(57)【要約】      （修正有）【課題】フッ素含有化合物の分解率が向上した排気ガス分解システムを提供する。【解決手段】バイオ反応器容器の内部に、第１流体３０を供給する第１入口１１と、外部に第１流体を放出する第１出口１２と、内部に第２流体４０を供給する第２入口２１と、外部に第２流体を放出する第２出口２２と、前記第２入口に連結されるように配置されるスパージャ２と、を含むバイオ反応器システム１０を含み、第１入口および第１出口が、バイオ反応器容器内において、第１方向に移動する第１流体フローを生成するように配置され、第２入口および第２出口が、バイオ反応器容器内において、第１方向と異なる第２方向に移動する第２流体フローを生成するように配置され、スパージャが、第１流体と第２流体とを接触させるように配置され、第１流体がフッ素含有化合物を分解する生物学的触媒を含み、第２流体が、前記フッ素含有化合物を含む、排気ガス分解システム１００。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１または複数のバイオ反応器を含み、
それぞれのバイオ反応器が、
バイオ反応器容器と、
前記バイオ反応器容器の内部に、第１流体を供給するように構成される、１または複数の第１入口と、
前記バイオ反応器容器の外部に第１流体を放出するように構成される、１または複数の第１出口と、
前記バイオ反応器容器の内部に第２流体を供給するように構成される、１または複数の第２入口と、
前記バイオ反応器容器の外部に第２流体を放出するように構成される、１または複数の第２出口と、
前記１または複数の前記第２入口に連結されるように、前記バイオ反応器容器の内部に配置される、１または複数のスパージャと、を含むバイオ反応器システムを含み、
前記第１入口および前記第１出口が、前記バイオ反応器容器内において、第１方向に移動する第１流体フローを生成するように配置され、
前記第２入口および第２出口が、前記バイオ反応器容器内において、第１方向と異なる第２方向に移動する第２流体フローを生成するように配置され、
前記スパージャが、前記第１流体と第２流体とを接触させるように配置され、
前記第１流体がフッ素含有化合物を分解する生物学的触媒を含み、前記第２流体が、前記フッ素含有化合物を含む、排気ガス分解システム。
【請求項２】
前記第１流体が生物学的触媒を含む液体であり、第２流体がフッ素含有化合物を含むガスである、請求項１に記載の排気ガス分解システム。
【請求項３】
前記バイオ反応器容器の内部が、側壁、ふた、および底を含み、前記第１入口および前記第２出口のうち１以上が、前記ふたに直接または隣接するように配置され、前記第１出口および前記第２入口のうち１以上が、前記底に直接または隣接するように配置され、前記スパージャが、前記第２入口から延長され、前記底方向に配置される、請求項１または２に記載の排気ガス分解システム。
【請求項４】
前記バイオ反応器容器の内部が、側壁、ふたおよび底によって定義され、前記底、前記底に隣接した側壁、および前記バイオ反応器容器の内部の一部に充填された第１流体の水平面によって定義される第１内部区域、ならびに前記第１内部区域上に配置される第２内部区域を含み、前記第１内部区域内の前記底から容器内部体積の１／３以内に、前記スパージャが配置される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス分解システム。
【請求項５】
前記スパージャが、０．１μｍ〜１００μｍの空孔径を有するマイクロ多孔性スパージャである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気ガス分解システム。
【請求項６】
前記第１出口および前記第１入口に連結され、前記第１出口から排出される前記第１流体の少なくとも一部を、前記第１入口に再供給するように構成される第１循環ラインと、
前記第２出口および第２入口に連結され、前記第２出口から排出される前記第２流体の少なくとも一部を前記第２入口に再供給するように構成される第２循環ラインと、のうち少なくとも１つをさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気ガス分解システム。
【請求項７】
前記第１流体フローが、前記バイオ反応器容器の側壁に沿って、前記側壁に実質的に平行に配置される第１流体フロー薄膜を含み、前記第１流体フロー薄膜が、１０ｍｍ以下の厚みを有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の排気ガス分解システム。
【請求項８】
前記第２流体フローが移動する第２方向が、前記第１流体フローが移動する第１方向と反対方向である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の排気ガス分解システム。
【請求項９】
前記バイオ反応器容器の内部において、前記第１流体が占める体積と前記第２流体が占める体積との比が、１：１〜１：２０である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の排気ガス分解システム。
【請求項１０】
前記第２入口を介して、前記バイオ反応器容器内部に前記第２流体を供給する速度が、０．０５ｖｖｍ〜５０ｖｖｍである、請求項１〜９のいずれか１項に記載の排気ガス分解システム。
【請求項１１】
前記バイオ反応器容器の内部に配置され、前記第１流体と前記第２流体との接触面積を増大させる構造物をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の排気ガス分解システム。
【請求項１２】
前記構造物が、還流管および充填物のから選択される１以上を含む、請求項１１に記載の排気ガス分解システム。
【請求項１３】
前記還流管が、直管およびコイルドチューブから選択される１以上を含む、請求項１２に記載の排気ガス分解システム。
【請求項１４】
前記１以上の第１入口に連結され、前記バイオ反応器容器の内部に、前記第１流体を噴霧する１以上の噴霧器をさらに含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の排気ガス分解システム。
【請求項１５】
前記複数のバイオ反応器容器が、直列または並列に連結される、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の排気ガス分解システム。
【請求項１６】
前記バイオ反応器容器の内部温度が２０〜４５℃であり、内部圧力が０．９〜１．１気圧である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の排気ガス分解システム。
【請求項１７】
前記フッ素含有化合物の水に対する溶解度が、２０℃で０．０１体積％以下である、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の排気ガス分解システム。
【請求項１８】
前記フッ素含有化合物が、下記化学式１〜３で表される化合物の少なくとも１種である、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の排気ガス分解システム：
【化１】
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【化２】
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【化３】
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前記化学式１中、  Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は、互いに独立して、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩまたはＨであり、この際、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４のうち１以上がＦであり、
前記化学式２中、ｎは、０〜１０の整数であり、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１およびＲ１２は、互いに独立して、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩまたはＨであり、この際、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１およびＲ１２のうち１以上がＦであり、
前記化学式３中、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７およびＲ１８は、互いに独立して、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩまたはＨであり、この際、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７およびＲ１８のうち１以上がＦである。
【請求項１９】
前記フッ素含有化合物が、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３、ＣＦ４およびＳＦ６からなる群より選択される少なくとも１種を含む、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の排気ガス分解システム。
【請求項２０】
前記生物学的触媒を含む第１流体が、Ｆ−Ｃ結合を分解する酵素および微生物から選択される１以上を含む培地である、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の排気ガス分解システム。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の排気ガス分解システムと、
前記排気ガス分解システムに前記第１流体を供給する第１流体供給器と、
前記排気ガス分解システムに前記第２流体を供給する第２流体供給器と、
前記排気ガス分解システムから排出される分解生成物を収集する第１収集器および第２収集器と、
を含む、排気ガス分解複合システム。
【請求項２２】
前記第１流体供給器が種培養器を含み、前記第２流体供給器が前処理器を含み、前記第１収集器がコンデンサを含む、請求項２１に記載の排気ガス分解複合システム。
【請求項２３】
Bacillus saitensのＫＣＴＣ １３２１９ ＢＰ菌株を含む第１流体と、フッ素含有化合物を含む第２流体と、を接触させる段階を含む、排気ガス分解方法。
【請求項２４】
前記第１流体と第２流体との接触が、前記第１流体内に、前記第２流体をスパージングすることによって行われる、請求項２３に記載の排気ガス分解方法。
【請求項２５】
前記第１流体と第２流体とが、１または複数の第１入口、１または複数の第２入口、１または複数の第１出口、および１または複数の第２出口を含み、前記１または複数の第２入口に連結されるように、前記容器の内部に配置される１または複数のスパージャを含むバイオ反応器容器内で接触し、
前記第１流体が、１または複数の第１入口を介して、前記バイオ反応器容器内部に導入され、１または複数の第１出口を介して放出され、
前記第２流体が、１または複数の第２入口を介して、前記バイオ反応器容器内部に導入され、１または複数の第２出口を介して放出され、
前記第２流体が、前記スパージャを介して流れ、前記第１流体と、前記バイオ反応器容器内部で接触する、請求項２３に記載の排気ガス分解方法。
【請求項２６】
前記第２入口を介して、前記バイオ反応器容器内部に前記第２流体を供給する速度が、０．０５ｖｖｍ〜５０ｖｖｍである、請求項２５に記載の排気ガス分解方法。
【請求項２７】
前記バイオ反応器容器の内部温度が、２０〜４５℃であり、内部圧力が０．９〜１．１気圧である、請求項２５または２６に記載の排気ガス分解方法。
【請求項２８】
前記第１流体が、前記バイオ反応器容器内部の一部に充填され、前記スパージャが、前記第１流体に含浸されている、請求項２５〜２７のいずれか１項に記載の排気ガス分解方法。
【請求項２９】
前記スパージャが、０．１μｍ〜１００μｍの空孔径を有するマイクロ多孔性スパージャである、請求項２５〜２８のいずれか１項に記載の排気ガス分解方法。
【請求項３０】
前記バイオ反応器容器が、複数の前記第１入口、前記第２入口、前記第１出口および前記第２出口を含み、
前記第１出口および前記第１入口に連結され、前記第１出口から排出される前記第１流体の少なくとも一部を、前記第１入口に再供給するように構成される第１循環ラインと、
前記第２出口および前記第２入口に連結され、前記第２出口から排出される前記第２流体の少なくとも一部を前記第２入口に再供給するように構成される第２循環ラインと、のうち少なくとも１つをさらに含む、請求項２５〜２９のいずれか１項に記載の排気ガス分解方法。
【請求項３１】
前記第１流体フローが前記バイオ反応器容器の側壁に沿い、前記側壁に実質的に平行に配置される第１流体フロー薄膜を含み、前記第１流体フロー薄膜が、１０ｍｍ以下の厚みを有する、請求項２５〜３０のいずれか１項に記載の排気ガス分解方法。
【請求項３２】
前記第２流体フローが移動する第２方向が、前記第１流体フローが移動する第１方向と反対方向である、請求項２５〜３１のいずれか１項に記載の排気ガス分解方法。
【請求項３３】
前記バイオ反応器容器の内部において、前記第１流体が占める体積と、前記第２流体が占める体積との比が、１：１〜１：２０である、請求項２５〜３２のいずれか１項に記載の排気ガス分解方法。
【請求項３４】
前記バイオ反応器容器の内部に配置され、前記第１流体と前記第２流体との接触面積を拡大させる還流管および充填物から選択される１以上をさらに含む、請求項２５〜３３のいずれか１項に記載の排気ガス分解方法。
【請求項３５】
前記還流管が、直管およびコイルドチューブから選択される１以上を含む、請求項２５〜３４のいずれか１項に記載の排気ガス分解方法。
【請求項３６】
前記１以上の第１入口に連結され、前記バイオ反応器容器の内部に前記第１流体を噴霧する１以上の噴霧器をさらに含む、請求項２５〜３５のいずれか１項に記載の排気ガス分解方法。
【請求項３７】
前記複数のバイオ反応器容器が、直列または並列に連結される、請求項２５〜３６のいずれか１項に記載の排気ガス分解方法。
【請求項３８】
前記フッ素含有化合物の水に対する溶解度が、２０℃で０．０１体積％以下である、請求項２５〜３７のいずれか１項に記載の排気ガス分解方法。
【請求項３９】
前記フッ素含有化合物が、下記化学式１〜３で表される化合物の少なくとも１種である、請求項２５〜３８のいずれか１項に記載の排気ガス分解方法：
【化４】
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【化５】
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【化６】
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前記化学式１中、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は、互いに独立して、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩまたはＨであり、この際、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４のうち１以上がＦであり、
前記化学式２中、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１およびＲ１２は、互いに独立して、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩまたはＨであり、この際、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１およびＲ１２のうち１以上がＦであり、
前記化学式３中、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７およびＲ１８は、互いに独立して、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩまたはＨであり、この際、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７およびＲ１８のうち１以上がＦである。
【請求項４０】
前記フッ素含有化合物が、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３、ＣＦ４およびＳＦ６からなる群より選択される少なくとも１種を含む、請求項２５〜３９のいずれか１項に記載の排気ガス分解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス分解システムおよび排気ガス分解方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体プロセスのような産業プロセスで排出されるフッ化ガスのような温室ガスは、地球温暖化などを引き起こすので、分解などの処理が要求される。一般的に、排気ガスは、化学的分解方法によって処理される。
【０００３】
前記化学的分解方法としては、例えば、１，４００℃以上の高温で排気ガスを分解する熱分解法、Ｃｅ／Ａｌ２Ｏ３などの金属触媒を使用し、排気ガスを酸化させて分解する触媒熱酸化法などが用いられる。そのような化学的分解方法は、大容量の設備を必要とし、大量のエネルギー消耗を伴う。一般に、前記排気ガスは、フッ素化メタンを含む。
【０００４】
したがって、そのような高温、高熱および大量のエネルギー消費が発生せず、高効率で排気ガスを分解する環境親和的であって経済的な方法が要求される。
【０００５】
また、排気ガス中のフッ素含有化合物の濃度を低下させることができる微生物が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、フッ素含有化合物の分解率が向上した排気ガス分解システムを提供することである。
【０００７】
本発明が解決しようとする他の課題は、また、フッ素含有化合物の分解率が向上した排気ガス分解方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、
１または複数のバイオ反応器を含み、
それぞれのバイオ反応器が、
バイオ反応器容器（bioreactor vessel）と、
前記バイオ反応器容器内部に、第１流体を供給するように構成される、１または複数の第１入口と、
前記バイオ反応器容器外部に第１流体を放出するように構成される、１または複数の第１出口と、
前記バイオ反応器容器内部に第２流体を供給するように構成される、１または複数の第２入口と、
前記バイオ反応器容器外部に第２流体を放出するように構成される、１または複数の第２出口と、
前記１または複数の第２入口に連結されるように前記バイオ反応器容器内部に配置される、１または複数のスパージャと、を含むバイオ反応器システムを含み、
前記第１入口および前記第１出口が、前記バイオ反応器容器内において、第１方向に移動する第１流体フロー（first fluid flow）を生成するように配置され、
前記第２入口および前記第２出口が、前記バイオ反応器容器内において、第１方向と異なる第２方向に移動する第２流体フロー（second fluid flow）を生成するように配置され、
前記スパージャが、前記第１流体と前記第２流体とを接触させるように配置され、
前記第１流体がフッ素含有化合物を分解する生物学的触媒を含み、第２流体が前記フッ素含有化合物を含む、排気ガス分解システム（exhaust gas decomposition system）が提供される。
【０００９】
本発明のさらに他の一実施形態によれば、Bacillus saitensのＫＣＴＣ １３２１９ ＢＰ菌株を含む第１流体と、フッ素含有化合物を含む第２流体と、を接触させる段階を含む、排気ガス分解方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、フッ素含有化合物の分解率が向上した排気ガス分解システムおよび排気ガス分解方法が提供されうる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態による排気ガス分解システムの概略図である。
【図２】本発明の他の一実施形態による排気ガス分解システムの概略図である。
【図３】本発明の他の一実施形態による排気ガス分解システムの概略図である。
【図４】本発明の他の一実施形態による排気ガス分解システムの概略図である。
【図５】本発明の他の一実施形態による排気ガス分解システムの概略図である。
【図６】直列に連結された複数の反応器を含む排気ガス分解システムの概略図である。
【図７】並列に連結された複数の反応器を含む排気ガス分解システムの概略図である。
【図８】本発明の他の一実施形態による排気ガス分解システムの概略図である。
【図９】実施例１で使用された排気ガス分解システムの概略図である。
【図１０】比較例１で使用された排気ガス分解システムの概略図である。
【図１１】実施例１および比較例１の排気ガス分解システムで得られるフッ素含有化合物の経時的な分解率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本創意的思想は、多様な変更を加えることができ、さまざまな形態を有することができるが、特定実施例を図面に例示し、本文において詳細に説明する。しかし、それらは、本創意的思想を、特定の開示形態について限定するものではなく、本創意的思想の技術範囲に含まれる全ての変更、均等物ないし代替物を含むものであると理解されなければならない。
【００１３】
本明細書において、各図面を説明しながら、類似した参照符号を、類似した構成要素に対して使用した。添付された図面において、構造物の寸法は、本創意的思想の明確性のために、実際より拡大して図示されている。第１、第２のような用語は、多様な構成要素の説明に使用されるが、該構成要素は、用語によって限定されるものではない。該用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみに使用される。例えば、本創意的思想の権利範囲を外れずに、第１構成要素は、第２構成要素とも命名され、類似して、第２構成要素も、第１構成要素とも命名される。単数の表現は、文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。
【００１４】
本明細書において、「含む」または「有する」というような用語は、明細書上に記載された特徴、数、段階、動作、構成要素、部品、またはそれらの組み合わせが存在するということを指定するものであり、１またはそれ以上の他の特徴、数、段階、動作、構成要素、部分品、またはそれらの組み合わせの存在または付加の可能性をあらかじめ排除するものではないと理解されなければならない。また、層、膜、区域、板のような部分が、他部分の「上」または「上部」にあるという場合、それは、他部分の「真上」にある場合だけではなく、その中間に他の部分がある場合も含む。反対に、層、膜、領域、板というような部分が、他部分の「下」にあるという場合、それは、他部分の「真下」にある場合だけではなく、その中間に他の部分がある場合も含む。以下、添付した図面を参照し、本発明の望ましい実施例についてさらに詳細に説明する。
【００１５】
本明細書において「排気ガス」は、固定されたり移動したりする機械、設備などから排出されるフッ素含有化合物を含む全種のガスを意味する。例えば、半導体製造工程において排出されるガスでもある。前記排気ガスは、純粋なガス以外に、微粒子形態の液体、固体などを追加して含む混合物でもある。
【００１６】
以下、例示的な実施形態による排気ガス分解システム（exhaust gas decomposition system）、それを含む排気ガス分解複合システム（exhaust gas decomposition complex system）、菌株および排気ガス分解方法について、さらに詳細に説明する。
【００１７】
本発明の一実施形態による排気ガス分解システムは、１または複数のバイオ反応器容器（bioreactor vessel）と、前記バイオ反応器容器内部に、第１流体を供給する、１または複数の第１入口と、前記バイオ反応器容器外部に第１流体を放出する、１または複数の第１出口と、前記バイオ反応器容器内部に第２流体を供給する、１または複数の第２入口と、前記バイオ反応器容器外部に第２流体を放出する、１または複数の第２出口と、前記バイオ反応器容器内部において、前記第２入口に連結される、１または複数のスパージャ（sparger）と、を含む、１または複数のバイオ反応器システム（bioreactor system）を含み、前記第１入口および前記第１出口が、前記バイオ反応器容器内において、第１方向に移動する第１流体フロー（first fluid flow）を生成するように配置され、前記第２入口および前記第２出口が、前記バイオ反応器容器内において、第１方向と異なる第２方向に移動する第２流体フロー（second fluid flow）を生成するように配置され、前記スパージャが、前記第１流体と前記第２流体とを接触させるように配置され、前記第１流体がフッ素含有化合物を分解する生物学的触媒を含み、第２流体が、前記フッ素含有化合物を含む。
【００１８】
該排気ガス分解システムにおいて、生物学的触媒がフッ素含有化合物を分解するので、高温、高熱にならず、過剰なエネルギーを使用せずに、環境親和的にフッ素含有化合物の分解が可能である。また、該排気ガス分解システムにおいて、第１流体および第２流体が、バイオ反応器容器内部で互いに異なる方向に移動することにより、第１流体と第２流体との接触面積が増大し、フッ素含有化合物の分解率が向上する。また、該バイオ反応器容器内に配置されたスパージャにより、第１流体と第２流体との接触面積がさらに増大することにより、フッ素含有化合物の分解率がさらに向上する。
【００１９】
図１〜図４を参照すれば、排気ガス分解システム１００は、１または複数のバイオ反応器容器１と、容器内部３に第１流体３０を供給する、１または複数の第１入口１１と、容器外部４に第１流体３０を放出する、１または複数の第１出口１２と、容器内部３に第２流体４０を供給する、１または複数の第２入口２１と、容器外部４に第２流体４０を放出する、１または複数の第２出口２２と、容器内部３において、第２入口２１に連結される、１または複数のスパージャ（sparger）２と、を含む、１または複数のバイオ反応器システム１０を含む。さらに、第１入口１１および第１出口１２が、容器内部３において、第１方向３１に移動する第１流体フローを生成するように配置され、第２入口２１および第２出口２２が、容器内において、第１方向３１と異なる第２方向４１に移動する第２流体フローを生成するように配置され、スパージャ２が、第１流体３０と第２流体４０とを接触させるように配置され、第１流体３０がフッ素含有化合物を分解する生物学的触媒を含み、第２流体４０がフッ素含有化合物を含む。第１入口１１、第１出口１２、第２入口２１、第２出口２２およびスパージャ２の個数は、特に限定されるものではなく、要求される反応条件により、１個あるいは複数個を含んでもよい。
【００２０】
図１〜図４を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、第１流体３０が生物学的触媒を含む液体であり、第２流体４０がフッ素含有化合物を含むガスでもある。バイオ反応器容器１の内部３において、第１流体３０は、担体（support）のように、固定状に固定されずに第１方向３１にも移動される。
【００２１】
図１〜図４を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、バイオ反応器容器１は、側壁（sidewall）１ｂ、ふた（lid）１ａ、および底（bottom）１ｃを含み、第１入口１１および第２出口１２のうち１以上が、ふた１ａに、直接または隣接するように配置され、第１出口１１および第２入口１２のうち１以上が、底１ｃに、直接または隣接するように配置され、スパージャ２が第２入口２１から延長され、底１ｃ側にも配置される。スパージャ２が第２入口２１から延長され、底１ｃ側に配置されることにより、フッ素含有化合物を含むガスである第２流体の気泡４０ａが底１ｃ側に噴射された後、ふた１ａ側に移動することにより、第１流体３０と第２流体４０との接触する時間が増えるので、排気ガス分解効率がさらに向上する。バイオ反応器容器１が含む側壁１ｂ、ふた１ａ、および底１ｃは、バイオ反応器容器１を構成する別個の部材を意味したり、一体になる、バイオ反応器容器１の上部、側面および下部を区分したりするために、便宜上使用される用語でもある。側壁１ｂは、円筒形態であり、側壁１ｂの断面は、互いに離隔されて平行に配置された２個の垂直線でもある。ふた１ａと底１ｃとの断面は、平面でもあり、曲率半径を有する曲面でもある。ふた１ａと底１ｃとの輪郭は、側壁１ｂの輪郭と一致するように、形成されたり配置されたりする。
【００２２】
図１〜図４を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、内部３が、側壁１ｂ、ふた１ａ、および底１ｃによって定義され、内部３が、底１ｃ、底に隣接した側壁１ｂ、および内部３の一部に充填された第１流体の水平面３０ａによって定義される第１内部区域３ａ、ならびに第１内部区域３ａ上に配置される第２内部区域３ｂを含む。また、第１内部区域３ａ内に、スパージャ２が配置される。したがって、スパージャ２は、第１流体３０に、一部または全体が含浸され、第１内部区域３ａに充填された第１流体３０内部において、第２流体気泡４０ａを噴射することにより、第１流体３０と第２流体４０との接触面積がさらに増大し、結果として、排気ガス分解効率がさらに向上する。
【００２３】
本発明の一実施形態によれば、前記バイオ反応器容器の内部が、側壁、ふたおよび底によって定義され、前記底、前記底に隣接した側壁、および前記バイオ反応器容器の内部の一部に充填された第１流体の水平面によって定義される第１内部区域、ならびに前記第１内部区域上に配置される第２内部区域を含み、前記第１内部区域内の前記底から容器内部体積の１／３以内に、前記スパージャが配置される。
【００２４】
図１〜図４を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、スパージャ２は、例えば、０．１μｍ〜１００μｍ、０．１μｍ〜９０μｍ、０．１μｍ〜８０μｍ、０．１μｍ〜７０μｍ、０．１μｍ〜６０μｍ、０．１μｍ〜５０μｍ、０．１μｍ〜４０μｍ、０．１μｍ〜３０μｍ、０．１μｍ〜２０μｍ、０．１μｍ〜１０μｍ、０．１μｍ〜５μｍ、０．１μｍ〜３μｍ、または０．１μｍ〜３μｍの細孔径を有するマイクロ多孔性スパージャ（micro porous sparger）でもある。スパージャ２は、金属からもなる。例えば、スパージャは、ステンレススチール（ＳＵＳ）からもなる。
【００２５】
図１〜図４を参照すれば、排気ガス分解システム１００は、バイオ反応器システム１０の第１出口１１および第１入口１２にそれぞれ連結され、第１出口１２から排出される第１流体３０の少なくとも一部を、第１入口１１に再供給する第１循環ライン１３をさらに含んでもよい。第１循環ライン１３は、例えば、第１循環器１４によっても駆動される。例えば、第１循環器１４は、ポンプ、ファンなどでもあるが、必ずしもそれらに限定されるものではなく、当該技術分野において、循環器として使用されるものであるならば、いずれも適用可能である。第１流体３０の少なくとも一部が、バイオ反応器容器の内部３に循環されることにより、バイオ反応器容器の内部３において、第１流体３０と第２流体４０とが繰り返し接触するので、第１流体３０と第２流体４０との接触時間が増加し、フッ素含有化合物の分解率が向上する。例えば、そのような繰り返しの循環がなく、第１流体３０が第１入口１１を介して反応器内部に供給された後、第１出口１２を介して反応器外部に放出される場合には、第１流体３０と第２流体４０との接触時間が短いので、フッ素含有化合物の分解率が低下してしまう。
【００２６】
図１〜図４を参照すれば、排気ガス分解システム１００が、バイオ反応器システム１０の第２入口２１および第２出口２２にそれぞれ連結され、第２出口２２から排出される第２流体４０の少なくとも一部を、第２入口２１に再供給する第２循環ライン２３をさらに含んでもよい。第２循環ライン２３は、例えば、第２循環器２４によっても駆動される。例えば、第２循環器２４は、ポンプ、ファンなどでもあるが、必ずしもそれらに限定されるものではなく、当該技術分野において、循環器として使用されるものであるならば、いずれも適用可能である。第２流体４０の少なくとも一部が、バイオ反応器容器内部３に循環されることにより、反応器容器内部３において、第１流体３０と第２流体４０とが繰り返し接触するので、第１流体３０と第２流体４０との接触時間が増加し、フッ素含有化合物の分解率が向上する。例えば、そのような繰り返しの循環がなく、第２流体４０が第２入口２１を介してバイオ反応器容器内部３に供給された後、第２出口２２を介してバイオ反応器容器外部４に完全に放出される場合には、第１流体３０と第２流体４０との接触時間が短いので、フッ素含有化合物の分解率を向上させることができない。
【００２７】
図１〜図４を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、バイオ反応器システムが、薄膜形態の第１流体フローを生成するように、ベッド（bed）を提供することができる。例えば、該ベッドは、バイオ反応器容器１の側壁１ｂでもある。
【００２８】
例えば、排気ガス分解システム１００において、第１方向３１に移動する第１流体フローが、バイオ反応器容器１の側壁１ｂに沿って、側壁１ｂに実質的に平行に配置される第１流体フロー薄膜３２を含む。第１流体フロー薄膜３２の厚みＴは、例えば、１０ｍｍ以下、９ｍｍ以下、８ｍｍ以下、７ｍｍ以下、６ｍｍ以下、５ｍｍ以下、４ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下または１ｍｍ以下であり得る。バイオ反応器容器内部３の第２内部区域３ｂに、第１流体フロー薄膜３２が配置され、第２流体４０と接触することができる。第１流体３０が、薄膜形態で、第２流体４０と接触することにより、第１流体３０と第２流体４０との接触面積が増大するので、フッ素含有化合物の分解率が向上する。例えば、バイオ反応器容器内部３の第２内部区域３ｂに該当するバイオ反応器容器１の側壁１ｂの一部または全部が、第１流体フロー薄膜３２に被覆される。
【００２９】
図１〜図４を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、第２流体フローが移動する第２方向４１が、第１流体フローが移動する第１方向３１と反対方向でもある。排気ガス分解システム１００のバイオ反応器容器１の内部３において、第１流体３０と第２流体４０とが互いに反対方向に移動することにより、第１流体３０と第２流体４０との実質的な接触面積が増大し、フッ素含有化合物の分解率が向上する。例えば、バイオ反応器容器内部３の第２内部区域３ｂにおいて、第１流体３０と第２流体４０とが互いに反対方向に移動することができる。例えば、第１方向３１と第２方向４１は、バイオ反応器容器の内部３の一部に充填された第１流体の水平面３０ａに垂直である方向でありながら、互いに反対方向でもある。
【００３０】
図１〜図４を参照すれば、バイオ反応器容器内部３において、第１流体３０が占める体積と、第２流体４０が占める体積との比が、例えば、１：１〜１：２０、１：１〜１：１５、１：１〜１：１０、１：２〜１：９、１：３〜１：７、１：３〜１：６、１：４〜１：５であり得る。バイオ反応器容器内部３において、第１流体３０および第２流体４０が上記のような体積比を有することにより、フッ素含有化合物の分解率が向上する。第２流体４０の体積が過度に小さければ、流体内で排気ガスの微細気泡形成と、生物学的触媒との接触頻度とが低下し、第２流体４０の体積が過度に大きければ、バイオ反応器上部の薄膜流体の排気ガスとの接触面積が低減してしまう。
【００３１】
図１〜図４を参照すれば、第２入口２１を介して、バイオ反応器容器内部３に、第２流体４０を供給する速度が、例えば、０．０５ｖｖｍ（volume per volume per minutes）〜５０ｖｖｍ、０．１ｖｖｍ〜４５ｖｖｍ、０．５ｖｖｍ〜４０ｖｖｍ、１．０ｖｖｍ〜３５ｖｖｍ、２．０ｖｖｍ〜３０ｖｖｍ、３．０ｖｖｍ〜２５ｖｖｍ、３．０ｖｖｍ〜２０ｖｖｍ、４．０ｖｖｍ〜２０ｖｖｍ、５．０ｖｖｍ〜１５ｖｖｍ、６．０ｖｖｍ〜１４ｖｖｍ、７．０ｖｖｍ〜１３ｖｖｍ、または８．０ｖｖｍ〜１２ｖｖｍであり得る。第２流体４０の供給速度（ｖｖｍ）は、１分当たりの第１流体の単位体積当たりに循環される第２流体の体積を意味する。例えば、１０ｖｖｍは、１分当たり容器内部３に、第１流体１Ｌが供給される間、第２流体１０Ｌが供給されることを意味する。バイオ反応器容器内部３に、第２入口２１を介して、第２流体４０を供給する速度が上記のような範囲を有することにより、フッ素含有化合物の分解率が向上する。第２流体４０の供給速度が過度に遅ければ、バイオ反応器内部において、滞留時間増加により、排気ガスの分解速度が低下し、第２流体４０の供給速度が過度に速ければ、排気ガスと生物学的触媒との接触時間低減により、分解効率が低下してしまう。
【００３２】
図２、図３、図９、および図１０を参照すれば、排気ガス分解システム１００が、容器内部３に、第１流体３０と第２流体４０との接触面積を増大させる構造物７０をさらに含んでもよい。例えば、構造物７０は、還流管および充填物から選択される１以上でもあるが、必ずしもそれらに限定されるものではなく、第１流体３０と第２流体４０との接触面積を増大させることができる構造を有するものであるならば、いずれも適用可能である。例えば、構造物７０が、薄膜形態の第１流体フローを生成することができるベッドとして作用することができる。バイオ反応器容器内部３全体の体積のうち、構造物７０が占める体積は、特に限定されるものではないが、例えば、１％〜９９％、５％〜９５％、１０％〜９０％、２０％〜８０％、または３０％〜７０％であり得る。例えば、構造物７０は、第２内部区域３ｂにも配置される。バイオ反応器容器内部３に、構造物７０が配置されることにより、第１流体３０と第２流体４０との接触面積がさらに増加するので、フッ素含有化合物の分解率が向上する。
【００３３】
図９および図１０を参照すれば、還流管の形態は、特に限定されるものではなく、バイオ反応器容器１に連結され、容器内部３に冷却水を還流させることができる構造物であるならば、いずれも適用可能である。例えば、該還流管は、直管（straight tube）および／またはコイルドチューブであり得る。例えば、該還流管は、アリーン冷却器の還流管、グラハム冷却器の還流管、ジムロート冷却器の還流管、またはプリードリヒ冷却器（Friedrichs condenseｒ）の還流管と同一の構造であるか、あるいは類似した構造を有することができる。
【００３４】
図２および図３を参照すれば、充填物は、規則的であったり不規則的であったりする形態を有し、内部が中空である。該充填物は、高い細孔率または空隙率を有する開口された構造物でもある。該充填物は、バイオ反応器容器１に連結され、容器内部３に固定されるか、または容器内部３に投入され、一定時間使用された後、容器１から回収および分離される。該充填物は、多孔性でもある。例えば、該充填物は、多孔性ポリプロピレン粒子のような多孔性高分子粒子、ゼオライトのような多孔性無機粒子などでもあり得るが、必ずしもそれらに限定されるものではなく、当該技術分野において使用される多孔性物質であるならば、いずれも適用可能である。該多孔性高分子粒子、および該多孔性無機粒子の体積は、特に限定されるものではなく、例えば、１ｍｍ３〜１，０００ｃｍ３、１ｍｍ３〜１００ｃｍ３、１ｍｍ３〜１０ｃｍ３、１ｍｍ３〜１ｃｍ３、または１ｍｍ３〜０．１ｃｍ３であり得る。該多孔性高分子粒子、および該多孔性無機粒子の多孔度は、特に限定されるものではなく、例えば、１％〜９９％、５〜９５％、１０〜９０％、２０〜８０％、または３０〜７０％であり得る。該多孔度は、粒子全体体積において、気孔が占める体積を意味する。
【００３５】
図３および図４を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、バイオ反応器容器内部３の第２内部区域３ｂに、１以上の第１入口１１ａ、１１ｂ、１１ｃが配置され、１以上の第１入口１１ａ、１１ｂ、１１ｃを介して、第１流体３０が供給される。１以上の第１入口１１ａ、１１ｂ、１１ｃにより、第１流体３０が供給されることにより、第２内部区域３ｂに、第１流体３０が均一に供給される。また、第２内部区域３ｂに配置された構造物７０の表面に、均一な厚さの流体薄膜（図示せず）が形成され、均一なフッ素含有ガスの分解率が得られる。また、排気ガス分解システム１００が、１以上の第１入口１１ａ、１１ｂ、１１ｃにそれぞれ連結され、第２内部区域３ｂに、第１流体３０を噴霧する１以上の噴霧器１５ａ、１５ｂ、１５ｃを含んでもよい。噴霧器１５ａ、１５ｂ、１５ｃが第１流体３０を噴霧する方向は、限定されるものではなく、噴霧器１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、回転しながら、全方向に第１流体３０を噴霧することができる。
【００３６】
図５を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、バイオ反応器容器１の直径Ｄに対する容器１の長さＨの縦横比（Ｈ／Ｄ）が２以上であり得る。容器１の縦横比が２以上であることにより、第１流体３０と第２流体４０との反応器１０内の接触面積および／または滞留時間が増大され、フッ素含有化合物の分解率が向上する。例えば、容器１の縦横比が２以上であり得る。例えば、容器１の縦横比が、３以上、５以上、１０以上、１５以上、２０以上、２５以上、３０以上であり得る。例えば、容器１０の縦横比が、１００以下、７０以下、６０以下、５０以下、または４０以下であり得る。
【００３７】
図５を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、バイオ反応器容器１の側壁１ｂと、容器内部３に充填された第１流体の水平面３０ａとがなす角度が、例えば、３０°〜１５０°、４０°〜１４０°、５０°〜１３０°、６０°〜１２０°、７０°〜１１０°、７５°〜１０５°、８０°〜１００°、または８５°〜９５°であり得る。例えば、容器１の側壁１ｂと、容器内部３に充填された第１流体の水平面３０ａとがなす角度が９０°であり得る。容器１の側壁１ｂと、容器内部３に充填された第１流体の水平面３０ａとが上記のような範囲の角度をなすことにより、側壁１ｂ上に、第１流体フロー薄膜（図示せず）が容易に広い面積に形成され、結果として、フッ素含有化合物の分解率が向上する。
【００３８】
図５を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、反応器１０が回転することができる。例えば、排気ガス分解システム１００において、反応器１０が、反応器１０の長さＨ方向の軸でに回転することができる。反応器１０が回転する方向および速度は、反応器１０内部の第１流体が第２流体と接触する面積を増大させる範囲内で、適切に選択される。例えば、反応器１０が回転する速度は、０．０１〜２００ｒｐｍ、０．０５〜１５０ｒｐｍ、０．１〜１００ｒｐｍ、０．１〜９０ｒｐｍ、０．１〜８０ｒｐｍ、０．１〜７０ｒｐｍ、０．１〜６０ｒｐｍ、０．１〜５０ｒｐｍ、１〜４０ｒｐｍ、０．１〜３０ｒｐｍ、０．１〜２０ｒｐｍ、または０．１〜１０ｒｐｍであり得る。
【００３９】
図６および図７を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、複数のバイオ反応器システム１０ａ、１０ｂ、１０ｃが、直列または並列に連結されることにより、フッ素含有化合物の分解率が向上する。
【００４０】
図６を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、直列に連結される複数のバイオ反応器システム１０ａ、１０ｂ、１０ｃにおいて、１つの容器１ａから排出された第１流体（図示せず）または第２流体４０が、他のシステム１０ｂに順次に供給される。直列に連結されるバイオ反応器システム１０ａ、１０ｂ、１０ｃの個数が増加することにより、第１流体（図示せず）と第２流体４０とが接触する時間および／または面積が増大するので、フッ素含有化合物の分解率が上昇する。例えば、第２流体４０が、第２入口２１ａを介して、第１バイオ反応器システム１０ａに供給され、第２出口２２ａを介して排出された後、第２入口２１ｂを介して、第２バイオ反応器システム１０ｂに供給され、第２出口２２ａを介して、再び排出される。そのような方式により、複数のバイオ反応器システムを通過した後、第２流体４０が第２入口２１ｃを介して、最後のバイオ反応器システム１０ｃ内に供給され、第２出口２２ｃを介して排出される。
【００４１】
図７を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、並列に連結される複数のバイオ反応器システム１０ａ、１０ｂ、１０ｃにおいて、第１流体（図示せず）または第２流体４０が、複数のバイオ反応器システム１０ａ、１０ｂ、１０ｃに同時に供給され、複数のバイオ反応器システム１０ａ、１０ｂ、１０ｃから同時に排出される。並列に連結されるバイオ反応器システムの個数が増加することにより、第１流体（図示せず）と第２流体４０とが接触する時間および／または面積が増大するので、フッ素含有化合物の分解率が上昇される。例えば、第２流体４０が、複数の第２入口２１ａ、２１ｂ、２１ｃを介して、複数のバイオ反応器システム１０ａ、１０ｂ、１０ｃ内に同時に供給され、複数の第２出口２２ａ、２２ｂ、２２ｃを介して、同時に排出される。図示されていないが、フッ素含有化合物の分解率を向上させるために、排出された第２流体は、循環ラインに沿って、複数のバイオ反応器システム１０ａ、１０ｂ、１０ｃ内に、同時に再供給される。
【００４２】
図１〜図７を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、容器１の内部温度が、例えば２０℃〜５０℃、２０℃〜４５℃、２０℃〜４０℃、２０℃〜３５℃、または２０℃〜３０℃であり得る。また、内部圧力は、例えば、０．９気圧（９１．２ｋＰａ）〜１．１気圧（１１１．５ｋＰａ）、０．９５気圧（９６．３ｋＰａ）〜１．０５気圧（１０６．４ｋＰａ）、または１気圧（１０１．３ｋＰａ）であり得る。排気ガス分解システム１００において、生物学的触媒を使用するので、低温および常圧でフッ素含有化合物が分解される。上記のような容器１内部の温度範囲および圧力範囲で、フッ素含有化合物の分解率が上昇される。
【００４３】
図１〜図７を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、フッ素含有化合物の４８時間後の分解率が、例えば、１０％以上、１２％以上、１５％以上、１８％以上、２０％以上、２２％以上、または２４％以上であり得る。
【００４４】
図１〜図７を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、フッ素含有化合物の水に対する溶解度（solubility）が２０℃で、例えば、０．０１体積％以下、０．００９体積％以下、０．００８体積％以下、０．００７体積％以下、または０．００６体積％以下であり得る。すなわち、実質的にフッ素含有化合物は、生物学的触媒を含む液体、例えば、水に不溶性である。したがって、排気ガス分解システム１００は、フッ素含有化合物が生物学的触媒を含む液体に対して不溶性であるにもかかわらず、フッ素含有化合物と、生物学的触媒を含む液体とに増大された接触面積および接触時間を提供することにより、フッ素含有化合物の分解率を向上させることができる。
【００４５】
図１〜図７を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、生物学的触媒を含む第１流体は、Ｆ−Ｃ結合を分解する酵素および微生物から選択される１以上を含む培地でもある。培地の種類は、特に限定されるものではなく、当該技術分野において、酵素、およびそれを含む菌株などの微生物を培養することができる培地であるならば、いずれも適用可能である。該培地は、例えば、ＬＢ培地でもある。該生物学的触媒がＦ−Ｃ結合を分解するので、該生物学的触媒と接触するフッ素含有化合物が分解される。
【００４６】
例えば、該生物学的触媒は、Bascillus属に属する微生物を含んでもよい。例えば、生物学的触媒が含む微生物は、Bascillus saitens菌株でもある。
【００４７】
また、該生物学的触媒は、２−ハロ酸デハロゲナーゼ（ＨＡＤ：２−haloacid dehalogenase）の活性を上昇させる遺伝子組換え（genetic modification）を含む遺伝子組換え微生物を含んでもよい。例えば、２−ハロ酸デハロゲナーゼは、Bacillus saitens属菌、Bacillus cereus属菌、Bacillus thuringiensis属菌、Bacillus megaterium属菌、およびPseudomonas saitensからなる群より選択された菌株から由来したものであり得るが、必ずしもそれらに限定されるものではなく、２−ハロ酸デハロゲナーゼを含む菌株であり、当該技術分野で使用されるものであるならば、いずれも適用可能である。例えば、遺伝子組換え微生物が、Escherichia属、Bacillus属またはPseudomonas属に属するものであり得るが、必ずしもそれらに限定されるものではなく、当該技術分野において、組換え微生物として使用されるものであるならば、いずれも適用可能である。
【００４８】
図１〜図７を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、生物学的触媒が含む微生物の種類により、容器内部３が酸素を含んでもよく、含まなくてもよい。例えば、該生物学的触媒が、嫌気性微生物を含む場合、容器内部３は、酸素または空気を含まない。例えば、該生物学的触媒が好気性微生物を含む場合、容器内部３は、酸素または空気を含むか、あるいは酸素および空気を含む。
【００４９】
図１〜図７を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、フッ素含有化合物は、下記化学式１〜３で表される化合物の少なくとも１種であり得る：
【００５０】
【化１】
2019115903.tif 000003
【００５１】
【化２】
2019115903.tif 000004
【００５２】
【化３】
2019115903.tif 000005
【００５３】
前記化学式１中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は、互いに独立して、Ｆ（フッ素原子）、Ｃｌ（塩素原子）、Ｂｒ（臭素原子）、Ｉ（ヨウ素原子）またはＨ（水素原子）であり、この際、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４のうち１以上がＦ（フッ素原子）であり、
前記化学式２中、ｎは、０〜１０の整数であり、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１およびＲ１２は、互いに独立して、Ｆ（フッ素原子）、Ｃｌ（塩素原子）、Ｂｒ（臭素原子）、Ｉ（ヨウ素原子）またはＨ（水素原子）であり、この際、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１およびＲ１２のうち１以上がＦ（フッ素原子）であり、
前記化学式３中、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７およびＲ１８は、互いに独立して、Ｆ（フッ素原子）、Ｃｌ（塩素原子）、Ｂｒ（臭素原子）、Ｉ（ヨウ素原子）またはＨ（水素原子）であり、この際、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７およびＲ１８のうち１以上がＦである。
【００５４】
図１〜図７を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、フッ素含有化合物が、下記化学式４〜６で表される化合物であり得る：
【００５５】
【化４】
2019115903.tif 000006
【００５６】
【化５】
2019115903.tif 000007
【００５７】
【化６】
2019115903.tif 000008
【００５８】
前記化学式４中、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ２４は、互いに独立して、ＦまたはＨであり、この際、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ２４のうち１以上がＦであり、
前記化学式５中、ｍは、０〜５の整数であり、Ｒ２５、Ｒ２６、Ｒ２７、Ｒ２８、Ｒ２９、Ｒ３０、Ｒ３１およびＲ３２は、互いに独立して、ＦまたはＨであり、この際、Ｒ２５、Ｒ２６、Ｒ２７、Ｒ２８、Ｒ２９、Ｒ３０、Ｒ３１およびＲ３２のうち１以上がＦであり、
前記化学式６中、Ｒ３３、Ｒ３４、Ｒ３５、Ｒ３６、Ｒ３７およびＲ３８は、互いに独立して、ＦまたはＨであり、この際、Ｒ３３、Ｒ３４、Ｒ３５、Ｒ３６、Ｒ３７およびＲ３８のうち１以上がＦである。
【００５９】
例えば、排気ガス分解システム１００において、フッ素含有化合物が、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３、ＣＦ４、およびＳＦ６からなる群より選択される少なくとも１種を含んでもよい。
【００６０】
本発明の他の一実施形態による排気ガス分解複合システムは、上述の排気ガス分解システムと、前記排気ガス分解システムに第１流体を供給する第１流体供給器と、前記排気ガス分解システムに第２流体を供給する第２流体供給器と、前記排気ガス分解システムから排出される分解生成物を収集する第１収集器および第２収集器と、を含む。該排気ガス分解複合システムが、該排気ガス分解システム以外に、他の装置をさらに含むことにより、排気ガス分解能がさらに向上する。該第１流体供給器および該第２流体供給器は、排気ガス分解システムにおいて、第１流体および第２流体をそれぞれ送るシステム、装置またはユニットである。該第１流体供給器は、種培養器などを含んでもよいが、必ずしもそれに限定されるものではない。該第２流体供給器は、前処理器（pre-processor）、排気ガスを含む大きいタンク、および／または産業プラントの排気ライン（vent line）などを含んでもよいが、それらに限定されるものではない。該収集器は、排気ガス分解システムから排出される分解生成物の一部または全部を収集するシステム、装置またはユニットであり得る。該第１収集器および該第２収集器は、それぞれコンデンサおよび／または水槽などを含んでもよいが、それらに限定されるものではない。
【００６１】
図８を参照すれば、排気ガス分解複合システム１０００は、排気ガス分解システム１００と、排気ガス分解システム１００に、第１流体３０を供給する第１流体供給器２００と、排気ガス分解システム１００に、第２流体３０を供給する第２流体供給器３００と、排気ガス分解システム１００から排出される分解生成物を収集する第１収集器４００および第２収集器５００と、を含む。
【００６２】
図８を参照すれば、排気ガス分解複合システム１０００において、第１流体供給器２００は、種培養器を含んでもよい。該種培養器において、生物学的触媒、例えば、微生物を高濃度で培養することができる。該微生物を高濃度で培養することにより、排気ガス分解システム１００において、フッ素含有化合物の分解率が向上する。排気ガス分解複合システム１０００において、第２流体供給器３００は、前処理器を含んでもよい。該前処理器は例えば、スクラバー（scrubber）または纎維フィルタ（fabric filter）であり得る。該前処理器は、排気ガス分解システムに供給される排気ガスから、一部の大きい不純物を除去することにより、排気ガスを前処理するシステム、装置またはユニットを意味する。該スクラバーにおいて、排気ガスが含むフッ素含有化合物以外の固体微粒子、塩酸、フッ酸などの不純物を捕集し、排気ガスを精製することができる。該スクラバーにおいて不純物を精製することにより、排気ガス分解システムに供給される第２流体が含むフッ素含有化合物の純度が上昇し、フッ素含有化合物の分解率が向上する。排気ガス分解複合システム１０００において、第１収集器４００がコンデンサを含んでもよい。第１収集器４００は、排気ガス分解システム１００から排出されるガスを収集する装置であるので、コンデンサなどを使用してガスを液化させて収集することができる。例えば、フッ化水素ガスの沸点が１９．５℃と低いので、第１収集器４００において、排気ガス分解システム１００から排出されるガスの温度を、コンデンサを使用し、１９℃以下に低くすることにより、フッ化水素ガスを液体フッ化水素に液化させて回収したり、第２収集器５００に供給したりすることができる。排気ガス分解複合システム１０００において、第２収集器５００が、排気ガス分解システム１００および第１収集器４００のうち１以上で排出される残留液を中和させる残留液処理器を含んでもよい。例えば、排気ガス分解システム１００の下端で排出される液体状態の分解生成物は、液体フッ化水素（ＨＦ）を含み、第１収集器４００で液化された分解生成物も、液体フッ化水素（ＨＦ）を含み、前記液体フッ化水素に、Ｃａ（ＯＨ）２のような塩基を添加し、ＣａＦ２形態の塩として沈澱させ、フッ素イオンを回収することができる。ＣａＦ２以外の生成物である水（Ｈ２Ｏ）は、環境に無害である。排気ガス分解システム１００から排出される分解生成物は、ＨＦおよび炭化水素ガスから選択される１以上を含んでもよい。ガス状態の分解生成物は、排気ガス分解システム１００上端に排出され、第１収集器４００に供給され、液体状態の分解生成物は、排気ガス分解システム１００下端に排出され、第２収集器５００に供給される。
【００６３】
図１〜図７を参照すれば、排気ガス分解システム１００において、生化学的触媒は、フッ素化メタンのようなフッ素含有化合物を分解することができるBacillus saitensのＫＣＴＣ １３２１９ ＢＰ菌種を含む。
【００６４】
そのような菌株は、２−ハロ酸デハロゲナーゼ（ＨＡＤ）の活性を上昇させる遺伝子組換えを含むものでもある。２−ハロ酸デハロゲナーゼは、２−ハロ酸＋Ｈ２Ｏ←→２−ヒドロキシ酸＋ハライドの化学反応を触媒するものである。したがって、この酵素の２つの基質は、２−ハロ酸とＨ２Ｏとであり、２つの産物は、２−ヒドロキシ酸およびハライドである。この酵素は、炭素・ハライド化合物において、ハライド結合に作用するヒドロラーゼのファミリに属するものであり得る。しかし、そのような微生物が、フッ素含有化合物の濃度低下において、そのような特定のメカニズムに限定されるものであると必ずしも解釈されるものではない。そのような遺伝子組換えは、２−ハロ酸デハロゲナーゼをコーディングする遺伝子のコピー数を増加させるものでもある。ＨＡＤをコーディングする遺伝子は、外来遺伝子（exogenous gene）を含むものであり得る。そのような遺伝子は、Bacillus属、Pseudomonas属、Azotobacter属、Agrobacterium属、およびEscherichia属に由来するものでもある。そのような遺伝子は、Bacillus cereus属菌、Bacillus thuringiensis属菌、Bacillus megaterium属菌またはBacillus saitens属菌のＫＣＴＣ １３２１９ ＢＰ菌株由来のものであり得る。２−ハロ酸デハロゲナーゼ（ＨＡＤ）は、ＥＣ３．８．１．２に属するものであり得る。
【００６５】
該遺伝子組換えは、ＥＣ３．８．１．２に属する２−ハロ酸デハロゲナーゼ（ＨＡＤ）のアミノ酸配列と、それぞれ９５％以上の配列同一性を有するポリペプチドをコーディングする遺伝子のコピー数を増加させるものでもある。該遺伝子は、ＥＣ３．８．１．２に属する２−ハロ酸デハロゲナーゼ（ＨＡＤ）のアミノ酸配列をコーディングする遺伝子のヌクレオチド配列と９５％以上の配列同一性を有するものでもある。該遺伝子組換えは、２−ハロ酸デハロゲナーゼをコーディングする遺伝子が導入されたもの、例えば、ベクターのようなビヒクルを介して導入されたものでもある。２−ハロ酸デハロゲナーゼをコーディングする遺伝子は、染色体内にも染色体外にも存在することができる。導入された２−ハロ酸デハロゲナーゼをコーディングする遺伝子は、複数個、例えば、２以上、５以上、１０以上、１０以上、５０以上、１００以上または１，０００以上であり得る。
【００６６】
該微生物は、フッ素化メタンのようなフッ素含有化合物を分解することにより、試料において、フッ素含有化合物の濃度を低下させる。そのような濃度の低下は、フッ素含有化合物のＣ−Ｆ結合またはＣ−Ｈ結合に、タンパク質が作用し、炭素にヒドロキシル基を導入するか、またはフッ素含有化合物を微生物の細胞内に蓄積させることによって行われるものでもある。また、そのような濃度の低下は、フッ素含有化合物のＣ−Ｆ結合を切断するか、あるいはフッ素含有化合物を他の物質に転換するか、あるいはフッ素含有化合物を細胞内に蓄積させてなされるものを含むものであり得る。フッ素含有化合物を含む試料は、液状またはガス状であり得る。そのような試料は、工場廃水または廃棄物であり得る。そのような試料としては、フッ素含有化合物を含むいずれのものでも適用可能である。例えば、そのような試料は、半導体工場から排出される排気ガスであり得る。該フッ素含有化合物は、前記化学式１〜３で表される化合物であり得る。例えば、フッ素含有化合物は、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、またはそれらの混合物であり得る。
【００６７】
本発明の他の一実施形態による排気ガス分解方法は、Bacillus saitensのＫＣＴＣ １３２１９ ＢＰ菌株を含む第１流体と、フッ素含有化合物を含む第２流体と、を接触させる段階を含む。例えば、排気ガス分解方法は、Bacillus saitensのＫＣＴＣ １３２１９ ＢＰ菌株を、ＣＨｎＦ４−ｎ（ｎは、０〜３の整数）で表されるフッ素化メタン含有試料と接触させ、試料中のフッ素化メタンの濃度を低下させる段階を含んでもよい。
【００６８】
Bacillus saitensのＫＣＴＣ １３２１９ ＢＰ菌株を含む第１流体、およびフッ素含有化合物を含む第２流体は、前述の通りである。
【００６９】
該排気ガス分解方法において、該接触は、液体環境または固体環境においてなされる。該接触は、例えば、培地中で培養される微生物の培養物を含む第１流体と第２流体とを混合させることによってもなされ得る。該培養は、微生物が増殖する条件下でもなされる。該接触は、密閉された容器中でも行われ得る。該接触は、微生物の生育段階が、対数期（exponential phase）または定常期（stationary phase）であるときにもなされ得る。該培養は、好気条件または嫌気条件でも行われ得る。該接触は、密閉された容器において、遺伝子組換え微生物が生存可能な条件でも行われ得る。生存可能な条件は、遺伝子組換え微生物が増殖可能な条件、または休止状態（resting state）である条件でもあり得る。
【００７０】
該排気ガス分解方法において、該第２流体は、液体、ガス、またはそれらの混合状態であり得る。該第２流体は、工場廃水または工場廃ガスであり得る。該第２流体は、微生物の培養物に受動的に接触されるだけではなく、能動的に接触させるものも含む。該排気ガス分解方法において、該第１流体と該第２流体との接触が、該第１流体内に該第２流体をスパージング（sparging）することによっても行われ得る。該スパージングは、スパージャを使用して行うことができる。例えば、該第２流体を微生物の培養液内にスパージングして行うことができる。該第２流体を、培地または培養液を介してスパージングすることができる。該スパージングは、培地または培養液の下部から上部に吹き込むか、あるいは上部から下部に吹き込むのである。該スパージングは、該第２流体の気泡を作りながら注入する。
【００７１】
該排気ガス分解方法において、該接触は、バッチ式でも、または連続的に行ってもよい。該接触は、例えば、該第２流体を、２−ハロ酸デハロゲナーゼ（ＨＡＤ）の活性を上昇させる遺伝子組換えを含む新鮮な微生物と接触させる段階を含んでもよい。そのような新鮮な微生物との接触は、２回以上、例えば、２回、３回、５回または１０回以上なされ得る。そのような接触は、試料中のフッ素化メタンの所望する低下された濃度が達成されるまでの時間の間持続するか、または繰り返される。
【００７２】
該排気ガス分解方法において、菌株は、２−ハロ酸デハロゲナーゼ（ＨＡＤ）の活性を上昇させる遺伝子組換えをさらに含むものでもある。そのような遺伝子組換えは、前記２−ハロ酸デハロゲナーゼをコーディングする遺伝子のコピー数を増加させる遺伝子組換えでもある。該菌株は、ＨＡＤをコーディングする外来遺伝子を含んでもよい。そのような遺伝子は、Bacillus属、Pseudomonas属、Azotobacter属、Agrobacterium属、およびEscherichia属に由来するものであり得る。そのような遺伝子は、Bacillus cereus属菌、Bacillus thuringiensis属菌、Bacillus megaterium属菌またはBacillus saitens属菌のＫＣＴＣ １３２１９ ＢＰ菌株由来のものであり得る。２−ハロ酸デハロゲナーゼ（ＨＡＤ）は、ＥＣ３．８．１．２に属するものでもある。
【実施例】
【００７３】
以下の実施例および比較例を介して、本発明についてさらに詳細に説明する。ただし、該実施例は、本発明を例示するためのものであり、それだけで本発明の範囲が限定されるものではない。
【００７４】
（フッ素含有化合物分解菌株の製造）
製造例１：ＣＦ４分解能を有するBacillus saitens菌株の選抜
三星電子株式会社の器興工場から廃出された廃水中スラッジ（sludge）の一部を培地で培養した後、優秀な成長能を示す上位２％の菌株を選別し、ＣＦ４分解能を有することを確認し、遺伝子配列を分析した。
【００７５】
次世代シーケンシング（ＮＧＳ：next generation sequencing）から得られた６個のコンティグ（contig）をアセンブリして得たゲノムの最終サイズは、５．２Ｍｂであり、アノテーションの結果、合計５，２１０個の遺伝子が存在した。系統樹（phylogenetic tree）の分析の結果、Bacillus属系であることを確認した。しかし、既に知られたBacillus属のいかなる種とも、配列が正確に一致する種はなかった。９８％以下の配列同一性のみを示した。
【００７６】
そのように分離された微生物をBacillus saitensと新たに命名し、２０１７年２月２８日付けで、韓国生命工学研究院の生命資源センター（ＫＣＴＣ：Korea Collection for Type Culture）に寄託し、受託番号ＫＣＴＣ １３２１９ ＢＰを授与された。
【００７７】
実施例１：スパージャを含む垂直方向に配置されたガラス製ジムロートコイルドチューブ還流冷却器；ＢＦ１菌株
図９から分かるように、高温滅菌されて垂直方向に配置されたガラス製ジムロートコイルドチューブ還流冷却器（反応器長７００ｍｍ、外管径３５ｍｍ、内部体積３００ｍＬ）内に、ＬＢ培地  ４０ｍｌおよびＣＦ４ガス  ２００ｐｐｍを注入した。
【００７８】
該冷却器下部に、該冷却器側面から該冷却器底側に向かうように、マイクロ多孔性スパージャが配置された。該マイクロ多孔性スパージャの空孔径は、１０μｍであった。
【００７９】
次に、製造例１で選抜されたBacillus saitens菌株を、ガラス直管冷却器内のＬＢ培地に注射器で接種した。接種された菌株のＬＢ培地内での初期濃度は、ＯＤ＠６００ｎｍ基準で、５．０であった。菌株接種されたＬＢ培地とＣＦ４ガスとをそれぞれ循環させた。
【００８０】
該ＬＢ培地は、ガラス製ジムロートコイルドチューブ還流冷却器上部の入口に供給され、冷却器の内部側壁に沿って流れ、冷却器下部の出口に排出された。排出されたＬＢ培地は、液体ポンプによって循環ラインに沿って入口に再供給された。該冷却器下部には、一定深さのＬＢ培地が充填されるように、循環速度がセッティングされた。
【００８１】
ＣＦ４ガスは、ガラス製ジムロートコイルドチューブ還流冷却器下部の入口に連結されたマイクロ多孔性スパージャを介して、冷却器下部に充填されたＬＢ培地内に気泡形態で供給された後、内部側面に沿って流れ、冷却器上部の出口に排出された。排出されたＣＦ４ガスは、ガスポンプにより、循環ラインに沿って入口に再供給され、ＣＦ４ガスの含有量は、循環ラインに連結されたＦＴ−ＩＲガス分析機を用いて、リアルタイムで確認した。ＣＦ４ガスの循環速度は、１０ｖｖｍ（１分当たり、ＬＢ培地単位体積当たり循環されるＣＦ４ガスの体積）であった。
【００８２】
図９に示されていないが、ガラス直管冷却器の外部ジャケットは、温度維持のために、恒温槽に連結した。冷却器内部温度は、３０℃に維持し、冷却器内部圧力は、１気圧（１０１．３ｋＰａ）であった。
【００８３】
該反応器内において、ＬＢ培地とＣＦ４ガスとの体積比は１：７に維持された。
【００８４】
経時的な冷却器内部のＣＦ４ガス含有量をＦＴ−ＩＲガス分析機で確認し、ＣＦ４分解率を、下記数式１から計算し、その結果を下記表１および図１１に示した。
【００８５】
【数１】
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【００８６】
比較例１：スパージャを含まない垂直方向に配置されたガラス製ジムロートコイルドチューブ還流冷却器；ＢＦ１菌株
スパージャを含む垂直方向に配置されたガラス製ジムロートコイルドチューブ還流冷却器の代わりに、図１０に示されているような、スパージャを含まない垂直方向に配置されたガラス製ジムロートコイルドチューブ還流冷却器（反応器長５５０ｍｍ、外管径３５ｍｍ、内部体積２００ｍＬ）を使用したことを除いては、実施例１と同様の条件および方法で実施した。
【００８７】
経時的な冷却器内部のＣＦ４ガス含有量をＦＴ−ＩＲガス分析機で確認し、ＣＦ４分解率を、前記数式１から計算し、その結果を下記表１および図１１に示した。
【００８８】
比較例２：ガラスセラム瓶、ＢＦ１菌株
体積７５ｍｌのガラスセラム瓶（glass serum bottle）に、実施例１で使用されたＬＢ培地４０ｍｌおよびＣＦ４ガス２００ｐｐｍを投入し、振盪培養器において、２３０ｒｐｍ、３０℃を維持しながら、４８時間経過後、ガラスセラム瓶内部のＣＦ４ガス含有量を、ＦＴ−ＩＲガス分析機で確認し、ＣＦ４分解率を前記数式１から計算し、その結果を下記表１に示した（図１１には示していない）。接種された菌株のＬＢ培地内での初期濃度は、ＯＤ＠６００ｎｍ基準で、０．５であり、他の条件も実施例１と同一であった。
【００８９】
【表１】
2019115903.tif 000010
【００９０】
表１および図１１から分かるように、スパージャを含む実施例１の排気ガス分解システムは、スパージャを含まない比較例１の排気ガス分解システムに比べ、ＣＦ４分解率がさらに短時間で顕著に向上した。そのような向上したＣＦ４分解率は、容器側壁上に形成されたＬＢ培地薄膜とＣＦ４ガスとが互いに反対方向に移動しながら接触し、接触面積が増大し、スパージャにより、ＬＢ培地とＣＦ４ガスとの接触面積がさらに顕著に増加したためであると判断される。
【００９１】
また、スパージャおよび循環システムを含む実施例１の排気ガス分解システムは、スパージャおよび循環システムをいずれも含まない比較例２の排気ガス分解システムに比べ、ＣＦ４分解率がさらに短時間でさらに顕著に向上した。
【００９２】
また、スパージャが容器底側に配置され、ＣＦ４ガスが容器底側に噴射された後、容器のふた方向に移動するので、ＬＢ培地とＣＦ４ガスとの接触時間がさらに増加した。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の、排気ガス分解システム、それを含む排気ガス分解複合システム、菌株および排気ガス分解方法は、例えば、環境保全関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１    バイオ反応器容器、
１ａ    ふた、
１ｂ    側壁、
１ｃ    底、
２  スパージャ（sparger）、
３    内部（interior）、
３ａ    第１内部区域、
３ｂ    第２内部区域、
４    外部、
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ    バイオ反応器システム、
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ    第１入口、
１２    第１出口、
１３    第１循環ライン、
１４    第１循環ポンプ、
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ    噴霧器（sprayer）、
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ    第２入口、
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ    第２出口、
２３    第２循環ライン、
２４    第２循環ポンプ、
３０    第１流体、
３０ａ    第１流体水平面、
３１    第１方向、
３２    第１流体フロー薄膜（fluid flow thin film）、
４０    第２流体、
４０ａ    第２流体の気泡、
４１    第２方向、
７０    構造物、
１００    排気ガス分解システム、
２００    第１流体供給器、
３００    第２流体供給器、
４００    第１収集器、
５００    第２収集器、
１０００    排気ガス分解複合システム。
【図１】
2019115903.tif 000017
【図２】
2019115903.tif 000018
【図３】
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【図４】
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【図５】
2019115903.tif 000021
【図６】
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【図７】
2019115903.tif 000023
【図８】
2019115903.tif 000024
【図９】
2019115903.tif 000025
【図１０】
2019115903.tif 000026
【図１１】
2019115903.tif 000027