JP7752986B2 - Water treatment system and water treatment method - Google Patents
Water treatment system and water treatment methodInfo
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Description
本発明の実施形態は、有機性排水を処理する水処理システムおよび水処理方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a water treatment system and a water treatment method for treating organic wastewater.
例えば、都市下水や食品工場等から排出される有機性排水を処理する水処理システムには、活性汚泥と呼ばれる微生物の集合体が利用される膜分離活性汚泥法(以下、「MBR」とも称する)が適用されているものがある。 For example, some water treatment systems that treat organic wastewater discharged from urban sewage and food factories use the membrane bioreactor (MBR) method, which utilizes a collection of microorganisms called activated sludge.
MBRでは、有機性排水を含む原水が、活性汚泥と呼ばれる微生物の集合体によって処理されることによって、有機物が分解される。さらには、有機物が分解された処理水が、分離膜によって、活性汚泥と分離され、分離液として排出される。 In an MBR system, raw water containing organic wastewater is treated with a collection of microorganisms called activated sludge, which breaks down the organic matter. The treated water, in which the organic matter has been broken down, is then separated from the activated sludge by a separation membrane and discharged as separated liquid.
分離液には、固形分である活性汚泥は含まれず、また、有機物が分解されているため、非常に良好な処理水として排出される。 The separated liquid does not contain activated sludge, which is a solid component, and since the organic matter has been decomposed, it is discharged as very good treated water.
分離膜で分離された固形分は、ポンプによりMBRの前段に返送され、活性汚泥として再利用されるとともに、一部が余剰汚泥として排出され、処分される。 The solids separated by the separation membrane are returned by a pump to the upstream stage of the MBR where they are reused as activated sludge, and a portion is discharged as excess sludge for disposal.
このように、MBRでは、分離膜による固液分離によって、より清澄な分離液が得られること、運転管理が容易であること、省スペースでの実現が可能であること、といったメリットがある。 As such, MBR has the advantages of producing a cleaner separated liquid through solid-liquid separation using a separation membrane, facilitating operation and management, and being able to be implemented in a small space.
ところで、分離膜には、運転経過とともに、ファウリングと称される目詰まりが生じる。分離膜にファウリングが生じると、分離膜における分離効率が低下し、水処理システム全体の処理能力も低下するのみならず、処理水の水質悪化をもたらす恐れがある。 However, as operation progresses, clogging known as fouling occurs in separation membranes. When fouling occurs in separation membranes, the separation efficiency of the separation membrane decreases, not only reducing the treatment capacity of the entire water treatment system but also potentially deteriorating the quality of the treated water.
このため、分離膜が利用されているMBRでは、分離膜のために種々のファウリング対策が講じられている。例えば、洗浄ブロアから供給される空気によって発生した気泡を、分離膜の下方から上昇させ、この気泡の上昇に伴う剪断力によって、分離膜面を洗浄している。 For this reason, in MBRs that use separation membranes, various measures are taken to prevent fouling of the separation membranes. For example, bubbles generated by air supplied from a cleaning blower are caused to rise from below the separation membrane, and the shear force associated with these rising bubbles cleans the separation membrane surface.
このファウリング対策は、分離膜を運転しながら実施できるが、この対策のみではファウリングの発生を緩和できるものの効果は十分とは言えず、運転中常時実施したとしても、分離膜のファウリングは進行し、時間経過とともに結局は、膜分離ができない状態になってしまう。また、分離膜を運転しながら常時洗浄ブロアを動作させるためのコストが、水処理システム全体の運転コストのほとんどを占めるなど、コスト的なインパクトも大きい。 This anti-fouling measure can be implemented while the separation membrane is in operation, but while this measure alone can mitigate the occurrence of fouling, it is not sufficiently effective. Even if it is implemented constantly during operation, membrane fouling will progress, and over time, membrane separation will eventually become impossible. Furthermore, the cost of constantly operating the cleaning blower while the separation membrane is in operation accounts for most of the operating cost of the entire water treatment system, so it has a significant cost impact.
このように、洗浄ブロアを動作させながら運転しても、ファウリングを十分に除去できないことから、分離膜の状態を回復させるために、おおよそ2週間から1か月の頻度で、分離膜の運転を停止し、分離膜に対して、次亜塩素酸ナトリウムなどによる薬液洗浄が行われている。 As such, even if the cleaning blower is operated, fouling cannot be sufficiently removed, so in order to restore the condition of the separation membrane, operation of the separation membrane is stopped approximately every two weeks to one month, and the separation membrane is cleaned with a chemical solution such as sodium hypochlorite.
しかしながら、薬液洗浄は、分離膜の運転の停止を伴うので、水処理システムの稼働率の低下をもたらす。 However, chemical cleaning requires the separation membrane to be shut down, resulting in a decrease in the availability of the water treatment system.
分離膜によって固液分離する系統を複数備えている水処理システムであれば、ある系統の分離膜の薬液洗浄中であっても、他の系統の分離膜によって原水を処理できるので、水処理システム全体を停止する必要は無い。しかしながら、この場合は、少ない系統数で運転することになるので、処理量は低下する。また、薬液洗浄中の系統の分離膜の運転を停止することで、運転中の分離膜の数が減ることから、運転中の系統の分離膜は、処理負荷が通常時よりも大きくなり、ファウリングの発生が加速されるとともに処理水の悪化を伴う場合がある。 If a water treatment system has multiple systems that use separation membranes to separate solids and liquids, even if the separation membranes of one system are being chemically cleaned, the raw water can still be treated using the separation membranes of other systems, so there is no need to shut down the entire water treatment system. However, in this case, the system will be operating with fewer systems, resulting in a lower treatment volume. Also, by stopping the operation of the separation membranes of the system being chemically cleaned, the number of separation membranes in operation will be reduced, and the treatment load on the separation membranes of the operating systems will be greater than usual, which may accelerate the occurrence of fouling and lead to deterioration of the treated water.
また、薬液洗浄が終了し、運転を停止されていた系統の分離膜の運転が再開された直後は、使用されていた薬液が処理水に混入するので、薬液がすべて排出されるまでは、処理水を処理槽の前段部に返送させるなどの対策を取る必要があり、系外に処理水を排出できない。 In addition, immediately after chemical cleaning is completed and operation of the separation membranes in the system that had been shut down is restarted, the chemicals that were used will be mixed into the treated water, so measures must be taken, such as returning the treated water to the upstream section of the treatment tank, and the treated water cannot be discharged outside the system until all the chemicals have been discharged.
このように、薬液洗浄は、処理量低下および処理水の水質悪化の観点からも好ましいものではなく、頻度も、使用する薬液の量も、可能な限り低く抑えることが好ましい。 As such, chemical cleaning is not desirable from the perspective of reducing treatment volume and deteriorating the quality of the treated water, and it is preferable to keep both the frequency and the amount of chemical used as low as possible.
以上のように、分離膜を利用する水処理システムでは、相応の費用および手間をかけて、分離膜のファウリング対策を実施しているものの、必ずしも十分とは言えない。 As described above, in water treatment systems that use separation membranes, measures to prevent membrane fouling are implemented at considerable expense and effort, but these measures are not necessarily sufficient.
本発明が解決しようとする課題は、運転コストの低減、稼働率の向上、および処理水の水質安定化を実現するファウリング対策を備えた水処理システムおよび水処理方法を提供することにある。 The problem that this invention aims to solve is to provide a water treatment system and water treatment method that incorporates anti-fouling measures that reduce operating costs, improve availability, and stabilize the quality of treated water.
実施形態の水処理システムは、処理槽と、分離膜と、培養槽と、供給部とを備える。処理槽は、原水を活性汚泥により処理する。分離膜は、処理槽に設けられ、原水が活性汚泥によって処理されてなる処理水と、活性汚泥とを分離する。培養槽は、分離膜に付着する付着物質を分解する酵素を分泌する酵素分泌物質を培養する。供給部は、培養槽で培養された酵素分泌物質から分泌された酵素を、処理槽へ供給する。 The water treatment system of this embodiment includes a treatment tank, a separation membrane, a culture tank, and a supply unit. The treatment tank treats raw water with activated sludge. The separation membrane is provided in the treatment tank and separates the activated sludge from treated water, which is produced by treating raw water with the activated sludge. The culture tank cultures an enzyme-secreting substance that secretes enzymes that decompose substances adhering to the separation membrane. The supply unit supplies the enzymes secreted from the enzyme-secreting substance cultured in the culture tank to the treatment tank.
以下に、本発明の各実施形態の水処理方法が適用された水処理システムを、図面を参照して説明する。 Below, a water treatment system to which the water treatment method of each embodiment of the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態の水処理方法が適用された水処理システムの構成例を示す概略図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a water treatment system to which the water treatment method of the first embodiment is applied.
水処理システム10は、例えば下水処理のために好適に利用され、酵素分泌物質生成部20と、酵素分泌物質培養槽30と、処理槽40とを備えている。 The water treatment system 10 is suitable for use, for example, in sewage treatment, and includes an enzyme-secreting substance production unit 20, an enzyme-secreting substance culture tank 30, and a treatment tank 40.
処理槽40は内部に活性汚泥bを貯えており、下水等の有機性排水を含む原水aを受け入れる。処理槽40の底部には、補助散気ブロワ42に接続された散気管43が設けられており、補助散気ブロワ42から送られた空気が、散気管43によって気泡gとなって活性汚泥bへ供給される。これによって活性汚泥bの活性が維持され、原水aに含まれる有機物の、活性汚泥bによる分解処理が促進される。 The treatment tank 40 stores activated sludge b inside and receives raw water a, which contains organic wastewater such as sewage. An air diffuser pipe 43 connected to an auxiliary air diffuser blower 42 is installed at the bottom of the treatment tank 40. Air sent from the auxiliary air diffuser blower 42 is converted into bubbles g by the air diffuser pipe 43 and supplied to the activated sludge b. This maintains the activity of the activated sludge b and promotes the decomposition process of organic matter contained in the raw water a by the activated sludge b.
処理槽40の底部にはさらに、散気管43よりも下流側に分離膜41が設けられており、分離膜41は、原水a中の有機物が分解処理されてなる処理水cと、活性汚泥bとを分離する。 A separation membrane 41 is also provided at the bottom of the treatment tank 40, downstream of the aeration pipe 43. The separation membrane 41 separates the treated water (c), which is produced by decomposing organic matter in the raw water (a), from the activated sludge (b).
これによって、処理槽40からは、固形分である活性汚泥bは含まれず、また、有機物が分解された非常に良好な処理水cが排出される。 As a result, the treatment tank 40 does not contain any activated sludge b, which is a solid component, and only discharges very good treated water c, in which organic matter has been decomposed.
一方、分離膜41で分離された固形分iの一部は、返送汚泥ポンプ46により処理槽40の前段に返送され、処理槽40において活性汚泥bとして再利用されるとともに、残りの固形分iは、余剰汚泥として系外へ排出され、処分される。 Meanwhile, a portion of the solids i separated by the separation membrane 41 is returned to the upstream stage of the treatment tank 40 by the return sludge pump 46 and reused as activated sludge b in the treatment tank 40, while the remaining solids i are discharged outside the system as excess sludge and disposed of.
分離膜41には、運転経過とともにファウリングが生じる。そこで、水処理システム10は、ファウリング対策として、処理槽40内の分離膜41の下に、膜洗浄ブロワ44に接続された散気管45を設け、分離膜41の運転中、この散気管45に、膜洗浄ブロワ44から空気を送る。膜洗浄ブロワ44から送られた空気は、散気管45によって気泡Gとなって、分離膜41に向かって上昇する。この気泡Gの上昇による剪断力によって分離膜41を洗浄することで、分離膜41のファウリングを緩和する。 Fouling occurs on the separation membrane 41 as operation progresses. Therefore, as a countermeasure against fouling, the water treatment system 10 installs an aeration pipe 45 connected to a membrane cleaning blower 44 below the separation membrane 41 in the treatment tank 40. While the separation membrane 41 is operating, air is sent from the membrane cleaning blower 44 to this aeration pipe 45. The air sent from the membrane cleaning blower 44 is transformed into bubbles G by the aeration pipe 45, which rise toward the separation membrane 41. The shear force generated by the rising bubbles G cleans the separation membrane 41, thereby reducing fouling of the separation membrane 41.
水処理システム10は、分離槽41の運転中に適用できるさらなるファウリング対策として、分離膜41に付着する付着物質dを分解する酵素hを、処理槽40に供給する。このため、この酵素hを分泌する酵素分泌物質qを、酵素分泌物質培養槽30において培養する。そして、酵素分泌物質qから分泌された酵素hを含む培養液fを、酵素分泌物質培養槽30から処理槽40に供給する。これによって、処理槽40へ酵素hが供給される。処理槽40内では、酵素hが、分離膜41に付着する付着物質dを分解することで、ファウリングを緩和する。このファウリング対策は、前述した気泡Gによる洗浄によるファウリング対策と併用して適用することができる。 As an additional anti-fouling measure that can be applied during operation of the separation tank 41, the water treatment system 10 supplies the treatment tank 40 with enzyme h, which decomposes the adhering substances d adhering to the separation membrane 41. To this end, an enzyme-secreting substance q, which secretes this enzyme h, is cultured in the enzyme-secreting substance culture tank 30. Then, a culture solution f containing the enzyme h secreted from the enzyme-secreting substance q is supplied from the enzyme-secreting substance culture tank 30 to the treatment tank 40. In this way, the enzyme h is supplied to the treatment tank 40. Within the treatment tank 40, the enzyme h decomposes the adhering substances d adhering to the separation membrane 41, thereby mitigating fouling. This anti-fouling measure can be applied in conjunction with the anti-fouling measure using cleaning with air bubbles G described above.
酵素分泌物質培養槽30から処理槽40への培養液fの供給は、酵素分泌物質培養槽30と処理槽40との間に設けられた注入ポンプ32によって行う。 The culture medium f is supplied from the enzyme-secreting substance culture tank 30 to the treatment tank 40 by an injection pump 32 installed between the enzyme-secreting substance culture tank 30 and the treatment tank 40.
酵素分泌物質培養槽30において培養される酵素分泌物質qは、酵素分泌物質生成部20において生成され、酵素分泌物質培養槽30へ供給される。 The enzyme-secreting substance q to be cultured in the enzyme-secreting substance culture tank 30 is produced in the enzyme-secreting substance production unit 20 and supplied to the enzyme-secreting substance culture tank 30.
酵素分泌物質生成部20では、以下のように、遺伝子組み換え技術によって酵素分泌物質qが生成される。 In the enzyme-secreting substance production unit 20, enzyme-secreting substance q is produced using genetic recombination technology as follows:
図2は、酵素分泌物質生成部20における酵素分泌物質qの生成メカニズムを説明するための概念図である。 Figure 2 is a conceptual diagram illustrating the mechanism by which enzyme-secreting substance q is produced in the enzyme-secreting substance production unit 20.
酵素分泌物質生成部20では、ファウリングをもたらす付着物質dと共存された、例えばバチルス属菌のような酵素分泌菌から分泌された酵素hの遺伝子情報kが、宿主微生物mに導入されることによって、酵素分泌物質qが生成される。 In the enzyme-secreting substance production unit 20, genetic information k for enzyme h secreted from enzyme-secreting bacteria, such as Bacillus bacteria, which coexist with fouling-causing adhering substances d, is introduced into host microorganism m, thereby producing enzyme-secreting substance q.
付着物質dとしては、EPS(Extracellular polymeric substances)と呼ばれる微生物が放出する細胞外代謝産物の寄与が大きいと考えられている。EPSは、多糖類とタンパク質、核酸などの成分によって、複雑に構成されることが知られており、EPSの分解に寄与する酵素は、バチルス族菌が生産するタンパク質を分解するプロテアーゼ、核酸を分解するヌクレアーゼ、多糖類を分解するグルカナーゼ、例えばアミラーゼ、セルラーゼ、リアーゼ、キシラナーゼ等の酵素が有効である。またEPSを合成する微生物を死滅させることも有効であるため、微生物の細胞壁を破壊するリゾチームも有効である。 Extracellular polymeric substances (EPS), extracellular metabolic products released by microorganisms, are thought to play a major role in the formation of adhesive substances d. EPS are known to be complexly composed of components such as polysaccharides, proteins, and nucleic acids. Enzymes that contribute to the degradation of EPS include proteases produced by Bacillus bacteria that break down proteins, nucleases that break down nucleic acids, and glucanases that break down polysaccharides, as well as enzymes such as amylase, cellulase, lyase, and xylanase. Lysozyme, which destroys the cell walls of microorganisms, is also effective in destroying the microorganisms that synthesize EPS, so it is also effective.
図3は、酵素hの遺伝子情報kを同定する手順を説明する図である。 Figure 3 illustrates the procedure for identifying genetic information k of enzyme h.
先ず、図3(1)に示すように、ファウリングの進行した分離膜41から付着物質dを取得する。分離膜41からの付着物質dの取得方法としては、分離膜41の表面を掻きとることで実施できる。また、分離膜41を水酸化ナトリウム、しゅう酸、クエン酸、EDTAなどの薬液に浸漬させ、付着物質dを抽出することでも実施できる。 First, as shown in Figure 3 (1), the attached substance d is obtained from the separation membrane 41, which has progressed fouling. The attached substance d can be obtained from the separation membrane 41 by scraping the surface of the separation membrane 41. Alternatively, the attached substance d can be extracted by immersing the separation membrane 41 in a chemical solution such as sodium hydroxide, oxalic acid, citric acid, or EDTA.
次に、図3(2)に示すように、取得した付着物質dを、酵素分泌菌であるバチルス属菌jと共にビーカ(図示せず)に入れて培養する。 Next, as shown in Figure 3 (2), the obtained adherent substance d is placed in a beaker (not shown) together with enzyme-secreting Bacillus bacteria j and cultured.
バチルス属菌jが優占化した汚泥は、ファウリング抑制に寄与することが知られている(非特許文献1参照)。これは、バチルス属菌jが放出する酵素によるものと考えられる。したがって、図3(2)に示すように、付着物質dとバチルス属菌jとが共存する環境下において、バチルス属菌jは、例えばプロテアーゼ、アミラーゼ、リパーゼ、セルラーゼのような酵素を分泌する。これらは、付着物質dを分解する酵素hである。 Sludge dominated by Bacillus genus j is known to contribute to fouling suppression (see Non-Patent Document 1). This is thought to be due to the enzymes released by Bacillus genus j. Therefore, as shown in Figure 3 (2), in an environment where attached substance d and Bacillus genus j coexist, Bacillus genus j secretes enzymes such as protease, amylase, lipase, and cellulase. These are enzymes h that decompose attached substance d.
これによって、図3(3)に示すように、酵素hによる付着物質dの分解が進行する。そして、分解がある程度進んだ段階で、固液分離することによって、図3(4)に示すように、酵素hを含有する含有液wを取得することができる。 As a result, the decomposition of the attached substance d by the enzyme h proceeds, as shown in Figure 3 (3). Then, once the decomposition has progressed to a certain extent, solid-liquid separation is performed, and a liquid w containing the enzyme h can be obtained, as shown in Figure 3 (4).
次に、図3(5)に示すように、含有液wから酵素hを抽出し、例えばプロテオーム解析によって、酵素hの配列情報を読み取る。さらに図3(6)に示すように、バチルス属菌jの遺伝子情報(DNA情報)と、酵素hのアミノ酸配列情報とを照合し、バチルス属菌jから分泌された酵素hの遺伝子情報(DNA情報)kを同定する。 Next, as shown in Figure 3 (5), enzyme h is extracted from the containing solution w, and the sequence information of enzyme h is read, for example, by proteome analysis. Furthermore, as shown in Figure 3 (6), the genetic information (DNA information) of Bacillus bacterium j is compared with the amino acid sequence information of enzyme h, and the genetic information (DNA information) k of enzyme h secreted from Bacillus bacterium j is identified.
図2に示される遺伝子情報kは、このようにして同定されたものである。 The genetic information k shown in Figure 2 was identified in this way.
一般に、生物は、所有している遺伝子情報(DNA情報)kを基に、酵素の合成を行っている。したがって、図2に示すように、特定の生物である宿主微生物mに、酵素hの情報をコードしている遺伝子情報kを人為的に導入(すなわち、遺伝子組み換え)することで、宿主微生物mを、酵素hを発現する酵素分泌物質qにすることが可能である。 Generally, living organisms synthesize enzymes based on their genetic information (DNA information) k. Therefore, as shown in Figure 2, by artificially introducing (i.e., genetically modifying) genetic information k encoding the information for enzyme h into a specific organism, host microorganism m, it is possible to convert host microorganism m into an enzyme-secreting substance q that expresses enzyme h.
そこで酵素分泌物質生成部20において、例えばPCR法または人工合成によって、酵素hの遺伝子配列断片を取得し、分泌型ベクターに組み込み、この分泌型ベクターを宿主微生物mに導入することで酵素分泌物質qを作成する。 The enzyme-secreting substance production unit 20 then obtains a gene sequence fragment of enzyme h, for example by PCR or artificial synthesis, incorporates it into a secretory vector, and introduces this secretory vector into a host microorganism m to produce enzyme-secreting substance q.
宿主微生物mには、増殖が所定速度よりも速く、また酵素分泌物質qとの固液分離が容易な大きさ(例えば、0.4μm以上)を有するものを用いる。したがって、例えば、Pseudomonas alcaligenes、P. putida、P. dacunhae等のPseudomonas属のグラム陰性細菌、Gluconobacter melanogenes、G. oxydans等のGluconobacter属のグラム陰性細菌、Alcaligenes eutrophus等のAlcaligenes属のグラム陰性細菌、Acetobacter suboxydans等の酢酸菌、Escherichia coli、E. freundii、Enterobacter aerogenes等の大腸菌群細菌、Erwinia carotovora、Serratia marcescens、Protaminobacter rubrum、Proteus mirabilis等のその他のグラム陰性細菌などを、宿主微生物mとして適用することができる。 The host microorganism m is one that grows faster than a predetermined rate and has a size (e.g., 0.4 μm or larger) that facilitates solid-liquid separation from the enzyme-secreting substance q. Therefore, for example, gram-negative bacteria of the genus Pseudomonas such as Pseudomonas alcaligenes, P. putida, and P. dacunhae; gram-negative bacteria of the genus Gluconobacter such as Gluconobacter melanogenes and G. oxydans; gram-negative bacteria of the genus Alcaligenes such as Alcaligenes eutrophus; acetic acid bacteria such as Acetobacter suboxydans; coliform bacteria such as Escherichia coli, E. freundii, and Enterobacter aerogenes; and other gram-negative bacteria such as Erwinia carotovora, Serratia marcescens, Protaminobacter rubrum, and Proteus mirabilis can be used as the host microorganism m.
また、Streptococcus faecalis、Leuconostoc mensenteroides、Lactobacillus delbruckii等の乳酸菌、Bacillus subtilis、B. megaterium等のBacillus属のグラム陽性細菌、Clostridium acetobutylicum、C. beijerinckii等のClostridium 属のグラム陽性細菌、Arthrobacter simplex等のArthrobacter属のグラム陽性細菌、Corynebacterium glutamicum、Brevibacterium ammoniagenes、B. flavum、Propionibacterium sp. 等のその他のグラム陽性細菌などを、宿主微生物mとして適用することもできる。 In addition, lactic acid bacteria such as Streptococcus faecalis, Leuconostoc mensenteroides, and Lactobacillus delbruckii, gram-positive bacteria of the Bacillus genus such as Bacillus subtilis and B. megaterium, gram-positive bacteria of the Clostridium genus such as Clostridium acetobutylicum and C. beijerinckii, gram-positive bacteria of the Arthrobacter genus such as Arthrobacter simplex, and other gram-positive bacteria such as Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium ammoniagenes, B. flavum, and Propionibacterium sp. can also be used as host microorganisms.
さらには、Nocardia rhodocrous、Streptomyces phaeochromogenes、S. rimosus、S. roseochromogenes、S. tendae、S. rimosus等の放線菌、Saccharomyces sp.、Hansenula jadinii、Candida tropicalis、Rhodotorula minuta等の酵母、Rhizopus nigricans、R. stolonofer、Curvularia lunata、Aspergillusochraceus、A. niger、Penicillium chrysogenum等の糸状菌なども、宿主微生物mとして適用することができる。 Furthermore, actinomycetes such as Nocardia rhodocrous, Streptomyces phaeochromogenes, S. rimosus, S. roseochromogenes, S. tendae, and S. rimosus, yeasts such as Saccharomyces sp., Hansenula jadinii, Candida tropicalis, and Rhodotorula minuta, and filamentous fungi such as Rhizopus nigricans, R. stolonofer, Curvularia lunata, Aspergillus ochraceus, A. niger, and Penicillium chrysogenum can also be used as host microorganisms.
このようにして酵素分泌物質生成部20において作成された酵素分泌物質qを、酵素分泌物質培養槽30へ供給する。 The enzyme-secreting substance q thus produced in the enzyme-secreting substance production unit 20 is supplied to the enzyme-secreting substance culture tank 30.
図1に戻って示すように、酵素分泌物質培養槽30には、酵素分泌物質qを培養するための基質rである炭素源、窒素源、無機塩類も供給される。供給された基質rは、酵素分泌物質培養槽30において、酵素分泌物質qのための培養液fとして使用される。 As shown again in Figure 1, the enzyme-secreting substance culture tank 30 is also supplied with substrate r, which is a carbon source, nitrogen source, and inorganic salts, for culturing the enzyme-secreting substance q. The supplied substrate r is used in the enzyme-secreting substance culture tank 30 as culture medium f for the enzyme-secreting substance q.
炭素源の例としては、グルコース、フルクトース、シュークロース等の糖類や、デンプンまたはデンプン加水分解物等の炭水化物が挙げられる。 Examples of carbon sources include sugars such as glucose, fructose, and sucrose, and carbohydrates such as starch or starch hydrolysates.
窒素源の例としては、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム等の無機酸、または有機酸のアンモニウム塩、ペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーンスティーブリカー、カゼイン加水分解物、大豆粕、大豆粕加水分解物、各種発酵菌体消化物等が挙げられる。 Examples of nitrogen sources include inorganic acids such as ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, and ammonium acetate, or ammonium salts of organic acids, peptone, meat extract, yeast extract, corn stew liquor, casein hydrolysate, soybean meal, soybean meal hydrolysate, and various fermentation bacterial digests.
無機塩類の例としては、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅、炭酸カルシウム等が挙げられる。 Examples of inorganic salts include magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, ferrous sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, calcium carbonate, etc.
なお、水処理システム10の利用用途では、後述するように酵素hの純度を高める必要がないため、基質rとして、上記の代わりに、食品工場の有機性の廃棄物や食品工場から排出される廃液や、原水a自体を適用することもできる。これによって、基質rのコストを低減することができる。ただし、廃液や原水aを基質rとして適用する場合、酵素分泌物質培養槽30内でのコンタミネーションを避けるために、滅菌してから、酵素分泌物質培養槽30内に供給する。 In addition, since the intended use of the water treatment system 10 does not require high purity of the enzyme h, as will be described later, organic waste from food factories, waste liquid discharged from food factories, or raw water a itself can also be used as substrate r instead of the above. This reduces the cost of substrate r. However, when waste liquid or raw water a is used as substrate r, it is sterilized before being supplied to the enzyme-secreting substance culture tank 30 to avoid contamination within the enzyme-secreting substance culture tank 30.
酵素分泌物質培養槽30に供給された酵素分泌物質qは、基質rを含む培養液fにおいて培養され、増殖する。酵素分泌物質qの増殖に応じて、酵素分泌物質qから培養液f内に酵素hが分泌される。 The enzyme-secreting substance q supplied to the enzyme-secreting substance culture tank 30 is cultured and grows in culture solution f containing substrate r. As the enzyme-secreting substance q grows, enzyme h is secreted from the enzyme-secreting substance q into the culture solution f.
このように酵素hを含む培養液fは、前述したように、注入ポンプ32によって、酵素分泌物質培養槽30から処理槽40へ供給される。ただし、酵素分泌物質培養槽30において、培養液fには、酵素分泌物質qも含まれている。酵素分泌物質qは、酵素hの生成のために、繰り返し使用されるものであること、また、前述したように遺伝子組み換え技術が適用されており、水処理システム10の系外へ排出されることは好ましくないことから、処理槽40へ供給されることなく、酵素分泌物質培養槽30内に留めておく必要がある。 As described above, the culture solution f containing enzyme h is supplied from the enzyme-secreting substance culture tank 30 to the treatment tank 40 by the injection pump 32. However, in the enzyme-secreting substance culture tank 30, the culture solution f also contains the enzyme-secreting substance q. Because the enzyme-secreting substance q is used repeatedly to produce enzyme h and, as described above, genetic engineering technology is used, it is undesirable for it to be discharged outside the water treatment system 10, and therefore it must be retained in the enzyme-secreting substance culture tank 30 without being supplied to the treatment tank 40.
このため、酵素分泌物質培養槽30には、酵素分泌物質qが注入ポンプ32によって処理槽40へ供給されないように、培養液fから酵素分泌物質qを分離する分離膜31が設けている。 For this reason, the enzyme-secreting substance culture tank 30 is provided with a separation membrane 31 that separates the enzyme-secreting substance q from the culture solution f to prevent the enzyme-secreting substance q from being supplied to the treatment tank 40 by the injection pump 32.
酵素分泌物質qは、図2に示すように、宿主微生物mに酵素hの遺伝子情報kが導入されたものである。したがって、酵素分泌物質qと宿主微生物mとの大きさは同じである。宿主微生物mの大きさは0.4μm以上であるので、酵素分泌物質qの大きさも0.4μm以上である。 As shown in Figure 2, enzyme-secreting substance q is obtained by introducing genetic information k for enzyme h into host microorganism m. Therefore, enzyme-secreting substance q and host microorganism m are the same size. Since host microorganism m is 0.4 μm or larger, enzyme-secreting substance q is also 0.4 μm or larger.
分離膜31は、0.4μm以上の大きさの物質の通過を阻止する。したがって、酵素分泌物質qは、分離膜31を通過できない。よって、注入ポンプ32は、酵素分泌物質qが除去された培養液fを処理槽40へ供給することができる。 Separation membrane 31 prevents the passage of substances with a size of 0.4 μm or larger. Therefore, enzyme-secreting substance q cannot pass through separation membrane 31. As a result, injection pump 32 can supply culture solution f, from which enzyme-secreting substance q has been removed, to treatment tank 40.
なお、酵素分泌物質培養槽30は、酵素hを含む培養液fを含んでいるので、分離膜31には、ファウリングはほとんど生じない。このため、分離膜41のために設けられている膜洗浄ブロワ44および散気管45のようなファウリング対策のためのブロワ設備は、分離槽31には不要である。 In addition, since the enzyme-secreting substance culture tank 30 contains culture solution f containing enzyme h, there is almost no fouling of the separation membrane 31. For this reason, blower equipment for preventing fouling, such as the membrane cleaning blower 44 and air diffuser 45 provided for the separation membrane 41, is not required for the separation tank 31.
処理槽40へ培養液fが供給されると、処理槽40内では、培養液fに含まれている酵素hが、分離膜41に付着する付着物質dを分解する。これによってファウリングの抑制効果が高まるので、併用する膜洗浄ブロワ44の負荷を低減でき、膜洗浄ブロア44の運転コストを、酵素hを処理槽40へ供給しない場合の1/3程度とすることができる。 When culture solution f is supplied to the treatment tank 40, enzyme h contained in the culture solution f decomposes the adhering substances d adhering to the separation membrane 41 within the treatment tank 40. This increases the fouling suppression effect, reducing the load on the membrane cleaning blower 44 used in conjunction with the treatment tank 40 and reducing the operating costs of the membrane cleaning blower 44 to about one-third of what they would be if enzyme h were not supplied to the treatment tank 40.
また、水処理システム10でも、従来技術で説明したような薬液洗浄を実施できるが、酵素hの供給により運転中にすでにファウリングの生成は抑制されているので、薬液洗浄の実施頻度のみならず使用される薬液の量も、酵素hを処理槽40へ供給しない場合よりも少なくて済む。 In addition, the water treatment system 10 can also perform chemical cleaning as described in the prior art, but because the supply of enzyme h already suppresses the formation of fouling during operation, not only the frequency of chemical cleaning but also the amount of chemical used can be reduced compared to when enzyme h is not supplied to the treatment tank 40.
次に、以上のように構成した第1の実施形態の水処理方法が適用された水処理システムの動作例について説明する。 Next, we will explain an example of the operation of a water treatment system to which the water treatment method of the first embodiment configured as described above is applied.
図4Aおよび図4Bは、第1の実施形態の水処理方法が適用された水処理システムの動作例を示すフローチャートである。 Figures 4A and 4B are flowcharts showing an example of the operation of a water treatment system to which the water treatment method of the first embodiment is applied.
水処理システム10では、酵素分泌物質生成部20において、遺伝子組み換え技術によって酵素分泌物質qが生成される。このために、図3(1)に示すように、ファウリングの進行した分離膜41から付着物質dを取得する(S1)。 In the water treatment system 10, the enzyme-secreting substance production unit 20 produces the enzyme-secreting substance q using genetic engineering. To this end, as shown in Figure 3 (1), adhered substance d is obtained from the separation membrane 41, which has advanced fouling (S1).
次に、図3(2)に示すように、取得した付着物質dを、酵素分泌菌であるバチルス属菌jと共にビーカ(図示せず)に入れ、ビーカの中で培養する(S2)。 Next, as shown in Figure 3 (2), the obtained adherent substance d is placed in a beaker (not shown) together with enzyme-secreting Bacillus bacteria j, and cultured in the beaker (S2).
これによって、図3(3)に示すように、酵素hによる付着物質dの分解が進行する。そして、分解がある程度進んだ段階で、固液分離することによって、図3(4)に示すように、酵素hを含有する含有液wを取得する(S3)。 As a result, the decomposition of the attached substance d by the enzyme h proceeds, as shown in Figure 3 (3). Then, once the decomposition has progressed to a certain extent, solid-liquid separation is performed to obtain a liquid w containing the enzyme h, as shown in Figure 3 (4) (S3).
次に、図3(5)に示すように、含有液wから酵素hを抽出し、例えばプロテオーム解析によって、その配列情報を読み取る(S4)。 Next, as shown in Figure 3 (5), enzyme h is extracted from the containing liquid w, and its sequence information is read, for example, by proteome analysis (S4).
さらに図3(6)に示すように、バチルス属菌jの遺伝子情報(DNA情報)と、酵素hのアミノ酸配列情報とを照合し、バチルス属菌jから分泌された酵素hの遺伝子情報(DNA情報)kを同定する(S5)。そして、酵素分泌物質生成部20において、PCR法または人工合成によって、酵素hの遺伝子配列断片が取得され、分泌型ベクターに組み込まれ、この分泌型ベクターが宿主微生物mに導入されることで酵素分泌物質qが作成される(S6)。 Furthermore, as shown in Figure 3 (6), the genetic information (DNA information) of Bacillus bacterium j is compared with the amino acid sequence information of enzyme h to identify the genetic information (DNA information) k of enzyme h secreted from Bacillus bacterium j (S5). Then, in the enzyme-secreting substance production unit 20, a gene sequence fragment of enzyme h is obtained by PCR or artificial synthesis and incorporated into a secretory vector. This secretory vector is then introduced into host microorganism m to produce enzyme-secreting substance q (S6).
作成された酵素分泌物質qは、酵素分泌物質生成部20から、酵素分泌物質培養槽30へ供給され、基質rを含む酵素分泌物質培養槽30内で培養され、増殖する(S7)。酵素分泌物質qの増殖に応じて、酵素分泌物質qから培養液f内に酵素hが分泌される(S8)。 The produced enzyme-secreting substance q is supplied from the enzyme-secreting substance production unit 20 to the enzyme-secreting substance culture tank 30, where it is cultured and grows in the enzyme-secreting substance culture tank 30 containing the substrate r (S7). As the enzyme-secreting substance q grows, enzyme h is secreted from the enzyme-secreting substance q into the culture solution f (S8).
酵素分泌物質培養槽30には、0.4μm以上の大きさの物質の通過を阻止する分離膜31が設けられている。したがって、0.4μm以上の大きさを有する酵素分泌物質qは、分離膜31によって分離される(S9)。 The enzyme-secreting substance culture tank 30 is equipped with a separation membrane 31 that prevents the passage of substances with a size of 0.4 μm or larger. Therefore, enzyme-secreting substances q with a size of 0.4 μm or larger are separated by the separation membrane 31 (S9).
これによって、酵素分泌物質qは、注入ポンプ32によって処理槽40へ供給されることなく、酵素分泌物質培養槽30内でクローズされる。このようにして、遺伝子組み換え物質である酵素分泌物質qの系外への排出は阻止され、放流先の水環境に悪影響を与えることはない。 As a result, the enzyme-secreting substance q is confined within the enzyme-secreting substance culture tank 30, without being supplied to the treatment tank 40 by the injection pump 32. In this way, the enzyme-secreting substance q, which is a genetically modified substance, is prevented from being discharged outside the system, and does not adversely affect the water environment where it is released.
一方、分離膜31を通過した酵素hを含む培養液fは、注入ポンプ32によって処理槽40へ供給される。これによって、処理槽40へ酵素hが供給される(S10)。 Meanwhile, the culture solution f containing the enzyme h that has passed through the separation membrane 31 is supplied to the treatment tank 40 by the injection pump 32. This supplies the enzyme h to the treatment tank 40 (S10).
処理槽40には、下水等の有機性排水を含む原水aが連続的に導入されている。処理槽40には活性汚泥bが貯えられており、この活性汚泥bによって、原水aに含まれる有機物が分解処理され、処理水cが得られる。 Raw water a, which contains organic wastewater such as sewage, is continuously introduced into the treatment tank 40. Activated sludge b is stored in the treatment tank 40, and this activated sludge b decomposes the organic matter contained in the raw water a, producing treated water c.
処理槽40には分離膜41が設けられており、分離膜41によって、処理水cと、活性汚泥bとが分離される。分離膜41には、運転経過とともにファウリングが生じる。このファウリングの緩和のために、膜洗浄ブロワ44から散気管45に空気を送り、散気管45において生じた気泡Gの上昇による剪断力によって分離膜41が洗浄されている。 A separation membrane 41 is installed in the treatment tank 40, and the separation membrane 41 separates treated water c from activated sludge b. Fouling occurs on the separation membrane 41 over the course of operation. To mitigate this fouling, air is sent from the membrane cleaning blower 44 to the air diffuser 45, and the shear force caused by the rising air bubbles G generated in the air diffuser 45 cleans the separation membrane 41.
それに加えて、処理槽40に酵素hが供給される。これによって、分離膜41に付着する付着物質dは、酵素hによって分解されるので、ファウリングがさらに緩和される(S11)。このファウリング緩和効果によって、膜洗浄ブロワ44の負荷を、酵素hを供給しない場合の約1/3に低減することができる。 In addition, enzyme h is supplied to the treatment tank 40. As a result, the substances d adhering to the separation membrane 41 are decomposed by the enzyme h, further reducing fouling (S11). This fouling reduction effect reduces the load on the membrane cleaning blower 44 to approximately one-third of what it would be if enzyme h were not supplied.
その後は、分離膜41に付着する付着物質dが、所定量に達するまで(S12:Nos)、処理槽40における原水aの処理を継続することができる(S13)。 After that, treatment of the raw water a in the treatment tank 40 can continue (S13) until the amount of adhering substances d adhering to the separation membrane 41 reaches a predetermined amount (S12: Nos).
一方、分離膜41に付着する付着物質dが、所定量に達した場合(S12:Yes)には、ステップS10に戻って、処理槽40へ酵素hが供給される。なお、付着物質dの付着量は、付着物質の付着量が増加すると膜間差圧が増大するという関係を用い、差圧計の情報により推定することできる。また、酵素hは付着物質dの量にかかわらず常に供給するようにしても良い。 On the other hand, if the amount of attached substance d adhering to the separation membrane 41 reaches a predetermined amount (S12: Yes), the process returns to step S10, and enzyme h is supplied to the treatment tank 40. The amount of attached substance d can be estimated from information from the differential pressure gauge, using the relationship that the transmembrane pressure difference increases as the amount of attached substance increases. Alternatively, enzyme h may be supplied at all times regardless of the amount of attached substance d.
このように、分離膜41のファウリングを効率良く緩和できるので、処理槽40における原水aの処理をより長時間連続して実施することが可能となる。 In this way, fouling of the separation membrane 41 can be efficiently mitigated, making it possible to treat raw water a in the treatment tank 40 continuously for a longer period of time.
上述したように、第1の実施形態の水処理方法が適用された水処理システム10によれば、分離膜41のファウリングをもたらす付着物質dを分解する酵素hを分泌する酵素分泌物質qを、酵素分泌物質培養槽30で培養する。そして、酵素分泌物質qによって分泌された酵素hを、酵素分泌物質培養槽30から処理槽40へ供給する。これによって、分離膜41におけるファウリングの抑制効果を高めることができる。 As described above, in the water treatment system 10 to which the water treatment method of the first embodiment is applied, an enzyme-secreting substance q that secretes an enzyme h that decomposes the adhering substance d that causes fouling of the separation membrane 41 is cultured in the enzyme-secreting substance culture tank 30. The enzyme h secreted by the enzyme-secreting substance q is then supplied from the enzyme-secreting substance culture tank 30 to the treatment tank 40. This enhances the effect of suppressing fouling in the separation membrane 41.
また、処理槽40内のファウリングを抑制するための酵素hを、処理槽40で生成するのではなく、酵素分泌物質培養槽30で培養してから処理槽40に供給することで、以下のような効果を得ることができる。 Furthermore, by cultivating the enzyme h used to suppress fouling in the treatment tank 40 in the enzyme-secreting substance culture tank 30 and then supplying it to the treatment tank 40, rather than producing it in the treatment tank 40, the following effects can be achieved.
すなわち、処理槽40内で酵素hを生成するためには、処理槽40内を、例えばバチルス属菌のような酵素分泌物質qを選択的かつ安定的に優占化させる必要がある。しかしながら、処理槽40には、原水aが導入されるので、多種多様な微生物が存在し、また特に下水処理では原水aの性状が時々刻々と変化する。このため、処理槽40内を、バチルス属菌のような特定の酵素分泌物質qで、選択的かつ安定的に優占化させることは容易ではない。したがって、処理槽40内で十分な量の酵素hを生成することは極めて困難である。 In other words, in order to produce enzyme h in the treatment tank 40, it is necessary to selectively and stably make the treatment tank 40 dominated by an enzyme-secreting substance q, such as Bacillus bacteria. However, because raw water a is introduced into the treatment tank 40, a wide variety of microorganisms are present, and the properties of the raw water a change constantly, particularly in sewage treatment. For this reason, it is not easy to selectively and stably make the treatment tank 40 dominated by a specific enzyme-secreting substance q, such as Bacillus bacteria. Therefore, it is extremely difficult to produce a sufficient amount of enzyme h in the treatment tank 40.
そこで、第1の実施形態の水処理方法が適用された水処理システム10では、酵素分泌物質培養槽30において、処理槽40内の環境変化に影響されることなく酵素hを安定的に生成し、処理槽40へ供給することができる。 Therefore, in the water treatment system 10 to which the water treatment method of the first embodiment is applied, enzyme h can be stably produced in the enzyme-secreting substance culture tank 30 and supplied to the treatment tank 40 without being affected by environmental changes within the treatment tank 40.
なお、酵素hは、酵素分泌物質培養槽30から処理槽40へ供給される場合、培養液fに含まれた状態で供給される。したがって、酵素分泌物質培養槽30から処理槽40へは、培養液fに含まれる酵素h以外の不純物も同伴して供給されることになる。しかしながら、培養液f中の不純物は、処理槽40内の活性汚泥bの働きにより分解される。このため、不純物を含んだ状態で培養液fを処理槽40へ供給しても何ら問題はなく、純度が低くても所定量の酵素hが処理槽40に供給されれば、ファウリングの抑制が可能である。したがって、酵素分泌物質培養槽30から処理槽40へ培養液fを供給する際に、予め酵素hの純度を高める精製処理のような付加的な処理のための設備対応も不要である。 When enzyme h is supplied from the enzyme-secreting substance culture tank 30 to the treatment tank 40, it is supplied in a state contained in the culture solution f. Therefore, when culture solution f is supplied from the enzyme-secreting substance culture tank 30 to the treatment tank 40, impurities other than enzyme h contained in the culture solution f are also supplied. However, the impurities in the culture solution f are decomposed by the action of activated sludge b in the treatment tank 40. For this reason, there is no problem even if culture solution f containing impurities is supplied to the treatment tank 40, and fouling can be suppressed even if the purity is low as long as a predetermined amount of enzyme h is supplied to the treatment tank 40. Therefore, when culture solution f is supplied from the enzyme-secreting substance culture tank 30 to the treatment tank 40, there is no need to install additional facilities for additional processing, such as a purification process to increase the purity of enzyme h.
第1の実施形態の水処理方法が適用された水処理システム10は、このようにしてファウリングの抑制効果を高めることができることから、併用する膜洗浄ブロワ44の負荷を低減することができる。 The water treatment system 10 to which the water treatment method of the first embodiment is applied can thus enhance the fouling suppression effect, thereby reducing the load on the membrane cleaning blower 44 used in conjunction with it.
従来の水処理システムでは、膜洗浄ブロワ44の運転コストは、水処理システム全体の運転コストの半分以上を占めていた。本実施形態の水処理システム10によれば、酵素hのファウリング抑制効果によって、膜洗浄ブロワ44の負荷を低減でき、酵素hを処理槽40へ供給しない場合に比べて、膜洗浄ブロワ44の運転コストを、従来の約1/3程度とすることができるので、水処理システム10の運転コストを大幅に低減することが可能となる。 In conventional water treatment systems, the operating costs of the membrane cleaning blower 44 accounted for more than half of the operating costs of the entire water treatment system. According to the water treatment system 10 of this embodiment, the fouling suppression effect of enzyme h reduces the load on the membrane cleaning blower 44, and compared to when enzyme h is not supplied to the treatment tank 40, the operating costs of the membrane cleaning blower 44 can be reduced to about one-third of the conventional costs, thereby significantly reducing the operating costs of the water treatment system 10.
また、水処理システム10は、薬液洗浄の頻度および使用する薬液の量も低減できるので、水処理システム10全体の稼働率の向上と、運転再開時の処理水cの水質の悪化を回避することも可能となる。 In addition, the water treatment system 10 can reduce the frequency of chemical cleaning and the amount of chemical used, thereby improving the overall operating rate of the water treatment system 10 and preventing deterioration in the quality of the treated water c when operation is restarted.
さらには、水処理システム10によれば、遺伝子組み換え技術によって生成された酵素分泌物質qを、酵素分泌物質培養槽30内でクローズし、処理槽40へ排出させないので、放流先の水環境に悪影響を与えることはない。 Furthermore, with the water treatment system 10, the enzyme-secreting substance q produced by genetic recombination technology is confined within the enzyme-secreting substance culture tank 30 and is not discharged into the treatment tank 40, so there is no adverse effect on the water environment where it is discharged.
以上のように、第1の実施形態の水処理方法が適用された水処理システムによれば、処理槽40に酵素hを供給することによって、分離膜41のファウリングを効率的に抑制することができる。このような優れたファウリング対策によって、膜洗浄ブロワ44の負荷低減による運転コストの低減、薬液洗浄の頻度低下による稼働率の向上、薬液洗浄時に使用される薬液量の減少による水質安定化を実現することが可能となる。 As described above, with a water treatment system that applies the water treatment method of the first embodiment, fouling of the separation membrane 41 can be efficiently suppressed by supplying enzyme h to the treatment tank 40. Such excellent fouling countermeasures can reduce operating costs by reducing the load on the membrane cleaning blower 44, improve availability by reducing the frequency of chemical cleaning, and stabilize water quality by reducing the amount of chemical used during chemical cleaning.
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態の水処理方法が適用された水処理システムの構成例を示す概略図である。
Second Embodiment
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a water treatment system to which the water treatment method of the second embodiment is applied.
図5では、図1と同一部分には、同一符号を用いて示している。これら同一部分については、本実施形態では、重複説明を避ける。 In Figure 5, the same parts as in Figure 1 are indicated using the same reference numerals. Duplicate explanations of these same parts will be avoided in this embodiment.
図5に示す水処理システム11は、図1に示す水処理システム10に、差圧計51と、コントローラ52とを付加した構成をしている。 The water treatment system 11 shown in Figure 5 is configured by adding a differential pressure gauge 51 and a controller 52 to the water treatment system 10 shown in Figure 1.
差圧計51は、分離膜41の膜間差圧を測定し、測定結果である膜間差圧を、コントローラ52へ出力する。 The differential pressure gauge 51 measures the transmembrane pressure difference of the separation membrane 41 and outputs the measured transmembrane pressure difference to the controller 52.
コントローラ52は、差圧計51から出力された膜間差圧に基づいて、例えば以下のようにPID制御を適用して、注入ポンプ32の吐出量を制御する。 The controller 52 controls the discharge rate of the injection pump 32 based on the transmembrane pressure output from the differential pressure gauge 51, for example by applying PID control as follows:
図6は、コントローラ52による注入ポンプ32の吐出量制御を説明するための入出力図である。 Figure 6 is an input/output diagram illustrating the control of the discharge rate of the injection pump 32 by the controller 52.
コントローラ52には、差圧計51から、膜間差圧pdifが入力される。 The transmembrane pressure difference p dif is input to the controller 52 from the differential pressure gauge 51 .
また、コントローラ52には、膜間差圧目標値または膜間差圧上昇率目標値ptargetが予め入力されている。 Furthermore, a transmembrane pressure target value or a transmembrane pressure increase rate target value p target is input to the controller 52 in advance.
コントローラ52は、これらパラメータを使って、例えば以下の式(1)に示すような一般的なPID演算を行い、得られる操作信号MVに応じて注入ポンプ32の吐出量を決定する。 The controller 52 uses these parameters to perform a typical PID calculation, such as that shown in equation (1) below, and determines the discharge volume of the injection pump 32 according to the resulting operation signal MV.
MV=Kp(e+1/TI・∫edt)・・・式(1)
e:偏差(ここでは、pdif:膜間差圧-ptarget:膜間差圧目標値または膜間差圧上昇率)
MV:操作信号(ここでは、注入ポンプ32の吐出量に相当)
Kp:比例ゲイン
TI:積分時間
式(1)に示すPID演算によれば、膜間差圧pdifが増加した場合には、操作信号MVの値が増加するので、コントローラ52は、注入ポンプ32に対して、吐出量を増加させ、逆に、膜間差圧pdifが減少した場合には、操作信号MVの値が減少するので、注入ポンプ32の吐出量を減少させる。
MV=Kp(e+1/TI・∫edt)...Formula (1)
e: deviation (here, p dif : transmembrane pressure difference−p target : transmembrane pressure target value or transmembrane pressure increase rate)
MV: operation signal (here, corresponding to the discharge volume of the injection pump 32)
Kp: proportional gain TI: integral time According to the PID calculation shown in equation (1), when the transmembrane pressure difference p dif increases, the value of the operation signal MV increases, and the controller 52 increases the discharge rate of the injection pump 32. Conversely, when the transmembrane pressure difference p dif decreases, the value of the operation signal MV decreases, and the controller 52 decreases the discharge rate of the injection pump 32.
注入ポンプ32の吐出量の増減に応じて、酵素分泌物質培養槽30から処理槽40への酵素hの供給量も増減するので、コントローラ52は、膜間差圧pdifの増減に応じて、酵素分泌物質培養槽30から処理槽40への酵素hの供給量も増減するように注入ポンプ32を制御することができる。 The amount of enzyme h supplied from the enzyme-secreting substance culture tank 30 to the treatment tank 40 also increases or decreases depending on the increase or decrease in the discharge rate of the injection pump 32, so the controller 52 can control the injection pump 32 so that the amount of enzyme h supplied from the enzyme-secreting substance culture tank 30 to the treatment tank 40 also increases or decreases depending on the increase or decrease in the transmembrane pressure difference p dif.
なお、コントローラ52によって適用される演算式は式(1)に限定されず、膜間差圧pdifの増減に応じて、操作信号MVの値が増減する任意の演算式を適用することができる。 The calculation formula applied by the controller 52 is not limited to formula (1), and any calculation formula that increases or decreases the value of the operation signal MV in response to an increase or decrease in the transmembrane pressure p dif can be applied.
以上説明したように、第2の実施形態の水処理方法が適用された水処理システム11によれば、第1の実施形態の水処理方法が適用された水処理システム10で奏される効果に加えて以下のような効果を奏することができる。 As described above, the water treatment system 11 to which the water treatment method of the second embodiment is applied can achieve the following effects in addition to the effects achieved by the water treatment system 10 to which the water treatment method of the first embodiment is applied.
すなわち、第2の実施形態の水処理方法が適用された水処理システム11は、分離膜41の膜間差圧pdifが高い時には、酵素分泌物質培養槽30から処理槽40への酵素hの供給量を増加させ、逆に、膜間差圧pdifが低い場合には、酵素hの供給量を減少させるように注入ポンプ32を制御することができるので、酵素hの供給量を適正化でき、分離膜41の付着物質dの分解を、きめ細かく実施することが可能となる。 That is, the water treatment system 11 to which the water treatment method of the second embodiment is applied can control the injection pump 32 to increase the supply amount of enzyme h from the enzyme-secreting substance culture tank 30 to the treatment tank 40 when the transmembrane pressure difference p dif of the separation membrane 41 is high, and conversely, to decrease the supply amount of enzyme h when the transmembrane pressure difference p dif is low. This makes it possible to optimize the supply amount of enzyme h and to carry out the decomposition of the attached substance d on the separation membrane 41 in a finely tuned manner.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments may be embodied in a variety of other forms, and various omissions, substitutions, and modifications may be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their variations are within the scope of the invention and its equivalents as defined in the claims, as well as the scope and spirit of the invention.
例えば、上記では付着物質dを分解するために酵素を用いた例を示しているが、酵素に限らず、シクロデキストリンやアシラーゼ、ラクトナーゼなどの物質であって、これによりアシル化ホモセリンラクトンによる微生物間の伝達コミュニケーションを阻害することで、バイオフィルム成長を阻害するものであってもよい。 For example, while the above example shows the use of an enzyme to decompose the attached substance d, other substances such as cyclodextrin, acylase, and lactonase may also be used, and these may inhibit biofilm growth by inhibiting communication between microorganisms via acylated homoserine lactone.
10、11・・水処理システム、20・・酵素分泌物質生成部、30・・酵素分泌物質培養槽、31・・分離膜、32・・注入ポンプ、40・・処理槽、41・・分離膜、42・・補助散気ブロワ、43・・散気管、44・・膜洗浄ブロワ、45・・散気管、46・・返送汚泥ポンプ、51・・差圧計、52・・コントローラ、
a・・原水、b・・活性汚泥、c・・処理水、d・・付着物質、f・・培養液、G、g・・気泡、h・・酵素、i・・固形分、j・・バチルス属菌、k・・遺伝子情報、m・・宿主微生物、q・・酵素分泌物質、r・・基質、w・・含有液
10, 11... Water treatment system, 20... Enzyme secretion substance production unit, 30... Enzyme secretion substance culture tank, 31... Separation membrane, 32... Injection pump, 40... Treatment tank, 41... Separation membrane, 42... Auxiliary aeration blower, 43... Aeration pipe, 44... Membrane cleaning blower, 45... Aeration pipe, 46... Return sludge pump, 51... Differential pressure gauge, 52... Controller
a: raw water, b: activated sludge, c: treated water, d: attached material, f: culture liquid, G, g: bubbles, h: enzyme, i: solid content, j: Bacillus bacteria, k: genetic information, m: host microorganism, q: enzyme-secreted material, r: substrate, w: containing liquid
Claims (7)
前記処理槽に設けられ、前記原水が前記活性汚泥によって処理されてなる処理水と、前記活性汚泥とを分離する第1の分離膜と、
前記第1の分離膜に付着する付着物質を分解する酵素を分泌する酵素分泌物質を培養する培養槽と、
前記培養槽で培養された前記酵素分泌物質から分泌された酵素を、前記処理槽へ供給する供給部と、
前記付着物質と共存された酵素分泌菌から分泌された酵素の遺伝子情報を、予め定められた宿主微生物に導入することによって、前記培養槽へ提供される前記酵素分泌物質を生成する生成部とを備える、水処理システム。 a treatment tank for treating raw water with activated sludge;
a first separation membrane provided in the treatment tank for separating treated water obtained by treating the raw water with the activated sludge from the activated sludge;
a culture tank for culturing an enzyme-secreting substance that secretes an enzyme that decomposes substances adhering to the first separation membrane;
A supply unit that supplies the enzyme secreted from the enzyme-secreting substance cultured in the culture tank to the treatment tank ;
A water treatment system comprising a production unit that produces the enzyme-secreting substance to be provided to the culture tank by introducing genetic information of an enzyme secreted from an enzyme-secreting bacterium coexisting with the attached substance into a predetermined host microorganism .
前記差圧センサによって測定された膜間差圧に基づいて、前記供給部による前記酵素の供給量を制御するコントローラとをさらに備える、請求項1乃至5のうち何れか1項に記載の水処理システム。 a differential pressure sensor that measures a transmembrane pressure difference of the first separation membrane;
The water treatment system according to claim 1 , further comprising a controller that controls the amount of the enzyme supplied by the supply unit based on the transmembrane pressure measured by the differential pressure sensor.
前記処理槽に設けられた分離膜によって、前記処理槽において、前記原水が前記活性汚泥によって処理されてなる処理水と、前記活性汚泥とを分離することと、
培養槽において、前記分離膜に付着する付着物質を分解する酵素を分泌する酵素分泌物質を培養することと、
前記培養槽で培養された前記酵素分泌物質から分泌された酵素を、前記処理槽へ供給することと、
前記付着物質と共存された酵素分泌菌から分泌された酵素の遺伝子情報を、予め定められた宿主微生物に導入することによって、前記培養槽へ提供される前記酵素分泌物質を生成することとを備える、水処理方法。 treating the raw water with activated sludge in a treatment tank;
separating the activated sludge from treated water obtained by treating the raw water with the activated sludge in the treatment tank using a separation membrane provided in the treatment tank;
In a culture tank, an enzyme-secreting substance that secretes an enzyme that decomposes the adhering substance adhering to the separation membrane is cultured;
Supplying the enzyme secreted from the enzyme-secreting substance cultured in the culture tank to the treatment tank ;
A water treatment method comprising: introducing genetic information of an enzyme secreted from an enzyme-secreting bacterium coexisting with the attached substance into a predetermined host microorganism, thereby producing the enzyme-secreting substance to be provided to the culture tank .
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