JP7268860B2 - 培養方法、培養装置、廃水処理方法及び廃水処理装置 - Google Patents
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Description
本実施形態の培養方法は、培地中に含まれる金属元素のうち、Fe、Zn及びCoの少なくとも1つ以上の濃度が、0.005mg/L以上0.05mg/L以下である培養方法である。
本実施形態の培養方法に用いられる培地の調整方法としては、Fe、Zn及びCoを選択的に吸着する吸着材等を用いて、所定の濃度範囲となるように処理することができる。
培養は、金属元素を含む培地を培養槽に連続して供給する連続培養で行うことが好ましい。金属元素は、例えば、後述する培養装置、又は、廃水処理装置の金属元素添加部で培地中に供給することができる。金属元素の培地への添加は、酸溶液に金属を溶解させて添加することができる。酸溶液に含まれる酸としては、塩酸、硝酸、及び硫酸から選ばれる1種以上を用いることができる。酸溶液として添加する際のpHについては、特に限定されないが、6.0以下とすることが好ましく、4.0以下とすることがさらに好ましく、2.0以下とすることがより好ましい。また濃縮液中の金属濃度は、1000倍以上100000倍以下とすることが好ましく、2000倍以上50000倍以下とすることがより好ましく、3000倍以上30000倍以下とすることがより好ましい。なお、金属元素の添加は、金属元素が不足してもすぐに活性が下がるわけではないので、連続的に添加せず、断続的に添加してもよい。特に、Feについては、他の金属元素と比較し、活性の低下が緩やかであるため、Feのみ他の金属元素とは別に添加しても良い。
本実施形態の培養方法で培養される細胞としては、主に、微生物細胞であるが、動物細胞にも適用することができる。特に、培地として窒素排水を用いる場合は、硝化細菌又はアナモックス細菌とすることができる。
図1は、本実施形態の培養装置を示す装置フローである。培養装置は、金属元素除去部14、金属元素添加部16及び培養部18を備える。培地供給配管12から供給された培地は、金属元素除去部14及び金属元素添加部16で処理され、培養部18に供給される。培養部18で、培養部18内に投入された細胞が培養される。培養部18で使用された培地は培地排出配管20から排出される。
上述した培養方法及び培養装置は、廃水処理方法及び廃水処理装置に適用することができる。図2は、本実施形態の廃水処理装置を含む装置を示す装置フローである。図2に示す装置は、金属元素除去部44、製造設備46、金属元素添加部48及び廃水処理部50を備える。なお、本実施形態の廃水処理装置は、金属元素添加部48及び廃水処理部50に相当する。
以上の金属元素の濃度が0.005mg/L以上0.05mg/L以下の範囲になるように、Fe、Zn及びCoの少なくとも1つ以上の金属元素が添加された排水を、細菌を用いて廃水処理を行う(廃水処理工程)。廃水処理部50としては、硝化槽及び脱窒槽を挙げることができる。廃水処理部50は、pHコントローラー及び温度調節手段を備え、廃水処理部50内のpH及び温度が廃水処理に最適な条件に適宜調節される。廃水処理部50へは、金属元素添加部48で、金属元素が添加された排水が連続的に供給され、廃水処理が行われる。廃水処理部50内に投入される細菌としては、細菌をそのまま投入してもよく、細菌を担体に固定化した固定化担体又は包括固定化担体としてもよい。また、細菌としては、排水が窒素排水である場合は、硝化細菌又はアナモックス細菌を用いることができる。細菌は、処理する廃水に含まれる成分に応じて適宜選択することができる。廃水処理部50で処理された処理水は、処理水排出配管52から排出される。
図3に使用した実験装置100の図を示す。容積を1.44Lとした円筒型の反応槽110を用いて実験を行った。空気を供給できるようにガラス製の空気供給管102を取り付け、空気を、流量計104を用いて調整後、反応槽110に供給し、曝気させ,反応槽110内の担体106の流動と酸素供給を行った。曝気量は流量計104を用いて調整を行なった。また,原水は原水貯留槽108からポンプ(ペリスタポンプ)112を用いて、原水供給管114を通り供給した。反応槽110内のpH調整は、pHセンサー116により反応槽110内のpHを測定し、pHコントローラー118を用いてポンプ120を制御し、アルカリ溶液貯留槽122内の1N NaOH溶液の供給量を制御した。1N NaOH溶液は、アルカリ溶液供給管124を通り、反応槽110内に供給され、pH7.5となるように調整した。
実験は、まず立上げ運転を行った。すなわち、金属元素制限を行わないで立上げ(培養)し、処理水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素がほぼ等量となり、定常状態になった後から、制限試験を行った。
硝化菌を含む活性汚泥をポリエチレングリコール(PEG)系のゲルで包括固定化し、約4mmの球体に整形した。
実施例1の金属元素添加条件を変更して、同様に試験を行った。立ち上げ運転は、実施例1の基本排水を用いて行い、定常状態になった後、Feの濃度を0mg/Lとし、183日目にFeの濃度を0.005mg/Lとした。
アナモックス細菌による窒素排水処理試験を実施した。図7に使用した実験装置200を示す。反応槽202の反応溶液は500mLであり、アナモックス担体204を100mL充填した(充填率:20%)。アナモックス担体は、アナモックス汚泥をポリエチレングリコール系のゲルで包括固定化し、3mm角の立方体に成形した担体を用いた。反応槽202は、ウォータージャケット206で水温35℃となるように調整した。反応槽202内のpHは、pHセンサー218により測定され、pHコントローラー(不図示)によりポンプ(不図示)を制御し、0.2N塩酸溶液を用いて、pH7.6に調整した。反応槽202は、原水(排水)を供給する原水供給管208、処理された処理水を排出する排出管210、0.2N塩酸溶液を供給する酸性溶液供給管212、及び、N2ガスを供給するガス供給管214を備える。また、反応槽202内の処理水及びアナモックス担体204を撹拌させるための撹拌器216を備える。
基本排水(基本培地)を以下に示す。原水(供試排水)としては、超純水に、硫酸アンモニウム及び亜硝酸ナトリウムを窒素源とし、表5に示すアンモニア合成排水を調整し、その後、表6に示す金属元素を表6中の添加濃度となるように排水に添加した。
実施例3の金属元素添加条件を変更して、同様に試験を行った。Feの影響を確認するため、表7に示す金属元素濃縮液に切り替え、Feの添加濃度を制御することで、Feを制限した。
実施例3の金属元素添加条件を変更して、同様に試験を行った。Coの影響を確認するため、表8に示す金属元素濃縮液に切り替え、Coの添加濃度を制御することで、Coを制限した。
金属元素を添加する溶液について検討を行った。添加する金属元素濃縮液の組成を表9に示す。また、結果を図11に示す。
Claims (10)
- 培地を用いて細胞を培養する細胞の培養方法であって、
前記細胞がアナモックス細菌であり、
前記培地中に含まれる金属元素のうち、Fe、Zn及びCoの少なくとも1つ以上の濃度が0.005mg/L以上0.05mg/L以下であり、
前記Fe、Zn及びCoの少なくとも1つ以上の金属元素を酸溶液として連続的、又は断続的に添加する培養方法。 - 前記培地中に含まれる金属元素が、Fe、Cu、Zn、B、Co、Mn及びMoの中から選ばれる3種以上の金属元素を含む請求項1に記載の培養方法。
- 前記細胞は、担体に固定化又は包括固定化されている、あるいは、膜分離により、前記培地中に維持されている請求項1又は2に記載の培養方法。
- 前記培地は、金属元素を取り除いた水に、Fe、Zn及びCoの少なくとも1つ以上の金属元素を加えた培地である請求項1から3のいずれか1項に記載の培養方法。
- 培地から金属元素を除去する金属元素除去部と、
前記金属元素除去部で前記金属元素が除去された培地に、前記培地中の、Fe、Zn及びCoの少なくとも1つ以上の金属元素の濃度が0.005mg/L以上0.05mg/L以下の範囲になるように、前記Fe、Zn及びCoの少なくとも1つ以上の金属元素を酸溶液として連続的又は断続的に添加する金属元素添加部と、
前記金属元素添加部で、前記Fe、Zn及びCoの少なくとも1つ以上の金属元素が添加された培地を用いてアナモックス細菌を培養する培養部と、を備える培養装置。 - 前記アナモックス細菌は、担体に固定化又は包括固定化されている、あるいは、膜分離により、前記培地中に維持されている請求項5に記載の培養装置。
- 金属元素を除去した水を使用した製造工程から排出された排水の廃水処理方法であって、
前記排水に、前記排水中のFe、Zn及びCoの少なくとも1つ以上の金属元素の濃度が0.005mg/L以上0.05mg/L以下の範囲になるように、前記Fe、Zn及びCoの少なくとも1つ以上の金属元素を酸溶液として連続的、又は断続的に添加する金属元素添加工程と、
アナモックス細菌を用いて前記排水の廃水処理を行う廃水処理工程と、を有する廃水処理方法。 - 前記アナモックス細菌は、担体に固定化又は包括固定化されている、あるいは、膜分離により、前記排水中に維持されている請求項7に記載の廃水処理方法。
- 金属元素を除去した水を用いた製造設備から排出された排水の廃水処理装置であって、
前記排水に、前記排水中のFe、Zn及びCoの少なくとも1つ以上の金属元素の濃度が0.005mg/L以上0.05mg/L以下の範囲になるように、前記Fe、Zn及びCoの少なくとも1つ以上の金属元素を酸溶液として連続的に、又は断続的に添加する金属元素添加部と、
アナモックス細菌を用いて、前記金属元素添加部で前記Fe、Zn及びCoの少なくとも1つ以上の金属元素が添加された排水の廃水処理を行う廃水処理部と、を備える廃水処理装置。 - 前記アナモックス細菌は、担体に固定化又は包括固定化されている、あるいは、膜分離により、前記排水中に維持されている請求項9に記載の廃水処理装置。
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