MABRの過去と現在 ～60年でエアレーションの常識を覆す～
昨年以来、下水処理業界で MABR 技術について議論する人が増えています。マレーシアのお客様はいつも私たちに MABR の販売を強く勧めてくれて、MABR 技術には大きな将来性がある、それが将来の MBBR 技術であると言ってくれたと思うので、この記事を読めば MABR について事前に理解することができます。
当初、MABR テクノロジーはまだ開発されていませんでした。業界関係者の中には、ミュンヘンの IFAT での Fluence による MABR プロセスの導入に耳を傾けた人もいます。当時、Fluence は Emefcy (同名の MFC であり、この会社が微生物燃料電池と関係があることを示しています) とも呼ばれていました。当時、この技術は非常に強力だと感じましたが、商業的な理由から、この技術を紹介する機会がありませんでした。状況が許せば、MABR プロセスを 2 つのフェーズに分けて紹介したいと思います。今日はまずMABRの過去と現在についてお話します。
1.MABRとは何ですか?
MABR、Membrane Aeration Bioreactorの正式名は、膜曝気バイオリアクターです。名前が示すように、これは通気に膜を使用する生物学的プロセスですが、誤解しないでください。いわゆる膜エアレーションは、微孔性エアレーションを指すものではありません。 MABR は従来の活性汚泥プロセスのアップグレード版であり、既存のタンク容量に基づいて行うことができます。一方、より少ない酸素移動エネルギー消費で、より多くの下水を処理できます。
それはどのようにして行われるのでしょうか？
MABR プロセスを販売する営業担当者は、「当社は独自に開発した通気性膜を持っており、通気性膜に付着したバイオフィルムに酸素を伝達します。これは人間の肺と同様、通気性膜です。」と言うかもしれません。
販売を理解していませんでしたか？まずはその開発の歴史を振り返ってみましょう。
2. MABRの芽生え期
MABR プロセスの研究は 1960 年代にまで遡ります。有名な FJ Ludzack と Morris Ettinger は、1960 年に通気性のあるプラスチック フィルムを酸化に使用しました。彼らはすでにプラスチック フィルム上でバイオ フィルムの成長を確認していました。
何らかの理由で、この分野の研究は 30 年近く沈黙していました。 1978 年までに、関連する研究が再現され、ウェストバージニア大学のチャールズ ジェンキンス教授のチームが「純酸素固定膜反応器」と題する論文を環境工学部門ジャーナルに発表しました。テフロン製の毛細管を用いて通気性膜や合成下水を作製し実験を行ったところ、高い有機負荷条件下でもBOD除去率が90％と高い効果が得られたようです。しかし、彼らは設計された反応器をMABRと呼びましたが、Aerobic Media Trickling Filterと呼びました。個人的には、生物学的散水濾過器の方が前世紀前半には最も一般的な下水処理プロセスの 1 つであったため、よりよく知られているからではないかと推測しています。
なぜ彼らはテフロン毛細管を使って実験しようと考えたのでしょうか?これは、「サイエンス」の記事からインスピレーションを得たものであると言われています。1972-アメリカの医療従事者は人工毛細管を使用して体外で細胞培養を行っています。原文をひっくり返してみましたが、確かに原理は非常に似ています。これは、下水業界における多くのイノベーションが生物学および化学業界の太ももを支える必要があることを意味するのでしょうか?
3. パイロットテストまでの道のり
しかしその後、MABR研究は再び中止されたようです。 MABR 研究が軌道に戻ったのは、1986 年にカナダ人の Pierre Cté 博士と他の数人の同僚が Journal of Membrane Science に次の論文を発表したときでした。
1986 年にピエール・セテ博士と彼の同僚によって発表された論文の冒頭 |出典: jstor
以下は彼が描いた中空糸膜モジュールの模式図です（この年、絵を描くのは簡単ではありませんでした）。 酸素は拡散によって膜の一方の側からもう一方の側に移動するため、気泡は発生しませんでした。生成されるため、バブルフリーエアレーションと呼ばれます。
Cté博士が描いた中空糸膜における酸素移動の模式図 |出典: JSTOR
しかしその後、カナダ人はより重要なことに取り組み始めました。彼は限外濾過膜を開発するために偉大な会社に行きました。この会社はゼノンエンバイロメントという会社です。彼は 1998 年に同社の CTO に就任し、その後同社が GE に買収されました。
幸いなことに、当時この問題に取り組んでいたのは Cté 博士だけではなく、ミネソタ大学の Michael Semmens 教授も関連する研究を行っていました。 1999 年、彼のチームは「膜曝気バイオリアクターを使用した高濃度ビール工場廃水のパイロットプラント処理」というタイトルの論文を水環境研究誌に発表しました。 MABR という用語が正式に開始され、パイロット テスト段階に入っています。
幸いなことに、当時この問題に取り組んでいたのは Cté 博士だけではなく、ミネソタ大学の Michael Semmens 教授も関連する研究を行っていました。 1999 年、彼のチームは「膜曝気バイオリアクターを使用した高濃度ビール工場廃水のパイロットプラント処理」というタイトルの論文を水環境研究誌に発表しました。 MABR という用語が正式に開始され、パイロット テスト段階に入っています。
Semmens チームによって書かれた膜リアクターのレビュー |和村の農家が翻案、参考：JSTOR
同年、エオイン・ケイシー教授'アイルランドのダブリン大学のチームも、国際ジャーナル「バイオテクノロジーとバイオエンジニアリング」で膜酸素移動材料の研究の進捗状況を報告し、略語 MABR も使用しました。唯一の違いは、ここでの A はエアレーションを指し、エアレーションではないことです。違いをご理解ください。
