(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合培養バイオマスにおいて高ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）生産能を有するグリコーゲン蓄積生物体（ＧＡＯ）を選択することによって、廃水を処理し、且つポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を生産する方法であって、
揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）及び混合培養バイオマスを含む廃水を供給すること；
相対的に高いレベルの細胞内貯蔵グリコーゲンを含むＧＡＯを有するＧＡＯ優占バイオマスを生じる交互の嫌気性処理及び好気性又は無酸素処理に、該バイオマスを曝すこと；
該嫌気性処理中、該ＧＡＯ優占バイオマス中のＧＡＯが該ＶＦＡ及び該細胞内貯蔵グリコーゲンを消費してＰＨＡを生産するように、該好気性又は無酸素処理中より該嫌気性処理中のバイオマスへ、より多いＶＦＡを供給すること；
供給された総浮遊固形物（ＴＳＳ）の１ｇあたり少なくとも０．０８ｇのＶＦＡの比率で、嫌気性処理中のバイオマスに該ＶＦＡを供給すること
によって、
該ＧＡＯ優占バイオマスを選択し、該バイオマスにおいて該ＧＡＯが増殖して、他の微生物より優占になるようにすること；
及び該ＧＡＯ優占バイオマス内に該ＰＨＡを蓄積させることを含む、上記方法。
【請求項２】
ＧＡＯ優占バイオマスを選択する前に、嫌気性条件下での前記廃水の処理、及び酸生成発酵を通して有機化合物を前記ＶＦＡに変換することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
選択されたバイオマスを副流ＰＨＡ生産ゾーンへ注ぎ、該ＰＨＡ生産ゾーン内のバイオマスにＶＦＡを給送することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
好気性又は無酸素処理相中、前記ＧＡＯ優占バイオマスを収集し、該ＧＡＯ優占バイオマスを第１のセパレータへ注ぎ、該ＧＡＯ優占バイオマスを前記廃水から分離すること、及びその後、収集されたＧＡＯ優占バイオマスを、分離されたＧＡＯ優占バイオマスにＶＦＡが給送される副流ＰＨＡ生産ユニットへ注ぐことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
嫌気性条件下で処理される間に前記バイオマスに供給される前記ＶＦＡが、供給された総浮遊固形物（ＴＳＳ）の１ｇあたり０．０８〜０．５０ｇのＶＦＡである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記バイオマス及び廃水を混合して混合液を形成し、該バイオマスを交互の嫌気性処理及び好気性又は無酸素処理に曝すことによって、該混合液中の総浮遊固形物に対して、好気性又は無酸素条件下で少なくとも１８％の細胞内貯蔵グリコーゲンを含むＧＡＯを有するＧＡＯ優占バイオマスが生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記バイオマス及び廃水を混合して混合液を形成し、該バイオマスを交互の嫌気性処理及び好気性又は無酸素処理に曝すことによって、該混合液中のＴＳＳに対して、好気性又は無酸素条件下で少なくとも３０％の細胞内貯蔵グリコーゲンを含むＧＡＯを有するＧＡＯ優占バイオマスが生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ＧＡＯが選択された後、引き続いて、ＶＦＡを前記バイオマスに給送して、該バイオマス中の該ＧＡＯが該ＶＦＡを消費し、ＰＨＡを生産するようにし、分離されたバイオマスに引き続いてＶＦＡを給送するによって、前記廃水中のＴＳＳに対して少なくとも４５％のＰＨＡが生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記廃水をリアクターに注ぎ、該廃水を前記バイオマスで生物学的に処理することを含み、前記ＧＡＯ優占バイオマス中のＧＡＯが前記ＶＦＡ及び前記細胞内貯蔵グリコーゲンを消費して、ＰＨＡを生産する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記廃水が相当なＶＦＡを含むか、又は該方法が前記廃水中の有機物をＶＦＡに変換することを含み、前記嫌気性処理相中にＶＦＡが前記バイオマスに利用可能になっており、且つ該方法が、好気性又は無酸素処理相中のＶＦＡ負荷と比較して相対的に高いＶＦＡ負荷を前記嫌気性処理相中に供給することを伴う、上記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、以下の米国仮出願、２００９年２月１２日に出願された出願第６１／１５１，９４０号からの３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）による優先権を主張する。その出願は全体として参照により本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）は、環境に優しいポリマー材料としての有望な候補物質と考えられている。これらのポリマーは、多様な材料特性を示し、再生可能資源から生産することができる。しかしながら、純粋微生物培養を用いて行われる伝統的なＰＨＡ生産に伴う高い生産費用によって、これらのポリマーの幅広い適用が制限されている。代替のＰＨＡ生産ストラテジーが混合培養の使用に基づいて提案されている。ＰＨＡ生産に混合培養を用いることは、それが無菌条件を必要としないため、より費用効率が高くあり得る。さらに、それは、廃棄物又は廃棄副産物などの安価な基質の使用を可能にする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、混合培養バイオマス中のＰＨＡの生産を増加させるためのプロセスに関する。そのプロセスの第１ステージにおいて、基質に関連した有機材料が揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）に変換される。第２ステージにおいて、嫌気性・好気性選択プロセスを利用して、グリコーゲン蓄積生物体（ＧＡＯ）を選択し、ＧＡＯが増殖して、開放系混合培養バイオマスを優占する（ｄｏｍｉｎａｔｅ）ようにさせる。選択プロセスの嫌気性相においてＶＦＡの形で相対的に高い有機負荷を供給することによって、相対的に高いレベルの貯蔵グリコーゲンを有するＧＡＯが生じる。ステージ３において、グリコーゲンに富むＧＡＯバイオマスに、嫌気性若しくは好気性条件、又はそれらの組合せの条件下で、ＶＦＡが給送されるとき、ＰＨＡ蓄積プロセスが実行される。外部から供給された、ＶＦＡに富む基質及び内部に貯蔵されたグリコーゲンの消費を通して、バイオマス中の相対的に高いレベルのＰＨＡが生産される。その後、ＰＨＡは、残留バイオマスから分離される。
【０００４】
いくつかのプロセスにおいて、全ての３つのステージを必要とするとは限らない。例えば、基質がすでに、ＧＡＯ選択を進める前の有機変換段階を不必要であると保証するのに十分、ＶＦＡに富んでいる場合がある。さらに、いくつかの場合、ＰＨＡ蓄積プロセスをステージ２のＧＡＯ選択プロセスに組み込むことが可能であり得る。
【０００５】
より具体的には、本発明のプロセスは、選択プロセスの嫌気性相の間、バイオマスへのＶＦＡの相対的に高い負荷比率が維持される、選択又は濃縮されたＧＡＯの開放系混合培養によってＰＨＡを生産することに関する。これは、相対的に高いレベルの細胞内グリコーゲンを生じ、それが、次に、相対的に高い量のＰＨＡの蓄積を与える機構を促進することが見出されている。選択プロセスの嫌気性相の間のＶＦＡ負荷は変わり得るが、０．０７５〜０．１２６ｇ−ＶＦＡ／ｇ−バイオマスの範囲の、バイオマス（乾燥重量）へのＶＦＡの負荷比率が、約１７％〜約６０％ＰＨＡを含むバイオマスを生じるのに効果的であることが発見されている。この比率範囲は限定されない。０．１２６ｇ−ＶＦＡ／ｇ−バイオマスを超えるより高い比率もまた、相当量のグリコーゲンを生産し、それが、次に、相当量のＰＨＡを生産するのに効果的であることが、実験的試験を通して推論される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】ＧＡＯ選択プロセスにおける典型的な嫌気性・好気性サイクルを示すチャートである。
【図２】嫌気性ＰＨＡ蓄積プロセスを示すチャートである。
【図３】５０Ｃ−ｍｍｏｌ／Ｌのアセテートの２回のパルスがバイオマスに加えられた好気性ＰＨＡ蓄積プロセスを示すチャートである。
【図４】５０Ｃ−ｍｍｏｌ／Ｌのアセテートの３回のパルスがバイオマスに加えられた好気性ＰＨＡ蓄積プロセスを示すチャートである。
【図５】廃水処理システムへ組み込まれた、ＧＡＯ選択プロセス及びＰＨＡ蓄積プロセスの一実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）は、細胞内炭素及びエネルギー保存として細菌内で合成される一群のバイオポリマーである。グリコーゲン蓄積生物体（ＧＡＯ）と名づけられた、バイオマスに見出される１つの群の生物体は、特定の条件下でＰＨＡを生産する。ＧＡＯは、外部の炭素源、通常、揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）を代謝し、ＰＨＡの形で炭素を貯蔵する。
【０００８】
本発明は、ＧＡＯが濃縮された混合培養においてＰＨＡ生産を増加させることを含む。本明細書に記載されたプロセスは、少なくとも３つのステージを含み得る。第１ステージにおいて、基質を含む有機物が揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）へ変換される。第２ステージは、交互の嫌気性・好気性条件を用い、嫌気性期間の間にＶＦＡを消費する、ＧＡＯ選択プロセスである。ＶＦＡは、一般的に、ＧＡＯの好ましい基質として見られているが、他の型の有機化合物もまた基質として働き得る。このステージにおいて、ＧＡＯは成長及び増殖し、リン源が成長要求量を超えて供給されないならば、バイオマスを優占するようになる。第３ステージにおいて、ＧＡＯにおけるＰＨＡが生産され、できるだけ高い程度まで蓄積される。本発明の目的は、多量のＰＨＡを生産することである。このことが、全体的なプロセスにおける生産性能を向上させ、下流処理を実質的に向上させ、残留バイオマスからＰＨＡを分離することをより容易且つより費用効率の高いものにするからである。本明細書に記載されたプロセスは、蓄積ステージにおいて達成されるＰＨＡレベルが高ければ高いほど、ますます、経済的及び技術的により実現可能になる。
【０００９】
上記のように、本プロセスの第１ステージは、有機物をＶＦＡに変換することを含む。これは、しばしば酸生成（ａｃｉｄｏｇｅｎｅｓｉｓ）と呼ばれるプロセスにおいて嫌気性条件下で発酵バイオマスへ炭素基質を供給することによって達成される。炭素源は様々であり得るが、結果として生じたＶＦＡは、アセテート、プロピオネート、酪酸、及びバレレートの混合物を含み得る。しかしながら、いくつかの状況において、ＧＡＯを濃縮するために用いられる基質は、すでに十分なＶＦＡ含有量を有している場合があり、又は様々な理由により、ＶＦＡ含有量を増加させるために有機物を変換することが実用的でなく、若しくは実現可能でない場合がある。これらの状況において、本プロセスの第１ステージは、必要ではない可能性がある。いずれのシナリオにおいても、ＶＦＡを含む基質は、第２ステージの嫌気性相の間、ＧＡＯバイオマスに給送され、その際、安定なＧＡＯ淘汰圧（ＧＡＯ  ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を駆動し、且つ維持する。
【００１０】
ＧＡＯ選択プロセスは、第２ステージで行うことができ、一実施形態において、そのステージは連続バッチリアクター（ＳＢＲ）であり得る。しかしながら、他の実施形態において、ＧＡＯ選択は、プラグフローリアクター、一連の混合タンク、又は他の連続フローリアクターの構造内で同様に達成することができる。ＧＡＯ選択プロセスの嫌気性期間の間、ＶＦＡがＧＡＯに給送される。ＧＡＯは、細胞内に貯蔵されたグリコーゲンを加水分解し、消費し、これらの反応中に生じたエネルギーは、ＶＦＡを消費してＰＨＡを生産し、貯蔵するために用いられる。嫌気性条件下で、バイオマスへ酸素は供給されず、混合液中の溶存酸素レベルは存在せず、又はいずれにしろ相対的に低い。以下のＧＡＯ選択プロセスの好気性期間の間、ＶＦＡ供給はもはや利用できず、したがって、内部貯蔵されたＰＨＡが活性バイオマスの成長及び細胞内グリコーゲンの生産に用いられる。ＧＡＯはそのような嫌気性・好気性条件下で生育することができるが、多くの他の非グリコーゲン蓄積生物体はそのような条件下で生存することができないため、このプロセスは、バイオマスをＧＡＯで選択的に濃縮する。好気性条件下で、酸素又は別の電子受容体が、細胞成長及びグリコーゲン貯蔵のための炭素源としてＰＨＡ消費を促進するバイオマスに利用可能である。酸素は、例えば、エアレータ又はミキサーを用いて供給することができる。別の実施形態において、ＧＡＯ選択相は、好気性相と連結して用いられる無酸素相を含むことができる。さらに別の実施形態において、ＧＡＯ選択プロセスは、嫌気性・無酸素条件を含んでもよい。無酸素相を用いる場合、ＮＯ３−（ニトレート）又はＮＯ２（ニトレート）を適切な無酸素電子受容体として用いることができる。
【００１１】
第３ステージにおいて、ＧＡＯにおけるＰＨＡが生産され、できるだけ高いレベルまで蓄積される。バイオマスが、嫌気性期間の間、ＧＡＯ選択装置から収集される場合には、ＧＡＯは、代謝されたＶＦＡに起因する高レベルの貯蔵ＰＨＡを有する。したがって、バイオマスは、嫌気性相後に収集される場合には、さらなる処理を必要としない可能性がある。しかしながら、バイオマスが好気性期間の間にＧＡＯ選択装置から収集される場合には、ＧＡＯは、かなりの量の貯蔵ＰＨＡをグリコーゲンへと酸化している。したがって、バイオマスが、ＧＡＯ選択プロセスの間、好気性期間中に収集され、有るか無しかの貯蔵ＰＨＡしか有しない場合には、ＰＨＡを生産し、蓄積するために追加の処理が必要である。嫌気性条件又は好気性条件の単独か又は組合せかのいずれかの下で、ＰＨＡ生産を刺激するためにこの型のバイオマスにＶＦＡを加えることができる。
【００１２】
上記のＧＡＯ選択相の様々なパラメータを制御することによって、ＧＡＯにおけるＰＨＡの蓄積を増加させることができる。例えば、収集されたＧＡＯにおけるグリコーゲン含有量が十分高いならば、蓄積ステージ中に加えられるＶＦＡは、グリコーゲンの同時消費及びＰＨＡ生産を伴って、消費される。ＧＡＯは、嫌気性条件及び好気性条件下でのＰＨＡ合成についてグリコーゲンに依存する。したがって、ＧＡＯ選択相の間、ＧＡＯにおける高グリコーゲン含有量を保証することによって、嫌気性ストラテジー又は好気性ストラテジーのいずれによる蓄積中でも、ＰＨＡ生産能の増加が可能になる。
【００１３】
いくつかのパラメータは、ＧＡＯ選択相の間、ＧＡＯにおけるグリコーゲン含有量を最大にすることに寄与する。グリコーゲン含有量を最大にするために用いられる１つのパラメータは、ＶＦＡのバイオマスに対する重量比率である。連続フローシステムにおいて、このパラメータは、しばしば、「フロック負荷」（“ｆｌｏｃ−ｌｏａｄｉｎｇ”）と呼ばれる。ＶＦＡの量は、基質中に存在する全ての個々の揮発性脂肪酸の総量によって定義される。給送を受けることになっているバイオマスの量を表示する１つの方法は、総浮遊固形物（ＴＳＳ）の測定を通してである。ＳＢＲについて、ＶＦＡのバイオマスに対する比率は、嫌気性相の開始時でのＴＳＳとして測定されるバイオマスで割られた、嫌気性相の間にバイオマスに給送されるＶＦＡの質量（ｇ  ＶＦＡ／ｇ  ＴＳＳ）として定義することができる。単純型又は分散型給送リアクター構造での連続的なフローについて、ＶＦＡのバイオマスに対する比率は、嫌気性ゾーンに供給されるバイオマスの流量（ｇ  ＴＳＳ／時）で割られた、嫌気性ゾーンに供給されるＶＦＡの流量（ｇ  ＶＦＡ／時）として定義することができる。このパラメータを制御することによって、その後にバイオマス中のＰＨＡ蓄積能を最大にするために、ＧＡＯバイオマス中のグリコーゲンレベルを増加させる。以下で論じられているように、０．０７５〜０．１２６ｇ−ＶＦＡ／ｇ−ＴＳＳの範囲のＶＦＡのＴＳＳに対する比率が、高レベルのＰＨＡが蓄積するのを可能にする高い細胞内レベルのグリコーゲンを生じることが証明されている。一般的に、ＶＦＡのバイオマスに対する比率は、０．０８ｇ  ＶＦＡ／ｇ  ＴＳＳ又はそれを超える値であるべきである。
【００１４】
ＧＡＯ選択プロセスの嫌気性相の間の高い有機負荷は、高レベルの細胞内グリコーゲンを有するＧＡＯを生じるのに重要であり、その細胞内グリコーゲンが、次に、嫌気性条件及び／又は好気性条件下でのその後のＰＨＡ蓄積中に高ＰＨＡ生産をもたらす。ＶＦＡのＴＳＳに対する比率が０．０７５から０．１２６までの範囲であるいくつかの実験を行い、ＶＦＡのＴＳＳに対する高比率がＰＨＡの高蓄積をもたらすことを確立した。
【００１５】
一例において、ＧＡＯ選択プロセスを、０．０７５ｇ  ＶＦＡ／ｇ  ＴＳＳであるＶＦＡのバイオマスに対する比率でＳＢＲを用いて達成した。ＧＡＯは、好気性相の終わり時点で総浮遊固形物の１８％グリコーゲンを含んだ。ＰＨＡ蓄積相においてこのバイオマスに過剰のＶＦＡを給送した場合、嫌気性条件下で、生じたＴＳＳの１７％ＰＨＡが得られた。
【００１６】
別の例において、ＧＡＯ選択プロセスを、０．０８４ｇ  ＶＦＡ／ｇ  ＴＳＳであるＶＦＡのバイオマスに対する比率でＳＢＲを用いて達成した。ＧＡＯは、好気性相の終わり時点で総浮遊固形物の２４％グリコーゲンを含んだ。ＰＨＡ蓄積相においてこのバイオマスに過剰のＶＦＡを給送した場合、嫌気性条件下で、生じたＴＳＳの３０％ＰＨＡが得られ、また好気性条件下で、生じたＴＳＳの２５％ＰＨＡが得られた。
【００１７】
さらに別の例において、ＧＡＯ選択プロセスを、０．１２６ｇ  ＶＦＡ／ｇ  ＴＳＳであるＶＦＡのバイオマスに対する比率でＳＢＲを用いて達成した。ＧＡＯは、好気性相の終わり時点で総浮遊固形物の３６％グリコーゲンを含んだ。ＰＨＡ蓄積相においてこのバイオマスに過剰のＶＦＡを給送した場合、嫌気性条件下で、生じたＴＳＳの４９％がＰＨＡの形をとり、好気性条件下で、生じたＴＳＳの６０％がＰＨＡの形をとった。
【００１８】
ＧＡＯ選択プロセス及びＰＨＡ蓄積のより詳細な説明について、別紙１を参照されたい。
【００１９】
ＧＡＯ選択相の間、細胞内グリコーゲン含有量を最大にすることに寄与する他のパラメータには、温度及び固形物滞留時間（ＳＲＴ）が挙げられる。それでも、ＧＡＯ選択プロセスについてのストラテジーは、広範囲の温度及びＳＲＴにわたって実施することができる。
【００２０】
鍵となる重要なことは、ＧＡＯ選択プロセス中にバイオマスが曝される交互の嫌気性期間と好気性期間の長さの設計である。ＧＡＯ選択プロセスの嫌気性相は、ＶＦＡ消費を可能にするのに十分長いが、貯蔵ＰＨＡの過度の嫌気性消費を避けるのに十分短くあるべきである。嫌気性相時間の典型的な範囲は、１時間から４時間の間である。ＧＡＯ選択相の好気性期間中の時間は、細胞内ＰＨＡ濃度を低下させるのに十分であるが、貯蔵グリコーゲンの過度の消費を避けるのに十分短くあるべきである。一般的に、好気性時間は、貯蔵ＰＨＡ含有量が、ＴＳＳとして測定されたバイオマスの１０％未満になるように十分長い。好気性相についての時間の典型的な範囲は、２時間から２０時間の間である。
【００２１】
一例において、ＧＡＯ選択プロセスを、ＶＦＡ源としてアセテートを給送するＳＢＲを用いて行い、約３０℃で４５０日間、交互の嫌気性・好気性条件下で作動させた。この期間中、カンディダツス（Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ）コンペティバクター・ホスファティス（Ｃｏｍｐｅｔｉｂａｃｔｅｒ  ｐｈｏｓｐｈａｔｉｓ）がバイオマスの５４％から７０％の間で培養物を優占した。典型的嫌気性・好気性サイクルは図１に描かれている。図１に示されているように、ＧＡＯ選択プロセスの嫌気性相の間、アセテート及びグリコーゲンが消費され、ＰＨＡが同時に生産された。その後の好気性相の間、ＰＨＡが消費され、活性バイオマス及びグリコーゲンが生産された。
【００２２】
ＧＡＯ選択プロセスを、０．１２６ｇ  ＶＦＡ／ｇ  ＴＳＳであるＶＦＡのバイオマスに対する比率で達成した。嫌気性相の終わり時点で、ＰＨＡ含有量はＴＳＳの１７±３％であり、グリコーゲン含有量はＴＳＳの１７±２％であった。好気性相の終わり時点では、グリコーゲン含有量はＴＳＳの３６±４％であった。ＧＡＯ選択プロセスにおけるＶＦＡのバイオマスに対する高い比率は、好気性相の終わりまでにＧＡＯにおけるグリコーゲン含有量の増大を促進する。
【００２３】
嫌気性条件及び好気性条件下でのＰＨＡの蓄積を、別々のバッチ実験で研究した。したがって、ＳＢＲからのバイオマスを好気性相の終わりに取り出し、バッチリアクターへ移した。アセテート又はプロピオネートなどのＶＦＡ源を、１Ｌあたり１ｇ又は２ｇのアセテート又はプロピオネートの単一又は複数パルスでバイオマスに加えた。好気性条件又は嫌気性条件下でのＰＨＡの蓄積は、グリコーゲンがＧＡＯバイオマス中に存在する限り、進行した。ＰＨＡは、外部から供給されたＶＦＡ及び内部に貯蔵されたグリコーゲンの同時消費で生産される。
【００２４】
ＰＨＡ蓄積相においてバイオマスへ過剰ＶＦＡを給送した場合、ＴＳＳとして測定される生じたバイオマスの４９％が、ＰＨＡの形であり、嫌気性条件下で４時間内に得られた。蓄積されたＰＨＡは、３−ヒドロキシブチレート（３ＨＢ）及び３−ヒドロキシバレレート（３ＨＶ）の両方を含んだ。図２に示されているように、ＰＨＡの蓄積は、細胞内グリコーゲン含有量がＴＳＳの３％未満に低下したときに止まり、ＰＨＡ蓄積が、貯蔵されたグリコーゲンの量によって制限されたことを示している。
【００２５】
好気性条件におけるＰＨＡ蓄積相の間、５０Ｃ−ｍｍｏｌ／Ｌのアセテートの２回のパルスをバイオマスに加えた。これらの条件下で、ＴＳＳとして測定される生じたバイオマスの６０％がＰＨＡの形であった。好気性条件下での別個の実験において、５０Ｃ−ｍｍｏｌ／Ｌのアセテートの３回のパルスをバイオマスに加えた。これらの条件下で、ＴＳＳとして測定される生じたバイオマスの５９％がＰＨＡの形であった。両方の好気性蓄積実験において、蓄積されたＰＨＡは３ＨＢのみを含んだ。さらに、図３及び図４は、両方の好気性蓄積実験において、嫌気性条件下で観察されたように、ＰＨＡ生産速度及びグリコーゲン消費速度が時間とともに減少した。したがって、細胞内グリコーゲンレベルが、嫌気性条件下と同様に好気性条件下でもＰＨＡ生産を制御する。
【００２６】
嫌気性条件下で４時間、続いて、好気性条件下で４時間、アセテートをパルスで供給しながら、１つの実験を行った。グリコーゲンプールが嫌気性ＰＨＡ蓄積により消耗したとき（ＴＳＳの３％）、培養物について観察された最高ＰＨＡ含有量（ＴＳＳの６０％）未満のＰＨＡ含有量（ＴＳＳの４７％）から明らかであるように、バイオマスがＰＨＡで飽和していなかったにもかかわらず、好気性条件下でのさらなるＰＨＡ蓄積は起こらなかった。これは、ＧＡＯにおけるＰＨＡ合成が、好気性条件下でもグリコーゲン消費に依存することを示している。
【００２７】
上記のＧＡＯ選択プロセス及びＰＨＡ蓄積プロセスは、一般的に図５の数字１０によって示されている廃水処理システムへ組み込んでもよい。本明細書に例示された実施形態において、廃水処理システムは、様々な型の水及び廃水を処理するために用いることができる。本明細書に用いられる場合、用語「廃水」は、工業的及び／又は家庭的な方法、プロセス、又は活動の出口として生じ得る任意の水流を意味する。共通したシナリオにおいて、出口水流は、方法、プロセス、又は活動の副産物として生じる有機化合物及び無機化合物を含む。しかしながら、例えば、汚泥発酵などの他の場合、水性出口は、揮発性脂肪酸に富む流れであることが意図され、方法、プロセス、又は活動の一次生成物である。このように、本明細書に用いられる場合、用語「廃水」は、本プロセスへの適切な流入であって、且つ典型的には、ある種の処理なしには環境へ直接、排出できないものを指す。
【００２８】
廃水処理システム１０をより詳細に見ると、廃水流入１２は、酸性相消化槽（ＡＰＤ）１４へ注がれる。プロセスのこの相の間、廃水中の有機材料は、嫌気性条件下でＶＦＡへ変換される。ＶＦＡへの有機材料の変換は、ＶＦＡのメタン及び二酸化炭素へのさらなる変換を許すことなく進行するようにする。ＡＰＤ１４における固形物滞留時間及びｐＨを制御するために、バイオマス出口１６及びｐＨ調整入口２０は、それぞれ、ＡＰＤ１４に含まれてもよい。さらに、ＡＰＤ１４は、ガス出口１８を含んでもよい。ＡＰＤ１４はバッチリアクター、連続バッチリアクター、又は連続フローリアクターであってもよい。さらに、ＡＰＤ１４は、懸濁成長リアクター又はバイオフィルム成長リアクターであってもよい。入ってくる廃水流入の特徴に依存して、ＡＰＤ１４が必要とされない場合がある。すなわち、廃水流入はＶＦＡが十分豊富であるならば、ＡＰＤ１４は迂回されてもよい。
【００２９】
十分な量のＶＦＡが廃水中に生成した後、廃水は、ＡＰＤ１４から廃水処理リアクター（ＷＷＴ）２２へ注がれる。ＷＷＴ２２において、（ＶＦＡが大半を占める）有機材料は、バイオマス及び二酸化炭素へ変換される。バイオマスは、廃水と混合されて、混合液を形成する。バイオマスは、ＧＡＯ選択プロセスを体現する交互の嫌気性・好気性条件に曝される。別の実施形態において、無酸素条件が、好気性条件の代わりに、又は好気性条件と組み合わせて用いることができる。ＶＦＡのバイオマスへの相対的に高い負荷比率は、ＧＡＯにおけるグリコーゲンレベルの増加を促進する。ＷＷＴ２２は、連続バッチリアクター、連続フローリアクター、直列式タンク、プラグフローリアクター、従来型給送リアクター、又はステップ給送リアクターであってもよい。ＷＷＴ２２はまた、化学物質添加入口２４、給気入口２６、及びガス出口２８を含んでもよい。
【００３０】
その後、ＧＡＯが濃縮されたバイオマスを含む廃水は、セパレータ３０に注がれ、そこでバイオマスは、処理された廃水の排水３２から分離される。一実施形態において、ＧＡＯが濃縮されたバイオマスは、バイオマスが十分なレベルのＰＨＡを有する場合には、下流処理システム（ＤＳＰ）３４へ注がれる。すなわち、バイオマスが、ＧＡＯ選択プロセスの嫌気性相の間に収集されるならば、バイオマスのＰＨＡ含有量は、すでに十分であり得、さらなるＰＨＡ蓄積を必要としないであろう。しかしながら、バイオマスはＧＡＯ選択プロセスの好気性相の間に収集された場合には、バイオマスは、有るか無しかのＰＨＡ含有量を有するであろう。したがって、この型のバイオマスは、さらなる処理のためにＰＨＡ生産プロセス（ＰＰＰ）３６へ注がれ得る。
【００３１】
ＰＰＰ３６において、ＶＦＡがバイオマスに加えられる。一実施形態において、ＡＰＤ１４を出て行くＶＦＡが濃縮された廃水は、ＰＰＰ３６へ注ぐことができる。別の実施形態において、ＶＦＡに富む、導入される廃棄流３８は、ＰＰＰ３６に注がれる。さらに別の実施形態において、ＡＰＤ１４からのＶＦＡが濃縮された廃水とＶＦＡに富む導入される廃棄流３８の両方が、ＰＰＰ３６へ注ぐことができる。ＰＰＰ３６におけるバイオマスは、好気性条件、嫌気性条件、又は嫌気性・好気性サイクルに曝される。ＰＰＰ３６は、バッチリアクター、連続バッチリアクター、又は連続フローリアクターであってもよい。さらに、ＰＰＰ３６は、化学物質添加、給気入口４０、及びガス出口４２の設備を含んでもよい。
【００３２】
ＰＰＰ３６におけるＰＨＡ蓄積は、嫌気性及び好気性ＰＨＡ蓄積の両方の間において、ＧＡＯ内のグリコーゲン含有量に依存する。これらのグリコーゲンレベルは、ＷＷＴ２２内でのＧＡＯ選択におけるＶＦＡ負荷によって制御することができる。
【００３３】
十分なレベルのＰＨＡがＧＡＯバイオマス内で生産された後、バイオマスは、セパレータ４４に注がれ、そこでバイオマスは、棄却水から分離される。一実施形態において、棄却水はＡＰＤ１４へ再循環されてもよい。その後、分離されたバイオマスは、下流処理（ＤＳＰ）３４プロセスへ注がれる。ＤＳＰ３４は、残留バイオマスからＰＨＡを分離するための任意の手段を含む。これには、非ＰＨＡバイオマスをＰＨＡから除去し、続いて、ＰＨＡの分離及び乾燥を行うための入口４６を通しての化学物質及び機械的エネルギーの添加を挙げることができる。その後、ＤＳＰ３４は、ＰＨＡ５０から残留バイオマス、又は「非ＰＨＡ細胞物質」（ＮＣＰＭ）４８を分離する。ＮＣＰＭは、バイオガス生産に用いられてもよいし、ＡＰＤ１４又はＷＷＴ２２へ返送されてもよい。
【００３４】
もちろん、本発明は、本発明の範囲及び本質的特徴から逸脱することなく、本明細書に示されたこと以外の特定の方法で行うことができる。したがって、本実施形態は、全ての態様において、例示するものであって、制限するものではないと解釈されるべきであり、添付された特許請求の範囲の意味及び等価範囲内に入る全ての変化が、それに包含されるものとする。
【図５】
0005713920.tif 000002
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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