JP6279183B1 - 細胞壁又は細胞膜破砕装置及び該装置の使用方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(例1)
図1の構成(但し、170を吐出口、180を投入口とし、190の減圧手段に代えて、吐出口の後段に一軸ねじ式ポンプ、及び減圧ポンプを採用した。)の細胞壁又は細胞膜破砕装置を使用して余剰汚泥を処理した。処理条件は、回転ディスクの回転数を3500min−1、周速を50m/s、減圧条件を−0.01MPa、処理時間を60分とした。下水処理の分野において一般に採用される嫌気性処理を再現するために、バイアル瓶による回分実験を採用した。嫌気性処理とは、酸素のない嫌気的条件下においてメタン菌等の微生物の代謝作用により、汚泥等に含まれる有機物を分解し、メタンガスに変換する生物学的プロセスである。
窒素ガスで内部を置換したバイアル瓶(75mL)に、消化汚泥を20mL、基質として細胞壁又は細胞膜破砕装置処理前の余剰汚泥を20mL投入し、恒温振とう槽(水温:36℃、振とう数:100回/min)に設置して経時的なメタンガス発生量を測定した。その結果を、図4A及び図4Bに示す。
(例2〜例5、比較例2、比較例3)
実際の嫌気性処理は連続的に行われている。したがって、連続的な嫌気性処理のモデル実験を実施するために、消化汚泥及び基質(細胞壁又は細胞膜破砕装置処理前の余剰汚泥又は処理後の余剰汚泥)を混合して嫌気性処理を行う消化瓶と、発生ガスを水上捕集する発生ガス測定器との2つで構成される実験装置を採用した。窒素ガスで内部を置換した消化瓶(2L)に種汚泥としての消化汚泥を1.5L投入した。連続的生分解性試験における運転条件を表1に示す。また、各運転条件において使用した消化汚泥及び基質を表2に示す。1日毎に、消化瓶から消化汚泥を表1に記載される量でサンプリングした。サンプリング後にサンプリング量と同量の基質を消化瓶に添加した。基質としての細胞壁又は細胞膜破砕装置処理後の余剰汚泥は、例1で得られた処理汚泥を使用した。実験中、スターラーで撹拌しながら、消化瓶を約36℃に保持した。各サンプルについての、浮遊物質濃度(MLSS)及び揮発性浮遊物質濃度(MLVSS)を測定した。その結果を表3に示す。なお、表3中のMLSS及びMLVSSの減少率は、未処理汚泥(比較例2、3)を基準とした相対値で表している。図5Aはメタンガス累積発生量の比較データを示し、図5Bはメタンガス転換率の比較データを示している。
(例6)
好気性処理の実験装置は、曝気槽及び沈殿槽の2つで構成されている。主な炭素源である投入基質のグルコースを、流入BODで約200mg/Lとなるように曝気槽内に供給した。運転条件に関し、曝気槽内に投入した活性汚泥は20L、滞留時間は24時間、曝気槽内のMLSSは1,000〜2,000mg/Lに設定した。連続実験の日数は20日間とした。この過程で生成する余剰汚泥を濃縮した後、細胞壁又は細胞膜破砕装置で処理したものを曝気槽内に返送し、余剰汚泥の発生量、並びに曝気槽内及び処理水の水質について検討した。細胞壁又は細胞膜破砕装置の処理条件は例1と同一の条件で実施した。その結果を、図6、表4及び表5に示す。なお、処理水及び曝気槽内から汚泥を1日1回サンプリングし、MLSS、SS(浮遊物質)、全有機炭素量(TOC)、生物化学的酸素要求量(BOD)、溶存有機炭素量(DOC)、全窒素量(T−N)、全リン量(T−P)の測定を実施した。
対照系として、汚泥の引き抜きを行わない通常の好気性処理を実施した。その結果を、図6、表4及び表5に示す。
(例7)
培養した高密度の藻類培養液を細胞壁又は細胞膜破砕装置で処理した。細胞壁又は細胞膜破砕装置の処理条件は、処理時間を10分、20分、30分に変更した以外は、例1と同一の条件で実施した。破砕した藻類培養液及び未破砕の藻類培養液をそれぞれビーカーに100mL採取し、次いで、該ビーカー中にナノバブルを10秒間通気して藻類からの脂質を回収した。その結果を図7Aに示す。図7Aから分かるように、処理時間が20〜30分程度であると、藻類培養液から脂質を効率よく回収できることが確認された。なお、このナノバブルによる回収処理は、藻類の脂質回収に限らず、藻類や微生物等に含まれる油分の回収に対しても有効であることは、この実験より明らかである。
対照系として、未破砕の藻類培養液(藻液)を水素発酵に供した。例7と同様に、消化菌と藻液とを一定比率(消化菌:藻液=1:9、5:5、9:1)で混合し、pHを5に調整して嫌気消化を行った。その結果を図7Bに示す。
105 対象物の流れ
110 インバーター
120 モーター
130、230 回転軸
140 固定ディスク
150、250 回転ディスク
160、260 筐体
170 投入口
180 吐出口
190 減圧手段
295 クラウド
805 処理前貯留槽
815 陸上式ポンプ
825 処理後貯留槽
Claims (16)
- 固定ディスク、回転ディスク、該回転ディスクを駆動するための回転軸、減圧手段及び筐体を備える、細胞壁又は細胞膜破砕装置であって、
前記固定ディスク及び前記回転ディスクの少なくとも1組は対向して配置されており、前記固定ディスクの中心部は、該中心部を通る前記回転軸の外径よりも大きい空洞部を有し、
前記回転ディスクと前記固定ディスクとの間で発生した剪断力が、前記装置内に投入された含水率89%以上の対象物の流体に適用され、
前記細胞壁又は細胞膜破砕装置内の圧力が、前記減圧手段によって−0.00001MPa〜−0.08MPaに減圧される、細胞壁又は細胞膜破砕装置。 - 固定ディスク、回転ディスク、該回転ディスクを駆動するための回転軸、陸上式ポンプ及び/又は水中ポンプの吸引力による減圧手段及び筐体を備える、細胞壁又は細胞膜破砕装置であって、
前記固定ディスク及び前記回転ディスクの少なくとも1組は対向して配置されており、前記固定ディスクの中心部は、該中心部を通る前記回転軸の外径よりも大きい空洞部を有し、
前記回転ディスクと前記固定ディスクとの間で発生した剪断力が、前記装置内に投入された含水率89%以上の対象物の流体に適用され、
陸上式ポンプを使用する場合には、該陸上式ポンプは前記装置の吐出口以降に設置され、
水中ポンプを使用する場合には、該水中ポンプは前記装置内の最終固定ディスク以降の吐出口側に設置され、
前記細胞壁又は細胞膜破砕装置内の圧力が、前記減圧手段によって−0.00001MPa〜−0.08MPaに減圧される、細胞壁又は細胞膜破砕装置。 - 前記陸上式ポンプが一軸ねじ式ポンプである、請求項2記載の細胞壁又は細胞膜破砕装置。
- 前記回転ディスクは10m/s以上の周速で回転する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の細胞壁又は細胞膜破砕装置。
- 前記固定ディスク及び/又は前記回転ディスクを2つ以上備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載の細胞壁又は細胞膜破砕装置。
- 前記固定ディスクと回転ディスクとの間隙が5mm〜30mmである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の細胞壁又は細胞膜破砕装置。
- 前記回転ディスク及び/又は固定ディスクの表面が鏡面又は粗面である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の細胞壁又は細胞膜破砕装置。
- 前記細胞壁又は細胞膜破砕装置に投入する対象物が、菌類、微生物、藻類、及び植物の群から選択される少なくとも1種を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の細胞壁又は細胞膜破砕装置。
- 前記細胞壁又は細胞膜破砕装置に投入する対象物が汚泥である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の細胞壁又は細胞膜破砕装置。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の細胞壁又は細胞膜破砕装置によって汚泥を処理する工程を備える、汚泥の減容化方法。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の細胞壁又は細胞膜破砕装置によって汚泥を処理する工程、及び前記汚泥を処理する工程から得られた処理汚泥を肥料化する工程を備える、汚泥の肥料調製方法。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の細胞壁又は細胞膜破砕装置によって汚泥を処理する工程、及び前記汚泥を処理する工程から得られた処理分離液を培養液として採取する工程を備える、汚泥の培養液調製方法。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の細胞壁又は細胞膜破砕装置によって汚水及び/若しくは汚泥、又は臭気性食品を処理する工程を備える、脱臭方法。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の細胞壁又は細胞膜破砕装置によって汚泥を処理する工程、並びに前記汚泥を処理する工程から得られた処理汚泥及び/又は処理分離液をバイオガス発酵槽に提供する工程を備える、バイオガスの発酵方法。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の細胞壁又は細胞膜破砕装置によって、菌類、微生物、藻類、及び植物の群から選択される少なくとも1種の対象物を処理する工程を備える、食品、飲料、医薬品、サプリメント類又は化粧品の製造方法。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の細胞壁又は細胞膜破砕装置によって、菌類、微生物、藻類、及び植物の群から選択される少なくとも1種の油分を含む対象物を処理する工程を備える、油分回収方法。
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