中空糸型バイオリアクターによる飲用原水中の硝酸性窒素除去

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550774
• Research Institution: Kitakyushu National College of Technology
• Principal Investigator: 畑中 千秋 北九州工業高等専門学校, 物質化学工学科, 教授 (80180884)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水野 康平 北九州工業高等専門学校, 物質化学工学科, 講師 (80342583) ; 後藤 宗治 北九州工業高等専門学校, 物質化学工学科, 助教授 (40259966) ; 井手 俊輔 北九州工業高等専門学校, 総合科学科, 教授 (10041550)
• Keywords: 環境安全工学 / 水処理 / 脱窒 / 硝酸 / 中空糸 / バイオリアクター / ポリスルフォン

Research Abstract

(財)発酵研究所から分譲された脱窒菌(Paracoccus denitrificans)を、120℃、20分の滅菌処理を行った液体培地(polypeptone:1.0%、east extract:0.2%、MgSO_4・7H_2O:0.1%)10ccに植菌し、30℃、2日間前培養を行った。その後、10L容ジャーファーメンターにて前培養の4倍の濃度から成る液体培地8Lに前培養後の菌体懸濁液を10cc投入し、2日間、30℃、撹神速度150rpmの条件で本培養を行った。本培養液を4〜5℃、12000rpmで遠心分離し、約40gの菌体を取得した。前培養菌体を用いた予備的検討の結果、Paracoccus denitrificansは35℃、pH6.5〜9.5近辺に最適培養条件があることがわかった。菌体固定化用エレメントには表面をPVAで親水化したPVA-PSA中空糸エレメント(1mmφ×965mmL、細孔径0.1μm、中空糸本数130本、(株)クラレ製)を使用し、これを8%PVA溶液中に浸漬することによって菌体を薄膜状に固定化した。さらに、中空糸表面に高密度で物理的に強固に固定化するため、-15℃におけるPVAの凍結変性によるゲル化現象を利用し、形成されるゲルの薄膜中に菌体を包括固定化した。この場合、使用するPVAは分子量68000、ケン化度99.7mol%以上が適していることがわかった。中空糸担体は親水性であるため細孔内は水で満たされており、その表面張力は0.1μmの場合、28atmに達する。従って中空糸内圧を中空糸の耐圧(10atm程度)まで高めることが可能であり、菌体の存在する中空糸表面の圧力(大気圧)との差を大きく取ることが可能である。これによって、水に溶解しにくい水素ガスの水中での推進力を高めることができ、脱窒反応の高効率化の可能性が示された。続いて、菌体固定化中空糸エレメントを2.8lジャケット付き反応塔に装着し、中空糸内部に1.5atm以上の水素ガス圧をかけ、外部に硝酸を含む人工地下水を供給して、硝酸を連続的に還元するバイオリアクターを製作した。

Research Products

• [Publications] Chiaki Hatanaka: "Continuous Nitrification and Denitrification of Wastrewater with Hollow Fiber Bioreactor"Proceeding of 9^<th> APCChE Congress and CHEMECA2002. 274 (2002)
• [Publications] Chiaki Hatanaka: "High Efficiency Nitrogen Removal Using Hollow Fiber Bioreactor"Proceedings of 2002 Taiwan/Korea/Japan Chemical Engineering Conference. 034 (2002)
• [Publications] 畑中千秋: "排水中のアンモニア性窒素の高度処理"北九州高専研究報告. 35. 77-81 (2002)
• [Publications] 畑中千秋: "固定化リパーゼによるヒマシ油の連続加水分解"北九州高専研究報告. 36. 65-70 (2003)
• [Publications] 井手俊輔: "PC-88A担持粒子の金属イオン吸着、分離への応用"北九州高専研究報告. 36. 119-124 (2003)
• [Publications] 後藤宗治: "機能性担体を用いたリパーゼによる選択的エステル合成"北九州高専研究報告. 36. 91-94 (2003)