JP6016062B2 - ポリヒドロキシアルカノエートの生産装置及び生産方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ポリヒドロキシアルカノエートの生産装置及び生産方法に関する。
現状、プラスチックのほとんどが石油や天然ガスから生産されている。将来的な化石燃料の枯渇も叫ばれており、天然資源由来のバイオプラスチックが注目されている。
バイオプラスチックは、バイオマス起源の素材が原料であるため、二酸化炭素の増減に影響を与えないカーボンニュートラルの性質を持っており、地球温暖化対策にも資する。また、バイオプラスチックの多くは、生分解性であり、埋め立てや投棄されても、微生物によって分解されるので、環境にも優しい。
バイオプラスチックは、主にデンプンや糖の含有量の多いトウモロコシやサトウキビなどから製造されている。しかし、これらの原料は食料と競合するので、食料以外の廃棄物等からバイオプラスチック生産を模索することが望ましい。
下水等の排水である液状のバイオマス廃棄物も資源として捉える考えが定着してきている。例えば、ＰＨＡ蓄積細菌は、有機物を摂取し、ポリヒドロキシアルカノエート（Ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙａｌｋａｎｏａｔｅ）（以下、ＰＨＡとも記す）に変換、蓄積する。このＰＨＡ蓄積細菌を利用し、下水から生分解性プラスチック原料として利用可能なＰＨＡを生産するアイデアがあるが、現状、実用化までは至っていない。
その理由として、下水処理の活性汚泥法では、細菌が有機物を分解して増殖して活性汚泥（主に増殖した細菌の集合体）が発生し、その中にＰＨＡ蓄積細菌が含まれているが、活性汚泥に占めるＰＨＡ蓄積細菌の割合が低いことから、活性汚泥中のＰＨＡ含有量が数％と低いことに起因する。したがって、余剰汚泥のほとんどは有効利用されず、廃棄物として処分されているのが実情である。
上記事項に鑑み、活性汚泥中のＰＨＡ含有量を高める方法が検討されている。非特許文献１では、排水中の有機物濃度を制御してＰＨＡ細菌を優占化させ、余剰汚泥中のＰＨＡ濃度を高めている。
Katja Johnson, Yang Jiang, Robbert kleerebezem, Gerard Muyzer, and Mark C. M. van Loosdrecht; Enrichment of a Mixed Bacterial Culture with a High Polyhydroxyalkanoate Storage Capacity; Biomacromolecules 2009, 10, 670-676
非特許文献１に開示の方法では、排出された排水の有機物の濃度を制御する必要がある。排水には種々の有機物を含有し、その濃度も一定ではないことから、実排水処理には適していない。
本発明は上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、実排水処理に適用可能なポリヒドロキシアルカノエートの生産装置及び生産方法を提供することにある。
本発明の第１の観点に係るポリヒドロキシアルカノエートの生産装置は、
ＰＨＡ蓄積細菌が担持される微生物保持部材と、
前記微生物保持部材を排水中への浸漬及び排水中からの取り出しを行う微生物保持部材駆動装置と、
前記微生物保持部材駆動装置の駆動を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置が前記微生物保持部材駆動装置を駆動させて前記微生物保持部材を所定時間排水中に浸漬させ、排水中の酢酸又はプロピオン酸を前記ＰＨＡ蓄積細菌に摂取させて、前記ＰＨＡ蓄積細菌が酢酸又はプロピオン酸をポリヒドロキシアルカノエートに変換して蓄積する嫌気処理を行い、
前記制御装置が前記微生物保持部材駆動装置を駆動させて前記微生物保持部材を排水中から取り出して所定時間空気中に晒し、前記ＰＨＡ蓄積細菌がポリヒドロキシアルカノエートを消費して増殖する好気処理を行い、
前記制御装置が前記微生物保持部材駆動装置を制御して前記嫌気処理及び前記好気処理を複数回繰り返し行って、前記微生物保持部材に形成される活性汚泥中の前記ＰＨＡ蓄積細菌の割合を高め、活性汚泥中のポリヒドロキシアルカノエートの含有量を高めるとともに、
前記微生物保持部材を複数備え、
前記制御装置は、いずれかの前記微生物保持部材を空気中に晒している際、他の前記微生物保持部材の少なくとも一つを排水中に浸漬するよう前記微生物保持部材駆動装置を制御する、
ことを特徴とする。
ＰＨＡ蓄積細菌が担持される微生物保持部材と、
前記微生物保持部材を排水中への浸漬及び排水中からの取り出しを行う微生物保持部材駆動装置と、
前記微生物保持部材駆動装置の駆動を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置が前記微生物保持部材駆動装置を駆動させて前記微生物保持部材を所定時間排水中に浸漬させ、排水中の酢酸又はプロピオン酸を前記ＰＨＡ蓄積細菌に摂取させて、前記ＰＨＡ蓄積細菌が酢酸又はプロピオン酸をポリヒドロキシアルカノエートに変換して蓄積する嫌気処理を行い、
前記制御装置が前記微生物保持部材駆動装置を駆動させて前記微生物保持部材を排水中から取り出して所定時間空気中に晒し、前記ＰＨＡ蓄積細菌がポリヒドロキシアルカノエートを消費して増殖する好気処理を行い、
前記制御装置が前記微生物保持部材駆動装置を制御して前記嫌気処理及び前記好気処理を複数回繰り返し行って、前記微生物保持部材に形成される活性汚泥中の前記ＰＨＡ蓄積細菌の割合を高め、活性汚泥中のポリヒドロキシアルカノエートの含有量を高めるとともに、
前記微生物保持部材を複数備え、
前記制御装置は、いずれかの前記微生物保持部材を空気中に晒している際、他の前記微生物保持部材の少なくとも一つを排水中に浸漬するよう前記微生物保持部材駆動装置を制御する、
ことを特徴とする。
また、前記制御装置は、活性汚泥を回収する前の前記嫌気処理の時間をそれまでの前記嫌気処理よりも長い時間行うよう前記微生物保持部材を制御して、活性汚泥中のポリヒドロキシアルカノエートの含有量を高めることが望ましい。
本発明の第２の観点に係るポリヒドロキシアルカノエートの生産方法は、
ＰＨＡ蓄積細菌が担持される微生物保持部材を所定時間排水中に浸漬させて排水中の酢酸又はプロピオン酸を前記ＰＨＡ蓄積細菌に摂取させ、前記ＰＨＡ蓄積細菌が酢酸又はプロピオン酸をポリヒドロキシアルカノエートに変換して蓄積する嫌気処理工程と、
前記微生物保持部材を排水中から取り出して所定時間空気中に晒し、前記ＰＨＡ蓄積細菌がポリヒドロキシアルカノエートを消費して増殖する好気処理工程と、を備え、
前記嫌気処理工程及び前記好気処理工程を複数回繰り返し行って、前記微生物保持部材に形成される活性汚泥中の前記ＰＨＡ蓄積細菌の割合を高め、活性汚泥中のポリヒドロキシアルカノエートの含有量を高めるとともに、
前記微生物保持部材を複数用い、
いずれかの前記微生物保持部材を空気中に晒している際、他の前記微生物保持部材の少なくとも一つを排水中に浸漬させる、
ことを特徴とする。
ＰＨＡ蓄積細菌が担持される微生物保持部材を所定時間排水中に浸漬させて排水中の酢酸又はプロピオン酸を前記ＰＨＡ蓄積細菌に摂取させ、前記ＰＨＡ蓄積細菌が酢酸又はプロピオン酸をポリヒドロキシアルカノエートに変換して蓄積する嫌気処理工程と、
前記微生物保持部材を排水中から取り出して所定時間空気中に晒し、前記ＰＨＡ蓄積細菌がポリヒドロキシアルカノエートを消費して増殖する好気処理工程と、を備え、
前記嫌気処理工程及び前記好気処理工程を複数回繰り返し行って、前記微生物保持部材に形成される活性汚泥中の前記ＰＨＡ蓄積細菌の割合を高め、活性汚泥中のポリヒドロキシアルカノエートの含有量を高めるとともに、
前記微生物保持部材を複数用い、
いずれかの前記微生物保持部材を空気中に晒している際、他の前記微生物保持部材の少なくとも一つを排水中に浸漬させる、
ことを特徴とする。
また、活性汚泥を回収する前の前記嫌気処理工程をそれまでの前記嫌気処理工程よりも長い時間行い、活性汚泥中のポリヒドロキシアルカノエートの含有量を高めることが望ましい。
本発明に係るポリヒドロキシアルカノエートの生産装置及び生産方法では、排水中の有機物濃度を制御することなく、排水中の有機物をバイオプラスチックの原料となるＰＨＡを生産させることができるとともに、形成される活性汚泥中のＰＨＡの含有量を高めることができる。また、好気処理において、エアレーションが不要であるため、ＰＨＡの生産コストの低減にもつながる。したがって、実排水処理にも適用可能である
図を参照しつつ、ポリヒドロキシアルカノエート（以下、ＰＨＡとも記す）の生産装置及び生産方法について詳述する。
ＰＨＡ生産装置１は、図１の概略構成図に示すように、微生物保持部材１１〜１４と微生物保持部材駆動装置２０と、制御装置３０とを備える。
微生物保持部材１１〜１４には、ＰＨＡ蓄積細菌（Ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙａｌｋａｎｏａｔｅ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｎｇ ｂａｃｔｅｒｉａ）が担持される。微生物保持部材１１〜１４は、ＰＨＡ蓄積細菌が担持され、ＰＨＡ蓄積細菌群の生物膜、即ち、活性汚泥が形成され得るものであればどのようなものでもよい。また、後述の好気処理において、微生物保持部材１１〜１４を所定時間空気中に晒している際に、微生物保持部材１１〜１４が乾燥してしまわぬよう、保水性の高い部材であることが好ましい。微生物保持部材１１〜１４として、例えば、布、スポンジ等の多孔質部材が挙げられる。
ＰＨＡ蓄積細菌は、細胞内にＰＨＡを蓄積することが可能な微生物であれば特に限定されない。例えば、アエロモナス（Ａｅｒｏｍｏｎａｓ）属、アルカリゲネス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）属、アゾトバクター（Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ）属、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）属、ハロバクテリウム（Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属、ノカルディア（Ｎｏｃａｒｄｉａ）属、ロドスピリルム（Ｒｈｏｄｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ）属、シュウドモナス（Ｐｓｕｅｄｏｍｏｎａｓ）属、ラルストニア（Ｒａｌｓｔｏｎｉａ）属、ズーグロエア（Ｚｏｏｇｌｏｅａ）属等の微生物が挙げられる。
なお、微生物保持部材１１〜１４にＰＨＡ蓄積細菌を担持させてから用いてもよいが、通常、ＰＨＡ蓄積細菌はどのような排水にも存在するものゆえ、ＰＨＡ蓄積細菌を担持させずに微生物保持部材１１〜１４を用いてもよい。
微生物保持部材駆動装置２０は、微生物保持部材１１〜１４を排水中に浸漬するとともに、浸漬させた微生物保持部材１１〜１４を排水中から取り出す機能を備える。一例として、図１に示す微生物保持部材駆動２０は、内蔵される不図示のモータ等の駆動源により糸やワイヤ等で吊った微生物保持部材１１〜１４をそれぞれ独立して昇降可能に構成されている。なお、微生物保持部材駆動装置２０は、微生物保持部材１１〜１４の排水への浸漬及び排水からの取り出しが可能であれば、上記の構成のほか、どのような構成であってもよい。
制御装置３０は、微生物保持部材駆動装置２０の駆動を制御する装置であり、それぞれの微生物保持部材１１〜１４を所定時間排水中に浸漬させたり、大気中に晒したりする制御を行う。制御装置３０はタイマを備え、予め設定された時間に基づいて、微生物保持部材駆動装置２０を制御する。
続いて、図２〜図６を参照しつつ、ＰＨＡ生産装置１を用いたＰＨＡ生産方法について説明する。ここでは、嫌気処理を２時間、好気処理を６時間行い、ＰＨＡ回収前の嫌気処理を４時間行う例について説明する。
まず、排水Ｗが流れる流路にＰＨＡ生産装置１を配置する。ＰＨＡ生産装置１は、微生物保持部材１１〜１４を下降させた際に流路を流れる排水Ｗに浸漬するとともに、上昇させた際に排水Ｗから取り出され空気中に晒されるよう配置される。
そして、図２に示すように、制御装置３０が、微生物保持部材駆動装置２０を駆動させ、微生物保持部材１１を下降させ排水Ｗに浸漬させる。これにより、微生物保持部材１１は嫌気条件におかれるので、ＰＨＡ細菌による嫌気処理が行われる。嫌気処理では、微生物保持部材１１に担持されたＰＨＡ細菌は、排水Ｗに含まれる有機物を摂取し、ＰＨＡへと変換し、細胞内にＰＨＡを蓄積する。
２時間後、図３に示すように、制御装置３０は、微生物保持部材駆動装置２０を駆動させ、微生物保持部材１１を上昇させて排水Ｗから取り出すとともに、微生物保持部材１２を排水Ｗに浸漬させる。
微生物保持部材１１は大気中に晒され、微生物保持部材１１は好気条件におかれるので、ＰＨＡ細菌による好気処理が行われる。好気処理では、ＰＨＡ細菌は、酸素及び蓄積したＰＨＡを利用して呼吸し、ＰＨＡ細菌が増殖する。
一方、排水Ｗに浸漬された微生物保持部材１２は、嫌気条件におかれ、上記と同様に嫌気処理が行われることとなる。
４時間経過後、図４に示すように、制御装置３０は、微生物保持部材駆動装置２０を駆動させ、微生物保持部材１２を上昇させて排水Ｗから取り出すとともに、微生物保持部材１３を排水Ｗに浸漬させる。上記同様に、微生物保持部材１２は好気条件におかれ、ＰＨＡ細菌による好気処理が行われる。また、上記と同様に、微生物保持部材１３は嫌気条件におかれ、上記同様に嫌気処理が行われる。
６時間経過後、図５に示すように、制御装置３０は、微生物保持部材駆動装置２０を駆動させ、微生物保持部材１３を上昇させて排水Ｗから取り出すとともに、微生物保持部材１４を排水Ｗに浸漬させる。上記と同様に、微生物保持部材１３は好気条件におかれ、ＰＨＡ細菌による好気処理が行われる。また、上記と同様に、微生物保持部材１４は嫌気条件におかれ、上記と同様に嫌気処理が行われる。
８時間経過後、図６に示すように、制御装置３０は、微生物保持部材駆動装置２０を駆動させ、微生物保持部材１４を上昇させて排水Ｗから取り出すとともに、再度、微生物保持部材１１を排水Ｗに浸漬させる。上記と同様に、微生物保持部材１３は好気条件におかれ、ＰＨＡ細菌による好気処理が行われる。また、上記と同様に、再度、微生物保持部材１１は嫌気条件におかれ、上記と同様に嫌気処理が行われる。
そして、上記の工程を順に複数サイクル行う。このように嫌気処理及び好気処理が繰り返し行われることで、微生物保持部材に担持されるＰＨＡ蓄積細菌が増殖する。上記のサイクルによって、他の細菌（嫌気条件でのみ生存できる微生物、好気条件でのみ生存できる微生物）が排除されるので、形成される活性汚泥中のＰＨＡ蓄積細菌の割合が高まり、ＰＨＡ蓄積細菌が優占化した活性汚泥が得られる。
上記のサイクルを行って、活性汚泥中のＰＨＡ蓄積細菌を優占化させた後、活性汚泥を回収する。そして、活性汚泥を回収する前の嫌気処理の時間（例えば、４時間）をそれまでの嫌気処理の時間（例えば、２時間）より長くするよう、制御装置３０は微生物保持部材駆動装置２０の駆動を制御する。
一例として、以下に記すように制御装置３０は微生物保持部材駆動装置２０を制御する。上述した嫌気処理及び好気処理を複数回繰り返したＸ時間後の状態を図７に示す。制御装置３０は、微生物保持部材駆動装置２０を駆動させ、微生物保持部材１１が排水Ｗに浸漬される。
Ｘ＋２時間経過後、図８に示すように、制御装置３０は、微生物保持部材駆動装置２０を駆動させ、微生物保持部材１２が排水Ｗに浸漬される。この際、制御装置３０は、微生物保持部材１１が排水Ｗから取り出されないよう微生物保持部材駆動装置２０を制御する。
Ｘ＋４時間経過後、図９に示すように、制御装置３０は、微生物保持部材駆動装置２０を駆動させ、微生物保持部材１１を上昇させて排水Ｗから取り出すとともに、微生物保持部材１３を排水Ｗに浸漬させる。この結果、微生物保持部材１１では、４時間嫌気処理が行われたこととなる。このようにして排水Ｗから取り出された微生物保持部材１１の表面に形成された活性汚泥を回収し、活性汚泥中のＰＨＡを抽出する。
Ｘ＋６時間経過後、Ｘ＋８時間経過後、Ｘ＋１０時間経過後では、図１０、図１１、図１２にそれぞれ示すように、４時間嫌気処理が行われた微生物保持部材１２、１３、１４が順次それぞれ排水Ｗから取り出される。そして、取り出された微生物保持部材１２、１３、１４の表面に形成された活性汚泥をそれぞれ回収し、活性汚泥中のＰＨＡを抽出する。
以上のようにして、回収前の嫌気処理をそれまでの嫌気処理よりも長い時間行うことで、増殖したＰＨＡ蓄積細菌が多くの有機物を摂取してＰＨＡを変換し、細胞内にＰＨＡを蓄積する。このようにして、回収する活性汚泥中のＰＨＡの含有量を高めることができる。
なお、活性汚泥の回収は、微生物保持部材１１〜１４の表面に形成された活性汚泥の剥離等、公知の手法により行い得る。また、活性汚泥中のＰＨＡの回収は公知の手法により行い得る（Nicolas Jcquel et al., Isolation and purification of bacterial poly(3-hydroxyalkanoates), Biochemical Engineering Journnal, Vol.39 (2008) p15-27)参照）。
活性汚泥が回収された微生物保持部材１１〜１４は、再度上記と同様に嫌気処理、好気処理のサイクルが繰り返される。
本実施の形態によれば、排水中の有機物濃度を制御することなく、流れている排水中の有機物からバイオプラスチックの原料となるＰＨＡを生産することができるとともに、形成される活性汚泥中のＰＨＡの含有量を高めることができる。
また、本実施の形態によれば、好気処理において、エアレーションが不要である。通常の排水処理における活性汚泥法ではエアレーションを行っており、エアレーションに要するコストが多大である。本実施の形態によれば、エアレーションを行うことなく好気処理が行えるため、ＰＨＡの生産コストの低減にもつながるとともに排水処理コストの低減にもつながる。したがって、実排水処理にも適用できるＰＨＡ生産装置及び生産方法として利用可能である。
また、活性汚泥から有用なＰＨＡを生産できるので、活性汚泥の再利用ができるとともに、活性汚泥の処理コストの低減にもつながる。
なお、上記では、一例として嫌気処理時間を２時間、好気処理時間を６時間、活性汚泥回収前の嫌気処理時間を４時間とした形態について説明したが、各処理時間は上記に限定されない。ＰＨＡ蓄積細菌の優占化における各処理時間の例として、嫌気処理時間が１〜６時間、好気処理時間が４〜１２時間が挙げられる。また、活性汚泥回収前の嫌気処理時間の例として２〜１２時間が挙げられる。上記の各処理時間となるよう、制御装置３０が微生物保持部材駆動装置２０を制御するよう構成すればよい。
また、微生物保持部材１１〜１４を上記では四つ用いた例について説明したが、微生物保持部材の数は限定されることはなく、四つ未満でも四つ以上でもよい。
なお、微生物保持部材は少なくとも２つ以上用い、いずれかの微生物保持部材にて好気処理を行う際に、他の微生物保持部材の少なくとも一つを排水に浸漬させて嫌気処理を行うとよい。いずれかの微生物保持部材に担持されるＰＨＡ蓄積細菌が、排水中の有機物を絶えず摂取することになるので、排水処理が滞ることもない。
また、上記では、ＰＨＡ生産装置１を用いてＰＨＡを生産する方法について説明したが、微生物保持部材駆動装置２０、制御装置３０を用いず、手動で行う形態であってもよい。
以下の実験により、活性汚泥中のＰＨＡ含有量を高めることを試みた。図１３に示すように、８００ｍＬ容量のリアクター容器４０を用意し、ポンプ４１、４２にて人工下水の流入及び排出可能な装置を構築した。リアクター容器４０内に微生物保持部材を設置した。微生物保持部材として、フレーム４３にポリエステル製の布（以下、布担体４４と記す）を取り付けたものを用いた。一つのフレーム４３に布担体４４を２つ取り付けたものを３つ用意し、リアクター容器４０内に設置した。即ち、布担体４４を６つ用いた。なお、布担体４４はそれぞれ２．５ｃｍ×６．７ｃｍ×０．５ｃｍ（６枚全部で５０ｍＬ）である。
嫌気処理では、リアクター容器４０内に５ｍＬ／ｍｉｎの流量で人工下水を流し、図１３に示すように、リアクター容器４０内に人工下水を満たし、布担体４４を人工下水に浸漬させた。嫌気処理時間は４時間とした。なお、リアクター容器４０内における人工下水の滞留時間は２時間である。流した人工下水の成分を表１に示す。
好気処理は、図１４に示すように、リアクター容器４０内の人工下水を全て排出することで布担体４４を大気中に晒し、好気条件にして行った。好気処理の時間は８時間とした。
なお、好気処理を行う際、リアクター容器４０内の人工下水を全て保留タンクに移しておき、嫌気処理を行う際に保留タンクに保持しておいた人工下水を再びリアクター容器４０内に全て移してから行った。
上記の嫌気処理及び好気処理を繰り返し行い、布担体４４に活性汚泥（以下、バイオマスと記す）を形成させた。運転を開始してから１２６日目より、およそ４日おきに、６つの布担体４４のうち２つずつからバイオマスを採取した。すなわち、同じ布担体４４からは１２日おきにバイオマスを採取した。
採取したバイオマスの布担体あたりの量、及び、バイオマス中のＰＨＡの含有量を測定した。バイオマスは、２０ｍＬの純水に布担体を漬けて１０回揉んだ後の上澄みをサンプルとして用い、サンプル中のＰＨＡ含有量を測定した。また、布担体はその後再びリアクター容器に設置し、嫌気処理及び好気処理を行った。
また、嫌気処理においては、流入させる人工下水及び排出される処理水のＣＯＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ）をそれぞれ経時的に測定した。
図１５に人工下水及び処理水のＣＯＤの測定結果を示す。流入される人工下水のＣＯＤはおよそ３００ｍｇＣＯＤ／Ｌであるが、排出される処理水のＣＯＤは１００ｍｇＣＯＤ／Ｌであり、人工下水の有機物が分解されており、排水処理が可能であることを確認した。
続いて、図１６に、採取した布担体あたりのバイオマス濃度を示す。それぞれの布担体４４から最初に採取したバイオマスの濃度（１２６日目、１３２日目、１３６日目に採取したバイオマス濃度）は、それまでの蓄積により、高い値を示した。その後についても、ばらつきはあるものの継続してバイオマスが形成されていることがわかる。
続いて、採取したバイオマスを乾燥させて、バイオマスの組成を検証した。バイオマス内のＰＨＡ及びグリコーゲン組成は公知の手法にて抽出し、ＰＨＡはＦＩＤガスクロマトグラム、グリコーゲンは代謝アッセイキット（ＢｉｏＶｉｓｉｏｎ社）を用いて測定した（Carlos D. M. Filipe et al., Stoichiometry and kinetics of acetate uptake under anaerobic conditions by an enriched culture of phosphorus accumulating organisms at different pHs, Biotechnology and Bioengineering, Vol. 76 (2001), p. 32-43参照）。
その結果を図１７に示す。ＰＨＡの含有量は０．１５〜０．２０ｇ・ｇＳＳ−１で推移しており、バイオマス中のＰＨＡ含有量が高められたことがわかる。
続いて、実施例１にて嫌気処理及び好気処理を繰り返し行った布担体について、バイオマス回収前の嫌気処理の時間を変えて行い、回収したバイオマス中のＰＨＡ含有量の変化について検証した。実験には、実施例１にて１２日間（２４サイクル）嫌気好気サイクルを行った布担体を用いた。
１Ｌのビンに実施例１と同じ人工下水を入れ、これに実施例１にて嫌気処理及び好気処理を繰り返し行った布担体を浸漬し、嫌気処理を行った。このバイオマス回収前の嫌気処理の時間は、０時間（回収前の嫌気処理無し）、４時間、８時間、１２時間、１６時間、２０時間とした。それぞれについて嫌気処理終了後、実施例１と同様にバイオマスの組成を検証した。
その結果を図１８に示す。嫌気処理時間が８時間までは嫌気処理時間が長くなるにつれ、ＰＨＡ含有量が増加していることがわかる。また、ＰＨＡ含有量は嫌気処理時間が８時間以上では０．２０ｇ・ｇＳＳ−１を超えて推移している。これらのことから、バイオマス回収前に嫌気処理時間をそれまでの嫌気処理時間より長い時間行うことで、ＰＨＡ含有量を高め得ることがわかる。
排水中の有機物濃度を制御することなく、排水中の有機物をバイオプラスチックの原料となるＰＨＡを生産させることができるとともに、形成される活性汚泥中のＰＨＡの含有量を高めることができる。また、好気処理において、エアレーションが不要であるため、ＰＨＡの生産コストの低減にもつながる。したがって、実排水処理への利用が可能である。
１ ＰＨＡ生産装置
１１〜１４ 微生物保持部材
２０ 微生物保持部材駆動装置
３０ 制御装置
４０ リアクター容器
４１、４２ ポンプ
４３ フレーム
４４ 布担体
Ｗ 排水
１１〜１４ 微生物保持部材
２０ 微生物保持部材駆動装置
３０ 制御装置
４０ リアクター容器
４１、４２ ポンプ
４３ フレーム
４４ 布担体
Ｗ 排水
Claims (4)
- ＰＨＡ蓄積細菌が担持される微生物保持部材と、
前記微生物保持部材を排水中への浸漬及び排水中からの取り出しを行う微生物保持部材駆動装置と、
前記微生物保持部材駆動装置の駆動を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置が前記微生物保持部材駆動装置を駆動させて前記微生物保持部材を所定時間排水中に浸漬させ、排水中の酢酸又はプロピオン酸を前記ＰＨＡ蓄積細菌に摂取させて、前記ＰＨＡ蓄積細菌が酢酸又はプロピオン酸をポリヒドロキシアルカノエートに変換して蓄積する嫌気処理を行い、
前記制御装置が前記微生物保持部材駆動装置を駆動させて前記微生物保持部材を排水中から取り出して所定時間空気中に晒し、前記ＰＨＡ蓄積細菌がポリヒドロキシアルカノエートを消費して増殖する好気処理を行い、
前記制御装置が前記微生物保持部材駆動装置を制御して前記嫌気処理及び前記好気処理を複数回繰り返し行って、前記微生物保持部材に形成される活性汚泥中の前記ＰＨＡ蓄積細菌の割合を高め、活性汚泥中のポリヒドロキシアルカノエートの含有量を高めるとともに、
前記微生物保持部材を複数備え、
前記制御装置は、いずれかの前記微生物保持部材を空気中に晒している際、他の前記微生物保持部材の少なくとも一つを排水中に浸漬するよう前記微生物保持部材駆動装置を制御する、
ことを特徴とするポリヒドロキシアルカノエートの生産装置。 - 前記制御装置は、活性汚泥を回収する前の前記嫌気処理の時間をそれまでの前記嫌気処理よりも長い時間行うよう前記微生物保持部材を制御して、活性汚泥中のポリヒドロキシアルカノエートの含有量を高める、
ことを特徴とする請求項１に記載のポリヒドロキシアルカノエートの生産装置。 - ＰＨＡ蓄積細菌が担持される微生物保持部材を所定時間排水中に浸漬させて排水中の酢酸又はプロピオン酸を前記ＰＨＡ蓄積細菌に摂取させ、前記ＰＨＡ蓄積細菌が酢酸又はプロピオン酸をポリヒドロキシアルカノエートに変換して蓄積する嫌気処理工程と、
前記微生物保持部材を排水中から取り出して所定時間空気中に晒し、前記ＰＨＡ蓄積細菌がポリヒドロキシアルカノエートを消費して増殖する好気処理工程と、を備え、
前記嫌気処理工程及び前記好気処理工程を複数回繰り返し行って、前記微生物保持部材に形成される活性汚泥中の前記ＰＨＡ蓄積細菌の割合を高め、活性汚泥中のポリヒドロキシアルカノエートの含有量を高めるとともに、
前記微生物保持部材を複数用い、
いずれかの前記微生物保持部材を空気中に晒している際、他の前記微生物保持部材の少なくとも一つを排水中に浸漬させる、
ことを特徴とするポリヒドロキシアルカノエートの生産方法。 - 活性汚泥を回収する前の前記嫌気処理工程をそれまでの前記嫌気処理工程よりも長い時間行い、活性汚泥中のポリヒドロキシアルカノエートの含有量を高める、
ことを特徴とする請求項３に記載のポリヒドロキシアルカノエートの生産方法。
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