構造体(担体)で微生物を担持する方法や、凝集性微生物が自然に自己凝集した凝集体を用いる方法などにより、微生物を濃縮する技術が用いられてきた。あるいは、反応装置から排出される溶液内に含まれる微生物を遠心分離や膜分離などの手法で抽出し反応系に戻すことで、反応装置内の微生物濃度を高濃度に保持する技術もある。   In a bioreactor using microorganisms, in order to increase the reaction efficiency, a technique for retaining microorganisms that catalyze the reaction in a high concentration in the reaction apparatus is very important. Conventionally, techniques for concentrating microorganisms have been used, such as a method of supporting microorganisms with a structure (carrier) formed of a substance that is not easily decomposed by microorganisms, or a method of using aggregates in which aggregating microorganisms naturally self-aggregated. I came. Alternatively, there is a technique for maintaining the microorganism concentration in the reaction apparatus at a high concentration by extracting the microorganisms contained in the solution discharged from the reaction apparatus by a method such as centrifugation or membrane separation and returning it to the reaction system.

これらの従来技術の内、遠心分離・膜分離を行う方法はイニシャルコストおよびランニングコストが大きいため、工業化には担体や自己凝集体を用いた濃縮方法の方が好ましい。   Among these conventional techniques, the method of performing centrifugation / membrane separation has a high initial cost and running cost, and therefore, a concentration method using a carrier or self-aggregate is preferable for industrialization.

このような担体として、大きくは、反応容器内部に固定される固定型と、反応容器内を自由に流動する流動型と、に分けることができる。これらを比較すると、固定された担体よりも流動する担体の方が、反応容器内で担体と原料との接触効率を高くすることが可能であるため、反応効率を高めやすいという利点がある。   Such carriers can be roughly classified into a fixed type that is fixed inside the reaction vessel and a fluid type that freely flows in the reaction vessel. Comparing these, the carrier that flows is more advantageous than the fixed carrier because the contact efficiency between the carrier and the raw material in the reaction vessel can be increased, and the reaction efficiency can be easily increased.

流動型の担体としては、例えば、微細な隙間(水路)を有するゲル状物質(例えばアルギン酸カルシウム)で担体を形成する際に、微生物を内包させて形成し、担体内部で高濃度の微生物濃度を実現する包埋型担体を挙げることができる。また、微生物を表面に付着する担体を別途形成し、該担体の表面で高濃度の微生物濃度を実現する付着型担体も知られている。   As a fluid type carrier, for example, when forming a carrier with a gel-like substance (for example, calcium alginate) having a fine gap (water channel), it is formed by encapsulating microorganisms, and a high concentration of microorganisms is formed inside the carrier. The embedding type | mold carrier implement | achieved can be mentioned. There is also known an attachment-type carrier that separately forms a carrier for attaching microorganisms to the surface and realizes a high concentration of microorganisms on the surface of the carrier.

このような、流動型の担体における共通の課題として、反応系中における良好な対流を維持することが挙げられる。そのために、担体は原料溶液に沈降する程度の比重であるとよい。担体がこのような比重を備えると、反応系の撹拌による担体の上昇と、自重による沈降とのバランスにより、系内を良好に対流し、反応効率を高めることができる。このように比重を調節した担体としては、例えば特許文献2に記載の付着型担体が挙げられる。   A common problem in such a fluid type carrier is to maintain good convection in the reaction system. Therefore, it is preferable that the carrier has a specific gravity enough to settle in the raw material solution. When the carrier has such a specific gravity, the inside of the system can be convected well and the reaction efficiency can be improved due to the balance between the rise of the carrier due to the stirring of the reaction system and the precipitation due to its own weight. Examples of the carrier whose specific gravity is adjusted in this way include an adhesion type carrier described in Patent Document 2.

特開2006−325577号公報JP 2006-325577 A 特開2001−292765号公報JP 2001-292765 A

しかし流動型担体は、長期間の使用中に担体同士が衝突し、担体が摩耗、あるいは剥離して劣化することが考えられる。そこで、流動型担体による微生物の濃縮に代わる方法として、自己凝集体により濃縮する方法が挙げられる。自己凝集体は、流動型の担体と同様に、反応容器内で原料との接触効率を高くすることでき、反応効率を高めやすい。また、凝集体の大きさ(粒径)が大きくなると、原料溶液に沈降しやすくなり、反応系内を良好に対流させることが可能である。更に、反応に用いる微生物自体が凝集するために、担体のかけらのような異物が反応系に混入するおそれがない。   However, it is conceivable that the fluid type carrier deteriorates due to the carriers colliding with each other during long-term use and the carrier is worn or peeled off. Therefore, a method of concentrating with self-aggregates can be mentioned as an alternative method of concentrating microorganisms with a fluid carrier. The self-aggregate can increase the contact efficiency with the raw material in the reaction vessel in the same manner as the fluid type carrier, and can easily increase the reaction efficiency. In addition, when the size (particle size) of the aggregate is increased, it is easy to settle in the raw material solution, and the inside of the reaction system can be favorably convected. Furthermore, since the microorganisms used for the reaction are aggregated, there is no possibility that foreign matters such as fragments of the carrier are mixed into the reaction system.

しかしこれまでは、所望の微生物を自己凝集させる技術が未成熟であるために、反応に用いることができなかった。また、自己凝集という現象は、用いる微生物が凝集性の微生物である場合に生じるものであるため、非凝集性の微生物には適用できなかった。   However, until now, the technology for self-aggregating desired microorganisms was immature, and thus could not be used for the reaction. Further, the phenomenon of self-aggregation occurs when the microorganism to be used is an aggregating microorganism, and thus cannot be applied to a non-aggregating microorganism.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、微生物の凝集体形成を促進し、凝集体を用いた良好な生物反応を実現する装置を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the apparatus which accelerates | stimulates the aggregate formation of microorganisms and implement | achieves the favorable biological reaction using an aggregate.

上記の課題を解決するため、本発明の微生物濃縮装置は、凝集性微生物を含む凝集体を形成する微生物濃縮装置であって、前記凝集性微生物と、該凝集性微生物を用いた生物反応の原料と、を含む原料溶液を貯留し、前記凝集性微生物を凝集させる凝集容器と、前記凝集容器内に、前記原料溶液に含まれる前記凝集性微生物と前記原料と糸状体とを供給する供給装置と、を備え、前記凝集容器の少なくとも一部が、該凝集容器を貫通する所定の回転軸の周りを回転することで前記原料溶液を撹拌することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a microorganism concentrating device of the present invention is a microorganism concentrating device that forms an aggregate containing aggregating microorganisms, and is a raw material for biological reaction using the aggregating microorganisms and the aggregating microorganisms. A flocculation container for aggregating the flocculating microorganism, and a supply device for supplying the flocculating microorganism, the raw material, and the filament contained in the raw material solution into the flocculation container. , And at least a part of the aggregating vessel is rotated around a predetermined rotation axis penetrating the aggregating vessel to agitate the raw material solution.

凝集容器内で生物反応が進むと、凝集性微生物は凝集容器内で増殖し、原料溶液中における微小な凝集体の形成や、凝集容器の内壁への付着を起こす。ここで、凝集容器は回転しながら原料溶液を撹拌するため、原料溶液中に形成した微小な凝集体は、撹拌で生じる対流により互いに衝突して肥大し、凝集容器の底部付近に沈降する。または、内壁に付着した凝集性微生物(付着微生物)は、撹拌による原料溶液と付着微生物との摩擦力や付着微生物に加わる重力などにより、一部が内壁から剥離し凝集性微生物の凝集体として原料溶液中に浮遊する。   As the biological reaction progresses in the aggregation container, the aggregating microorganisms grow in the aggregation container, thereby forming minute aggregates in the raw material solution and attaching to the inner wall of the aggregation container. Here, since the raw material solution is agitated while the agglomeration container rotates, the fine aggregates formed in the raw material solution collide with each other due to convection generated by the agitation and become enlarged near the bottom of the agglomeration container. Alternatively, aggregating microorganisms (adherent microorganisms) adhering to the inner wall are partially separated from the inner wall due to frictional force between the raw material solution and the adhering microorganisms by stirring or gravity applied to the adhering microorganisms, and the raw material as aggregates of the aggregating microorganisms Float in solution.

このように溶液中で成長した凝集体や、壁面から剥離して生じた凝集体は、原料溶液中の微小な凝集体や内壁に付着している付着微生物を取り込みながら回転方向に転がり、雪だるま式に肥大し大きな凝集体へと成長する。このような凝集体の肥大は、凝集容器内の複数箇所で同時多発的に生じるため、凝集容器内には複数の凝集体が形成される。   Aggregates that have grown in solution in this way, or aggregates that have been peeled off from the wall surface, roll in the direction of rotation while taking in micro-aggregates in the raw material solution and adhering microorganisms adhering to the inner wall. It grows into large aggregates. Since such agglomeration of aggregates occurs simultaneously at a plurality of locations in the aggregation container, a plurality of aggregates are formed in the aggregation container.

さらに、原料溶液には糸状体が含まれるため、凝集容器内の糸状体へ凝集性微生物が付着して凝集体となったり、凝集体間において、それぞれが含む糸状体同士が絡まることで、凝集体同士が更に肥大化したりするなど、糸状体が凝集を促進する凝集補助体として機能し、凝集体の形成が容易となる。   Furthermore, since the raw material solution contains a filamentous material, the aggregating microorganisms adhere to the filamentous material in the aggregation container to form an aggregate, or the aggregates of the filamentous materials contained in each aggregate are entangled. The filaments function as an agglomeration aid that promotes aggregation, such as when the aggregates are further enlarged, and the formation of aggregates is facilitated.

そして、凝集体に含まれる糸状体は、凝集体の強度を向上させる充填材(フィラー)として機能するため、撹拌中の凝集体同士の衝突や、凝集容器の壁面への衝突による凝集体の崩壊を抑制することができる。   The filaments contained in the agglomerates function as fillers (fillers) that improve the strength of the agglomerates, so the agglomerates collapse due to collisions between the agglomerates during agitation and collisions with the wall of the agglomeration vessel Can be suppressed.

このように、本発明の構成を備える微生物凝集装置では、微生物の凝集を促進し微生物の凝集体を形成することで、該凝集体を用いた良好な生物反応を実現することが可能となる。   As described above, in the microorganism aggregating apparatus having the configuration of the present invention, it is possible to realize a favorable biological reaction using the aggregate by promoting the aggregation of the microorganism and forming the aggregate of the microorganism.

本発明の微生物凝集装置は、原料溶液の濃度や凝集性微生物の量などの反応条件を制御することにより、主として凝集体を形成することを目的とした運転をさせることもでき、また、凝集容器を、形成した凝集体を用いた反応容器として用いることも可能である。反応容器として用いる場合には、微生物が凝集体を形成し高濃度に濃縮しているため、高い反応効率を実現することができる。   The microorganism aggregating apparatus of the present invention can be operated mainly for the purpose of forming aggregates by controlling reaction conditions such as the concentration of the raw material solution and the amount of aggregating microorganisms. Can also be used as a reaction vessel using the formed aggregates. When used as a reaction vessel, high reaction efficiency can be realized because microorganisms form aggregates and are concentrated to a high concentration.

本発明においては、前記供給装置は、前記凝集容器内に前記糸状体を供給する糸状体供給装置を有し、前記糸状体供給装置は、前記糸状体を分散媒に分散させた分散液として前記糸状体を供給することが望ましい。
この構成によれば、原料溶液中で糸状体を均一に分散させることができるため、凝集体の粗大化を抑制し、所望の微生物の凝集体を良好に形成することが可能となる。
In the present invention, the supply device has a filamentous material supply device for supplying the filamentous material into the aggregation container, and the filamentous material supply device is a dispersion liquid in which the filamentous material is dispersed in a dispersion medium. It is desirable to supply a filament.
According to this configuration, since the filamentous body can be uniformly dispersed in the raw material solution, it is possible to suppress the coarsening of the aggregate and favorably form an aggregate of a desired microorganism.

本発明においては、前記糸状体は糸状微生物であることが望ましい。
この構成によれば、反応条件を制御して糸状微生物を増殖または減少させることにより、凝集容器内で糸状体の量を制御することができ、良好に凝集体を形成させることができる。
In the present invention, the filamentous body is preferably a filamentous microorganism.
According to this configuration, by controlling the reaction conditions to grow or reduce the filamentous microorganisms, the amount of filaments can be controlled in the aggregation container, and the aggregates can be formed satisfactorily.

本発明においては、前記糸状体は天然繊維または合成繊維であることとしても良い。
例えば、凝集性微生物を用いた反応系がエタノール発酵を起こす場合、生成物としてエタノールや二酸化炭素を生じるため、原料溶液中にエタノールが混じるとともに、原料溶液に二酸化炭素が溶解することで原料溶液が酸性化する。上述の糸状微生物はエタノールや酸によって死滅してしまうため、エタノール発酵の反応系では用いることができない。このような場合、糸状体として天然繊維や合成繊維など非生物のものを用いることにより、反応系の環境によらず良好に凝集体を形成させることができる。
In the present invention, the filament may be a natural fiber or a synthetic fiber.
For example, when a reaction system using an aggregating microorganism causes ethanol fermentation, ethanol and carbon dioxide are produced as products, so that ethanol is mixed in the raw material solution, and carbon dioxide is dissolved in the raw material solution. Acidify. Since the above-mentioned filamentous microorganisms are killed by ethanol or acid, they cannot be used in a reaction system for ethanol fermentation. In such a case, an agglomerate can be satisfactorily formed regardless of the reaction system environment by using non-living fibers such as natural fibers and synthetic fibers.

本発明においては、前記凝集容器から前記凝集体を含む前記原料溶液が供給される反応容器を有し、前記反応容器では、前記凝集体と前記原料溶液とを含む反応液を撹拌し、前記凝集体に含まれる微生物を培養することが望ましい。
大容量の凝集容器を用いると、凝集容器の回転に必要とする所要動力が大きくなるため、凝集容器を回転させて凝集体を形成することが困難となる。しかし、この構成によれば、相対的に小型の凝集容器を用いて凝集体を形成し、形成した凝集体を用いて相対的に大型の反応容器で目的とする反応を行うことができる。そのため、凝集容器を大型化することなく大規模の反応を行うことが可能な装置構成とすることが可能となる。
In the present invention, there is provided a reaction vessel to which the raw material solution containing the aggregate is supplied from the aggregation vessel, and in the reaction vessel, the reaction liquid containing the aggregate and the raw material solution is stirred, and the coagulation is performed. It is desirable to culture the microorganisms contained in the collection.
When a large-capacity agglomeration container is used, the required power required for the rotation of the agglomeration container increases, and it becomes difficult to rotate the agglomeration container to form an aggregate. However, according to this configuration, an aggregate can be formed using a relatively small aggregation container, and the intended reaction can be performed in a relatively large reaction container using the formed aggregate. Therefore, it becomes possible to set it as the apparatus structure which can perform a large-scale reaction, without enlarging an aggregation container.

また、凝集性微生物を凝集させる際、原料溶液が木くずや木の葉などの塊状の固体を含んでいると、該固体が凝集性微生物同士の凝集を阻害するために凝集体が生じない。しかし、この構成によれば、主として凝集体を形成する凝集容器と、主として生物反応の場として用いる反応容器と、が別体となっているため、まず、固体を含まない溶液を用いて凝集体を形成した後に、固体を含む溶液に凝集体を供給し、良好な反応を行うことが可能となる。   Further, when aggregating microorganisms are aggregated, if the raw material solution contains massive solids such as wood chips and leaves, the solids inhibit aggregation between the aggregating microorganisms, so that aggregates do not occur. However, according to this configuration, the aggregation container that mainly forms aggregates and the reaction container that is mainly used as a field for biological reaction are separated, and therefore, the aggregates are first formed using a solution that does not contain solids. After forming the agglomerate, it is possible to supply the aggregate to the solution containing the solid and perform a good reaction.

本発明において、前記供給装置は、前記原料溶液に非凝集性微生物を供給する第1供給装置を有し、前記凝集容器では、前記凝集容器の回転に基づいて、前記凝集性微生物及び前記非凝集性微生物を含む前記凝集体を形成することが望ましい。
この構成によれば、非凝集性微生物を凝集性微生物の凝集体内に取り込み、共に凝集させる(ヘテロ凝集)ことができるため、非凝集性微生物を含む凝集体を形成し、非凝集性微生物を用いた反応を行うことができる。更には、非凝集性微生物の供給量を制御することで、反応に寄与する凝集性微生物と非凝集性微生物との存在比を制御することもできる。そのため、微生物の選択の自由度が広がり、より反応に適した微生物を高濃度に保持した反応を行うことができる。
In the present invention, the supply device includes a first supply device that supplies non-aggregating microorganisms to the raw material solution. In the aggregation container, the aggregation microorganisms and the non-aggregation are based on rotation of the aggregation container. It is desirable to form the aggregate containing sex microorganisms.
According to this configuration, since non-aggregating microorganisms can be incorporated into the aggregates of the aggregating microorganisms and aggregated together (heteroaggregation), an aggregate including the non-aggregating microorganisms is formed, and the non-aggregating microorganisms are used. Reaction can be performed. Furthermore, by controlling the supply amount of the non-aggregating microorganisms, the abundance ratio between the aggregating microorganisms contributing to the reaction and the non-aggregating microorganisms can also be controlled. Therefore, the degree of freedom of selection of microorganisms is expanded, and a reaction in which microorganisms more suitable for the reaction are maintained at a high concentration can be performed.

本発明においては、同様の理由により、前記反応液に非凝集性微生物を供給する第2供給装置を有し、前記反応容器では、前記反応容器の撹拌に基づいて、前記凝集性微生物及び前記非凝集性微生物を含む前記凝集体を形成することとしても良い。   In the present invention, for the same reason, there is provided a second supply device for supplying non-aggregating microorganisms to the reaction solution, and the reaction vessel is configured such that the aggregating microorganisms and the non-aggregating microorganisms are based on stirring of the reaction vessel. The aggregate containing the aggregating microorganism may be formed.

本発明においては、前記凝集体の粒径を検出する検出装置と、前記検出装置の検出結果に基づいて前記凝集容器の回転速度を制御する制御装置と、を有することが望ましい。
凝集体の粒径が大きくなりすぎると、凝集体の表面積が減少するために反応効率が低下し、また、配管等の閉塞を引き起こすおそれが生じる。一方で、凝集容器内の凝集体は、凝集容器の回転が遅い場合には、凝集体が崩壊しないまま凝集容器内を長時間転がるため大きな凝集体となり、逆に回転が速い場合には凝集体の崩壊が頻発するために小さな凝集体となる。このような凝集体の性質を利用して、凝集容器の凝集体の粒径に基づいて回転速度を変更することで、凝集体を良好な連続反応を可能とする粒径に制御することができる。
In the present invention, it is desirable to have a detection device that detects the particle size of the aggregate and a control device that controls the rotation speed of the aggregation container based on the detection result of the detection device.
When the particle size of the aggregate is too large, the surface area of the aggregate is reduced, so that the reaction efficiency is lowered, and there is a possibility that the piping and the like are blocked. On the other hand, if the rotation of the aggregation container is slow, the aggregate in the aggregation container becomes a large aggregate because the aggregate rolls for a long time without collapsing, and conversely if the rotation is fast Because of the frequent collapse of, it becomes a small aggregate. By utilizing such a property of the aggregate and changing the rotation speed based on the particle size of the aggregate in the aggregation container, the aggregate can be controlled to have a particle size that enables a good continuous reaction. .

本発明においては、前記凝集体の粒径を検出する検出装置と、前記検出装置の検出結果に基づいて前記反応容器の撹拌条件を制御する制御装置と、を有することが望ましい。
反応容器内の凝集体は、反応容器の撹拌が遅い場合には、撹拌による剪断力が小さいため凝集体が崩壊しにくく、反応容器内での凝集体同士の衝突により凝集し大きな凝集体となる。また、回転が速い場合には撹拌による剪断力を受け、凝集体の崩壊が頻発するために小さな凝集体となる。そのため、反応容器の凝集体の粒径に基づいて撹拌条件を変更することで、凝集体を良好な連続反応を可能とする粒径に制御することができる。
In the present invention, it is desirable to have a detection device that detects the particle size of the aggregate and a control device that controls the stirring condition of the reaction vessel based on the detection result of the detection device.
When the stirring of the reaction vessel is slow, the agglomerates in the reaction vessel are less likely to disintegrate because the shearing force due to stirring is small, and agglomerates due to collision of the agglomerates in the reaction vessel to form large agglomerates. . In addition, when the rotation is fast, a shearing force is applied by stirring, and the aggregates are frequently collapsed, resulting in small aggregates. Therefore, by changing the stirring condition based on the particle size of the aggregate in the reaction vessel, the aggregate can be controlled to have a particle size that enables a good continuous reaction.

本発明においては、回分式の運転制御がなされることが望ましい。
凝集容器の回転を一時停止させると、凝集体をより多く沈降させることができる。そのため、上澄み液のみ、または、沈降した凝集体のみを選択的に取り出すことができ、装置内の微生物濃度を精度良く管理することができる。
In the present invention, it is desirable to perform batch operation control.
When the rotation of the aggregation container is temporarily stopped, more aggregates can be settled. Therefore, only the supernatant liquid or only the settled aggregate can be selectively taken out, and the microorganism concentration in the apparatus can be managed with high accuracy.

本発明においては、連続式の運転制御がなされることとしても良い。
凝集容器の回転を一時停止させると、用いる凝集性微生物の種類や停止時間によっては、沈降した凝集体が一体となって、反応に不適な凝塊物となるおそれがある。この構成においては、連続式の運転制御をされるため、このような凝塊物を生じず、好適な連続反応が可能となる。
In the present invention, continuous operation control may be performed.
When the rotation of the aggregating vessel is temporarily stopped, depending on the type of the aggregating microorganism to be used and the stopping time, the precipitated aggregates may be integrated to form an agglomerate unsuitable for the reaction. In this configuration, since continuous operation control is performed, such a coagulum is not generated, and a suitable continuous reaction is possible.

本発明においては、前記凝集容器は、前記原料溶液を貯留する容器本体と、前記容器本体内に設けられ、該容器本体を貫通する所定の回転軸の周りを回転する凝集器と、を有し、前記凝集器は、前記回転軸を対称軸とする筒状部材であり、前記凝集性微生物が、前記凝集器の回転に基づいて該凝集器の内壁を転がり、前記糸状体と共に凝集することで、前記凝集体を形成することとしても良い。
この構成によれば、凝集容器が、反応溶液を貯留する機能と、回転して微生物を凝集させる機能とが構成ごとに分かれている。すると、多量の反応溶液を貯留した容器本体自身は回転する必要がなくなるため、凝集容器全体を回転させる構成と比べて必要とする動力が小さくて済み、装置の大型化に適した構成となる。
In the present invention, the aggregation container includes a container main body that stores the raw material solution, and an aggregator that is provided in the container main body and rotates around a predetermined rotation axis that penetrates the container main body. The aggregator is a cylindrical member having an axis of rotation as the axis of symmetry, and the aggregating microorganisms roll on the inner wall of the aggregator based on the rotation of the aggregator and aggregate together with the filaments. The aggregates may be formed.
According to this configuration, the function of the aggregation container for storing the reaction solution and the function of rotating to aggregate the microorganisms are divided for each configuration. Then, since the container body itself storing a large amount of reaction solution does not need to rotate, the power required is smaller than the structure for rotating the entire aggregating container, and the structure is suitable for increasing the size of the apparatus.

本発明によれば、凝集性微生物の凝集を促進し、良好な凝集体を形成する微生物濃縮装置を提供することができる。形成された微生物の凝集体を用いた生物反応は、異物混入のおそれがないことから、医薬品や食品の製造にも好適に用いることが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the microorganisms concentration apparatus which accelerates | stimulates aggregation of an aggregating microorganism and forms a favorable aggregate can be provided. The biological reaction using the formed microbial aggregates can be suitably used for the production of pharmaceuticals and foods because there is no risk of contamination.

本発明の第1実施形態の微生物濃縮装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the microorganisms concentration apparatus of 1st Embodiment of this invention. 回転を停止させた凝集容器の様子を示す概略図である。It is the schematic which shows the mode of the aggregation container which stopped rotation. 凝集容器における凝集体の形成の様子を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the mode of formation of the aggregate in the aggregation container. 本発明の第2実施形態に係る微生物濃縮装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the microorganisms concentration apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る微生物濃縮装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the microorganisms concentration apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 凝集容器における凝集体の形成の様子を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the mode of formation of the aggregate in the aggregation container. 本発明の第4実施形態に係る微生物濃縮装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the microorganisms concentration apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態に係る微生物濃縮装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the microorganisms concentration apparatus which concerns on 5th Embodiment of this invention. 第5実施形態に係る微生物濃縮装置の凝集容器を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the aggregation container of the microorganism concentration apparatus which concerns on 5th Embodiment.

[第1実施形態]
以下、図1〜図3を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る微生物濃縮装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法の比率は適宜異ならせてある。
[First Embodiment]
Hereinafter, the microorganism concentration apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In all the following drawings, the ratio of dimensions of each component is appropriately changed in order to make the drawings easy to see.

図1は、本実施形態の微生物濃縮装置1を示す概略構成図である。図に示すように、本実施形態の微生物濃縮装置1は、回転軸Lまわりを回転する凝集容器100と、凝集容器100を回転させるための回転装置110と、糸状体Fを凝集容器100内に供給する供給装置(糸状体供給装置)101と、を備えている。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a microorganism concentrating device 1 of the present embodiment. As shown in the figure, the microorganism concentrating device 1 of the present embodiment includes an aggregating container 100 that rotates around the rotation axis L, a rotating device 110 for rotating the aggregating container 100, and a filament F in the aggregating container 100. A supply device (filament supply device) 101 for supply.

凝集容器100の内部には、凝集性微生物と該微生物を用いた生物反応の原料と、凝集性微生物の凝集体AG1の形成を促進する糸状体Fと、を含む原料溶液SS1が貯留されており、原料溶液SS1には凝集性微生物の凝集体AG1が複数浮遊している。   In the aggregation container 100, a raw material solution SS1 containing a coagulant microorganism, a raw material for a biological reaction using the microorganism, and a filament F that promotes formation of an aggregate AG1 of the coagulant microorganism is stored. A plurality of aggregates AG1 of aggregating microorganisms are suspended in the raw material solution SS1.

供給装置101は、糸状体Fを分散媒に分散させた分散液を貯留するタンク102を有し、配管103を介して凝集容器100の内部に糸状体を供給する構成となっている。配管103には、途中に糸状体Fを含む分散液を供給するためのポンプ104が配置されている。   The supply device 101 includes a tank 102 that stores a dispersion liquid in which the filaments F are dispersed in a dispersion medium, and is configured to supply the filaments into the aggregation container 100 via a pipe 103. The pipe 103 is provided with a pump 104 for supplying a dispersion containing the filaments F on the way.

糸状体Fとしては、太さ1μm〜20μm程度、長さ100μm〜1cm程度の糸状体を用いることができる。このような糸状体としては、例えば、綿やパルプのようなセルロース繊維の破片や、合成樹脂を形成材料とする非生物や、糸状微生物のような生物を用いることができ、微生物濃縮装置1を用いて行う生物反応に応じて適したものを選択することができる。   As the filament F, a filament having a thickness of about 1 μm to 20 μm and a length of about 100 μm to 1 cm can be used. As such a filamentous body, for example, fragments of cellulose fibers such as cotton and pulp, non-living materials using synthetic resin as a forming material, and living organisms such as filamentous microorganisms can be used. A suitable one can be selected according to the biological reaction to be performed.

糸状体Fを分散させる分散媒としては、原料溶液SS1や、水など原料溶液SS1の溶媒と同じものを用いると良い。また分散液中の糸状体Fは、分散媒に安定に浮遊するものであっても良く、一定時間経過した後に沈殿するものであっても良い。糸状体Fが沈殿する場合には、供給装置101から糸状体Fを追加する前に、タンク102内の分散液を撹拌して、糸状体Fを均一に分散させると良い。   As the dispersion medium for dispersing the filaments F, the same material as the solvent of the raw material solution SS1 such as the raw material solution SS1 or water may be used. Further, the filaments F in the dispersion liquid may be stably suspended in the dispersion medium, or may be precipitated after a certain time has elapsed. In the case where the filamentous body F precipitates, the dispersion in the tank 102 may be agitated to uniformly disperse the filamentous body F before adding the filamentous body F from the supply device 101.

また、微生物濃縮装置1は、原料溶液SS1を貯留するタンク140を備えており、配管150を介して凝集容器100の内部に原料溶液SS1を供給する構成となっている。配管150には、途中に原料溶液SS1を供給するためのポンプ145が配置されている。タンク140、ポンプ145、配管150は、原料溶液SS1の供給装置を構成している。   The microorganism concentrating device 1 includes a tank 140 that stores the raw material solution SS1 and supplies the raw material solution SS1 to the inside of the aggregation container 100 via a pipe 150. The pipe 150 is provided with a pump 145 for supplying the raw material solution SS1 on the way. The tank 140, the pump 145, and the pipe 150 constitute a supply device for the raw material solution SS1.

更に、微生物濃縮装置1には、凝集容器100内部の原料溶液SS1を容器外に排出するための配管170を備えており、配管170の途中には排出ポンプ160が配置されている。排出の際には、原料溶液SS1と共に凝集体AG1も一部排出される。排出先で凝集体AG1を利用する場合には、排出ポンプ160は、例えばダイヤフラムポンプ等のようなポンプ内での剪断力が小さい方式のものを用いると、ポンプ通過時に凝集体AG1を粉砕しないため好ましい。   Further, the microorganism concentrating device 1 is provided with a pipe 170 for discharging the raw material solution SS1 inside the aggregation container 100 to the outside of the container, and a discharge pump 160 is disposed in the middle of the pipe 170. At the time of discharge, a part of the aggregate AG1 is also discharged together with the raw material solution SS1. When the aggregate AG1 is used at the discharge destination, if the discharge pump 160 is of a type having a small shearing force in the pump such as a diaphragm pump, the aggregate AG1 is not crushed when passing through the pump. preferable.

配管170は、一部にバイパス175が設けられている。バイパスの途中には凝集体AG1の大きさ(粒径)を検出する検出装置120が設けられており、原料溶液SS1の排出と共に、凝集体AG1の粒径を測定する構成となっている。検出装置120は、凝集体AG1の粒径を検出できれば特に制限はなく、例えば、イメージセンサ等で凝集体AG1の画像を取得して、凝集体AG1の平均粒径を算出する構成の装置を用いることができる。   The pipe 170 is provided with a bypass 175 in part. A detector 120 that detects the size (particle size) of the aggregate AG1 is provided in the middle of the bypass, and is configured to measure the particle size of the aggregate AG1 as the raw material solution SS1 is discharged. The detection device 120 is not particularly limited as long as the particle size of the aggregate AG1 can be detected. For example, an apparatus configured to acquire an image of the aggregate AG1 with an image sensor or the like and calculate the average particle size of the aggregate AG1 is used. be able to.

検出装置120で検出された凝集体AG1の粒径は、検出装置120に接続された制御装置130に出力される。制御装置130には、記憶装置にて凝集体の設定粒径を記憶しており、記憶している設定粒径と検出される凝集体AG1の粒径とを比較回路で比較することで、現在の運転条件が所望の凝集体が得られる運転条件かどうかを判断する。   The particle size of the aggregate AG1 detected by the detection device 120 is output to the control device 130 connected to the detection device 120. The control device 130 stores the set particle size of the aggregate in the storage device, and compares the stored set particle size with the detected particle size of the aggregate AG1 using a comparison circuit, It is determined whether or not the operating condition is an operating condition for obtaining a desired aggregate.

制御装置130には、回転装置110も接続されており、検出装置120で検出した凝集体AG1の粒径に基づいて凝集容器100の回転速度を制御し、凝集体AG1の粒径を制御する。   A rotation device 110 is also connected to the control device 130, and the rotation speed of the aggregation container 100 is controlled based on the particle size of the aggregate AG1 detected by the detection device 120, thereby controlling the particle size of the aggregate AG1.

配管170を介して排出される原料溶液SS1には、凝集性微生物を用いた生物反応により生じた反応生成物も溶解している。そのため、配管170の下流で原料溶液SS1を回収し、反応生成物を分離することで目的物(反応生成物)を得ることができる。   In the raw material solution SS1 discharged through the pipe 170, reaction products generated by biological reactions using aggregating microorganisms are also dissolved. Therefore, the target product (reaction product) can be obtained by recovering the raw material solution SS1 downstream of the pipe 170 and separating the reaction product.

本実施形態の微生物濃縮装置1は、ポンプ145による原料溶液SS1の供給速度と、排出ポンプ160による原料溶液SS1の排出速度と、を等しく制御し、連続式の反応装置として用いる。凝集容器100の回転を一時停止させると、図2に示すように用いる凝集性微生物の種類や停止時間によっては、沈降した凝集体AG1が一体となって、反応に不適な凝塊物Xとなるおそれがある。しかし連続式の場合には、常に原料溶液SS1が撹拌され、且つ新たな原料溶液SS1の供給と凝集容器100内の原料溶液SS1の排出とが行われるため、凝集体AG1が凝塊物Xとなるほど停滞することがないため、好適な連続反応が可能となる。   The microorganism concentrating device 1 of this embodiment controls the supply speed of the raw material solution SS1 by the pump 145 and the discharge speed of the raw material solution SS1 by the discharge pump 160 equally, and is used as a continuous reaction apparatus. When the rotation of the aggregation vessel 100 is temporarily stopped, depending on the type and stop time of the aggregating microorganism used as shown in FIG. 2, the precipitated aggregate AG1 is integrated and becomes an agglomerate X unsuitable for the reaction. There is a fear. However, in the case of the continuous type, the raw material solution SS1 is always stirred, and the supply of a new raw material solution SS1 and the discharge of the raw material solution SS1 in the aggregation container 100 are performed. Since it does not stagnate so much, a suitable continuous reaction becomes possible.

図3は、凝集容器100における凝集体AG1の形成の様子を示す概略断面図であり、図1の線分A−Aに相当する断面図である。上述の構成の微生物濃縮装置1は、凝集容器100が回転することにより内部の原料溶液SS1を撹拌し、凝集性微生物を用いた生物反応を促進すると共に、凝集体AG1を形成している。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing how the aggregate AG1 is formed in the aggregation container 100, and is a cross-sectional view corresponding to the line AA in FIG. In the microorganism concentrating device 1 having the above-described configuration, the aggregation raw material solution SS1 is agitated by the rotation of the aggregation container 100, the biological reaction using the aggregating microorganisms is promoted, and the aggregate AG1 is formed.

まず、図3(a)に示すように、生物反応が進むと、凝集性微生物は増殖し、原料溶液SS1中で微小な凝集体ag1を形成すると共に、凝集容器100の内壁に付着する。凝集容器100は回転し原料溶液SS1を撹拌するため、内壁に付着した凝集性微生物(付着微生物MO1)は、撹拌による原料溶液SS1と付着微生物MO1との摩擦力や、付着微生物MO1に加わる重力などにより、一部が内壁から剥離する。このように形成される微小な凝集体ag1には、一部で原料溶液SS1に含まれる糸状体Fに凝集性微生物が付着し、凝集体ag1の一部に糸状体Fを備えるものも含まれる。   First, as shown in FIG. 3A, when the biological reaction proceeds, the aggregating microorganisms grow and form minute aggregates ag1 in the raw material solution SS1, and adhere to the inner wall of the aggregation container 100. Since the aggregation container 100 rotates and stirs the raw material solution SS1, the aggregating microorganisms (adherent microorganisms MO1) adhering to the inner wall cause frictional force between the raw material solution SS1 and the adhered microorganisms MO1 by stirring, gravity applied to the adhered microorganisms MO1, etc. As a result, a part is peeled off from the inner wall. The minute aggregates ag1 formed in this way include those in which aggregating microorganisms adhere to the filaments F partly contained in the raw material solution SS1 and the aggregates ag1 are partly provided with the filaments F. .

次いで、図3(b)に示すように、剥離した付着微生物MO1は、剥離していない付着微生物MO1や原料溶液中の微小な凝集体ag1を取り込みながら回転方向に転がり、雪だるま式に肥大して凝集体AG1を形成する。このような凝集体AG1の肥大は、凝集容器100内の複数箇所で同時多発的に生じ、凝集容器100内では複数の凝集体AG1が形成される。   Next, as shown in FIG. 3 (b), the detached attached microorganism MO1 rolls in the rotation direction while taking in the attached attached microorganism MO1 and the minute aggregate agl in the raw material solution, and enlarges to a snowball type. Aggregates AG1 are formed. Such enlargement of the aggregate AG1 occurs simultaneously at a plurality of locations in the aggregation container 100, and a plurality of aggregates AG1 are formed in the aggregation container 100.

このとき、微小な凝集体ag1間において、それぞれが含む糸状体F同士が絡まることで、微小な凝集体ag1同士が更に肥大化し、凝集体AG1の形成が促進される。   At this time, the filaments F included in the minute aggregates ag1 are entangled with each other, whereby the minute aggregates ag1 are further enlarged and the formation of the aggregate AG1 is promoted.

また、形成される凝集体AG1に含まれる糸状体Fは、凝集体AG1の強度を向上させるフィラーとして機能するため、撹拌中の凝集体AG1同士の衝突や、凝集容器100の壁面への衝突による凝集体AG1の崩壊を抑制することができる。更に、凝集体AG1が崩壊したとしても、崩壊した凝集体が核となり、同様に雪だるま式に肥大して再度凝集体AG1となる。このように、凝集性微生物の凝集体AG1が形成される。   Further, since the filament F contained in the formed aggregate AG1 functions as a filler for improving the strength of the aggregate AG1, it is caused by collision between the aggregates AG1 being stirred or collision with the wall surface of the aggregation container 100. The collapse of the aggregate AG1 can be suppressed. Furthermore, even if the aggregate AG1 is collapsed, the collapsed aggregate becomes a nucleus, which is similarly enlarged to a snowball type and becomes an aggregate AG1 again. Thus, the aggregate AG1 of the aggregating microorganism is formed.

凝集体AG1の形成に用いることができる凝集性微生物としては特に限定が無く、また、糸状体Fとしては、例えば、天然繊維や合成繊維など非生物や、糸状微生物、糸状細菌のような生物を用いることができる。   The aggregating microorganism that can be used to form the aggregate AG1 is not particularly limited, and examples of the filament F include non-living materials such as natural fibers and synthetic fibers, and living organisms such as filamentous microorganisms and filamentous bacteria. Can be used.

ここで、凝集性微生物としてSaccharomyces cerevisiae KF−7株のようなエタノール発酵を行う酵母を用い、微生物濃縮装置1をエタノールを生成する装置として用いる場合、原料溶液SS1中には生成物としてエタノールや二酸化炭素を生じる。すると、原料溶液SS1中にエタノールが混じるとともに、原料溶液SS1に二酸化炭素が溶解することで原料溶液SS1が酸性化するため、糸状体Fとして糸状微生物のような生物を用いることができない。   Here, when a yeast that performs ethanol fermentation such as Saccharomyces cerevisiae KF-7 strain is used as the aggregating microorganism and the microorganism concentrating device 1 is used as a device for producing ethanol, ethanol or dioxide as a product is contained in the raw material solution SS1. Produces carbon. Then, ethanol is mixed in the raw material solution SS1, and the raw material solution SS1 is acidified by dissolving carbon dioxide in the raw material solution SS1. Therefore, a living organism such as a filamentous microorganism cannot be used as the filament F.

そのためエタノール発酵の反応系では、糸状体Fとして天然繊維や合成繊維など非生物のものを用いることにより、反応系の環境によらず良好に凝集体を形成させることができる。   Therefore, in the ethanol fermentation reaction system, agglomerates can be favorably formed by using non-living fibers such as natural fibers and synthetic fibers as the filaments F regardless of the environment of the reaction system.

非生物の糸状体Fとしては、綿やパルプのようなセルロース繊維の破片や、絹のようなタンパク質の繊維、合成樹脂を形成材料とする繊維などを例示することができる。ここで、糸状体Fに対する微生物の付着や、糸状体F同士の絡まりを想定した場合、合成樹脂製の繊維は繊維表面が平滑であるために、所望の微生物の付着や糸状体同士の絡まりが起こりにくいと考えられる。そのため非生物の糸状体Fとしては、綿やパルプ、絹などのような天然繊維を用いることが好ましい。   Examples of the non-living filaments F include cellulose fiber fragments such as cotton and pulp, protein fibers such as silk, and fibers made of synthetic resin. Here, when the adhesion of microorganisms to the filamentous body F and the entanglement between the filamentous bodies F are assumed, since the fiber surface of the synthetic resin fiber is smooth, the adhesion of the desired microorganisms and the entanglement between the filamentous bodies are caused. It seems unlikely to occur. Therefore, it is preferable to use natural fibers such as cotton, pulp and silk as the non-living filaments F.

また、凝集性微生物として、ズーグレア(Zoogloea)属、バチルス(Bucillus)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、フラボバクテリウム(Flavobacterium)属等の細菌を用い、排水処理を行う装置として微生物濃縮装置1を用いることもできる。この場合、処理する排水を原料溶液SS1とする。   In addition, bacteria such as Zoogloea genus, Bacillus genus, Pseudomonas genus, and Flavobacterium genus are used as aggregating microorganisms, and the microbial concentration apparatus 1 is used as an apparatus for wastewater treatment. You can also In this case, the wastewater to be treated is a raw material solution SS1.

このような場合には、糸状体Fとして非生物、生物を問わず用いることができる。糸状微生物は、反応条件を制御して増殖または減少させることができ、凝集容器100内で糸状体Fとして用いる糸状微生物の量を制御することができるため、凝集体の形成の制御に用いることができ、好ましい。糸状微生物の増殖を抑制する方法は一般に良く検討されているため、糸状微生物の増殖の促進または抑制を制御可能である(例えば、河野哲郎;回分式活性汚泥法における糸状性バルキングの制御,用水と排水,Vol.29,No.4,p.354−361,1987参照)。   In such a case, the filamentous body F can be used regardless of whether it is a non-living organism or a living organism. Filamentous microorganisms can be grown or reduced by controlling the reaction conditions, and the amount of filamentous microorganisms used as the filamentous body F in the aggregation container 100 can be controlled. Therefore, the filamentous microorganisms can be used to control the formation of aggregates. It is possible and preferable. Since methods for suppressing the growth of filamentous microorganisms are generally well studied, the promotion or suppression of the growth of filamentous microorganisms can be controlled (for example, Tetsuro Kawano; control of filamentous bulking in batch activated sludge process, Drainage, Vol.29, No.4, p.354-361, 1987).

このように形成される凝集体AG1の粒径は、凝集容器100の回転速度(単位時間あたりの回転数)を変化させることにより制御することができる。即ち、回転が遅い場合には、凝集体AG1が崩壊しないまま長時間転がるため大きな凝集体が形成され、逆に回転が速い場合には凝集体AG1同士の衝突や、凝集体AG1と凝集容器100の壁面との衝突により、凝集体AG1の崩壊が生じ易いために小さい凝集体となる。   The particle size of the aggregate AG1 thus formed can be controlled by changing the rotation speed (the number of rotations per unit time) of the aggregation container 100. That is, when the rotation is slow, the aggregate AG1 rolls for a long time without collapsing, so that a large aggregate is formed. Conversely, when the rotation is fast, the aggregate AG1 collides with each other, or the aggregate AG1 and the aggregation container 100 Due to the collision with the wall surface, the aggregate AG1 is likely to collapse, resulting in a small aggregate.

このような凝集体AG1の粒径の差を利用して、生物反応の反応効率を制御することができる。同体積の凝集体が形成されている場合であっても、凝集体が小さいと表面積(原料溶液SS1との接触面積)が広くなるため反応効率が高くなり、凝集体が大きいと反応効率が低くなる。そのため、凝集容器100の回転速度を制御することで、凝集体AG1の粒径を制御し、反応効率を制御することが可能である。   The reaction efficiency of the biological reaction can be controlled using such a difference in particle size of the aggregate AG1. Even when aggregates of the same volume are formed, if the aggregates are small, the surface area (contact area with the raw material solution SS1) is widened, so that the reaction efficiency is high, and if the aggregates are large, the reaction efficiency is low. Become. Therefore, it is possible to control the particle size of the aggregate AG1 and control the reaction efficiency by controlling the rotation speed of the aggregation container 100.

本実施形態の微生物濃縮装置1は、以上のような構成となっている。   The microorganism concentrating device 1 of the present embodiment is configured as described above.

以上のような構成の微生物濃縮装置1によれば、糸状体Fによって凝集性微生物の凝集を促進し、微生物の凝集体AG1を良好に形成して、凝集体AG1を用いた良好な生物反応を実現することができる。   According to the microorganism concentrating device 1 configured as described above, the aggregation of the flocculent microorganisms is promoted by the filaments F, the microorganisms AG1 are well formed, and a good biological reaction using the aggregates AG1 is performed. Can be realized.

なお、本実施形態においては、原料溶液SS1の排出と共に凝集体AG1も一部排出されることとしたが、原料溶液SS1のみを排出することとしても構わない。   In the present embodiment, the aggregate AG1 is partially discharged together with the discharge of the raw material solution SS1, but only the raw material solution SS1 may be discharged.

また、本実施形態においては、検出装置120に供給される原料溶液SS1は、凝集体AG1の粒径を検出した後に、再度凝集容器100内に戻すこととしても良い。   In the present embodiment, the raw material solution SS1 supplied to the detection device 120 may be returned to the aggregation container 100 again after detecting the particle size of the aggregate AG1.

また、本実施形態においては、制御装置130に接続された検出装置120の検出結果に基づいて凝集容器100の回転数を制御することとしたが、凝集体AG1の粒径測定を手動で行い、別途制御装置130を操作して回転数を制御することとしても良い。   In the present embodiment, the rotational speed of the aggregation container 100 is controlled based on the detection result of the detection device 120 connected to the control device 130. However, the particle size measurement of the aggregate AG1 is performed manually, It is good also as operating the control apparatus 130 separately and controlling a rotation speed.

また、本実施形態の微生物濃縮装置1は、連続式の運転制御を行うこととしたが、回分式(バッチ式)の運転制御を行うこととしても良い。例えば、ポンプ145および排出ポンプ160を停止した状態で、凝集容器100を回転させて容器内で反応を行い、凝集容器100の回転を停止してから、排出ポンプ160による原料溶液SS1の排出と、ポンプ145による原料溶液SS1の供給とをそれぞれ行うこととしても良い。このような運転を行う場合、凝集容器100の回転を一時停止させると、凝集体AG1をより多く沈降させることができる。そのため、上澄み液のみ、または、沈降した凝集体AG1のみを選択的に取り出すことができ、装置内の微生物濃度を精度良く管理することができる。   Moreover, although the microorganism concentration apparatus 1 of this embodiment performed continuous operation control, it is good also as performing batch-type (batch type) operation control. For example, with the pump 145 and the discharge pump 160 stopped, the aggregation container 100 is rotated to react in the container, and after the rotation of the aggregation container 100 is stopped, the discharge of the raw material solution SS1 by the discharge pump 160, The raw material solution SS1 may be supplied by the pump 145. In the case of performing such an operation, if the rotation of the aggregation container 100 is temporarily stopped, more aggregate AG1 can be settled. Therefore, only the supernatant liquid or only the precipitated aggregate AG1 can be selectively removed, and the microorganism concentration in the apparatus can be managed with high accuracy.

また、本実施形態の微生物濃縮装置1では、凝集容器100内に糸状体Fを供給する供給装置101と、原料溶液SS1を供給する供給装置(タンク140、ポンプ145、配管150)と、が分かれている構成であることとしたが、糸状体Fと原料溶液SS1とを共通する供給装置にて一括で追加する構成としても良い。その場合は、例えば、原料溶液SS1に適宜糸状体Fを混入し、糸状体Fと原料とが混ざった混合溶液を共通する装置から追加することができる。   Further, in the microorganism concentrating device 1 of the present embodiment, the supply device 101 that supplies the filament F into the aggregation container 100 and the supply device (tank 140, pump 145, pipe 150) that supply the raw material solution SS1 are separated. However, a configuration in which the filament F and the raw material solution SS1 are collectively added by a common supply device may be employed. In that case, for example, the filament F can be appropriately mixed in the raw material solution SS1, and a mixed solution in which the filament F and the raw material are mixed can be added from a common apparatus.

さらに、凝集容器100内の凝集性微生物が不足した場合に、凝集容器100内に凝集性微生物を追加する供給設備を別途設けることもできる。その場合であっても、凝集性微生物の供給装置と、糸状体Fを供給する供給装置101と、原料溶液SS1を供給する供給装置と、が分かれている構成であっても良く、共通する設備にて一括で追加する構成であっても良い。   Furthermore, when the aggregating microorganisms in the aggregation container 100 are insufficient, a supply facility for adding the aggregating microorganisms to the aggregation container 100 can be separately provided. Even in this case, the aggregating microorganism supply device, the supply device 101 that supplies the filament F, and the supply device that supplies the raw material solution SS1 may be separated from each other. Alternatively, the configuration may be added in a lump.

[第2実施形態]
図4は、本発明の第2実施形態に係る微生物濃縮装置2を示す概略構成図である。本実施形態の微生物濃縮装置2は、第1実施形態の微生物濃縮装置1と一部共通している。異なるのは、配管170の下流側に別途生物反応を行う場としての反応容器200を備えることである。したがって、本実施形態において第1実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing the microorganism concentrating device 2 according to the second embodiment of the present invention. The microorganism concentrating device 2 of this embodiment is partially in common with the microorganism concentrating device 1 of the first embodiment. The difference is that a reaction vessel 200 is separately provided on the downstream side of the pipe 170 as a place for performing a biological reaction. Therefore, in this embodiment, the same code | symbol is attached | subjected about the component which is common in 1st Embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.

図に示すように、微生物濃縮装置2が備える反応容器200は、配管170を介して供給される原料溶液SS1を含む反応液RS1が満たされており、主として凝集容器100で形成された凝集体AG1が複数浮遊している。また、供給される原料溶液SS1には、糸状体Fも含まれているため、反応容器200内の反応液RS1にも糸状体Fが含まれている。   As shown in the figure, a reaction vessel 200 provided in the microorganism concentrating device 2 is filled with a reaction solution RS1 containing a raw material solution SS1 supplied via a pipe 170, and is mainly an aggregate AG1 formed in the aggregation vessel 100. There are several floating. Further, since the supplied raw material solution SS1 also contains the filament F, the reaction solution RS1 in the reaction vessel 200 also contains the filament F.

反応液RS1の組成は、原料溶液SS1と同じ組成であることには限らず、凝集体AG1を形成する凝集性微生物を用いて所望の反応を行う種々の原料を含む溶液を用いることができる。更には、反応液RS1は、例えば木くずや木の葉など、凝集体AG1に対して大きな塊状の固体を含んでいても構わない。   The composition of the reaction solution RS1 is not limited to the same composition as the raw material solution SS1, and a solution containing various raw materials that perform a desired reaction using an aggregating microorganism that forms the aggregate AG1 can be used. Furthermore, the reaction solution RS1 may contain a large solid solid with respect to the aggregate AG1, such as wood chips and leaves.

また、反応容器200は、反応液RS1を撹拌する撹拌装置210と、反応容器200内の凝集体AG1の粒径を検出する検出装置220と、反応容器200から流出する反応液RS1が含む液体と固体を分離する固液分離槽230と、を備えている。微生物濃縮装置2は、原料溶液SS1が反応容器200へ連続して流入し、且つ反応容器200からは反応液RS1が連続して流出する、連続式の運転制御を行っているが、回分式の運転制御を行うこととしても構わない。   The reaction vessel 200 includes a stirring device 210 that stirs the reaction solution RS1, a detection device 220 that detects the particle size of the aggregate AG1 in the reaction vessel 200, and a liquid that is contained in the reaction solution RS1 that flows out of the reaction vessel 200. And a solid-liquid separation tank 230 for separating solids. The microorganism concentrating device 2 performs continuous operation control in which the raw material solution SS1 continuously flows into the reaction vessel 200 and the reaction solution RS1 continuously flows out of the reaction vessel 200. Operation control may be performed.

撹拌装置210は、攪拌器212および攪拌器212を運転する回転モータ214を有している。本実施形態では、撹拌器212で撹拌する撹拌式としたが、反応容器200内に吹き込む気体で反応液RS1を撹拌する流動床式であっても良い。また、その両方を備えていても構わない。   The stirrer 210 has a stirrer 212 and a rotary motor 214 that operates the stirrer 212. In the present embodiment, the stirring method is performed with stirring by the stirrer 212. However, a fluidized bed method in which the reaction liquid RS1 is stirred with a gas blown into the reaction vessel 200 may be used. Moreover, you may provide both.

検出装置220には、検出装置120と同様の装置を用いることができる。検出装置220で検出された凝集体AG1の粒径は、検出装置220に接続された制御装置130に出力される。制御装置130には、回転モータ214が接続されており、入力された粒径に基づいて撹拌器212の回転速度を制御し、反応容器200内の凝集体AG1の粒径を制御する。   A device similar to the detection device 120 can be used as the detection device 220. The particle size of the aggregate AG1 detected by the detection device 220 is output to the control device 130 connected to the detection device 220. A rotation motor 214 is connected to the control device 130, and the rotation speed of the agitator 212 is controlled based on the input particle size, and the particle size of the aggregate AG1 in the reaction vessel 200 is controlled.

反応容器200内の凝集体AG1は、撹拌装置210の撹拌による剪断力で粉砕され、凝集性微生物の小片SPとなって反応容器200から流出する。或いは、反応容器200内で繁殖する凝集性微生物が、糸状体Fや凝集体AG1へ付着し、または凝集体AG1同士の衝突によって付着すること等に起因して、粒径が大きくなり流動不良となって沈降する。検出装置220は、このような凝集体AG1の粒径変化を検出する。   Aggregate AG1 in reaction vessel 200 is pulverized by the shearing force generated by stirring by stirring device 210 and flows out from reaction vessel 200 as small pieces SP of aggregating microorganisms. Alternatively, the aggregated microorganisms that proliferate in the reaction vessel 200 adhere to the filaments F and aggregates AG1, or adhere due to collisions between the aggregates AG1, etc. And then sink. The detection device 220 detects such a change in particle size of the aggregate AG1.

そして、検出される粒径が設定粒径より大きい場合には、撹拌装置210による剪断を強くするために回転モータ214の回転数を大きくして凝集体AG1の粉砕を行い、検出される粒径が設定粒径より小さい場合には、回転モータ214の回転数を小さくする制御を行う。   If the detected particle size is larger than the set particle size, the aggregate AG1 is pulverized by increasing the rotation speed of the rotary motor 214 in order to increase the shearing by the stirring device 210, and the detected particle size Is smaller than the set particle size, control is performed to reduce the rotational speed of the rotary motor 214.

また、反応容器200内の凝集体AG1の粒径が設定粒径よりも大きい場合に、反応容器200に流入する凝集体を小さくすることで、粒径を制御することとしても良い。本実施形態の制御装置130には、検出装置120および回転装置110も接続されている。したがって、検出装置220で検出する凝集体AG1の粒径が設定粒径よりも大きい場合に、制御装置130は凝集容器100の回転速度を早くするように回転装置110を制御して、反応容器200に流入する凝集体の粒径を小さくすることとしても構わない。   Further, when the particle size of the aggregate AG1 in the reaction vessel 200 is larger than the set particle size, the particle size may be controlled by reducing the aggregate flowing into the reaction vessel 200. A detection device 120 and a rotation device 110 are also connected to the control device 130 of the present embodiment. Therefore, when the particle size of the aggregate AG1 detected by the detection device 220 is larger than the set particle size, the control device 130 controls the rotation device 110 so as to increase the rotation speed of the aggregation vessel 100, and thereby the reaction vessel 200. It is also possible to reduce the particle size of the agglomerates flowing into the water.

同様の考え方により、凝集容器100内の凝集体AG1の粒径を検出装置120で検出して、設定粒径よりも大きい場合には撹拌装置210の撹拌速度を早く、設定粒径よりも小さい場合には撹拌装置210の撹拌速度を遅く制御して反応容器200内での凝集体AG1の粒径を制御することもできる。   When the particle size of the aggregate AG1 in the aggregation container 100 is detected by the detection device 120 based on the same idea and is larger than the set particle size, the stirring speed of the stirring device 210 is fast and smaller than the set particle size. Alternatively, the particle size of the aggregate AG1 in the reaction vessel 200 can be controlled by controlling the stirring speed of the stirring device 210 to be slow.

固液分離槽230は、反応容器200から流出する反応液RS1に含まれる固形分を沈降させ液体と分離させる機能を備える。固液分離槽230では、流出する反応液RS1が含む小片SPも沈降するため、沈降した小片SPを回収し再度反応容器200に投入することで、反応容器200内の微生物濃度を高濃度に保つことができる。
本実施形態の微生物濃縮装置2は、以上のような構成となっている。
The solid-liquid separation tank 230 has a function of causing solids contained in the reaction liquid RS1 flowing out from the reaction vessel 200 to settle and separate from the liquid. In the solid-liquid separation tank 230, since the small pieces SP included in the reaction liquid RS1 flowing out also settle, the settled small pieces SP are collected and put into the reaction vessel 200 again to keep the microorganism concentration in the reaction vessel 200 at a high concentration. be able to.
The microorganism concentrating device 2 of the present embodiment is configured as described above.

以上のような構成の微生物濃縮装置2では、凝集容器100において、糸状体Fを用いつつ凝集体AG1を形成し、反応容器200にて、主として凝集体AG1を用いた生物反応を行うこととして、各容器の用途を変えている。通常、凝集性微生物を凝集させる際、原料溶液が凝集体よりも大きい塊状の固体を含んでいると、該固体が凝集性微生物同士の凝集を阻害するために凝集体が生じにくい。しかし、本実施形態の構成によれば、反応液RS1が植物残渣などの固体を含む場合であっても、凝集容器100にて、固体を含まない原料溶液SS1を用いて凝集体AG1を形成した後に、反応容器200に凝集体AG1を供給することで、凝集体AG1を用いた反応液RS1の反応が可能となる。したがって、塊状の固体を含む反応液であっても良好な反応を行うことが可能となり、反応液RS1の選択自由度が広がる。   In the microorganism concentrating device 2 configured as described above, the aggregate AG1 is formed while using the filaments F in the aggregation container 100, and the biological reaction mainly using the aggregate AG1 is performed in the reaction container 200. The usage of each container is changed. Usually, when aggregating microorganisms are aggregated, if the raw material solution contains a massive solid that is larger than the aggregates, the solids inhibit aggregation between the aggregating microorganisms, so that the aggregates are hardly generated. However, according to the configuration of the present embodiment, even if the reaction solution RS1 contains a solid such as a plant residue, the aggregate AG1 is formed in the aggregation container 100 using the raw material solution SS1 that does not contain a solid. Later, by supplying the aggregate AG1 to the reaction vessel 200, the reaction of the reaction solution RS1 using the aggregate AG1 becomes possible. Therefore, it is possible to perform a good reaction even with a reaction liquid containing massive solids, and the degree of freedom in selecting the reaction liquid RS1 is expanded.

[第3実施形態]
図5は、本発明の第3実施形態に係る微生物濃縮装置3を示す概略構成図である。本実施形態の微生物濃縮装置3は、第1実施形態の微生物濃縮装置1と一部共通している。異なるのは、凝集容器100内の原料溶液に非凝集性微生物を供給する構成を備えていることである。したがって、本実施形態において第1実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing the microorganism concentrating device 3 according to the third embodiment of the present invention. The microorganism concentrating device 3 of this embodiment is partly in common with the microorganism concentrating device 1 of the first embodiment. The difference is that a structure for supplying non-aggregating microorganisms to the raw material solution in the aggregation container 100 is provided. Therefore, in this embodiment, the same code | symbol is attached | subjected about the component which is common in 1st Embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.

微生物濃縮装置3は、凝集容器100内に非凝集性微生物を供給する供給装置(第1供給装置)300Aを備えている。供給装置300Aは、非凝集性微生物を含む溶液を貯留するタンク300aを有し、配管320aおよび配管320aが接続される配管150を介して凝集容器100の内部に非凝集性微生物を供給する構成となっている。配管320aには、途中に非凝集性微生物を含む溶液を供給するためのポンプ310aが配置されている。本実施形態では、配管320aを配管150に接続することとしたが、配管320aを介して直接凝集容器100の内部に非凝集性微生物を含む溶液を供給することとしても良い。   The microorganism concentrating device 3 includes a supply device (first supply device) 300 </ b> A that supplies non-aggregable microorganisms in the aggregation container 100. The supply device 300A includes a tank 300a that stores a solution containing non-aggregating microorganisms, and supplies the non-aggregating microorganisms to the inside of the aggregation container 100 via a pipe 320a and a pipe 150 to which the pipe 320a is connected. It has become. The pipe 320a is provided with a pump 310a for supplying a solution containing non-aggregating microorganisms on the way. In the present embodiment, the pipe 320a is connected to the pipe 150, but a solution containing non-aggregating microorganisms may be directly supplied to the inside of the aggregation container 100 via the pipe 320a.

凝集容器100の内部には、凝集性微生物、非凝集性微生物、これらの微生物を用いた生物反応の原料、および糸状体Fを含む原料溶液SS2が貯留されており、原料溶液SS2には凝集性微生物および非凝集性微生物の凝集体AG2が複数浮遊している。   In the aggregating vessel 100, aggregating microorganisms, non-aggregating microorganisms, a raw material for biological reaction using these microorganisms, and a raw material solution SS2 containing filaments F are stored. A plurality of aggregates AG2 of microorganisms and non-aggregating microorganisms are suspended.

図6は、凝集容器100における凝集体AG2の形成の様子を示す概略断面図であり、図5の線分B−Bに相当する断面図である。   6 is a schematic cross-sectional view showing a state of formation of the aggregate AG2 in the aggregation container 100, and is a cross-sectional view corresponding to the line segment BB in FIG.

本実施形態の微生物濃縮装置3は、凝集性微生物に非凝集性微生物が付着し、両者を含む凝集体を形成する現象(ヘテロ凝集)を積極的に利用することで、凝集性微生物のみならず非凝集性微生物も高濃度に保持することを実現している。糸状体Fは、ヘテロ凝集を促進する機能を有している。   The microorganism concentrating device 3 according to the present embodiment positively utilizes a phenomenon (heteroaggregation) in which non-aggregating microorganisms adhere to aggregating microorganisms and form aggregates including both, thereby not only aggregating microorganisms. Non-aggregating microorganisms are also maintained at a high concentration. The filament F has a function of promoting heteroaggregation.

まず、図6(a)に示すように、原料溶液SS2中では、凝集容器100の内壁への付着微生物MO1の付着や、原料溶液SS2中でのヘテロ凝集による微小な凝集体ag2の形成が起きる。そして、付着微生物MO1は、撹拌による原料溶液SS2と付着微生物MO1との摩擦力や、付着微生物MO1に加わる重力などにより、一部が内壁から剥離する。このように形成される微小な凝集体ag2には、一部で原料溶液SS2に含まれる糸状体Fに凝集性微生物が付着し、凝集体ag2の一部に糸状体Fを備えるものも含まれる。   First, as shown in FIG. 6A, in the raw material solution SS2, the attached microorganism MO1 adheres to the inner wall of the aggregation container 100, and the formation of minute aggregates ag2 due to heteroaggregation in the raw material solution SS2 occurs. . A part of the attached microorganism MO1 is peeled off from the inner wall due to frictional force between the raw material solution SS2 and the attached microorganism MO1 by stirring, gravity applied to the attached microorganism MO1, or the like. The minute aggregate ag2 formed in this way includes those in which aggregating microorganisms adhere to the filament F contained in the raw material solution SS2 in part and the filament a is part of the aggregate ag2. .

次いで、図6(b)に示すように、剥離した付着微生物MO1は、剥離していない付着微生物MO1や原料溶液中の微小な凝集体ag2、更には原料溶液SS2中の非凝集性微生物MO2を取り込みながら回転方向に転がり、雪だるま式に肥大して凝集体AG2を形成する。また、微小な凝集体ag2間において、それぞれが含む糸状体F同士が絡まることで、微小な凝集体ag2同士が更に肥大化し、凝集体AG2の形成が促進される。   Next, as shown in FIG. 6 (b), the peeled attached microorganisms MO1 include unattached attached microorganisms MO1, fine aggregates ag2 in the raw material solution, and further non-aggregating microorganisms MO2 in the raw material solution SS2. It rolls in the rotational direction while taking in, and is enlarged to a snowman type to form an aggregate AG2. In addition, the filaments F included in each of the minute aggregates ag2 are entangled with each other, whereby the minute aggregates ag2 are further enlarged and the formation of the aggregate AG2 is promoted.

このような凝集体AG2の肥大は、凝集容器100内の複数箇所で同時多発的に生じ、凝集容器100内では複数の凝集体AG2が形成される。このように、凝集性微生物の凝集体AG2が形成される。   Such enlargement of the aggregate AG2 occurs simultaneously at a plurality of locations in the aggregation container 100, and a plurality of aggregates AG2 are formed in the aggregation container 100. Thus, the aggregate AG2 of the aggregating microorganism is formed.

凝集体AG2の形成に用いることができる非凝集性微生物MO2としては特に限定が無く、例えばSaccharomyces cerevisiae EP1株を挙げることができる。   The non-aggregating microorganism MO2 that can be used to form the aggregate AG2 is not particularly limited, and examples thereof include Saccharomyces cerevisiae EP1 strain.

以上のような構成の微生物濃縮装置3では、非凝集性微生物を含む凝集体AG2を効率的に形成することができるため、非凝集性微生物を濃縮し効率的な反応を行わせることができる。したがって、微生物の選択の自由度が広がり、より反応に適した微生物を高濃度に保持した反応を行うことができる。   In the microorganism concentrating device 3 configured as described above, the aggregate AG2 containing non-aggregating microorganisms can be efficiently formed. Therefore, the non-aggregating microorganisms can be concentrated and an efficient reaction can be performed. Therefore, the degree of freedom in selecting microorganisms is expanded, and a reaction in which microorganisms more suitable for the reaction are maintained at a high concentration can be performed.

なお、本実施形態では、非凝集性微生物を含む溶液を貯留する構成としてタンク300aを1つ備えることとしたが、複数のタンクを備え複数種の微生物を原料溶液に供給することとしても良い。   In the present embodiment, one tank 300a is provided as a configuration for storing a solution containing non-aggregating microorganisms. However, a plurality of types of microorganisms may be supplied to the raw material solution by providing a plurality of tanks.

[第4実施形態]
図7は、本発明の第4実施形態に係る微生物濃縮装置4を示す概略構成図である。本実施形態の微生物濃縮装置4は、第2実施形態の微生物濃縮装置2と一部共通しており、反応容器200内の反応液に非凝集性微生物を供給する構成を備えている点が異なっている。
[Fourth Embodiment]
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing the microorganism concentrating device 4 according to the fourth embodiment of the present invention. The microorganism concentrating device 4 of the present embodiment is partly in common with the microorganism concentrating device 2 of the second embodiment, and is different in that it has a configuration for supplying non-aggregating microorganisms to the reaction liquid in the reaction vessel 200. ing.

微生物濃縮装置4は、反応容器200内に非凝集性微生物を供給する供給装置(第2供給装置)300Bを備えている。供給装置300Bは、非凝集性微生物を含む溶液を貯留するタンク300bを備えており、配管320bおよび配管320bが接続される配管170を介して反応容器200の内部に非凝集性微生物を供給する構成となっている。配管320bには、途中に非凝集性微生物を含む溶液を供給するためのポンプ310bが配置されている。本実施形態では、配管320bを配管170に接続することとしたが、配管320bを介して直接反応容器200の内部に非凝集性微生物を含む溶液を供給することとしても良い。   The microorganism concentrating device 4 includes a supply device (second supply device) 300 </ b> B that supplies non-aggregable microorganisms in the reaction vessel 200. The supply device 300B includes a tank 300b that stores a solution containing non-aggregating microorganisms, and supplies the non-aggregating microorganisms to the inside of the reaction vessel 200 via a pipe 320b and a pipe 170 to which the pipe 320b is connected. It has become. The pipe 320b is provided with a pump 310b for supplying a solution containing non-aggregating microorganisms on the way. In the present embodiment, the pipe 320b is connected to the pipe 170, but a solution containing non-aggregating microorganisms may be directly supplied into the reaction vessel 200 through the pipe 320b.

反応容器200の内部には、凝集性微生物、非凝集性微生物およびこれらの微生物を用いた生物反応の原料を含む反応液RS2が貯留されており、反応液RS2には凝集性微生物および非凝集性微生物の凝集体AG2が複数浮遊している。また、供給される原料溶液SS2には、糸状体Fも含まれているため、反応容器200内の反応液RS2にも糸状体Fが含まれている。   The reaction vessel 200 stores a reaction liquid RS2 containing aggregating microorganisms, non-aggregating microorganisms, and raw materials for biological reactions using these microorganisms, and the reaction liquid RS2 contains aggregating microorganisms and non-aggregating substances. A plurality of microbial aggregates AG2 are suspended. Further, since the supplied raw material solution SS2 also includes the filament F, the reaction fluid RS2 in the reaction vessel 200 also includes the filament F.

凝集体AG2は、凝集容器100から供給される凝集体AG1および凝集性微生物と、反応容器200に供給される非凝集性微生物とがヘテロ凝集することにより形成される。通常、図に示す様な撹拌型の反応容器200に、凝集性微生物と非凝集性微生物とを混在させ、撹拌するだけでは凝集体は形成しない。しかし、本実施形態では、凝集容器100から既に凝集している凝集体AG1が供給されている。このような凝集体存在下では、撹拌型の反応容器200においても凝集性微生物の凝集が促進されることを確認しており、凝集の過程において、ヘテロ凝集も促進される。さらに、糸状体Fを含む凝集体AG1同士は、互いの糸状体F同士が絡まることで凝集が進みやすく、このような凝集過程に非凝集性微生物を巻き込むことでもヘテロ凝集が促進される。   Aggregate AG2 is formed by heteroaggregation of aggregate AG1 and aggregating microorganisms supplied from aggregation container 100 and non-aggregating microorganisms supplied to reaction container 200. Usually, agglomerated microorganisms and non-aggregable microorganisms are mixed in an agitation-type reaction vessel 200 as shown in the figure and agglomerates are not formed only by stirring. However, in this embodiment, the aggregate AG1 already aggregated is supplied from the aggregation container 100. In the presence of such an aggregate, it has been confirmed that aggregation of the aggregating microorganism is promoted also in the stirring type reaction vessel 200, and heteroaggregation is also promoted in the process of aggregation. Furthermore, the aggregates AG1 including the filaments F are likely to be aggregated by mutual entanglement of the filaments F, and heteroaggregation is also promoted by involving non-aggregating microorganisms in such an aggregation process.

以上のような構成の微生物濃縮装置4では、固体を含む反応液であっても、凝集性微生物および非凝集性微生物から選ばれる反応に適した微生物を高濃度に保持した凝集体を用いて、良好な反応を行うことが可能となる。   In the microorganism concentrating device 4 having the above-described configuration, even in a reaction solution containing a solid, an aggregate that maintains a high concentration of microorganisms suitable for the reaction selected from aggregating microorganisms and non-aggregating microorganisms is used. It becomes possible to perform a favorable reaction.

なお、本実施形態においては、反応容器200内の反応液に非凝集性微生物を供給することとしたが、合わせて凝集容器100内の原料溶液に非凝集性微生物を供給する構成を備えることとしても構わない。   In the present embodiment, the non-aggregating microorganisms are supplied to the reaction solution in the reaction vessel 200. However, it is also provided with a configuration for supplying the non-aggregating microorganisms to the raw material solution in the aggregation vessel 100 together. It doesn't matter.

[第5実施形態]
図8,9は、本発明の第5実施形態に係る微生物濃縮装置5を示す説明図であり、図8は、本実施形態に係る微生物濃縮装置5の概略構成図、図9は、本実施形態に係る微生物濃縮装置5の凝集容器を示す概略斜視図である。図8は、第1実施形態の微生物濃縮装置1に対応する図である。
[Fifth Embodiment]
8 and 9 are explanatory views showing a microorganism concentrating device 5 according to a fifth embodiment of the present invention, FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the microorganism concentrating device 5 according to the present embodiment, and FIG. It is a schematic perspective view which shows the aggregation container of the microorganism concentration apparatus 5 which concerns on a form. FIG. 8 is a diagram corresponding to the microorganism concentrating device 1 of the first embodiment.

上述の第1実施形態から第4実施形態までに記載した微生物濃縮装置では、凝集容器全体が回転しながら凝集性微生物を培養することとしたが、本実施形態の微生物濃縮装置5は、反応溶液を貯留する容器と、回転して微生物を凝集させる凝集器と、が別体となっている点が異なっている。以下の説明においては、主として微生物凝集装置5が有する凝集装置について説明を行い、上述の実施形態と共通する内容については説明を省略する。   In the microorganism concentrating device described in the first to fourth embodiments described above, the aggregating microorganism is cultured while the entire aggregating vessel rotates, but the microorganism concentrating device 5 of the present embodiment is a reaction solution. The difference is that the container for storing the agglomerate and the aggregator that rotates and agglutinates the microorganisms are separated. In the following description, the aggregating apparatus included in the microorganism aggregating apparatus 5 will be mainly described, and the description common to the above-described embodiment will be omitted.

図8に示すように、本実施形態の微生物濃縮装置5に係る凝集容器400は、反応溶液SS1を貯留する容器本体410と、回転軸Lまわりを回転する凝集器420と、凝集器420を回転させるための回転装置430と、を有している。   As shown in FIG. 8, the aggregation container 400 according to the microorganism concentrating device 5 of the present embodiment rotates the container body 410 that stores the reaction solution SS1, the aggregator 420 that rotates around the rotation axis L, and the aggregator 420. And a rotating device 430.

容器本体410は、上部410aに蓋がされ底部410bが略半円筒形状を呈する平面視矩形の容器であり、内部に反応溶液SS1を貯留している。容器本体410の対向する側壁には貫通孔411,412が設けられており、両貫通孔を貫通して回転装置430の一部であるシャフト431が設けられている。貫通孔411から、原料溶液SS1および糸状体Fの各供給装置から延在する配管440が挿入され、該配管440を介して原料溶液SS1または糸状体Fが供給されるようになっている。   The container body 410 is a rectangular container in plan view with a top part 410a covered and a bottom part 410b having a substantially semi-cylindrical shape, and stores the reaction solution SS1 therein. Through holes 411 and 412 are provided in opposing side walls of the container body 410, and a shaft 431 that is a part of the rotating device 430 is provided through both the through holes. Pipes 440 extending from the supply devices for the raw material solution SS1 and the filamentous body F are inserted from the through holes 411, and the raw material solution SS1 or the filamentous body F is supplied through the pipes 440.

また、凝集性微生物による生物反応では、原料溶液SS1中に溶存する酸素を消費する。消費された酸素は気相部Gから液中に供給されるため、気相部Gの酸素を消費することとなる。そのため、貫通孔411,412からは、気相部Gに酸素を供給し、系中の酸素の枯渇を防ぐこととしても良い。   Further, in the biological reaction by the aggregating microorganism, oxygen dissolved in the raw material solution SS1 is consumed. Since the consumed oxygen is supplied from the gas phase portion G into the liquid, the oxygen in the gas phase portion G is consumed. Therefore, oxygen may be supplied from the through holes 411 and 412 to the gas phase portion G to prevent depletion of oxygen in the system.

容器本体410の底部410bは、半円筒形状に設計されており、凝集器420の回転軸Lに直交する方向に端部が丸くなっている。このような底部形状とすることで、底部の端で対流が停滞したり、固形物が堆積したりすることを防いでいる。もちろん、底部の形状は丸く無くても良い。   The bottom 410b of the container body 410 is designed in a semi-cylindrical shape, and the end is rounded in a direction orthogonal to the rotation axis L of the aggregator 420. By setting it as such a bottom part shape, it is preventing that a convection stagnates at the edge of a bottom part, or a solid substance accumulates. Of course, the shape of the bottom may not be round.

凝集器420は、図9に示すように、回転軸Lと直交する平面での断面形状が円環である筒状部材であり、図では両端が開口した中空の円筒状の凝集器を示している。凝集器420は、容器本体410内において原料溶液SS1の液面から少なくとも一部が露出し、残る部分が原料溶液SS1に浸漬する状態となるように配置されている。   As shown in FIG. 9, the aggregator 420 is a cylindrical member whose cross-sectional shape in a plane orthogonal to the rotation axis L is an annular shape, and the figure shows a hollow cylindrical aggregator having both ends open. Yes. The aggregator 420 is disposed in the container body 410 so that at least a part is exposed from the liquid surface of the raw material solution SS1 and the remaining part is immersed in the raw material solution SS1.

凝集器420の回転軸Lは、略水平方向(容器本体410に貯留される原料溶液SS1の液面と平行な方向)に設定されている。凝集器420は、回転軸Lまわりを円周方向に回転することで、原料溶液SS1と容器本体410の気相部Gとの界面を撹拌し、凝集器420の内壁を転がる凝集体AG1の凝集を促進させる。回転軸Lは、水平方向から傾いて設定されていても良い。   The rotation axis L of the aggregator 420 is set in a substantially horizontal direction (a direction parallel to the liquid surface of the raw material solution SS1 stored in the container body 410). The aggregator 420 agitates the interface between the raw material solution SS1 and the gas phase part G of the container body 410 by rotating in the circumferential direction around the rotation axis L, and agglomerates the aggregate AG1 that rolls on the inner wall of the aggregator 420. To promote. The rotation axis L may be set to be inclined from the horizontal direction.

回転装置430は、凝集器420の内側を貫通するシャフト(軸部)431と、シャフト431の複数箇所(図では2箇所)に設けられたローラー432と、シャフト431の端部に設けられ、シャフト431を軸周りに回転させるモーター433と、を有している。   The rotating device 430 includes a shaft (shaft portion) 431 penetrating the inside of the aggregator 420, rollers 432 provided at a plurality of locations (two locations in the drawing) of the shaft 431, and an end portion of the shaft 431. And a motor 433 that rotates the shaft 431 around the axis.

シャフト431は、凝集器420の内壁にローラー432を介して接しており、凝集器420を内部から支えて吊り下げている。シャフト431が回転することにより、ローラー432と凝集器420の内壁との間の摩擦を生じさせ、該摩擦力によってシャフト431の回転方向と同方向に凝集器420を回転させるようになっている。   The shaft 431 is in contact with the inner wall of the aggregator 420 via a roller 432, and suspends the aggregator 420 from the inside. By rotating the shaft 431, friction between the roller 432 and the inner wall of the aggregator 420 is generated, and the aggregator 420 is rotated in the same direction as the rotation direction of the shaft 431 by the friction force.

シャフト431は液面と平行に配置されている。また、液面よりも上方に配置されているため、連続運転を行ったとしても原料溶液SS1に浸漬することにより生じ得る錆などによる破損が抑制される。   The shaft 431 is disposed in parallel with the liquid level. Moreover, since it arrange | positions above a liquid level, even if it performs continuous operation, the damage by the rust etc. which may arise by being immersed in raw material solution SS1 is suppressed.

このような構成の微生物濃縮装置5では、多量の反応溶液SS1を貯留した容器本体410自身を回転させる必要がないため、凝集容器全体を回転させて反応溶液SS1を撹拌する構成と比べ、撹拌に要する動力が小さくて済み、装置の大型化に適した構成となる。   In the microorganism concentrating device 5 having such a configuration, since it is not necessary to rotate the container body 410 itself that stores a large amount of the reaction solution SS1, the stirring of the reaction solution SS1 is performed in comparison with the configuration in which the entire aggregation container is rotated to stir the reaction solution SS1. The power required is small, and the configuration is suitable for increasing the size of the apparatus.

なお、本実施形態では、容器本体410には上部410aに蓋をしていることとしたが、上部の蓋がない構成としても構わない。   In the present embodiment, the container body 410 is covered with the upper portion 410a. However, the container body 410 may be configured without the upper lid.

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. The above-described example is an example, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

以下、実施例を示しながら、本発明を更に具体的に説明する。以下に示す実施例では、小型の凝集容器として丸底フラスコを用いたモデル実験を行い、糸状体を用いる場合に凝集体の形成が促進されることについて確認を行った。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. In the following examples, a model experiment using a round bottom flask as a small aggregation container was performed, and it was confirmed that the formation of aggregates was promoted when a filamentous body was used.

500ml丸底フラスコに、約2000mg/Lの微生物を含む有機物(主成分;酢酸およびグルコース)0.2重量%水溶液を300ml入れた。本実施例では、微生物として食品廃水を処理していた活性汚泥(凝集性微生物の集合体であって、糸状微生物(Eikelboom Type 021N)をわずかに含む)を用い、糸状微生物を増殖させた。   A 500 ml round bottom flask was charged with 300 ml of an organic substance (main component: acetic acid and glucose) 0.2 wt% aqueous solution containing about 2000 mg / L of microorganisms. In this example, filamentous microorganisms were grown using activated sludge (aggregation of aggregated microorganisms, slightly containing filamentous microorganisms (Eikelboom Type 021N)) that had been used to treat food wastewater as microorganisms.

上記丸底フラスコをロータリーエバポレータに取り付け、25℃に保温し1ヶ月回転させて撹拌した。1日1回、丸底フラスコの回転を止めて凝集体を沈降させた後、上澄み150mlを廃棄して、有機物(主成分;酢酸およびグルコース)0.2重量%水溶液の150mlを加える作業を繰り返した。   The round bottom flask was attached to a rotary evaporator, kept at 25 ° C., rotated for 1 month, and stirred. Once a day, the rotation of the round-bottomed flask is stopped and the aggregates are allowed to settle. Then, 150 ml of the supernatant is discarded, and 150 ml of an organic substance (main component: acetic acid and glucose) 0.2 wt% aqueous solution is added repeatedly. It was.

また、糸状微生物による効果を比較するため、糸状微生物の増殖しにくい系も同時に実施した。すなわち装置および操作は上述のものと同様とし、有機物(主成分;酢酸およびグルコース)0.2重量%水溶液の代わりに有機物(主成分;フェノール)0.02重量%水溶液を用いた。   In order to compare the effects of filamentous microorganisms, a system in which filamentous microorganisms are difficult to grow was also performed at the same time. That is, the apparatus and operation were the same as those described above, and an organic substance (main component: phenol) 0.02 wt% aqueous solution was used instead of the organic substance (main component: acetic acid and glucose) 0.2 wt% aqueous solution.

評価の結果、糸状微生物の増殖のしやすさにかかわらず両実験条件において丸底フラスコの内壁に微生物が付着し、凝集体の形成が確認できた。また、糸状微生物が存在しない条件下(有機物の主成分がフェノールの系)では、形成された凝集体の直径が50μm〜100μmであったのに対し、糸状微生物が共存する条件下(有機物の主成分が酢酸およびグルコースの系)では糸状微生物が増殖し、凝集体の直径が1mm〜3mmと、より大きな凝集体となることが確認できた。   As a result of the evaluation, the microorganisms adhered to the inner wall of the round bottom flask under both experimental conditions regardless of the ease of the growth of filamentous microorganisms, and the formation of aggregates was confirmed. In addition, under the conditions in which filamentous microorganisms do not exist (the organic main component is phenol), the diameter of the formed aggregate is 50 μm to 100 μm, whereas in the condition in which filamentous microorganisms coexist (main organic matter). It was confirmed that filamentous microorganisms proliferated in the components of acetic acid and glucose), and the aggregates had a larger aggregate with a diameter of 1 to 3 mm.

更に、糸状微生物共存下で形成された凝集体を分断し、顕微鏡観察によって凝集体の内部構造を確認したところ、凝集体の内部では糸状微生物が絡まり、絡まった内部に凝集体が捕捉されることにより、より大きな凝集体を形成していることが分かった。   Furthermore, when the aggregate formed in the presence of filamentous microorganisms was divided and the internal structure of the aggregate was confirmed by microscopic observation, filamentous microorganisms were entangled inside the aggregate, and the aggregate was trapped inside Thus, it was found that a larger aggregate was formed.

以上の結果より、本発明により良好に凝集性微生物の凝集体が形成可能であること、および凝集容器の回転速度を制御することで凝集体の粒径を制御可能であることが確認でき、本発明の有用性が確かめられた。   From the above results, it can be confirmed that the aggregate of the flocculating microorganism can be formed satisfactorily by the present invention and that the particle size of the aggregate can be controlled by controlling the rotation speed of the aggregation container. The usefulness of the invention was confirmed.

1,2,3,4,5…微生物濃縮装置、100…凝集容器、101…供給装置(糸状体供給装置)、120,220…検出装置、130…制御装置、200…反応容器、300A…供給装置(第1供給装置)、300B…第2供給装置、400…凝集容器、AG1,AG2…凝集体、F…糸状体、RS1,RS2…反応液、SS1,SS2…原料溶液、   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2, 3, 4, 5 ... Microbe concentration apparatus, 100 ... Aggregation container, 101 ... Supply apparatus (filament body supply apparatus), 120, 220 ... Detection apparatus, 130 ... Control apparatus, 200 ... Reaction container, 300A ... Supply Apparatus (first supply apparatus), 300B ... second supply apparatus, 400 ... aggregation container, AG1, AG2 ... aggregate, F ... filamentous body, RS1, RS2 ... reaction liquid, SS1, SS2 ... raw material solution,

Claims (11)

凝集性微生物を含む凝集体を形成する微生物濃縮装置であって、
前記凝集性微生物と、該凝集性微生物を用いた生物反応の原料と、を含む原料溶液を貯留し、前記凝集性微生物を凝集させる凝集容器と、
前記凝集容器内に、前記原料溶液に含まれる前記凝集性微生物と前記原料と糸状体とを供給する供給装置と、
前記凝集容器から前記凝集体を含む前記原料溶液が供給される反応容器とを備え、
前記凝集容器の少なくとも一部が、該凝集容器を貫通する所定の回転軸の周りを回転することで前記原料溶液を撹拌し、
前記反応容器は、前記凝集体と前記原料溶液とを含む反応液を撹拌し、前記凝集体に含まれる微生物を培養することを特徴とする微生物濃縮装置。
A microorganism concentrating device that forms aggregates containing aggregating microorganisms,
An aggregating vessel for storing a raw material solution containing the aggregating microorganisms and a raw material for biological reaction using the aggregating microorganisms, and aggregating the aggregating microorganisms;
A supply device for supplying the aggregating microorganisms, the raw material and the filamentous material contained in the raw material solution into the aggregation container;
A reaction vessel to which the raw material solution containing the aggregate is supplied from the aggregation vessel ,
The raw material solution is stirred by rotating at least a part of the aggregation container around a predetermined rotation axis penetrating the aggregation container ;
The microorganism concentrating device , wherein the reaction vessel stirs a reaction solution containing the aggregate and the raw material solution to culture microorganisms contained in the aggregate .
前記供給装置は、前記凝集容器内に前記糸状体を供給する糸状体供給装置を有し、
前記糸状体供給装置は、前記糸状体を分散媒に分散させた分散液として前記糸状体を供給することを特徴とする請求項1に記載の微生物濃縮装置。
The supply device has a filamentous material supply device for supplying the filamentous material into the aggregation container,
2. The microorganism concentrating device according to claim 1, wherein the filament supply device supplies the filament as a dispersion liquid in which the filament is dispersed in a dispersion medium.
前記糸状体は、糸状微生物であることを特徴とする請求項2に記載の微生物濃縮装置。   The microorganism concentration apparatus according to claim 2, wherein the filament is a filamentous microorganism. 前記糸状体は、天然繊維または合成繊維であることを特徴とする請求項2に記載の微生物濃縮装置。   3. The microorganism concentrating device according to claim 2, wherein the filament is a natural fiber or a synthetic fiber. 前記供給装置は、前記原料溶液に非凝集性微生物を供給する第1供給装置を有し、
前記凝集容器では、前記凝集容器の回転に基づいて、前記凝集性微生物及び前記非凝集性微生物を含む前記凝集体を形成することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の微生物濃縮装置。
The supply device has a first supply device for supplying non-aggregating microorganisms to the raw material solution,
The said aggregation container forms the said aggregate containing the said aggregating microorganisms and the said non-aggregating microorganisms based on rotation of the said aggregation container, The any one of Claim 1 to 4 characterized by the above-mentioned. Microorganism concentration device.
前記凝集体の粒径を検出する検出装置と、前記検出装置の検出結果に基づいて前記凝集容器の回転速度を制御する制御装置と、を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の微生物濃縮装置。   6. The apparatus according to claim 1, further comprising: a detection device that detects a particle size of the aggregate; and a control device that controls a rotation speed of the aggregation container based on a detection result of the detection device. 2. The microorganism concentrating device according to item 1. 前記反応液に非凝集性微生物を供給する第2供給装置を有し、
前記反応容器では、前記反応容器の撹拌に基づいて、前記凝集性微生物及び前記非凝集性微生物を含む前記凝集体を形成することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の微生物濃縮装置。
A second supply device for supplying non-aggregating microorganisms to the reaction solution;
The said reaction container forms the said aggregate containing the said flocculent microorganisms and the said non-aggregable microorganisms based on stirring of the said reaction container, The any one of Claim 1 to 6 characterized by the above-mentioned. Microorganism concentration device.
前記凝集体の粒径を検出する検出装置と、前記検出装置の検出結果に基づいて前記反応容器の撹拌条件を制御する制御装置と、を有することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の微生物濃縮装置。 8. The apparatus according to claim 1, further comprising: a detection device that detects a particle size of the aggregate; and a control device that controls a stirring condition of the reaction vessel based on a detection result of the detection device. The microorganism concentrating device according to item 1 . 回分式の運転制御がなされることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の微生物濃縮装置。 The microorganism concentration apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein batch-type operation control is performed . 連続式の運転制御がなされることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の微生物濃縮装置。 The microbial concentration apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein continuous operation control is performed . 前記凝集容器は、前記原料溶液を貯留する容器本体と、
前記容器本体内に設けられ、該容器本体を貫通する所定の回転軸の周りを回転する凝集器と、を有し、
前記凝集器は、前記回転軸を対称軸とする筒状部材であり、
前記凝集性微生物が、前記凝集器の回転に基づいて該凝集器の内壁を転がり、前記糸状体と共に凝集することで、前記凝集体を形成することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の微生物濃縮装置。
The aggregation container includes a container body for storing the raw material solution,
An aggregator provided in the container body and rotating around a predetermined rotation axis penetrating the container body;
The aggregator is a cylindrical member having the rotation axis as an axis of symmetry,
The flocculent microorganisms roll on the inner wall of the aggregator based on the rotation of the aggregator, and agglomerate together with the filaments to form the agglomerate. The microorganism concentrating device according to item 1 .
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