固定化微生物及其制造方法、采用其的反应装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种固定化微生物的制造方法，通过对分子量３５００以上２００００以下的预聚合物、分子量７１以上且相对于上述预聚合物分子量的比为０．０４５以下的交联剂以及微生物进行混合，制作上述预聚合物和上述交联剂的合计浓度为１％以上７％以下的悬浊液；通过聚合该悬浊液，制造在聚合物内部包含固定有微生物的固定化微生物。另外，本发明专利技术还提供根据上述方法制造的固定化微生物以及使用该固定化微生物的反应装置。根据本发明专利技术能够以材料浓度极低的浓度固定微生物，并且由此能够减少材料，提供高活性、流动性好的固定化微生物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用作环境保护中的下水或废水的有机物处理或除氮、或乙醇发酵或有价物生产中的生物催化剂的固定化微生物的制造方法及用其制造的固定化微生物以及采用该固定化微生物的反应装置
技术介绍
采用微生物的反应，被用于环境净化领域或发酵工业，其中，在环境净化领域，用于有机成分的分解或氮成分的去除。特别是氮成分，以氨性氮、亚硝酸性氮、硝酸性氮、有机性氮，含在下水或工业废水中，这些氮成分，因成为1.湖泊富营养化的原因，2.河流溶解氧降低的原因等，所以需要去除。以往，含有此种氮成分的废水，如果氮成分是微量浓度，采用离子交换法去除，也采用氯、臭氧的氧化进行氮的去除。此外，如果是中高浓度，采用生物处理，在生物处理中，采用利用好氧硝化和厌氧脱氮的氧化脱氮法(例如，参照专利文献1)。另外，在好氧硝化中，进行利用氨氧化细菌(Nitrosomonas，Nitrosococcus，Nitrosospira，Nitrosolobuss等)和亚硝酸氧化细菌，进行氨性氮或亚硝酸性氮的氧化，在厌氧脱氮中，进行利用从属营养细菌(Pseudomonas denitrificans等)的脱氮。好氧硝化的生物反应槽，以0.2～0.3kg-N/m3/天的负荷运转，以0.2～0.4kg-N/m3/天的负荷进行脱氮。因此，要处理下水总氮浓度为40～50mg/L的下水，在硝化槽，需要6～8小时的滞留时间，在脱氮槽，需要5～8小时，需要大规模的处理槽。限定这些反应的是微生物保持量，通过在反应槽内保持高浓度的微生物，能够高速反应或净化。作为保持高浓度的微生物的方法，开发了包含固定高浓度的微生物的固定化微生物，在下水处理中的除氮中，采用包含固定化的硝化细菌。此外，在发酵工业，正在进行在采用固定化酵母的乙醇的生产等方面的应用研究。在微生物的固定化中，采用海藻酸或角叉菜胶等天然材料、光固化性树脂或聚乙二醇丙烯酸酯等合成高分子。此外，为固定化微生物，按以下观点，优选降低材料浓度，形成含水率高的凝胶。即，基于1.微生物容易增殖，微生物保持量增大，活性提高，2.用少量的材料完成，3.比重降低，在曝气反应槽的流动性好的理由。可是，海藻酸或角叉菜胶等天然材料等，在0.5％～1％的范围，能够凝胶化，能够包含固定，但由于是天然的高分子，因此存在容易分解，在物性上载体的寿命短的缺陷。对此，合成高分子，具有不存在利用微生物的分解劣化的问题，能够长时间维持稳定的物性的优点。专利文献1特开2000-288581号公报但是，合成高分子凝胶化需要8％以上的预聚合物浓度(材料浓度)，不可能降低预聚合物浓度。特别是，在包含固定微生物的凝胶中，采用以7％以下凝胶化的合成聚合物的聚合法，现在确实还没有。
技术实现思路
本专利技术是针对如此的问题而提出的，目的是提供一种通过以材料浓度7％以下的低浓度聚合，能够降低材料浓度的、提供高活性、流动性好的固定化微生物的制造方法，及由此制造的固定化微生物和采用该固定化微生物的反应装置。为达到上述目的，本专利技术1所述的专利技术，其特征在于，通过混合分子量3500以上20000以下的预聚合物、分子量71以上且相对于上述预聚合物分子量的比为0.045以下的交联剂和微生物，制作上述预聚合物和上述交联剂的合计浓度为1％以上7％以下的悬浊液；通过聚合该悬浊液，制造在聚合物内部包含固定微生物的固定化微生物。为达到上述目的，本专利技术2所述的专利技术，其特征在于，将分子量3500以上20000以下的预聚合物，以预聚合物含量/交联剂含量的比达到0.5以上10以下的方式，与微生物混合，制作上述预聚合物和上述交联剂的合计浓度为1％以上7％以下的悬浊液；通过聚合该悬浊液，制造在聚合物内部包含固定微生物的固定化微生物。本专利技术的专利技术者，研究了固定化材料或交联剂的分子量、固定化材料和交联剂的合计浓度、固定化剂和交联剂的比率等，结果发现，能够阐明其相关关系，发现在预聚合物和交联剂的合计浓度为1％以上7％以下的低浓度下能够凝胶化的区域。即，如本专利技术1所述的专利技术，发现，通过规定成为母剂的预聚合物的分子量和交联剂的分子量，能够在预聚合物和交联剂的合计浓度(材料浓度)为1％～7％的极低浓度下进行固定化。此外，如本专利技术2所述的专利技术，通过以预聚合物含量/交联剂含量的比达到0.5以上10以下的方式，与微生物混合、聚合，发现能够在预聚合物和交联剂的合计浓度(材料浓度)为1％～7％的极低浓度下进行固定化。因此，如果采用本专利技术1或2所述的专利技术，能够提供高活性、流动性好、廉价的固定化微生物。另外，更优选预聚合物含量/交联剂含量的比在0.5以上6以下。此外，预聚合物的分子量，更优选5000以上18000以下。本专利技术3所述的专利技术，如本专利技术1或2所述，其特征在于，作为上述交联剂，采用丙烯酰胺、丙烯酸、二甲基丙烯酰胺或甲基丙烯酸。本专利技术3所述的交联剂，作为本专利技术的交联剂，是最佳的交联剂，这些单体，富于反应性，通过与高分子母剂的组合，能够进行低浓度下的固定化。本专利技术4所述的专利技术，如本专利技术1～3中任何一项所述，其特征在于，作为上述微生物，固定活性污泥。如此，通过在低浓度下固定活性污泥，能够减少材料，同时能够降低比重，扩大微生物的栖息区域。由此，能够提供高活性、流动性好的固定化微生物。本专利技术5所述的专利技术，其特征在于，用如本专利技术1～4中任何一项所述的制造方法制造的固定化微生物。本专利技术6所述的专利技术，其特征在于，具有采用如本专利技术5所述的固定化微生物进行生物反应的反应容器。本专利技术7所述的专利技术，如本专利技术6所述，其特征在于，在上述反应容器的内部，具有使上述固定化微生物流动的流动部，上述固定化微生物沿该流动部和该流动部的外部移动。在上述制造方法中，由于能够制造比重1.01以下非常小的固定化微生物，所以能够用流动部和其外部使载体顺利移动。由此，能够提高反应容器内的生物处理的处理性能。本专利技术8所述的专利技术，如本专利技术7所述，其特征在于，上述流动部，采用曝气或无氧气体或由反应生成的氮气，使上述固定化微生物流动。如果采用本专利技术的固定化微生物的制造方法，由于采用最佳的分子量的预聚合物和交联剂，或以适当的含量比聚合预聚合物和交联剂，所以能够以材料浓度极低的浓度固定微生物。由此，能够减少材料，提供高活性、流动性好的固定化微生物。附图说明图1是表示从试验1的结果得出的母剂的分子量和压缩强度的关系的图。图2是表示从试验2的结果得出的母剂的分子量和压缩强度的关系的图。图3是表示母剂的分子量和和交联剂的分子量的最佳范围的图。图4是表示从试验3的结果得出的固定化材料的合计浓度和压缩强度的关系的图。图5是表示从试验4的结果得出的固定化材料的合计浓度和压缩强度的关系的图。图6是表示应用本专利技术的制造方法的生产线的实施方式的构成图。图7是表示应用本专利技术的制造方法的生产线的实施方式的构成图。图8是表示使用本专利技术的固定化微生物载体的废水处理装置的第一实施方式的构成图。图9是表示使用本专利技术的固定化微生物载体的废水处理装置的第2实施方式的构成图。图10是表示使用本专利技术的固定化微生物载体的废水处理装置的第3实施方式的构成图。图11是表示使用本专利技术的固定化微生物载体的废水处理装置的第4实施方式的构成图。图12是表示使用本专利技术的固定化微生物载体的废水处理装置的第5实施方式的构成图。图13是表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固定化微生物的制造方法，其特征在于，通过对分子量３５００以上２００００以下的预聚合物、分子量７１以上且相对于上述预聚合物分子量的比为０．０４５以下的交联剂以及微生物进行混合，制作上述预聚合物和上述交联剂的合计浓度为１％以上７％以下的悬浊液；通过聚合该悬浊液，制造在聚合物内部包含固定有微生物的固定化微生物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：角野立夫，青山光太郎，井坂和一，安部直树，
申请(专利权)人：株式会社日立工业设备技术，
类型：发明
国别省市：JP[日本]