(57)【要約】【課題】本発明は、反応後の水相を脱硫油相から効率良く分離し、連続脱硫可能な反応装置を構築すること。【解決手段】微生物を利用した脱硫のための装置であって、脱硫反応槽内に当該微生物径より大きなポアサイズを有する疎水性多孔質膜を備えていることを特徴とする脱硫装置、および該装置を利用した脱硫方法。【選択図】  図４
2004217725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物を利用した脱硫方法において、脱硫後の油相を当該微生物径よりも大きなポアサイズを有する疎水性多孔質膜を用いて、該微生物を含む水相から分離することを特徴とする脱硫方法。
【請求項２】
以下の工程を含む、請求項１記載の方法：
（１）あらかじめ疎水性多孔質膜内に脱硫で使用する油相を加圧透過させ、次いで、脱硫で使用する油相と水相の混合液を供して加圧する；
（２）上記疎水性多孔質膜に微生物を含む脱硫後の反応液を供し、脱硫油相のみを膜内に加圧透過させる；
（３）残った微生物を含む水相にさらに脱硫すべき油相を加え、脱硫反応を行う；
（４）上記（２）および（３）の工程を繰り返し、連続的に脱硫を行う。
【請求項３】
脱硫後の油相を水相と分離する工程において、加圧条件を定期的に変化させることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
微生物を利用した脱硫のための装置であって、脱硫反応槽内に該微生物径よりも大きなポアサイズを有する疎水性多孔質膜を備えていることを特徴とする脱硫装置。
【請求項５】
微生物径よりも大きなポアサイズを有する疎水性多孔質膜を備えてなる脱硫反応槽と、該脱硫反応槽に脱硫すべき油相を供給する手段と、該脱硫反応槽から分離された脱硫油相を除去する手段を含む、請求項４記載の装置。
【請求項６】
疎水性多孔質膜がチューブ状の形態である、請求項４または５記載の装置。
【請求項７】
さらに脱硫反応槽内の圧力を制御する手段を含む、請求項４〜６のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微生物を利用した脱硫（バイオ脱硫）のための装置と方法に関する。より詳細には、疎水性多孔質膜を利用した油水分離により連続的脱硫を可能とした脱硫装置、および該装置を利用した脱硫方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、含硫化合物の脱硫方法としては水素化脱硫が主流である。水素化脱硫では、石油留分中の硫黄化合物を触媒存在下で水素と反応させ、硫黄を硫化水素として除去する。しかし、金属触媒は一般にその基質特異性が低く、多様な種類の硫黄化合物を脱硫し、化石燃料全体の硫黄含量を低下させる目的には適しているが、特定のグループの含硫化合物に対してはその脱硫効果が不十分となる場合がある。例えば、水素化脱硫後の軽油中にはアルキルベンゾチオフェン、アルキルジベンゾチオフェンなどの種々の複素環式有機硫黄化合物が残存する。これに対し、微生物を用いたバイオ脱硫は、水素化脱硫では脱硫困難な含硫複素環式化合物等を比較的温和な条件下で効率的に脱硫できるため、水素化脱硫の補完プロセスとして注目されている。
【０００３】
プラントスケールで水素化脱硫の後にバイオ脱硫プロセスを行う場合、その処理量が膨大で、かつ煩雑な操作が困難であるため、菌体反応は連続反応であることが好ましい。すなわち、脱硫反応後の菌体は脱硫油相と効率よく分離され、次の反応に供されることが必要となる。
【０００４】
従来、バイオ脱硫では、一般に微生物を含む比較的多量の水相と油相を攪拌下で反応させ、反応後の水相を遠心分離装置等を用いて脱硫油相から分離するとともに、菌体を水洗・ろ過するなどして脱硫装置にリサイクルしている（例えば、特許文献１〜３、および非特許文献１参照）。つまり、これらの方法では油水分離の大掛かりな装置を必要としたり、微生物の固相化や連続的供給を必要とするなど煩雑な点が多く、効率のよい連続脱硫装置の構築が望まれていた。
【０００５】
一方、脱硫に用いられる微生物は約１μｍ程度の大きさを有するため、微生物を含む水相から脱硫油相を分離するためには、１μｍより小さいポアサイズを有する分離膜を用いなければならないと考えられる。しかしながら、微細なポアサイズの膜を用いた油水分離は、抵抗が大きく分離速度が遅いなどの問題点がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−７９２９４号公報
【特許文献２】
特開平１０−９４３８９号公報
【特許文献３】
特開平９−２３４３３４号公報
【非特許文献１】
ＭＣＦａｒｌａｎｄ  Ｂ．  Ｌ．，  Ｂｏｒｏｎ  Ｄ．  Ｊ．，  Ｄｅｅｖｅｒ  Ｗ．，  Ｍｅｙｅｒ  Ｊ．  Ａ．，  Ｊｏｈｎｓｏｎ  Ａ．  Ｒ．  ａｎｄ  Ａｔｌａｓ  Ｒ．  Ｍ．，  （１９９８），  Ｂｉｏｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｓｕｌｆｕｒ  ｒｅｍｏｖａｌ  ｆｒｏｍ  ｆｕｅｌｓ  ：  Ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｅｉｎｇ  ｌｏｗ  ｓｕｌｆｕｒ  ｇａｓｏｌｉｎｅ．，  Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｒｅｖ．  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．，  ２４，ｐ９９−１４７
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、脱硫反応後の水相を油相から効率良く分離し、連続脱硫可能な反応装置を構築することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、菌体より大きなポアサイズを有する疎水性多孔質膜に油相を透過させ、次いで油水混合液を透過させて膜上に被膜を形成させれば、該多孔質膜を用いて油水菌体混合液から油相のみを分離できることを見出した。さらに、この油水分離の条件をコントロールすることにより、さらに効果的な分離が可能になることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち本発明は、微生物を利用した脱硫方法において、脱硫後の油相を当該微生物径よりも大きなポアサイズ（例えば最大孔径１０μｍ以上）を有する疎水性多孔質膜を用いて、該微生物を含む水相と分離することを特徴とする脱硫方法に関する。
【００１０】
前記方法は、例えば以下の工程により実施される。
（１）あらかじめ疎水性多孔質膜内に脱硫で使用する油相を加圧透過させ、次いで、脱硫で使用する油相と水相の混合液を供して加圧する；
（２）上記疎水性多孔質膜に微生物を含む脱硫後の反応液を供し、脱硫油相のみを膜内に加圧透過させる；
（３）残った微生物を含む水相にさらに脱硫すべき油相を加え、脱硫反応を行う；
（４）上記（２）および（３）の工程を繰り返し、連続的に脱硫を行う。
【００１１】
本発明の方法では、硫後の油相を水相と分離する工程において、加圧条件を定期的に変化させることにより、より効果的な油水分離が可能となる。
【００１２】
本発明はまた、脱硫反応槽内に微生物径よりも大きなポアサイズを有する疎水性多孔質膜を備えてなる、微生物を利用した脱硫のための装置を提供する。
【００１３】
前記装置は、例えば、微生物径よりも大きなポアサイズを有する疎水性多孔質膜を備えてなる脱硫反応槽と、該脱硫反応槽に脱硫すべき油相を供給する手段と、該脱硫反応槽から分離された脱硫油相を除去する手段を含む。
【００１４】
本発明の脱硫装置は、さらに脱硫反応槽内の圧力を制御する手段を含むことが好ましい。
ある態様において、前記疎水性多孔質膜はチューブ状の形態を有し、その内部に脱硫油相を透過させ、反応槽から脱硫油層を除去する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
１．  本発明のバイオ脱硫方法
本発明の脱硫方法は、微生物を利用した脱硫方法（バイオ脱硫方法）において、脱硫後の油相を該微生物径よりも大きなポアサイズ（例えば最大孔径１０μｍ以上）を有する疎水性多孔質膜を用いて、該微生物を含む水相と分離することを特徴とするものである。
【００１６】
前記方法は、例えば、以下の工程により実施される。
（１）あらかじめ疎水性多孔質膜内に脱硫で使用する油相を加圧透過させ、次いで、脱硫で使用する油相と水相の混合液を供して加圧する；
（２）上記疎水性多孔質膜に微生物を含む脱硫後の反応液を供し、脱硫油相のみを膜内に加圧透過させる；
（３）残った微生物を含む水相にさらに脱硫すべき油相を加え、脱硫反応を行う；
（４）上記（２）および（３）の工程を繰り返し、連続的に脱硫を行う。
【００１７】
１．１  疎水性多孔質膜の前処理
本発明の方法で用いられる「疎水性多孔質膜」とは、微細な孔を多数有し、親油性成分のみを選択的に透過させることができる膜である。孔の大きさ、すなわちポアサイズは、油相透過に必要な加圧と効果的な微生物除去とのバランスによって決定されるが、当該微生物径（およそ１〜２μｍ程度）の２〜１０倍であることが好ましい。具体的には、最大孔径１０μ以上であることが好ましく、特に１０〜１００μｍ程度が好ましい。ポアサイズが小さすぎると、油相透過の抵抗が大きく、分離速度が遅くなり、またポアサイズが大きすぎると、微生物の除去が不完全になるからである。
【００１８】
前記疎水性多孔質膜は繊維状のフィルター乃至はそれを加工したものであれば、疎水性を有する限りその素材は特に限定されず、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、パーフルオロエチレンプロペンコーポリマー、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー、ポリビニリデンフルオライド、ポリクロロトリフルオロエチレン、エチレン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー、ポリテトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソールコポリマー、ポリビニルフルオライド等のフッ素樹脂等を挙げることができる。
【００１９】
本発明の脱硫方法では、疎水性多孔質膜は、あらかじめ膜内に脱硫で使用する油相を加圧透過させ、次いで、脱硫で使用する油相と水相の混合液を供して加圧する前処理を行っておく。この前処理により膜表面に被膜が形成され、膜のポアサイズよりもはるかに小さい微生物の膜内への透過が阻止され、油相成分の選択的透過が可能となる。したがって、本発明の脱硫方法や脱硫装置においては、この被膜を破壊する界面活性剤等が混入しないように注意する必要がある。
【００２０】
図１〜３に本発明の脱硫方法の概要を示す。図１は、通常の分離膜と本発明の分離膜の違いを示したものである。図２は本発明の疎水性多孔質膜による油水分離の概要を示したものである。また、図３は、疎水性多孔質膜表面に形成される被膜の概念を示したものである。
【００２１】
疎水性多孔質膜の前処理において、予め透過させる油相は脱硫後に得られる油相と同種の油相であって、微生物や硫黄を含まない油相である。負荷する圧力の大きさは、主として疎水性多孔質膜の種類によって決定され、例えば、ポアフロンチューブ（気孔率６０  ％、内径  ３  ｍｍ、外径  ４  ｍｍ、長さ  １００  ｍｍ、：住友電工ファインポリマー製）の場合であれば、１〜３０ＫＰａ程度加圧すればよい。
【００２２】
また、油相と水相の混合液は、硫黄を含まない脱硫油相と脱硫反応で用いられる微生物を含まない水相の混合液である。負荷する圧力の大きさは、油相透過のと同様に、主として疎水性多孔質膜の種類によって決定され、例えば前述のポアフロンチューブの場合であれば、３０ＫＰａ以下であることが望ましい。これ以上の圧力では、分離圧力が油水間の界面張力を超えて、水相が膜内に透過し、良好な被膜形成ができない恐れがあるからである。
【００２３】
１．２  脱硫反応液の油水分離
上記前処理後の疎水性多孔質膜に微生物を含む脱硫後の反応液を供し、脱硫油相のみを膜内に加圧透過させ、油水分離を行う。
【００２４】
ここで、油相透過速度は負荷する圧力に比例して増大するが、圧力が高すぎると水相とともに膜内に微生物が漏れ出す危険性がある。最良の分離能を達成するための好適な圧力は、主として用いる疎水性多孔質膜の種類によって決定され、例えば、前述のポリフロンチューブであれば、３０ＫＰａを超えないことが望ましい。
【００２５】
１．３  加圧条件
本発明の脱硫方法においては、反応が進行するにつれ、水相中の微生物菌体が疎水性多孔質膜表面に菌体膜を形成し、油相透過の妨げになる。したがって、この菌体膜を除去し、好適な油相透過を維持するため、油水分離工程で定期的に加圧条件を変化させることが好ましい。この加圧条件の変化により、脱硫油相の逆流が起こり、膜表面に形成された菌体膜が除去される。なお、加圧条件の変化は、例えば加圧を一定間隔で中断するなどすればよい。
【００２６】
１．４  連続的脱硫反応
疎水性多孔質膜を通して脱硫油相が透過・分離された反応槽内には、微生物を含む水相が残る。ここに新たに脱硫すべき油相を添加することにより、引き続き脱硫反応が可能となる。
【００２７】
なお、脱硫で用いられる微生物は、脱硫能力を有する微生物であれば特に限定されず、例えば、ジベンゾチオフェンを脱硫する微生物：ロドコッカス  エリスロポリス（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ  ｅｒｙｔｈｒｏｐｏｌｉｓ）  ＫＡ２−５−１（Ｋｏｂａｙａｓｈｉ  Ｍ．  ｅｔ  ａｌ．，  ＦＥＭＳ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．  Ｌｅｔｔ．，  １８７，  １２３−１２６  （２０００））、ロドコッカス  ロドクロウス（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ  ｒｈｏｄｏｃｈｒｏｕｓ）ＩＧＴＳ８  （ＡＴＣＣ５３９６８）  （Ｋｉｌｂａｎｅ，Ｊ．Ｊ．  Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，  Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ，  ３，  ６９−７０  （１９９０））、コリネバクテリウム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ）ｓｐ．  ＳＹ−１  （Ｏｈｍｏｒｉ，  Ｔ．  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｐｐｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．，５８，９１１−９１５，  １９９２）、ミコバクテリウム（Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）  ｓｐ．  Ｇ３  （Ｎｅｋｏｄｚｕｋａ，  Ｓ．  ｅｔ  ａｌ．，  Ｂｉｏｃａｔａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  Ｂｉｏｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ，  １５  １７−２７  （１９９７）），  ゴルドナ（Ｇｏｒｄｏｎａ  現ゴルドニア（Ｇｏｒｄｏｎｉａ））ＣＹＫＳ１（Ｒｈｅｅ  Ｓ−Ｋ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｐｐｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．，６４，  ２３２７−２３３１  （１９９８））、ブレビバクテリウム（Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ）  ｓｐ．  ＤＯ  （ｖａｎ  Ａｆｆｅｒｄｅｎ，  Ｍ．  ｅｔ  ａｌ．，    Ａｒｃｈ．  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．，１５３，  ３２４−３２８，１９９０）や、ロドッカス（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ、旧アルスロバクター（Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ））  Ｋ３ｂ（Ｄａｈｌｂｅｒｇ，  Ｍ．Ｄ．（１９９２）  Ｔｈｉｒｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｏｆ  Ｃｏａｌ，  Ｍａｙ４−７，  ＣｌｅａｒｗａｔｅｒＢｅａｃｈ，ＦＬ，ｐｐ．１−１０．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，  ＰａｌｏＡｌｔｏ，  ＣＡ．）、ベンゾチオフェンを脱硫する微生物：ゴルドナ（Ｇｏｒｄｏｎａ、現ゴルドニア（Ｇｏｒｄｏｎｉａ））  ２１３Ｅ  （Ｇｉｌｂｅｒｔ．Ｓ．Ｃ．  ｅｔ  ａｌ．，Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ．１４４  ２５４５−２５５３  （１９９８））、ロドコッカス（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ）  Ｔ０９  （Ｍａｔｓｕｉ  Ｔ．  ｅｔ  ａｌ．，  Ｂｉｏｓｃｉ．  Ｂｉｏｔｅｃｈ．  Ｂｉｏｃｈｅｍ．６４（３），５９６−５９９  （２０００））、ゴルドニア（Ｇｏｒｄｏｎｉａ）  Ｔ０８  （Ｍａｔｓｕｉ  Ｔ．  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｐｐｌ．  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．  ５７，  ２１２−２１５  （２００１））、ジベントチオフェンおよびベンゾチオフェンの両者を脱硫する微生物：ペニバチルス属（Ｐａｅｎｉｂａｃｉｌｌｕｓ）Ａ  １１−１およびＡ  １１−２株（特開平１０−３６８５９）等を挙げることができる。こうした微生物を利用した脱硫方法は既に当該技術分野で周知である。なお、微生物は水相に懸濁された状態であっても、ペースト状であっても、適当な担体に固定化された状態であってもよい。
【００２８】
微生物を含む水相は、同時に微生物の培地であり、油相には脱硫すべき含硫化合物のほか微生物の炭素原となるべき物質（例えば、エタノール等）を含んでいることが好ましい。脱硫は、微生物を含む水相と脱硫すべき油相を攪拌下で反応させることにより実施できる。反応条件（例えば、温度、ＣＯ２、水相組成等）は、用いる微生物の種類に応じて適宜設定される。微生物の濃度は、十分な脱硫能力を得るために十分な濃度を確保する必要がある。しかしながら、微生物の濃度が高すぎると疎水性多孔質膜表面に微生物の菌体層が形成され、油相透過の妨げになるため注意が必要である。したがって、適切な微生物の濃度は、そのような条件を考慮しつつ、用いる微生物の種類や攪拌速度等に応じて適宜設定することが望ましい。なお、微生物は必要であれば、脱硫反応の途中で適宜追加を行ってもよい。
【００２９】
かくして、本発明の脱硫方法では、脱硫後の油水分離と、油相追加による新たな脱硫反応を繰り返し、連続的な脱硫が可能となる。
【００３０】
２．  バイオ脱硫装置
本発明の脱硫装置は、微生物を利用した脱硫のための装置であって、脱硫反応槽内に当該微生物径よりも大きなポアサイズ（例えば最大孔径１０μｍ以上）を有する疎水性多孔質膜を備えていることを特徴とするものである。
【００３１】
前記装置は、例えば、微生物径よりも大きなポアサイズ（例えば最大孔径１０μｍ以上）を有する疎水性多孔質膜を備えてなる脱硫反応槽と、該脱硫反応槽に脱硫すべき油相を供給する手段と、該脱硫反応槽から分離された脱硫油相を除去する手段を含む。図４に本発明の装置の一例を示す。
【００３２】
本発明の装置において、疎水性多孔質膜の形状は特に限定されないが、チューブ状であることが望ましい。該チューブは、より広い表面積を確保するため、反応槽内に、例えばコイル状に巻くようにして設置することが望ましい。
【００３３】
脱硫反応槽内には、脱硫すべき油相と微生物を含む水相の油水混合液が入れられ、その脱硫反応を好適に行うための攪拌手段が含まれる。さらに疎水性多孔質膜によって分離された脱硫油相を反応槽内から除去する手段と、新たな脱硫すべき油相を供給する手段が含まれ、連続的脱硫反応を可能にする。
【００３４】
本発明の脱硫装置は、脱硫反応槽内の圧力を制御する手段をさらに含むことが好ましい。該装置を用いて定期的に加圧条件を変化させることにより、脱硫油相の逆流を起こし、疎水性多孔質膜表面に形成された菌体膜を除去し、好適な油相透過を維持することができる。
【００３５】
以上の装置は、容易にスケールアップすることができ、しかも連続的稼動が可能であるため、工業的レベルでのバイオ脱硫に応用することができる。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３７】
実施例１：油水菌体分離試験
１．  試験目的
図４に示すように、疎水性多孔質膜を使った油水菌体分離法を連続脱硫反応装置に適用した装置を作製した。このような装置では、菌体反応の状況に応じて分離をコントロールする必要がある。そこで、菌体分離に影響すると考えられる、分離圧力、菌体濃度のパラメーターを変化させて、菌体分離能に対する影響を検討した。
【００３８】
反応を考慮せずに、単に分離能力を上げるためには、分離圧力を高くし、菌体濃度を低くすればよい。しかし、実際には膜表面に形成される菌体層が分離効率に大きく影響しており、この菌体層を除去することができれば効率はさらに上がることが期待できる。そこで、一定間隔で減圧することにより、分離された油の逆流を起こし、菌体層を除去する操作（以下、この操作を「逆洗」と呼ぶ。）を行った際の影響についても検討した。
さらに、上記の系に界面活性剤を添加し、疎水性多孔質膜上の被膜破壊による微生物の膜透過を確認する試験も行った。
【００３９】
２．  試験方法
気孔率６０  ％、内径  ３  ｍｍ、外径  ４  ｍｍ、長さ  １００  ｍｍのポアフロンチューブ（住友電工ファインポリマー製）を図４の装置に取り付けた。まず前々処理として、ｎ−ｔｅｔｒａｄｅｃａｎｅのみ１  Ｌを用いて１０００  ｒｐｍで撹拌し、圧力（１０  ＫＰａ）をかけてチューブを透過させた。次に前処理として、水０．５  Ｌとｎ−ｔｅｔｒａｄｅｃａｎｅ  ０．５  Ｌを用いて、前々処理と同様の操作を行うことにより、チューブ表面に被膜を形成させた。その後、菌体（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ  ｅｒｙｔｈｒｏｐｏｌｉｓ  ＫＡ２−５−１  株：受託番号ＦＥＲＭ  Ｐ−１６２７７）を含む培養液（Ｇｌｕｃｏｓｅ  ５ｇ／Ｌ，  ＤＢＴ  ５０ｍｇ／Ｌ，  ＤＢＴ  ５０ｍｇ／Ｌ，  ＥＤＴＡ・２Ｎａ  ２５ｍｇ／Ｌ，  ＮＨ４Ｃｌ  １．０ｇ／Ｌ，  ＫＨ２ＰＯ４  ０．５ｇ／Ｌ，  Ｋ２ＨＰＯ４  ４．０ｇ／Ｌ，  ＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ  ０．１ｇ／Ｌ，  ＮａＣｌ  １０ｍｇ／Ｌ，ＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏ  ２０ｍｇ／Ｌ，  ＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ  ５ｍｇ／Ｌ，  ＺｎＣｌ２  ５ｍｇ／Ｌ，  ＭｎＣｌ２・４Ｈ２Ｏ  ５ｍｇ／Ｌ，  ＣｕＣｌ２  ０．５ｍｇ／Ｌ，  ＮａＭｏＯ４・２Ｈ２Ｏ  １ｍｇ／Ｌ，  Ｖｉｔａｍｉｎｅ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  １ｍＬ）０．５  Ｌ  とｎ−ｔｅｔｒａｄｅｃａｎｅ  ０．５  Ｌを用いて、１０００  ｒｐｍ  で撹拌しながら、適当な圧力をかけ、油水菌体分離試験を行った。なお、ＫＡ２−５−１株はＣ−Ｓ結合分解型の高い脱硫活性を有する細菌でその詳細は特開平１１−９２９３  号公報に開示されている。
【００４０】
逆洗の効果を調べる試験では、上記と同様にして油水菌体分離試験を行い、５  分間に  １  回（  ３０  秒）  の割合でジャーファメンター内を減圧した。
界面活性剤の添加による被膜破壊については、系にＴｗｅｅｎ  ２０を０．１％添加し、１０ＫＰａの圧力で同様に油水分離を行った。
【００４１】
３．  試験結果
（１）    各種パラメーターの影響
▲１▼分離圧力
まず、分離圧力を変化させて試験を行った結果を図６に示す。チューブ内の油相透過速度（Ｆｌｕｘ）は、図５のグラフのように、一定となったときの範囲で試験を実施した。
【００４２】
▲２▼菌体濃度
次に、菌体濃度を変化させて試験を行ったときの結果を図７〜９に示す。図７は、菌体濃度によるＦｌｕｘの変化を表している（このときのＦｌｕｘの値も、圧力の時と同様に一定となった値を採用した）。図８と図９はそれぞれ、各菌体濃度による過理論式におけるγ値とβ値の変化を示したものである。
【００４３】
［  ろ過理論式  ］
【数１】
2004217725.tif 000003
【００４４】
ここで、Ａはろ過面積（  ｍ３  ）、Ｖはろ過時間ｔ（  ｓ  ）までに分離されたろ液量（  ｍ３  ）、Ｐはろ過圧力（  Ｐａ  ）、ＲｃおよびＲｍはそれぞれ単位面積あたりのケークおよびろ材が与える流動抵抗（  ｍ−１  ）、μ  はろ液粘度（  Ｐａ・ｓ  ）である。
定常状態になるまでは▲１▼式の分母の阻害定数Ｒｃが変化すると考えることができる。また、この理論モデルについて、そのときまでにろ過した液の量をＶ、および液に含まれる透過できない物質の濃度をｃとすると、
【００４５】
【数２】
2004217725.tif 000004
ここで、αは平均ろ過抵抗である。
【００４６】
▲２▼式を▲１▼式に代入して、整理すると▲３▼が得られる。
【数３】
2004217725.tif 000005
【００４７】
▲３▼を初期条件  ｖ  ＝  ０，  ｔ  ＝  ０で積分すると▲４▼および▲５▼が得られる。
【数４】
2004217725.tif 000006
【００４８】
【数５】
2004217725.tif 000007
【００４９】
以上より、横軸にＶ、縦軸にｔ／Ｖをプロットし、その傾きからγ、切片からβを求めることができる。そしてそのβ、γからＲｍおよびαを算出できる。
【００５０】
（２）逆洗の効果
逆洗の効果を検討した結果を図１０に示す。図１０は、操作圧  ８  ＫＰａ  で油水菌体分離試験を行った時の分離された油の量の経時変化を表したものである。このグラフからわかるように、逆洗により通常の約  ２  倍の処理量が得られることが確認された（  １８０  分の時点で、逆洗なしでは１３７  ｇ、逆洗ありでは２５０  ｇ  ）。
【００５１】
（３）界面活性剤の影響
Ｔｗｅｅｎ  ２０を添加した系では、チューブ内に透過した油相に多量の水と高濃度の微生物菌体の混入が確認された。
【００５２】
４．  考察
（１）各種パラメーターの影響
▲１▼分離圧力
Ｆｌｕｘは圧力に比例して増加した。しかし、分離圧力が水とｎ−ｔｅｔｒａｄｅｃａｎｅ間の界面張力を超えてしまうと菌体まで漏れてしまうため、Ｆｌｕｘの増加はストップする。ちなみに、本発明者らのこれまでの試験により、３０ＫＰａ以上で菌体が漏れ出すことがわかっている。
【００５３】
▲２▼菌体濃度
最初は菌体濃度の増加につれて、Ｆｌｕｘは減少するが、ある値以上では一定になる。これは、膜表面に形成する菌体層の増加に限界があるからである。つまり、菌体濃度が低い条件下では、この限界に到達する前に、菌体層の生成速度と攪拌により剥ぎ取られる速度が釣り合う。一方、菌体濃度の高いところでは、速度が釣り合う前に菌体層形成の限界に達し、ある一定以上の菌体濃度では濃度に関係なくＦｌｕｘの値が決まるためと考えられる。
【００５４】
さらに、ろ過理論式において、使用する膜、膜面積、分離圧力、ろ液粘度が一定であればβ値は一定であり、この試験においても図９よりβ値が一定になっているとことがわかる。ろ過理論式ではγ値と菌体濃度は正比例の関係にある。図８では、菌体濃度が高いところではγ値が指数関数的に増加しているが、菌体濃度の低い分離初期には直線的増加であり、疎水性多孔質膜を用いた油水分離においてもろ過理論式が満たされることが確認された。
【００５５】
（２）逆洗の効果
また、図１０のグラフからわかるように、逆洗を行わなかったときに比べ、逆洗を行ったときには一定時間内に約２倍量のｎ−ｔｅｔｒａｄｅｃａｎｅを得ることができた。これは、逆洗によりチューブ表面の菌体層が剥ぎ取られ、それによりろ過抵抗が減り、より多くのｎ−ｔｅｔｒａｄｅｃａｎｅが透過できたためと考えられえる。このことから一定間隔で逆洗を行うことにより、さらに効率よく油水分離が行えることが確認された。
【００５６】
（３）界面活性剤の影響
界面活性剤の添加により、チューブ内に水と菌体が多量に透過したことから、この系では疎水性多孔質膜表面に形成される被膜により、当該多孔質膜のポアサイズよりも小さな微生物の透過が阻止されていることが確認された。したがって、本発明の方法では、界面活性剤が系に混入しないように注意することが重要である。
【００５７】
実施例２：連続菌体反応分離試験
１．  試験目的
実施例１で用いた装置に、さらにサンプリング用の管を取り付け、ｐＨ  調整のためのアンモニアを添加できるようにした。この装置を用いて、疎水性多孔質分離膜を利用した脱硫反応系を構築し、菌体反応と油水分離がきちんと機能しているかどうかを検討した。
【００５８】
２．  試験方法
菌体反応を同時に行うため、ｎ−ｔｅｔｒａｄｅｃａｎｅ中の硫黄量が３００  ｐｐｍとなるようにＤＢＴをｎ−ｔｅｔｒａｄｅｃａｎｅに溶かし、さらに炭素源としてｅｔｈａｎｏｌを溶かしたものをＤＢＴ／  ｎ−ｔｅｔｒａｄｅｃａｎｅ  ｓｏｌｕｔｉｏｎとした。ｅｔｈａｎｏｌは  １０  ｇ／Ｌ加えた。
【００５９】
分離を行うための疎水性多孔質膜は実施例１と同様のものを用い、長さを  １．０ｍとした。菌体反応により、硫黄量が  ３００  ｐｐｍから  ５０  ｐｐｍ以下になるように、滞留時間を計算し、その状況に応じて操作圧力を変化させた。油水菌体混合液は、実施例１と同様の培養液、ＤＢＴ  ／  ｎ−ｔｅｔｒａｄｅｃａｎｅ  ｓｏｌｕｔｉｏｎをそれぞれ  ５００  ｍｌ加えた。加えた菌体は、脱硫に十分な比活性を持つようになるまで別のジャーファメンターで培養し、十分な脱硫比活性を持ったところで反応装置に移した。この培養液の菌体濃度はＯＤ６６０  ＝  ３４．５  であった。
【００６０】
サンプリングは分離液、ジャーファメンター内からそれぞれ採取し、ガスクロマトグラフィーでジベンゾチオフェン（ＤＢＴ）と２−ヒドロキシベンゾチオフェン（２  ＨＢＰ）量を計測した。
【００６１】
反応開始  ８  時間後に連続菌体反応分離を始めた。しかし、開始  ３８  時間後に分離をやめ、ジャーファーメンター内での脱硫反応のみ追跡した。途中、菌体量が増え、活性が落ちてきたので、反応開始４２  時間後と５６時間後に再活性化培地として、２０  倍濃度の培養液（組成は実施例１と同様）を  １００  ｍｌ、ｅｔｈａｎｏｌを  ５．５  ｍｌ加えた。
【００６２】
３．  試験結果および考察
図１１に、ＤＢＴ、２  ＨＢＰ量の経時変化を示す。連続菌体反応分離開始後、ＤＢＴ濃度がゆるやかに増加したが、再活性化培地の追加により解消された。これは、菌体活性の低下と、菌体の増殖による栄養分の枯渇、高濃度の硫黄による脱硫反応阻害が原因と考えられた。以上の結果から、本発明の装置は連続的脱硫が可能なバイオ脱硫リアクターとして利用できることが確認された。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、微生物を利用した脱硫方法において、脱硫油相を効率良く分離し、連続的脱硫を行なうことができる。本発明の装置は複雑な油水分離設備を必要とせず、しかも連続的稼動が可能であるため、水素化脱硫を補完する工業レベルでの脱硫装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、通常の分離膜と本発明の分離膜の違いを示したものである。
【図２】図２は本発明の疎水性多孔質膜による油水分離の概要を示したものである。
【図３】図３は、疎水性多孔質膜表面に形成される被膜の概念を示したものである。
【図４】図４は、脱硫反応槽内に疎水性多孔質膜を備えた連続脱硫反応装置を示す。
【図５】図５は、０．００８ＭＰａの加圧条件下における油相透過速度の経時変化を示すグラフである。
【図６】図６は、圧力を変化させたときの油相透過速度の変化を示すグラフである。
【図７】図７は、菌体濃度を変化させたときの油相透過速度の変化を示すグラフである。
【図８】図８は、菌体濃度を変化させたときのγ値の変化を示すグラフである。
【図９】図９は、菌体濃度を変化させたときのβ値の変化を示すグラフである。
【図１０】図１０は、逆洗を行った場合と逆洗を行わない場合における、ｎ−ｔｅｔｒａｄｅｃａｎｅ透過量の経時変化を比較したグラフである。
【図１１】図１１は、連続的脱硫反応における、分離液中とジャーファーメンター内のＤＢＴおよび２  ＨＢＰ濃度の経時変化を示したグラフである。図中、ＤＢＴ−ｆおよび２  ＨＢＰ−ｆはそれぞれジャーファーメンター内のＤＢＴおよび２  ＨＢＰ濃度を、ＤＢＴ−ｓおよび２  ＨＢＰ−ｓはそれぞれ分離液内のＤＢＴおよび２  ＨＢＰ濃度を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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